W przetwórstwie przemysłowym gięcie jest wykorzystywane przede wszystkim do zmiany kształtu materiałów wykonanych z metali, takich jak blachy czy rury. Proces ten nie ma na celu dodawania materiału ani usuwania naddatków. Giąć można zarówno detale lekkie, np. arkusze blachy, i puste w środku, np. rury, jak i – w pewnym zakresie – elementy o dużej masie, takie jak bryły. Oprócz gięcia punktowego często przeprowadza się także operacje gięcia wzdłuż linii. W ten sposób giąć można m.in. arkusze blachy. Podstawowym warunkiem realizacji tego procesu jest przyłożenie do detalu pewnej siły, zwanej momentem gięcia. Zadanie to często wykonują maszyny, gdyż są one w stanie pracować dokładniej i zapewnić bardziej równomierny rozkład siły niż człowiek, co ma szczególne znaczenie zwłaszcza w przypadku dużych i twardych materiałów. W praktyce występuje wiele różnorodnych metod gięcia.

Różnica między odkształceniem sprężystym a plastycznym

W sektorze przemysłowym głównym celem gięcia jest uzyskanie trwałej zmiany kształtu giętego materiału, fachowo określanej odkształceniem plastycznym. Nie każde przyłożenie momentu gnącego prowadzi jednak do powstawania tego typu odkształceń. Poniżej tzw. granicy sprężystości każdy materiał podlega odkształceniom sprężystym, które charakteryzują się tym, że po ustaniu oddziaływania siły wraca on do swojego stanu wyjściowego. O tym, gdzie leży ta granica, decyduje zarówno rodzaj, jak i grubość materiału. Dopiero jej przekroczenie powoduje powstanie trwałych odkształceń plastycznych.

W przypadku odkształceń sprężystych poszczególne cząsteczki kryształów zbliżają się do siebie lub oddalają, a atomy gromadzą przyłożoną siłę w postaci energii mechanicznej, aby następnie po usunięciu siły oddać ją z powrotem do otoczenia. Wszystkie cząsteczki wracają wówczas na pozycję wyjściową, co powoduje, że proces gięcia nie przynosi trwałych rezultatów.

Jakie materiały można giąć?

Gdy mowa o gięciu, w pierwszej kolejności mamy na myśli procesy obróbki blach. Jednak giąć można także inne interesujące z punktu widzenia przemysłu materiały, takie jak: tworzywa sztuczne, drewno, żelazo, aluminium, miedź, mosiądz, stopy, tj. połączenia metalu z innym metalem lub niemetalem.

Stopami najczęściej poddawanymi gięciu są stal i stal szlachetna. Ta pierwsza składa się głównie z żelaza z dodatkiem m.in. węgla. Z kolei stal szlachetna domieszkowana jest także z innymi materiałami, takimi jak tytan, chrom czy nikiel, przy czym istotne znaczenie ma tu stopień czystości materiału.

Wpływ typu metalu na proces gięcia

W przypadku gięcia blach czy detali istotne znaczenie ma znajomość rodzaju obrabianego metalu. Każdy metal czy stop charakteryzuje się bowiem inną granicą sprężystości i odpornością na rozciąganie, istotną dla uzyskania pożądanych wyników gięcia. Dane te – podawane w N/mm2 –można znaleźć w specjalnych tabelach. Okazują się one szczególnie przydatne w obróbce precyzyjnej oraz wówczas, gdy bez przeprowadzania własnych testów chcemy się dowiedzieć, jakiej siły należy użyć do gięcia określonej grubości metalu.

Odporność danego materiału można także sprawdzić na tzw. wykresach krzywej obciążenia. Są one przygotowywane np. przez naukowców na podstawie prób rozciągania przeprowadzanych na materiałach znormalizowanych.

Gięcie półfabrykatów

Przedsiębiorstwa specjalizujące się w gięciu blach realizują ten proces na materiałach o różnej grubości i formatach, w tym na blachach perforowanych. Do półfabrykatów poddawanych procesom gięcia należą także rury, łączone często w rurociągi biegnące w linii innej niż prosta. Sporym wyzwaniem w przypadku gięcia rur jest to, że w procesie tym ich przekrój zmienia się z kolistego na owalny. Efekt ten można do pewnego stopnia ograniczyć, stosując określone środki zaradcze. Nie można go jednak wyeliminować całkowicie. Oprócz blach i rur gięciu poddawane są także profile, pręty i druty.

Maszyny i narzędzia do gięcia

W procesach gięcia blach przedsiębiorstwa często korzystają z pomocy wyspecjalizowanych urządzeń. Postępująca industrializacja doprowadziła do szybkiego rozwoju tej gałęzi produkcji maszyn i stałego rozszerzania ich oferty o nowe rozwiązania – początkowo obsługiwane ręcznie, a obecnie coraz częściej zautomatyzowane. W efekcie dominującą w przemyśle metodą gięcia jest dziś gięcie maszynowe – głównie z wykorzystaniem giętarek CNC umożliwiających uzyskanie wysokiej precyzji i dużych szybkości obróbki. Tego typu maszyny wyposażone są w nowoczesne systemy sterowania, które umożliwiają automatyczną realizację szeregu zadań.

Blachy, rury i półfabrykaty można niekiedy giąć także bez użycia maszyn. Jako że w procesach tych zawsze konieczne jest użycie określonej siły, pracownicy korzystają z różnorodnych pomocy zwiększających ich możliwości fizyczne, takich jak np. mobilne urządzenia do gięcia, w tym manualne giętarki do rur czy szczypce do gięcia. Te ostatnie występują w wielu kształtach i typach, np. cęgi do gięcia blachy, szczypce do gięcia rur czy proste szczypce płaskie.

Gięcie blach pozwala tworzyć struktury o różnorodnych kształtach, w tym wygięcia o określonym kącie w przedziale 0–360°, przy czym najbardziej powszechne są: kąt prosty (90°) i ostry (0–90°). Gięte w ten sposób blachy często są wykorzystywane jako elementy pojemników lub modułów, np. obudów komputerów czy skrzynek bezpiecznikowych. Niektóre kształty doczekały się nawet swoich własnych nazw rodzajowych, np. wygiętą pod kątem 90° krawędź blachy określa się mianem rąbka stojącego. Stosując odpowiednią technologię i narzędzia, można jednak uzyskać także bardziej złożone kształty, np. zaokrąglenia czy fale.

Oprócz wyginania popularnym rodzajem gięcia jest także zaginanie. W procesie tym krawędź blachy formowana jest w taki sposób, aby zwiększyć sztywność całej konstrukcji. Technika ta umożliwia też łączenie ze sobą kilku arkuszy blachy i tworzenie trwałych połączeń rur stosowanych w przemyśle motoryzacyjnym oraz branży HVAC. Gięte metalowe rury są jednak wykorzystywane także w innych sektorach przemysłu, np. w systemach rurociągów stosowanych w lotnictwie, budownictwie czy przemyśle spożywczym.

Przegląd głównych technik gięcia

Technikami gięcia najczęściej stosowanymi w sektorze wytwórczym są wyginanie i zaginanie. Sporą rolę odgrywa tu także zawijanie. W każdym z tych procesów wykorzystuje się inny typ maszyn, inaczej wyglądają też poszczególne kroki obróbcze.

1. Wyginanie

Proces wyginania polega na tym, że po wypozycjonowaniu blachy stempel schodzi w dół, dociskając ją do matrycy. Oddziaływanie siły o przeciwnych wektorach powoduje, że materiał trwale się odkształca. Często po wykonaniu wstępnego gięcia pracownicy muszą ręcznie dogiąć detal, aby nadać mu pożądany kształt. Zakres opadania stempla można dostosować tak, aby detal tylko częściowo wpasował się w matrycę. W takim przypadku między stemplem a matrycą pozostaje wolna przestrzeń, a kąt nadany blasze cechuje się większą rozwartością, niż wynikałoby to z kształtu formy. Proces ten nazywany jest gięciem swobodnym.

Jeśli natomiast stempel całkowicie dociska blachę do matrycy, tworząc tzw. połączenie kształtowe, proces ten określa się mianem tłoczenia. Uzyskanie zadanego kształtu detalu wymaga w tym przypadku bardzo dokładnego spasowania stempla i matrycy. Jest to o tyle trudne, że zakłady specjalizujące się w gięciu stosują stemple o bardzo różnych geometriach.

2. Zaginanie

W procesie gięcia na zaginarce blachę wsuwa się w maszynę aż do momentu, gdy dokładnie przylega do odbojnika. Następnie materiał jest blokowany za pomocą opuszczanej belki górnej, a pracownicy sprawdzają, czy jej ruch nie spowodował przemieszczenia się detalu na pozycję inną niż zadana. Jeśli stwierdzą odchyłkę, przeprowadzają korektę położenia blachy. Podobnie jak odbojnik belka górna służy w tym procesie za mocowanie i stabilizator detalu. Maksymalnie opuszczona, powinna unieruchomić materiał między górną a dolną belką. Dopiero wówczas rozpoczyna się właściwy proces gięcia, w którym zadany kąt zagięcia nadawany jest przez ruch wychylny belki zaginającej. Na koniec belka zaginająca i górna wracają na swoje pozycje wyjściowe, a pracownicy mogą wyciągnąć blachę z maszyny. Opisany proces stanowi kombinację zestawu czynności, z których część wykonywana jest manualnie, a część maszynowo. Zaginanie może być jednak realizowane również wyłącznie ręcznie lub w pełni automatycznie.

Ze względu na liczne zalety tego procesu w porównaniu z wyginaniem jest on preferowaną metodą gięcia blach. Zaginanie nie powoduje bowiem powstawania typowych dla wyginania zarysowań na powierzchni metalu, generowanych w efekcie ocierania się blachy o krawędzie matrycy. Jest również procesem tańszym – także ze względu na wolniejsze zużywanie się maszyn – a przy tym oferuje możliwość formowania różnorodnych, złożonych kształtów.

3. Zawijanie

Maszyny i urządzenia stosowane w procesie zawijania wyposażone są w obrotowe wałki o gładkiej lub profilowanej powierzchni. Te drugie służą do wytłaczania wzoru na materiale, np. charakterystycznych fałd na blasze falistej. Mimo że również wykonywane na wałkach, zawijanie w niczym nie przypomina walcowania, od którego różni się zarówno celem obróbki, jak i stosowanymi w tym procesie materiałami. Celem zawijania jest gięcie detali, w tym ich zaokrąglanie, prostowanie lub profilowanie, a celem walcowania – zmniejszenie grubości detali, aby np. z grubych płyt stalowych uzyskać cienkie blachy. Jeśli zaś chodzi o materiały, to zawijanie stosuje się przy cienkich blachach i twardych metalach o niewielkiej grubości i różnych formatach, a walcowanie tylko przy twardych metalach o różnych formatach.

Wyróżnia się następujące typy zawijania:
1. Zwijanie: pracownicy mocują detal na kilku (2–4) wałkach, których ruch powoduje równomierne zaokrąglenie materiału. Technika ta stosowana jest np. w produkcji okrągłych pojemników.
2. Prostowanie: w przeciwieństwie do zwijania rezultatem prostowania jest uzyskanie proporcjonalnie równej powierzchni materiału bez naprężeń i nierówności. Proces ten realizowany jest za pomocą kilku wałków kierunkowych rozlokowanych naprzemiennie. Wałki najpierw falują blachę, aby następnie znów ją wyprostować. Prostowanie na wałkach jest stosowane w procesach wytwarzania wysokiej jakości komponentów.
3. Fałdowanie: blacha falista wyróżnia się dużo większą nośnością i sztywnością niż blacha gładka. Profil stosowanych w procesie jej formowania wałków przypomina wieloramienną gwiazdę lub koło zębate. W trakcie zawijania blacha przechodzi przez wałki i – podobnie jak w przypadku wyginania – jest wytłaczana w konkretny wzór.
4. Profilowanie: umożliwia nadawanie blachom różnorodnych wzorów i kształtów. Proces ten – wykonywany na dużych maszynach – pozwala szybko produkować blachy nawet o złożonych przekrojach.