Istotna rola gięcia blachy w przetwórstwie przemysłowym

Istotna rola gięcia blachy w przetwórstwie przemysłowym Adobe Stock – Yaroslav

Blacha jest jednym z najczęściej wykorzystywanych materiałów do przemysłowego wytwarzania produktów w wielu branżach. Żeby uzyskać wymaganą wielkość i kształt tego materiału, niezbędna jest odpowiednia obróbka plastyczna arkusza blachy. W tym celu stosuje się różne technologie obróbki, wśród których jedną z częściej stosowanych jest gięcie blachy. Trwałą zmianę krzywizny arkusza blachy można uzyskać na różne sposoby przy zastosowaniu różnorodnych technik gięcia.

W procesie gięcia na arkusz blachy oddziałuje się określoną siłą zewnętrzną, w wyniku czego dochodzi do trwałej zmiany krzywizny blachy i nadania jej odpowiedniego kształtu. Co istotne, w wyniku tej obróbki plastycznej nie dochodzi do zmiany właściwości fizycznych giętego materiału, naruszenia jego spójności ani zmiany jego grubości czy wymiarów poprzecznych. Przy użyciu tej technologii można uzyskać trwałe i nawet dość skomplikowane kształty z dużą liczbą zgięć.

Proces gięcia – charakterystyka

Technologia gięcia, jaką stosuje się w przetwórstwie przemysłowym, jest wykorzystywana do zmiany kształtu obrabianych materiałów, które są wykonane z metali. Najczęściej mamy do czynienia z gięciem blach lub rur. W procesie tym nie dochodzi do ani usuwania części materiału (jak w obróbce skrawaniem), ani do jego dodawania. Przy użyciu technologii gięcia można zmieniać kształt zarówno elementów lekkich, jak i większych i o dużej masie.

Gięcie następuje w wyniku przyłożenia do obrabianego detalu odpowiedniej siły, zwanej momentem gięcia. Najczęściej blachę wygina się pod określonym kątem (prostym lub ostrym), ale w efekcie wykonania kilku procesów gięcia po sobie można uzyskać różne kształty.

Gięcie jest technologią, którą można wykonywać na wiele sposobów. Najczęściej stosowanymi technikami gięcia są wyginanie i zaginanie. Technika wyginania polega na tym, że na arkusz blachy oddziałują siły o przeciwnych wektorach (stempel dociska blachę do matrycy). Pożądany kształt uzyskuje się poprzez dopasowanie opadającego stempla do matrycy. Często niezbędne jest jeszcze dogięcie detalu po przeprowadzonym procesie gięcia. 

Z kolei w technice zaginania arkusz blachy jest mocowany na maszynie między górną a dolną belkę mocującą. Następnie na unieruchomiony w taki sposób element od góry napiera belka zaginająca, nadając zadany kąt gięcia.

Do procesów gięcia zaliczamy także zawijanie, które jest realizowane przez maszyny wyposażone w obrotowe wałki (gładkie lub wyprofilowane, które służą do wytłaczania odpowiedniego kształtu na arkuszu blachy). Technika ta umożliwia m.in. zwijanie, zaokrąglanie, skręcanie, fałdowanie lub profilowanie blachy.

Efektem procesu gięcia może być także wyprostowanie materiału – mówimy wówczas o prostowaniu blachy. Celem tej techniki jest uzyskanie powierzchni blachy bez nierówności i naprężeń.

Odkształcenie sprężyste a plastyczne

Mówiąc o procesie gięcia blachy, należy rozróżnić odkształcenie sprężyste od plastycznego. Przyłożenie momentu gnącego do arkusza blachy nie zawsze bowiem spowoduje trwałą zmianę jego kształtu. W przypadku odkształcenia sprężystego po usunięciu siły, która powodowała to odkształcenie, obrabiany detal powróci do swojego pierwotnego kształtu (nie nastąpiła zmiana ułożenia atomów w strukturze odkształcanego materiału). 

Istotna dla rozróżnienia obu tych rodzajów odkształceń jest tzw. granica sprężystości. Poniżej tej granicy mówimy o odkształceniu sprężystym, czyli materiał powróci do stanu wyjściowego. Jeśli oddziałująca siła będzie większa, zmiana kształtu będzie trwała (mamy wtedy do czynienia z odkształceniem plastycznym). Granicę tę warunkuje przede wszystkim rodzaj i grubość materiału, jaki podlega obróbce.

W przypadku gięcia blach czy innych detali bardzo ważna jest więc znajomość rodzaju obrabianego metalu i jego podstawowych cech fizycznych. Każdy metal czy stop ma bowiem inną granicę sprężystości i odporność na rozciąganie. 

Parametry te (podawane w N/mm2) są istotne dla uzyskania pożądanych wyników gięcia. Można je oczywiście poznać na podstawie przeprowadzonych gięć próbnych, ale w przypadku popularnych materiałów można także skorzystać z ogólnodostępnych danych.

Ważna jest nie tylko wartość momentu gnącego, która wyznacza granicę sprężystości. Warto również znać maksymalną siłę, z jaką można odkształcać dany materiał. Jeśli bowiem przyłożymy do arkusza blachy zbyt dużą siłę, może dojść do rozerwania struktury materiału lub do innego uszkodzenia.

Maszyny do gięcia blachy

Wprawdzie w przetwórstwie przemysłowym rzadko się to już spotyka, ale proces gięcia blach można wykonywać bez wykorzystania specjalistycznych maszyn gnących. Ponieważ jednak w procesie gięcia konieczne jest użycie określonej siły, pracownicy używają urządzeń, które zwiększają ich możliwości fizyczne. 

To różnego rodzaju mobilne urządzenia do gięcia, w tym manualne giętarki czy szczypce do gięcia. Te ostatnie mogą występować w wielu typach, np. cęgi do gięcia blachy, szczypce do gięcia rur czy proste szczypce płaskie.

Dynamiczny postęp technologiczny nie ominął także procesów gięcia blachy i dziś, kiedy mamy do czynienia z gięciem na dużą skalę, do wyboru dostępny jest duży wybór maszyn. Przede wszystkim są one w stanie pracować dokładniej i zapewniają równomierniejszy rozkład siły niż człowiek, co ma szczególne znaczenie zwłaszcza w przypadku dużych i twardych materiałów. Dzięki temu zapewniona jest większa powtarzalność procesu gięcia i lepsza jakość uzyskanego detalu. 

Maszyny do gięcia mogą być obsługiwane ręcznie, ale stopniowo wypierają je z rynku rozwiązania w części lub w całości zautomatyzowane. Do tego coraz częściej współpracują one np. z robotami, które dostarczają blachę do gięcia i odbierają gotowe produkty. 

Giętarki CNC wyposażone są w nowoczesne systemy sterowania, które umożliwiają automatyczną realizację wielu zadań. Do największych zalet sterowania CNC należy uzyskanie wysokiej precyzji i dużych szybkości obróbki.

Gięcie arkusza blachy może być wykonywane przy użyciu różnych rodzajów maszyn. Obecnie jednak najczęściej wykorzystuje się do tego prasę krawędziową lub bardziej zaawansowane centrum gnące.

Prasa krawędziowa kontra centrum gnące

Proces gięcia blachy przy użyciu prasy krawędziowej polega na wywieraniu odpowiedniej siły przez pionowy ruch górnej belki (stempla) z góry na arkusz blachy, który jest przymocowany do dolnej, nieruchomej części prasy (matrycy). Proces gięcia z reguły wymaga kilkukrotnego nacisku stempla na blachę – aż do uzyskania wymaganego kształtu. 

Ten typ maszyn, zwłaszcza wyposażonych w sterowanie CNC, zapewnia odpowiedni poziom precyzji gięcia i powtarzalności przy obróbce większej partii elementów. Dzięki temu zmniejsza się koszt jednostkowy, a co za tym idzie – wzrasta efektywność całego procesu. 

Ponadto prasa krawędziowa jest maszyną uniwersalną. Można nią giąć zarówno cienkie, jak i grube blachy, pozwala też uzyskać nawet dość skomplikowane kształty. Tego typu maszyny mogą być także częścią większego urządzenia wielofunkcyjnego, które może wykonywać także inne operacje obróbki plastycznej (np. cięcie, wykrawanie czy tłoczenie).

Proces gięcia przy użyciu centra gnącego (zwanego również giętarką panelową lub automatem gnącym) polega na dwupłaszczyznowym ruchu narzędzi (ostrzy gnących). Dotykając punktowo mocno zamocowanego, nieruchomego arkusza blachy, dokonują one gięć, zarówno pozytywnych, jak i negatywnych (w górę i w dół). 

Co istotne, gięcie pozytywne i negatywne jest wykonywane bez konieczności ręcznego odwracania blachy. Obrabiany detal jest obracany przy użyciu manipulatora.

Dzięki temu centra gnące na pewno są maszynami wydajniejszymi niż prasy krawędziowe – cykl gięcia detalu może być nawet kilkukrotnie krótszy. Przy tym nie ma praktycznie żadnego znaczenia, czy proces gięcia obejmuje produkcję wielkoseryjną, czy też zaledwie kilka sztuk elementów. 

Ponadto centra gnące zapewniają wysoką powtarzalność i precyzję gięcia, a przy tym wysoką jakość uzyskanego detalu (brak śladów na linii gięcia, co jest niestety dość typowe w przypadku gięcia na prasie krawędziowej). Dużo łatwiejsze i szybsze jest również programowanie centra gnącego niż zestawu, który tworzą prasa krawędziowa z robotem.

Natomiast do zalet prasy krawędziowej należy zaliczyć większą uniwersalność. Maszyna ta lepiej radzi sobie np. z grubszymi blachami czy z wykonaniem skomplikowanych kształtów, które nie są odpowiednie do automatycznego przetwarzania.

Bez względu na wybór maszyny gnącej można zwiększyć efektywność gięcia poprzez automatyzację części lub wszystkich procesów, które wiążą się z obróbką. Maszynę można zintegrować np. z robotem, innymi maszynami czy linią produkcyjną (gniazdem roboczym). 

W efekcie cały proces jest dużo szybszy, a liczba błędów sporo mniejsza. Rola operatora sprowadza się do uruchamiania procesu i jego nadzorowania, a także do pilnowania, żeby na stanowisku roboczym nie zabrakło gotowych elementów do gięcia.

Istotna rola gięcia blachy w przetwórstwie przemysłowym zdjęcie w treści artykułuPaweł Świtała, właściciel DIG Świtała:

Optymalizacja procesu gięcia w każdej firmie powinna się rozpocząć od dobrania odpowiedniego sprzętu – użycia najnowocześniejszych, najprecyzyjniejszych maszyn i odpowiednich narzędzi do gięcia i formowania blachy. Automatyzacja procesu gięcia i formowania na pewno przyspieszy proces i zminimalizuje błędy ludzkie oraz zwiększy wydajność. 

W procesie gięcia i formowania blachy bardzo ważna jest również dobra jakość materiału. Także jego przygotowanie może znacząco wpłynąć na optymalizację procesu. Materiał powinien być jednorodny, pocięty w tym samym kierunku, oczyszczony i odpowiednio odprężony.

Właściwie przeszkolony personel, który pracuje przy gięciu i formowaniu blachy, może znacząco wpłynąć na optymalizację tych procesów, zwiększenie wydajności czy poprawę jakości dzięki dobrej znajomości materiału i odpowiedniemu doborowi parametrów procesu, takich jak prędkość, kąt, siła gięcia itp.

Regularna konserwacja i utrzymanie w odpowiednim stanie maszyn są kluczowe w zapewnieniu ich sprawności, a co za tym idzie – wydajności. Regularne czyszczenie, smarowanie, naprawy i planowe przeglądy mogą zapobiec awariom, co pośrednio wpływa na optymalizację procesu.

Typowe błędy, które mogą pojawić się podczas wykonywania gięcia blachy, to:

  • niewłaściwie dobrane narzędzia – podstawą dobrego gięcia zawsze jest przede wszystkim dobrze dobrane narzędzie,
  • w przypadku dużych arkuszy może występować problem fałdowania blachy, kiedy nie jest dobrze podparta (podparcie można zapewnić poprzez podpory nadążne),
  • wewnętrzne naprężenia materiału (nieodpowiednie przygotowanie materiału) może prowadzić do jego pękania i braku powtarzalności na gięciu,
  • niepoprawne założenie blachy, kolor, góra–dół, powoduje błędne wygięcie i asymetrię, negatywnie wpłynie więc na wygląd i funkcjonalność finalnego wyrobu.

Tagi artykułu

MM Magazyn Przemysłowy 5-6/2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę