«Підвищення якості виготовлення деталей з листових матеріалів методом гнуття»

Кубієвич, Владислав Вікторович

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8953

Title:	«Підвищення якості виготовлення деталей з листових матеріалів методом гнуття»
Authors:	Канашевич, Георгій Вікторович Кубієвич, Владислав Вікторович
Keywords:	Методи гнуття
Issue Date:	2024
Abstract:	АНОТАЦІЯ Тема кваліфікаційної роботи магістра: «Підвищення якості виготовлення деталей з листових матеріалів методом гнуття» Виконавець: студент групи мТМ-32 Кубієвич Владислав Вікторович. Керівник: д.т.н., професор Канашевич Георгій Вікторович. Кваліфікаційна робота містить 86 сторінок формату А4, 42 рисунки, 13 таблиць, 52 літературні джерела. Гнуття є одним із основних методів формоутворення деталей із листових матеріалів у машинобудуванні, приладобудуванні та інших галузях. Використання сучасних методів автоматизованого проєктування дозволяє підвищити якість та точність виготовлення деталей складної форми, зменшити відходи матеріалу та трудомісткість процесу. Проте актуальною залишається проблема утворення дефектів (відхилення від округлості отворів, пружне відновлення форми тощо), що вимагає оптимізації технологічного процесу. Дослідження в цій роботі спрямовані на підвищення якості деталей шляхом удосконалення методики проєктування та визначення оптимальних параметрів процесу вільного гнуття. Перший розділ присвячений аналізу сучасних методів виготовлення деталей з листових матеріалів, особливості технологій гнуття, характеристики матеріалів та дефекти, що виникають у процесі. Другий розділ присвячений дослідженню впливу розташування отворів, діаметра та товщини заготовки на якість деталей при згинанні. Виконано математичне моделювання та експериментальні дослідження для оцінки впливу цих параметрів. Третій розділ присвячений розробці рекомендацій щодо проєктування технологічного процесу отримання складнопрофільних виробів методом вільного гнуття. Четвертий розділ присвячений розгляду питань охорони праці при виконанні операцій згинання на металообробних верстатах та забезпечення безпечних умов роботи.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8953
Appears in Collections:	131 Прикладна механіка (Технології машинобудування)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Кубієвич.pdf Restricted Access		1.65 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

Міністерство освіти і науки України
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв

До захисту допущено:
Завідувач кафедри ТОМВ
____________Георгій КАНАШЕВИЧ
«_____»_____________2024р.

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи магістра

на тему: «Підвищення якості виготовлення деталей з листових матеріалів
методом гнуття»

Виконав: здобувач 2 курсу, групи мТМ-32
Спеціальності 131 – «Прикладна механіка»
Освітня програма – «Технології машинобудування»
Кубієвич Владислав Вікторович
Керівник: д.т.н., професор Канашевич Г.В.
Рецензент: Інженер-технолог ПП «Фотоніка плюс»
м.Черкаси
Голуб Микола Васильович

Черкаси 2024 р.
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв
Освітній рівень магістерський.
Спеціальність 131 «Прикладна механіка».
Освітня програма «Технології машинобудування»

ЗАТВЕРДЖУЮ:
Завідувач кафедри ТОМВ
Георгій КАНАШЕВИЧ
« » ____________2024р.

ЗАВДАННЯ
на кваліфікаційну роботу магістра

_Кубієвичу Владиславу Вікторовичу_
(прізвище, ім’я, по батькові)
1. Тема роботи «Підвищення якості виготовлення деталей з листових матеріалів
методом гнуття».
Керівник роботи Канашевич Георгій Вікторович, д.т.н., професор
(прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання)
Затверджена наказом Черкаського державного технологічного університету від
«16» вересня 2024р. №272/04
2. Термін подання здобувачем роботи 26. 11. 2024 р.
3. Вихідні дані до роботи: Технологічні параметри процесу гнуття; Типи
досліджуваних листових матеріалів; Характеристики матеріалів: товщина,
міцність, пластичність, модуль пружності, границя текучості; Завдання до
розділу охорона праці та безпека у НС
4. Зміст пояснювальної записки: Застосування сучасних методів для
отримання деталів з листових матеріалів: огляд технологій гнуття;
Методологія дослідження; Моделювання процесу вільного гнуття;
Рекомендації щодо проєктування технологічного процесу отримання
складнопрофільних виробів методом вільного згинання Конструкція
інструменту, що застосовується для виготовлення деталей складного
профілю, забезпечуючи високу якість виробів; Охорона праці та безпека у НС
5. Перелік графічного матеріал(з точним зазначенням обов’язкових
креслеників, плакатів, презентацій тощо Тема, мета, задачі, об’єкт
дослідження, предмет дослідження; Різні форми зігнутих деталей із
листового металу, отриманих згинанням. Дефекти деталей; Хімічний склад і
характеристики досліджуваних сталей; Номограми визначення якості
деталей; Моделювання процесу гнуття в SolidWorks Simulation; Ескізи
групового технологічного процесу; Комбінований інструмент для згинання
виробів складного профілю; Охорона праці та безпека в НС; Загальні висновки
6. Керівники з роботи із зазначенням розділів роботи, що їх стосується
Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата
Розділ
консультанта завдання видав завдання прийняв
Розділ 1-3 Канашевич Георгій Вікторович
Розділ 4 Цікановський Володимир Леонідович

7. Дата видачі завдання 16.09.2024 р.
Календарний план
№ Назва етапів дипломного Строк
Примітка
з/п роботи виконання етапів роботи
1 Збір інформації для написання КРМ 16.04. - 01.10.2024
2 Написання І розділу КРМ 02.10.-15.10.2024
3 Написання ІІ розділу КРМ 16.10 – 24.10.2024
4 Написання ІІІ розділу КРМ 25.10 – 2.11.2024
5 Написання розділу з охорони праці 3.11 – 9.11.2024
6 Оформлення пояснювальної записки 10.11 – 25.11.2024
7 Оформлення графічної документації 26.11 – 04.12.2024
8 Захист роботи 20.01.-21.01.2025р.

Здобувач ___________ Владислав КУБІЄВИЧ
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ

Керівник ___________ _Георгій КАНАШЕВИЧ__
Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ

4
АНОТАЦІЯ
Тема кваліфікаційної роботи магістра: «Підвищення якості виготовлення
деталей з листових матеріалів методом гнуття»
Виконавець: студент групи мТМ-32 Кубієвич Владислав Вікторович.
Керівник: д.т.н., професор Канашевич Георгій Вікторович.
Кваліфікаційна робота містить 86 сторінок формату А4, 42 рисунки, 13
таблиць, 52 літературні джерела.
Гнуття є одним із основних методів формоутворення деталей із листових
матеріалів у машинобудуванні, приладобудуванні та інших галузях. Використання
сучасних методів автоматизованого проєктування дозволяє підвищити якість та
точність виготовлення деталей складної форми, зменшити відходи матеріалу та
трудомісткість процесу. Проте актуальною залишається проблема утворення
дефектів (відхилення від округлості отворів, пружне відновлення форми тощо), що
вимагає оптимізації технологічного процесу. Дослідження в цій роботі спрямовані
на підвищення якості деталей шляхом удосконалення методики проєктування та
визначення оптимальних параметрів процесу вільного гнуття.
Перший розділ присвячений аналізу сучасних методів виготовлення деталей
з листових матеріалів, особливості технологій гнуття, характеристики матеріалів та
дефекти, що виникають у процесі.
Другий розділ присвячений дослідженню впливу розташування отворів,
діаметра та товщини заготовки на якість деталей при згинанні. Виконано
математичне моделювання та експериментальні дослідження для оцінки впливу
цих параметрів.
Третій розділ присвячений розробці рекомендацій щодо проєктування
технологічного процесу отримання складнопрофільних виробів методом вільного
гнуття.
Четвертий розділ присвячений розгляду питань охорони праці при виконанні
операцій згинання на металообробних верстатах та забезпечення безпечних умов
роботи.
5
ABSTRACT
Master's Qualification Thesis Topic: " Improving the quality of manufacturing
parts from sheet materials by bending."
Author: Student of group mTM-32, Vladislav Kubievich.
Supervisor: Doctor of Technical Sciences, Professor Heorhiy Kanashevych.
The qualification thesis consists of 86 A4 pages, 42 figures, 13 tables, and 52
references.
Bending is one of the primary methods for shaping parts from sheet materials in
mechanical engineering, instrumentation, and other industries. The use of modern
automated design methods enhances the quality and accuracy of manufacturing complex-
shaped parts, reduces material waste, and minimizes process labor intensity. However,
the issue of defect formation (deviation from hole roundness, elastic shape recovery, etc.)
remains relevant, requiring optimization of the technological process. This research aims
to improve part quality by refining the design methodology and determining the optimal
parameters for the free bending process.
The first chapter is dedicated to analyzing modern methods of manufacturing parts
from sheet materials, the specifics of bending technologies, material properties, and
defects that occur during the process.
The second chapter focuses on studying the influence of hole positioning, diameter,
and blank thickness on the quality of parts during bending. Mathematical modeling and
experimental research were conducted to assess the impact of these parameters.
The third chapter is devoted to developing recommendations for designing the
technological process of manufacturing complex-shaped products using the free bending
method.
The fourth chapter examines occupational safety issues related to bending
operations on metalworking machines and ensuring safe working conditions.
6
Зміст
Вступ ................................................................................................................................. 8
Розділ 1. Застосування сучасних методів для отримання деталів з листових
матеріалів: огляд технологій гнуття ............................................................................ 11
1.1 Параметри якості деталей із листового металу ............................................. 11
1.2 Технології виготовлення складнопрофільних деталей із листового металу
13
1.3 Матеріали, що застосовуються в процесі листового штампування деталей
17
1.4 Аналіз видів дефектів і причин виникнення браку при згинальних операціях
20
1.5 Можливості автоматизованого проєктування технологічного процесу
вільного згинання .......................................................................................................... 24
Висновки до розділу 1 .............................................................................................. 28
Розділ 2. Методологія дослідження ........................................................................ 29
2.1 Досліджувані матеріали і заготовки ............................................................... 29
2.2 Методика розробки технологічного процесу ................................................ 31
2.3 Дослідження впливу розташування центра отворів відносно лінії згину,
діаметра отвору та товщини заготовки на якість деталей ........................................ 36
2.4 Математична обробка результатів дослідження впливу розташування
центра отворів відносно лінії згину, діаметра отвору і товщини заготовки на якість
деталей ............................................................................................................................ 44
2.5 Моделювання процесу вільного гнуття ......................................................... 48
Висновки до розділу 2 .............................................................................................. 57
Розділ 3. Рекомендації щодо проєктування технологічного процесу отримання
складнопрофільних виробів методом вільного згинання ......................................... 58
3.1 Проектування групового технологічного процесу .......................................... 58
3.2 Конструкція інструменту, що застосовується для виготовлення деталей
складного профілю, забезпечуючи високу якість виробів ........................................ 63

7
Висновок до розділу 3............................................................................................... 68
Розділ 4. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях ............................ 69
4.1 Вимоги охорони праці під час виконання робіт з різання металу та обробки
металу на згинальних, профілезгинальних верстатах ............................................... 69
4.2 Вимоги безпеки до металообробних верстатів ................................................ 71
4.3 Вимоги охорони праці під час виконання робіт на металообробних
верстатах токарної групи .............................................................................................. 74
4.4 Вимоги охорони праці під час виконання робіт на металообробних
верстатах стругальної, довбальної та протяжної груп .............................................. 77
4.5 Вимоги охорони праці під час виконання робіт на металообробних
верстатах свердлильної та розточувальної груп ........................................................ 78
Загальні висновки ...................................................................................................... 81
Список використаної літератури ................................................................................. 82

8
Вступ
На даний час технологічний процес згинання листового металу
застосовується у багатьох галузях виробництва. Це автомобільна,
сільськогосподарська промисловість, авіабудування, приладобудування тощо.
Найчастіше складнопрофільні деталі з листового металу отримують методом
зварювання з попередньо зігнутих елементів простого профілю деталей або
методом згинання із використанням спеціального оснащення.
Виготовлення згинанням складнопрофільних деталей із листового металу,
у порівнянні зі зварюванням складнопрофільних деталей, характеризується
вищою якістю, оскільки відсутні дефекти, що утворюються в зоні термічного
впливу зварного виробу.
Одним із високотехнологічних методів згинання листового металу є
вільне згинання, особливістю якого є використання універсального інструменту
для виготовлення деталей різної геометрії. Це дає змогу мінімізувати кількість
необхідних згинальних інструментів, зменшити собівартість виробництва та
виробляти широкий асортимент деталей із різним профілем.
Технологи під час розрахунку розмірів заготовки деталі з листового
металу використовують поправковий коефіцієнт – К-фактор, який впливає на
точність отриманих розмірів. На сьогодні, після розрахунку розгортки, щоб
переконатися у правильності проведення розрахунків, на підприємстві
проводять попереднє тестування. Воно полягає в тому, що розрахункову
заготовку піддають згинанню, за результатами якого визначають наявність або
відсутність дефектів. У разі виявлення дефектів розміри розгортки коригують,
знову проводять попереднє тестування, і після отримання якісної деталі
запускають у виробництво.
Для забезпечення високої якості деталей, 4–5 квалітету точності, і
зменшення трудомісткості підготовчого циклу виробництва пропонується на
початковому етапі проєктування технологічного процесу методом вільного
згинання деталей відпрацювати конструкторське креслення на технологічність.
До основних показників якості складнопрофільних деталей, отриманих вільним
згинанням із листового металу, слід віднести шорсткість, точність розмірів і
9
форми отворів. Усе це викликало необхідність проведення експериментальних
досліджень для встановлення закономірностей впливу параметрів
технологічного процесу вільного згинання на якість отриманих виробів.
Необхідно було отримати базу даних параметрів процесу вільного
згинання, номограми, що визначають області отримання дефектних і
бездефектних деталей, розробити методику проєктування технологічного
процесу виготовлення якісних виробів складного профілю, яка виключає
проміжний етап тестування деталі на наявність дефектів за допомогою
листозгинального верстата.
Завдання отримання необхідної бази даних, номограм, що визначають
області отримання дефектних і бездефектних деталей залежно від розташування
отвору відносно лінії згину, діаметра отвору, а також отримання розрахункових
формул оцінки некруглості отворів залежно від їхнього розташування на
вихідній заготовці, є актуальним завданням.
Мета дослідження: Забезпечення якості, точності розмірів, підвищення
продуктивності, зниження трудомісткості та вдосконалення методики
проєктування технологічного процесу вільного згинання під час виготовлення
складнопрофільних деталей із листового матеріалу.
Для вирішення поставленого завдання необхідно було:
‒ отримати математичну модель оцінки якості складнопрофільних виробів
із наявністю отворів, їх розташуванням відносно лінії згину з урахуванням
товщини вихідної заготовки та марки матеріалу;
‒ проаналізувати методику проєктування технологічного процесу
виготовлення деталей складного профілю з попереднім відпрацюванням
конструктивної деталі на технологічність, що дозволило б виключити попереднє
тестування;
‒ побудувати номограми для попередньої оцінки якості отриманих
деталей у результаті реалізації технологічного процесу вільного згинання;
‒ за результатами наукового експерименту визначити поправковий
коефіцієнт (К-фактор), який має важливе значення та суттєво впливає на вибір
форми інструменту та розміру деталі.
10
Об’єктом дослідження є процес вільного згинання складнопрофільних
деталей із конструкційних сталей.
Предметом дослідження є якість (відхилення округлості отворів),
точність, ефективність виготовлення складнопрофільних деталей при вільному
згинанні.

11
Розділ 1. Застосування сучасних методів для отримання деталів з листових
матеріалів: огляд технологій гнуття
1.1 Параметри якості деталей із листового металу
Відповідно до ГОСТ 15467‒79, техніко-економічне визначення «якості
продукції» обмежується характеристиками товару, пов'язаними з його здатністю
задовольняти певні суспільні або особисті потреби відповідно до його
призначення, на відміну від філософського розуміння «якості» [9]. До основних
факторів, що лімітують довговічність і надійність виробів (експлуатаційні
характеристики якості), належать: пошкодження поверхні виробу, деформації,
які можуть спричинити напруження до граничних значень. Точність
геометричних параметрів деталей відіграє критичну роль у забезпеченні їхньої
якості та надійності. Зменшення похибок технологічного процесу призводить до
підвищення точності геометричних характеристик виробів і, відповідно, до
покращення якості виробництва в цілому.
Залежно від призначення деталі та завдань, які виконуватиме ця деталь,
якісні характеристики можуть відрізнятися.
Але існує ряд параметрів якості, які будуть застосовні до всіх деталей з
урахуванням допусків, регламентованих за ОСТ 92‒1051‒83 [10]:
1. Шорсткість поверхні, Ra.
2. Точність геометричних розмірів.
3. Відсутність тріщин, сколів, задирок.
Деталі з листового металу можуть мати різноманітну геометричну форму,
яка визначається їх функціонуванням, уявою конструктора та з урахуванням
технологічних можливостей наявного обладнання для їх виготовлення. На
Рисунку 1.1 показано можливі форми зігнутих деталей, отриманих методом
згинання.

12
Рисунок 1.1 – Різні форми зігнутих деталей із листового металу,
отриманих згинанням
У роботі розглядаються деталі складного профілю з отворами з листового
металу (Сталь 3, 12Х18Н10Т). Деталі є частиною складального обладнання,
тому важливим показником якості для них є збереження всіх розмірів відповідно
до креслення. Оскільки деталі мають отвори, необхідно забезпечити потрібну
форму та розташування після згинання.
Параметр округлості форми отвору є основним показником якості зігнутих
деталей із металевого листа. У цій роботі проведено наукове дослідження,
спрямоване на вивчення і визначення технологічних умов, які забезпечують
отримання якісних деталей із отворами в процесі вільного згинання.
Стабільність технологічного процесу виготовлення якісних деталей при
згинанні листового металу тісно пов’язана з характеристиками постаченого
матеріалу. Насамперед, метал повинен мати однакові механічні властивості по
всій площі, однорідний хімічний склад, високу пластичність і бути вільним від
поверхневих та внутрішніх дефектів. Урахування важливості кожного з цих
факторів та їх взаємозв’язку потребує комплексного розгляду та оцінки
можливості досягнення високої якості зігнутих деталей складного профілю з
листового металу.

13
1.2 Технології виготовлення складнопрофільних деталей із листового
металу
Згинання — одна з операцій холодного листового штампування, у
результаті якої відбувається зміна кривизни середньої поверхні заготовки в
площині згину, що призводить до створення деталі з тривимірною формою.
Згинання є однією з найпоширеніших операцій формозміни та широко
застосовується для виготовлення різноманітних деталей із матеріалів у вигляді
листів, профільного прокату, труб і дроту [20].
Існує два основних методи згинання листового металу, які мають
принципову відмінність.
Перший метод називається «Чеканка» або «Безповітряне згинання». Під час
деформування заготовки між пуансоном і матрицею заготовка починає
змінювати форму, прилягаючи до поверхні жолоба матриці, як показано на
Рисунку 1.2. При незначній зміні форми заготовки пружна деформація майже
повністю перетворюється на пластичну деформацію [21].
Метал, у прямому сенсі, вдавлюється в матрицю. Для того щоб більша сила
використовувалася ефективно, наконечник пуансона має бути досить гострим,
тобто мати мінімальний радіус заокруглення. Цей вид згинання відрізняється
високою точністю, яка повністю визначається точністю виготовлення
інструмента. Форма інструмента має повторювати форму деталі, тому цей вид
згинання доцільний у масовому виробництві.

Рисунок 1.2 – Схема згинання листової заготовки методом чеканки
14
Основною перевагою методу безповітряного згинання є висока точність
розмірів отриманих деталей.
До недоліків цього методу належать: виготовлення спеціальних штампів
для кожного виду деталі, а також значні витрати енергії через високі зусилля,
які прикладаються під час штампування.
Метод безповітряного згинання доцільно використовувати в умовах
великосерійного виробництва.
Вільне згинання (повітряне згинання) зазвичай здійснюють за допомогою
універсального інструмента (пуансона і матриці) на листозгинальних пресах.
Принципова схема процесу вільного згинання полягає у пластичному вигині
заготовки шляхом відповідного переміщення пуансона (Рисунок 1.3) [22].

Рисунок 1.3 – Схема вільного згинання
Оскільки заготовка контактує зі стаціонарною матрицею у двох точках,
третьою точкою контакту заготовки з інструментом є пуансон. В залежності від
величини переміщення пуансона в матрицю формується кут вигину.
Таким чином, використовуючи один комплект інструменту (пуансон і
матрицю), можна отримувати безліч деталей, зігнутих під різними кутами.
Переваги методу вільного згинання:
- Висока універсальність, що полягає у можливості отримувати різні
складнопрофільні деталі, використовуючи один комплект інструменту.
15
Наприклад, маючи пуансон і матрицю з кутом 35°, можна виготовити безліч
деталей із кутом згину в межах від 179° до 35°.
- Застосування одного комплекту згинального інструменту під час
виготовлення зігнутих деталей дозволяє суттєво зменшити виробничі
витрати та знизити собівартість у порівнянні з виготовленням
аналогічних деталей із використанням традиційного згинання в
штампах.
- Менше технологічне зусилля при вільному згинанні, а отже, потрібне
менш потужне згинальне обладнання.
Недоліки вільного згинання:
- Пружність проявляється після завершення деформації при згинанні та
може призвести до зміни форми деталі після припинення контакту деталі з
інструментом. Вплив параметрів процесу на пружність досліджували Se Young
Kim, Won Jong Choi, Sang Yoon Park [12]. У ході експерименту розглядали вплив
розмірів інструмента на пружність, а також налаштувань процесу (швидкість
руху пуансона, навантаження (сила), температура). Базова формула для
прогнозування пружності представлена як функція від радіуса та швидкості
(деформації). Дослідження показали, що навантаження є одним із головних
факторів, що впливають на пружність. Оскільки при вільному згинанні потрібне
зусилля значно менше, а швидкість переміщення пуансона вища порівняно зі
згинанням у штампах, то через виникнення залишкових напружень
збільшується пружність внаслідок великої пружної деформації в нейтральному
шарі.
- Для забезпечення виготовлення якісних виробів відповідно до технічних
норм виробництва, після розробки технологічного процесу згинання деталі
необхідна попередня перевірка. Вона полягає у проведенні тестового згинання
дослідного зразка деталі на листозгинальному пресі з метою визначення її
конструкції на технологічність.
- Встановлюються обмеження на розміри полиць зігнутої деталі, які
залежать від товщини листа вихідної заготовки. Довжина полиць не повинна
бути меншою за 5–8 товщин листа.
16
- Щоб уникнути отримання дефектних деталей за округлістю отворів, слід
враховувати мінімально можливу відстань центра отвору від лінії згину.
З аналізу літературних джерел встановлено, що доцільність застосування
методу вільного згинання визначається різноманітністю профілів деталей, які
мають різні кути згину в межах від 1° до 179°, у умовах дрібносерійного
виробництва. Точність розмірів деталей відповідає квалітету IT6, а шорсткість
— Rа 1,25 мкм.

17
1.3 Матеріали, що застосовуються в процесі листового
штампування деталей
Показники механічних властивостей вихідної листової заготовки суттєво
впливають на процес виготовлення деталей, отриманих методом вільного
згинання. При виборі матеріалу листової заготовки зазвичай орієнтуються на
відповідність вимогам, які висуваються до готової деталі, а також на здатність
матеріалу заготовки пластично деформуватися в процесі згинання.
У більшості випадків як матеріал заготовки для холодного листового
штампування використовуються низьковуглецеві сталі з вмістом вуглецю 0,05%
– 0,4%, які характеризуються високою пластичністю.
Основні види прокату та марки сталі, що застосовуються для листового
штампування, наведено в Таблиці 1.1 [11].
Листовий прокат є матеріалом, що випускається у вигляді листів, стрічок і
рулонів. Холоднокатаний прокат, товщина якого не перевищує 4 мм,
характеризується меншою шорсткістю поверхні, більш рівномірною товщиною
та має вищі технологічні властивості, передусім високу пластичність.
Таблиця 1.1 – Основні види сталі для листового матеріалу, що
застосовуються для згинальних операцій (s — товщина листа)

18

Прокат листовий холоднокатаний конструкційний підрозділяється на:
листи холоднокатані загального призначення, що виготовляються за ГОСТ
16523–97 [12]; сортамент, який відповідає ГОСТ 19904–90 [13]; хімічний склад
сталі, що повинен відповідати ГОСТ 1050–88 [14].
За нормованими характеристиками прокат поділяється на 5 категорій, за
якістю обробки поверхні — на групи I, II, III, за здатністю до витяжки
(товщиною до 2 мм): Г — глибокої витяжки і Н — нормальною.
Леговані сталі класифікуються за чотирма ознаками: за рівноважною
структурою, структурою після охолодження, складом і призначенням. Для
холодного штампування застосовують леговані сталі підвищеної пластичності
зі спеціальними властивостями.
На сьогодні характеристики листового прокату з цих сталей
регламентуються міжнародними стандартами: EN 10130:2006 —
«Холоднокатаний плоский прокат із м’яких сталей для холодного
деформування» [15]; EN 10131:2006 — «Холоднокатаний плоский прокат із
низьковуглецевої сталі високої міцності без покриття та з цинковим або
цинково-нікелевим покриттям для холодного деформування» [16].
Леговані сталі підвищеної пластичності мають гарантовані межі плинності
та міцності, характеризуються високою пластичністю та низьким розкидом
механічних властивостей. Вони не схильні до старіння, що забезпечує високу
здатність до формозміни. Ці особливості роблять їх придатними для широкого
спектра листового штампування, включаючи формування деталей складної
форми та виконання глибокої витяжки.
19
Важливим аспектом при виборі вихідної заготовки з листового прокату для
згинання є врахування анізотропії властивостей. У залежності від того, в якому
напрямку (поздовжньому або поперечному до прокатного листа) вирізаються
заготовки для вільного згинання, залежить величина пружності.
Застосування листів у рулонах і сталевої стрічки дає змогу здійснювати
автоматизоване виробництво заготовок для подальшого згинання на
гідравлічних пресах.

20
1.4 Аналіз видів дефектів і причин виникнення браку при
згинальних операціях
Серед основних дефектів, які можуть виникнути в процесі згинання, варто
виділити такі: утворення утяжини в зоні згину, поява тріщин, утворення
складок, невідповідність розмірів і форми внаслідок пружності, а при згинанні
деталей із наявними отворами — відхилення від форми отвору (округлість) [17;
18]. Урахування та можливість усунення можливих дефектів при вільному
згинанні забезпечить отримання якісних деталей.
Утворення утяжини, що характеризується зменшенням товщини деталі по
лінії згину, усувається зменшенням радіуса згину завдяки створенню надлишку
матеріалу в зоні згину під час штампування листових деталей та накладанню
стискаючих напружень у тангенціальному напрямку. Цей метод дозволяє
досягти необхідного деформованого стану матеріалу деталі в області згину, що
приводить до зменшення тонкостінності матеріалу, усунення утяжини та
виключення пружності борта. Це, своєю чергою, унеможливлює потребу у
коригуванні формоутворювального оснащення [19].
Збереження круглих отворів у листових металевих деталях після операції
згинання є однією з актуальних технологічних задач у виробництві
металоконструкцій. Круглі отвори необхідні для забезпечення експлуатаційних
функцій деталей, таких як з’єднання елементів, розподіл напружень і
вентиляційні отвори.
Виконані експерименти щодо впливу розташування отворів відносно лінії
згину на якість отриманих деталей показали, що топографія розташування
отворів на розгортці вихідної заготовки визначає їх кінцеву форму. На Рисунку
1.4 представлено схему розташування отворів на вихідній заготовці, а на
Рисунку 1.5 — готову деталь.
Можна зазначити, що залежно від відстані центра отвору до лінії згину
деякі з отворів після згинання матимуть дефекти за формою (відхилення від
округлості). У разі утворення слідів на поверхні деталі (подряпин, рисок) після
згинання буде потрібна додаткова обробка (Рисунок 1.6).
21

Рисунок 1.4 – Схема розташування отворів на розгортці. Дефекти у
вигляді відхилення від округлості отвору після згинання, позначені синім
кольором, розташовувалися близько до лінії згину.

Рисунок 1.5 – Зігнута деталь із дефектами отворів (позначені червоним
кольором) та без дефектів отворів
22

Рисунок 1.6 – Зігнута деталь із дефектами поверхні після згинання
Поява тріщин на зовнішній поверхні заготовки в процесі її згинання
зазвичай пов’язана з деформацією металу з низькою пластичністю, особливо під
час проведення цієї операції за низьких температур. При наявності певного
коефіцієнта анізотропії, наприклад, рівного 45 градусам, існує ризик утворення
тріщин через обмежену здатність матеріалу до пластичної деформації.
Наприклад, згинання заготовок із дюралюмінію в холодному стані може
викликати не тільки утворення тріщин, а й повне руйнування металу.
Виключно важливим аспектом є правильне застосування технології
згинання при обробці високо вуглецевих, легованих сталей та інших металевих
сплавів. Це включає вибір оптимальної температури обробки, правильну
методику згинання, оптимізацію мінімального радіуса згину та інших
відповідних параметрів.
При згинанні заготовок із кутом менше ніж 60 градусів надзвичайно
важливо уникати утворення складок на внутрішній стороні кута заготовки,
оскільки ці складки є місцями концентрації напружень, що може знижувати
міцність деталі.
Наявність дрібних частинок або сміття на робочих частинах інструмента
може призвести до утворення так званих рисок — подряпин глибиною до 0,5
мм.
23
За підвищеного вмісту водню у сталях виникають флокени — особливі
дефекти. Наявність флокенів у металі спричиняє крихке руйнування металу в
місцях скупчення високих концентрацій напружень.
Відхилення від заданих розмірів деталі найчастіше пов’язане з
недостатньою точністю під час визначення довжини (і об’єму) вихідної
заготовки. Помилка в розрахунках розгортки може призвести до збільшення або
зменшення її розмірів. Водночас відхилення від форми отвору може виникнути
внаслідок неправильної послідовності згинання, некоректної попередньої
підготовки вихідної заготовки, неправильного вибору інструменту або методу
згинання (Рисунок 1.7).

Рисунок 1.7 – Зігнута деталь із дефектом у вигляді утворених складок.

24
1.5 Можливості автоматизованого проєктування технологічного
процесу вільного згинання
З метою застосування автоматизованого проєктування технологічного
процесу вільного згинання та усунення впливу некомпетентності технолога під
час розробки техпроцесу нами були вивчені можливості використання CAE-
програм.
У результаті було обрано найбільш підходящу програму для
автоматизованого проєктування технологічного процесу вільного згинання
виробів складного профілю — QForm, яка надалі використовувалася в
науковому дослідженні [26; 27–30].
Програма QForm застосовується для розрахунків пластичних деформацій і
спеціалізується на оптимізації використовуваних інструментів і технологічних
процесів обробки металу тиском: штампування, кування та прокатки [31]. За
допомогою цієї програми можна моделювати різні операції листового
штампування, зокрема складні багатоперехідні операції.
Моделювання листової заготовки виконується на основі методу кінцевих
елементів. Для досягнення високої точності розрахунків необхідно
використовувати сітку із шестигранних елементів, що дозволяє враховувати
кілька кінцевих елементів по товщині листа. При цьому кількість вузлів у такій
сітці суттєво менша, що дозволяє значно скоротити час моделювання.
Програма QForm використовує алгоритми створення діаграм граничного
формозміни (технологія FLD) з урахуванням товщини деталі, що дозволяє
оцінювати можливі: розриви, утонення, утовщення, тріщини, складки.
На Рисунку 1.8 наведено приклад моделювання із зазначенням зон
виникнення дефектів.
25

Рисунок 1.8 – Ілюстрація напружень у деталі з програми QForm
Спеціальна гексаедральна сітка, що використовується в програмі QForm,
прискорює розрахунки без втрати точності. Моделювання листоштампувальних
операцій дозволяє виявити більшість дефектів, зменшити кількість браку,
підібрати обладнання та оптимальний коефіцієнт використання матеріалу.
Ця програма потребує значних зусиль і високої кваліфікації при аналізі
несерійної продукції. Тому її рекомендується застосовувати для оцінки
можливих розривів і дефектів деталей у крупносерійному та масовому
виробництві, де витрати часу на аналіз є виправданими.
Програма Radbend призначена для спеціалізованого моделювання процесу
згинання листового металу, виконання розрахунків розгорток і програмування
керуючого коду для верстатів із числовим програмним управлінням (ЧПУ) [32].
Radbend дозволяє заздалегідь визначити технологічність виготовлюваної
деталі, генеруючи та графічно демонструючи повну симуляцію обробки та
послідовність згинання. Це допомагає підібрати інструмент і розташувати упори
листозгинального преса на потрібному рівні.
За допомогою цього модуля можна уникнути проблем, які часто виникають
у виробництві, зокрема: уникнення зіткнення інструмента, виробу та частин
верстата (Рисунок 1.9).
26

Рисунок 1.9 – Ілюстрація інтерфейсу програми Radbend
Під час тестування програми було виявлено певні недоліки, такі як
складний інтерфейс, відсутність можливості додавання власного оснащення та
недостатньо високий рівень технічної підтримки.
Програма Metamation Flux зарекомендувала себе як ефективна
CAD/CAM/CAE-програма з інтуїтивно зрозумілим інтерфейсом, зручною
налаштовуваною бібліотекою наявного оснащення та якісними результатами
розрахунків [33].
Основні можливості програми Metamation Flux:
- Автоматичний вибір необхідного згинального інструменту з бібліотеки.
- Призначення послідовності згинання.
- Розрахунок позиціонування задніх упорів.
- Розрахунок високоточної розгортки з урахуванням геометричної форми
обраного інструменту.
- Створення керуючого коду для верстата з ЧПУ.
- Аналіз можливих зіткнень між деталлю, інструментом і верстатом
(Рисунок 1.10) [34].
Принцип роботи програми:
Програма працює за принципом логічних типів даних, які можуть приймати
одне з двох значень: «Істина» або «Хиба».
27

Рисунок 1.10 – Ілюстрація інтерфейсу програми Metamation Flux
Для дрібносерійного виробництва з великою кількістю різноманітних
деталей програма Metamation Flux зарекомендувала себе як ефективний
інструмент, що дозволяє підвищити рівень автоматизації виробництва.
Використання цієї програми сприяє значному скороченню часу, необхідного для
відпрацювання деталей на технологічність.

28
Висновки до розділу 1
Таким чином, огляд і аналіз технологічних рішень для виготовлення та
забезпечення високої якості виробів із листових заготовок методом вільного
згинання підкреслює необхідність розробки нової методики проєктування
технологічного процесу отримання складнопрофільних деталей із урахуванням
відпрацювання конструкторського креслення на технологічність. Такий підхід
до процесу проєктування виключає потребу в попередньому тестуванні
правильності розробки та коригування технологічного процесу виготовлення
деталей, що підвищує ефективність виробництва.
Крім того, реалізація комплексного підходу до технологічного
забезпечення підвищення якості складнопрофільних деталей методом вільного
згинання є актуальною проблемою, яка потребує подальших науково-
експериментальних досліджень. Ці дослідження мають бути спрямовані на
вивчення взаємозв’язків між якістю деталей та основними параметрами
технологічного процесу.

29
Розділ 2. Методологія дослідження
2.1 Досліджувані матеріали і заготовки
Для матеріалу дослідження було обрано вуглецеву сталь Сталь 3 та
леговану сталь 12Х18Н10Т. Хімічний склад і показники міцності досліджуваних
сталей наведено в Таблиці 2.1 [35].
Таблиця 2.1 – Хімічний склад і характеристики досліджуваних сталей |

Як вихідні заготовки для проведення експериментальних досліджень
використовувався листовий матеріал товщиною 0,5 мм, 0,8 мм, 1,0 мм, 1,2 мм,
1,5 мм, 2,0 мм.
Отримання виробів складного профілю з отворами різного діаметра з
листових заготовок методом вільного згинання характеризується широкими
можливостями виробництва та великою номенклатурою.
Для проведення наукового дослідження була обрана найбільш поширена
деталь, що складається з двох відгибів (полиць) під кутом 90 градусів з
розташованими на них отворами.

Рисунок 2.1 – Профіль типової деталі
На Рисунку 2.1 зображено профіль типової деталі, а на Рисунку 2.2 —
розгортку листової заготовки для типових деталей, де: a — відстань центра
отвору до лінії згину, мм; d — діаметр отвору, мм; s — товщина деталі, мм.
Ширина заготовки становить 50 мм.
У ході проведення експериментів виготовлялися деталі з заготовок різної
товщини, яка змінювалася в межах від 0,5 до 2 мм. Відстань від центра отвору
до лінії згину варіювалася в інтервалі 0‒12 мм, а діаметр отвору складав від 1 до
30
10 мм. У процесі дослідного штампування було виготовлено 2480 деталей. Після
виконання операції згинання кожна деталь досліджувалася на предмет
отриманої форми отвору шляхом вимірювання його діаметра.

Рисунок 2.2 – Ескіз розгортки вихідної заготовки.

31
2.2 Методика розробки технологічного процесу
Послідовність розробки технологічного процесу на виробництві при
згинанні листового металу з урахуванням попереднього згинання має такі етапи
[42]:
1. Аналіз конструкції деталі:
- Визначення її призначення, взаємодії з іншими елементами та
відповідності технічним специфікаціям.
- Оцінка параметрів деталі, таких як механічна міцність, стійкість до
деформацій, довговічність і надійність в умовах експлуатації, відповідно до
технічних вимог замовника.
2. Коригування розмірів деталі (за необхідності):
- У разі виявлення розмірів, які неможливо виготовити, проводиться їх
коригування.
- Наприклад, часта помилка конструкторів — зазначення різьбового
отвору, який неможливо виконати на певній товщині матеріалу, що вимагає
зміни конструкції деталі за погодженням із замовником.
3. Розробка технологічної маршрутної карти:
- Після аналізу конструкції деталі складається маршрутна карта
виготовлення деталі, що враховує всі необхідні технологічні операції.
4. Визначення розмірів заготовки:
- При розрахунку вихідної заготовки необхідно враховувати її
подовження в зоні виникнення розтягувальних напружень у шарі металу по
зовнішньому радіусу згину [43].
- Металевий шар, у якому діють стискаючі напруження, і шар, у якому
діють розтягувальні напруження, розділяються нейтральною віссю (Рисунок
2.3).
- Нейтральна вісь при згинанні листа зміщується в напрямку області дії
стискаючих напружень [44].
32

Рисунок 2.3 – Схема дії стискаючих і розтягувальних напружень по
товщині металу
К-фактор — це параметр, який визначає місцезнаходження нейтральної осі.
К-фактор дорівнює відстані від нейтральної осі до внутрішньої поверхні листа в
зоні радіуса згину, віднесеній до товщини вихідної заготовки. У цьому випадку
нейтральна ось розташована на відстані, рівному К-фактору, помноженому на
товщину листа, від внутрішньої поверхні.
Зміна цього коефіцієнта неможлива, оскільки він є постійним для кожного
типу матеріалу і виражається у вигляді дробових значень. Чим менше значення
К-фактора, тим ближче нейтральна лінія розташована до внутрішнього радіуса
листа. Зменшення К-фактора означає більше розтягнення матеріалу і,
відповідно, збільшення довжини заготовки.
К-фактор є обов’язковим параметром при розрахунку заготовки з листового
металу. Використовують два варіанти розрахунку розгортки.
План розрахунку розгортки заготовки №1 (Рисунок 2.4) [45; 46; 47]

Рисунок 2.4 – Ескіз для розрахунку розгортки листової деталі
33
План розрахунку розгортки заготовки №1:
Розділіть контур деталі:
Поділіть контур деталі, яку потрібно зігнути, на компоненти, що
складаються з відрізків прямих ліній і дуг кіл.
Визначте значення К-фактора:
Використовуйте доступну літературу або проведіть експерименти для
визначення К-фактора.
Обчисліть суму довжин компонентів:
Довжини прямих сегментів додаються без змін.
Довжини дуг враховують деформацію матеріалу та відповідне переміщення
нейтрального шару.
Рекомендація:
Перед установленням положення заднього упора на верстаті виміряйте
довжину кожної полиці окремо.
План розрахунку розгортки заготовки №2 (Рисунок 2.5)

Рисунок 2.5 – Ескіз для розрахунку розгортки листової деталі
1. Визначення К-фактора:
- Значення К-фактора береться з таблиць або визначається
експериментально.
2. Розбиття контуру деталі:
- Поділ контуру вигнутої деталі на елементи, що складаються з прямих
відрізків і частин дуг.
3. Розрахунок необхідних коригувань:
- Довжини прямих відрізків сумуються без змін.
34
- Довжини дуг коригуються з урахуванням переміщення нейтрального
шару.
4. Розробка карти розкрою листа:
- Визначення параметрів стрічки для вирубування заготовки відповідно
до стандартів.
- Враховується, що маса стрічки під час подачі в штамп не повинна
перевищувати 12 кг, а її довжина — 2,0 м.
- Рекомендовані розміри листа: ширина до 1500 мм, довжина до 2000 мм.
- Лінії згину повинні бути переважно перпендикулярні до напрямку
прокатки для зменшення пружності.
5. Визначення кількості заготовок:
- Розрахунок кількості нарізаних стрічок і заготовок із кожної стрічки.
- Розрахунок коефіцієнта використання матеріалу.
6. Розрахунок зусилля різання листа:
- Визначення необхідного зусилля для різання листа на гільйотинних
ножицях.
- Підбір марки ножиць за каталогом.
7. Визначення зусилля вирубування отворів у штампі.
8. Вибір преса для операції згинання:
- Враховуються такі параметри:
- Повне зусилля згинання \( Р\sum \), кН.
- Робочий хід повзуна.
- Висота інструменту в закритому стані.
- Габарити інструменту в плані.
9. Розрахунок пружності матеріалу:
- Після операції згинання залишкові напруження можуть змінити кут
деталі.
- Коригування переміщення пуансона для компенсації кута згинання.
- Рекомендація: згинати заготовки поперек волокон для зменшення
пружності.
10. Створення маршрутно-операційного технологічного процесу:
35
- Оформлення технологічних карт.
11. Тестове гнуття деталі:
- Перевірка правильності технологічного процесу на листозгинальному
верстаті.
- За потреби внесення змін у технологічний процес або конструкцію
деталі.
- Після отримання якісного тестового зразка деталі технологічний процес
запускається в серійне виробництво.
1. Аналіз креслення деталі:
- Виконується технологом із використанням номограм.
2. Автоматизація процесу:
- Програма Metamation Flux виконує автоматичний розрахунок зусилля,
підбір інструменту, визначення геометрії заготовки та перевірку наявності або
відсутності браку.
Переваги:
- Відсутність необхідності тестового згинання перед запуском у
виробництво.
- Скорочення часу розробки технологічного процесу.
- Зменшення трудомісткості та собівартості, підвищення продуктивності.
- Програма Metamation Flux не надає рекомендацій щодо зміни відстані
центра отворів від лінії згину та компенсації кута пружності.
Для врахування цих факторів необхідно вивчити вплив хімічного складу
матеріалу, товщини заготовки, напрямку прокатки, ширини відкриття матриці
на відхилення від округлості та кута пружності. На основі отриманих
результатів слід створити математичну модель.

36
2.3 Дослідження впливу розташування центра отворів відносно лінії
згину, діаметра отвору та товщини заготовки на якість деталей
У зв’язку з тим, що при згинанні деталей з отворами, через неправильне їх
розташування на вихідній заготовці, виникають дефекти у вигляді відхилень від
округлості, у роботі були проведені експериментальні дослідження, спрямовані
на вивчення і встановлення закономірностей виникнення таких дефектів при
виготовленні деталей складної форми методом вільного згинання.
Для цього були підготовлені вихідні заготовки зі стального листа різної
товщини, на яких були отвори різного діаметра. Центри цих отворів
розташовувалися на певній відстані від лінії згину. Підготовлені таким чином
заготовки піддавалися дослідному згинанню під кутом 90 градусів.
У результаті - вдалося визначити граничні значення відстаней центра
отворів різного діаметра відносно їх положення до лінії згину.
На рисунку 2.6 показано ескіз вихідної заготовки з розташуванням на ній
отворів.

Рисунок 2.6 – Ескіз розгортки з розташованими на ній отворами.
У рамках експерименту відстань від центра отвору до лінії згину була
обрана в межах від 0 до 12 мм, а діаметри отворів змінювалися в діапазоні від 1
до 10 мм. При цьому товщина вихідних заготовок варіювалася в межах від 0,5
до 2 мм.
37
На кожній вихідній заготовці, яка піддавалася вільному згинанню, було
отвір одного діаметра, центр якого розташовувався на певній відстані від лінії
згину. Таким чином, у результаті експерименту було виготовлено 2480 деталей.
Для проведення дослідного згинання необхідно було підібрати відповідне
обладнання та інструмент, за допомогою яких можна було б реалізувати
експеримент із вільного згинання.
Одним із важливих технологічних параметрів при розробці технологічного
процесу є потрібне зусилля згинання Р.
Для всіх заготовок були розраховані технологічні зусилля згинання, які
наведені в Таблиці 2.2.
Таблиця 2.2 – Значення потрібного зусилля згинання досліджуваної
номенклатури деталей
Номер Розміри Матеріал, деталі Необхідне
типової заготовки, мм зусилля,
деталі Товщина Ширина кН
1 0,5 Сталь 3 14,5
207 0,5
12Х18Н10Т 15

414 0,8 Сталь 3 37,1
621 0,8 12Х18Н10Т 39

828 1,0 Сталь 3 58
1035 1,0 12Х18Н10Т 60
1242 1,2 50 Сталь 3 63
1449 1,2 12Х18Н10Т 66
1656 1,5 Сталь 3 78
1863 1,5 12Х18Н10Т 82
2070 2,0 Сталь 3 116
2277 2,0 12Х18Н10Т 120
Оскільки максимальне зусилля згинання дорівнює 120 кН, для проведення
дослідного штампування досліджуваних деталей обрано наявний
листозгинальний верстат PRCN RICO 30100 із номінальним зусиллям 1000 кН.
38
Робочий кут інструменту було обрано рівним 88°. Ширина розкриття
матриці для згинання низьковуглецевих сталей обирається в діапазонах,
зазначених у таблицях від постачальника інструменту [39]. На основі цих даних
складено Таблицю 2.3 із рекомендованими значеннями ширини розкриття
матриці.
Для того щоб вибрати із рекомендованих значень ширини розкриття
матриці розмір, який забезпечить найбільш ймовірне згинання бездефектних
деталей, нижче виконано уточнений розрахунок.
Таблиця 2.3 – Рекомендовані значення ширини розкриття матриці
Матеріал Товщина деталі, Варіант 1 Варіант 2
мм ширини ширини
розкриття розкриття
матриці, мм матриці, мм
Сталь 3 0,5 4 6
Сталь 3 0,8 4 6
Сталь 3 1,0 6 8
Сталь 3 1,2 8 10
Сталь 3 1,5 10 12
Сталь 3 2,0 12 16
12Х18Н10Т 0,5 4 6
12Х18Н10Т 0,8 6 8
12Х18Н10Т 1,0 6 8
12Х18Н10Т 1,2 8 10
12Х18Н10Т 1,5 10 12
12Х18Н10Т 2,0 12 16
Розрахунок ширини розкриття матриці проводився за формулою (�� = ����)
для уточнення вибору серед рекомендованих значень, зазначених у Таблиці 2.3
для виготовлення деталей із отворами [40].
де:V — ширина розкриття матриці, мм; s — товщина металу, мм; k —
коефіцієнт, який залежить від міцності матеріалу: k=6 для низьковуглецевих
39
сталей із межею міцності σв ≤300МПа; k=1 для низьковуглецевих сталей із
межею міцності σв >300МПа.
Результати розрахунку зведено до Таблиці 2.4.
Таблиця 2.4 – Розрахункові значення ширини розкриття матриці
Матеріал Товщина деталі, мм Ширина розкриття
матриці, мм
Сталь 3 0,5 3
Сталь 3 0,8 4,8
Сталь 3 1,0 6
Сталь 3 1,2 7,2
Сталь 3 1,5 9
Сталь 3 2,0 12
12Х18Н10Т 0,5 3,75
12Х18Н10Т 0,8 6
12Х18Н10Т 1,0 7,5
12Х18Н10Т 1,2 9
12Х18Н10Т 1,5 11,25
12Х18Н10Т 2,0 15
Сталь 3:
• Товщина заготовки 0,5 мм — ширина розкриття матриці V=4V = 4V=4.
• Товщина заготовки 0,8 мм, 1,0 мм — ширина розкриття матриці V=6V =
6V=6.
• Товщина заготовки 1,2 мм — ширина розкриття матриці V=8V = 8V=8.
• Товщина заготовки 1,5 мм — ширина розкриття матриці V=10V = 10V=10.
• Товщина заготовки 2,0 мм — ширина розкриття матриці V=12V = 12V=12.
12Х18Н10Т:
• Товщина заготовки 0,5 мм — ширина розкриття матриці V=4V = 4V=4.
• Товщина заготовки 0,8 мм, 1,0 мм — ширина розкриття матриці V=8V =
8V=8.
• Товщина заготовки 1,2 мм — ширина розкриття матриці V=10V = 10V=10.
• Товщина заготовки 1,5 мм — ширина розкриття матриці V=12V = 12V=12.
40
• Товщина заготовки 2,0 мм — ширина розкриття матриці V=16V = 16V=16.
Радіус пуансона:
• Для заготовок товщиною 0,5 мм — R=0,2R = 0,2R=0,2 мм.
• Для заготовок товщиною 0,8 мм, 1,0 мм, 1,2 мм, 1,5 мм, 2,0 мм — R=0,8R
= 0,8R=0,8 мм.
У результаті проведення дослідного штампування під час візуального
огляду були відзначені такі дефекти деталей: наявність слідів у вигляді
подряпин і рисок від матриці після згинання, а також викривлення форми
отворів (відхилення від округлості) (Рисунок 2.7).

Рисунок 2.7 – Дефект отвору деталі після згинання
Відповідно до ГОСТ 24643-81 "Допуски форми та розташування
поверхонь" були визначені необхідні допуски округлості для досліджуваних
отворів за ступенем точності IT6 (Рисунок 2.8).

Рисунок 2.8 – Значення допусків округлості за ГОСТ 24643-81
41
Виходячи з вимог ступеня точності IT6, встановлено, що деталі будуть
вважатися якісними після згинання, якщо отвори відповідатимуть наступним
розмірам: Ø1 ±0,003 мм, Ø2 ±0,003 мм, Ø3 ±0,004 мм, Ø4 ±0,004 мм, Ø5 ±0,004
мм, Ø6 ±0,004 мм, Ø7 ±0,004 мм, Ø8 ±0,004 мм, Ø9 ±0,004 мм, Ø10 ±0,005 мм.
Результати дослідного згинання для досліджуваних деталей наведені у
вигляді номограм і вибірково в Таблиці 2.9.
Таблиця 2.9 – Результати дослідного згинання деталей із отвором

42

Результати дослідного згинання (Таблиця 2.9) показали, що при
виготовленні деталей складної форми з отворами методом вільного згинання на
якість деталей впливають: розташування центра отворів відносно лінії згину,
діаметр отвору та товщина заготовки.
Для більш наочної та зручної оцінки якості виготовлених виробів
результати дослідного згинання переведені у вигляд номограм (Додаток Б).
Використання цих номограм дає можливість технологу швидко оцінити
можливості отримання якісних виробів за вибраних технологічних умов.
Особливості номограм:
Номограми містять області отримання дефектних і бездефектних деталей,
враховуючи такі технологічні умови:
- діаметр отвору,
- розташування центра отвору відносно лінії згину,
- товщина заготовки,
- марка сталі.
43
Результати показують, що округлість отворів після згинання деталей із
матеріалів Сталь 3 і 12Х18Н10Т має ідентичний характер викривлення форми в
межах 3% похибки.

44
2.4 Математична обробка результатів дослідження впливу
розташування центра отворів відносно лінії згину, діаметра отвору
і товщини заготовки на якість деталей
На основі результатів експериментів, проведених на дослідних зразках,
були побудовані номограми, які відображають технологічні можливості
отримання якісних і дефектних деталей із отвором при вільному згинанні в
залежності від відстані розташування отвору від лінії згину та діаметра отвору
для кожної розглянутої товщини. На побудованих номограмах є дві області, які
вказують умови, за яких можна отримати бездефектні (якісні) деталі та дефектні
(Рис. 2.9-2.14) [36].

Рисунок 2.9 – Номограма визначення якості деталей при вільному
згинанні залежно від відстані розташування отвору від лінії згину та діаметра
отвору. Сталь 3 і 12Х18Н10Т із товщиною листової деталі 0,5 мм.
45

Рисунок 2.10 – Номограма визначення якості деталей при вільному
згинанні залежно від відстані розташування отвору від лінії згину та діаметра
отвору. Сталь 3 і 12Х18Н10Т із товщиною листової деталі 0,8 мм.

Рисунок 2.11 – Номограма визначення якості деталей при вільному
згинанні залежно від відстані розташування отвору від лінії згину та діаметра
отвору. Сталь 3 і 12Х18Н10Т із товщиною листової деталі 1,0 мм.
46

Рисунок 2.12 – Номограма визначення якості деталей при вільному
згинанні залежно від відстані розташування отвору від лінії згину та діаметра
отвору. Сталь 3 і 12Х18Н10Т із товщиною листової деталі 1,2 мм.

Рисунок 2.13 – Номограма визначення якості деталей при вільному
згинанні залежно від відстані розташування отвору від лінії згину та діаметра
отвору. Сталь 3 і 12Х18Н10Т із товщиною листової деталі 1,5 мм.
47

Рисунок 2.14 – Номограма визначення якості деталей при вільному
згинанні залежно від відстані розташування отвору від лінії згину та діаметра
отвору. Сталь 3 і 12Х18Н10Т із товщиною листової деталі 2,0 мм.

48
2.5 Моделювання процесу вільного гнуття
З метою порівняння результатів, отриманих науково-експериментальним
шляхом щодо впливу основних технологічних параметрів вільного згинання на
якість і точність деталей, було виконано моделювання процесу із використанням
програмного забезпечення Metamation Flux.
Програма Metamation Flux дозволяє змоделювати процес вільного згинання
з урахуванням вибраного обладнання та комплекту застосовуваного
інструменту. Для моделювання процесу необхідно ввести такі вихідні дані: 3D-
моделі кожної деталі, показники механічних властивостей металу (межа
міцності σв, межа текучості σ0,2), K-фактор, номінальне зусилля
листозгинального верстата.
У якості прикладу для моделювання процесу вільного згинання було
обрано деталь № 830, її 3D-модель показана на Рисунку 2.15.

Рисунок 2.15 – 3D-модель деталі №830
Після введення всіх необхідних параметрів технологічного процесу в
програму Metamation Flux було отримано результат, що включає:
- рекомендації щодо вибраного інструменту,
- інформацію про технологічне зусилля,
49
- попередження про можливі проблеми під час згинання (наприклад,
викривлення форми отворів, неправильно підібрану ширину розкриття
матриці тощо).
На Рисунку 2.16 показано результат моделювання деталі №830, що включає
інформацію про вибір інструменту, розраховане технологічне зусилля, а також
повідомлення про викривлення форми отримуваного отвору [32].
На Рисунку 2.17 наведено збільшений фрагмент результату моделювання з
програми Metamation Flux, який демонструє попередження про те, що отвір
матиме викривлену форму.

Рисунок 3.11 – Знімок екрана результату моделювання технологічного
процесу деталі №830
50

Рисунок 2.17 – Знімок екрана з Metamation Flux для деталі №830
Програма Metamation Flux не передбачає надання інформації про
мінімально допустиму відстань центра отвору від лінії згину, при якій
забезпечується отримання якісних (бездефектних) деталей. У зв’язку з цим було
проведено вивчення наявної документації з рекомендаціями щодо вибору
розташування отворів відносно лінії згину.
Схема розрахунку розташування отвору на деталі показана на Рисунку 2.18.

Рисунок 2.18 – Ескіз деталі з розташуванням отвору з ОСТ 92-1051-83,
пункт 2.2.10
51
Отримані значення відстаней центра отворів від лінії згину за формулою
3.4 були зіставлені з результатами експерименту. Було виявлено, що значення,
отримані за формулою, не забезпечують отримання бездефектних деталей.
Приклад розрахунку та порівняння з експериментальними результатами:
Для деталі №208 (товщина деталі 0,5 мм, матеріал Сталь 3, діаметр отвору
5 мм, відстань від центра отвору до зовнішньої поверхні полки 4,2 мм)
проведено розрахунок мінімальної відстані центра отвору від лінії згину.
Результат моделювання технологічного процесу виготовлення деталі №208
у програмі Metamation Flux виявився негативним. Було встановлено, що дана
деталь має дефект отвору (Рисунок 2.19).

Рисунок 2.19 – Результат моделювання технологічного процесу у програмі
Metamation Flux для деталі №208. Повідомлення про дефект позначене
червоним колом.
Для визначення наявності дефекту форми отвору та контролю якості
деталей після згинання застосовується ГОСТ 24643-81, згідно з яким оцінюється
параметр круглості отвору як основна характеристика.
Опис параметра круглості:
Відхилення від круглості вимірюється як максимальна відстань Δ між
точками фактичного профілю та відповідною теоретичною окружністю, як
показано на Рисунку 2.20.
Допуск круглості:
52
Допуск круглості визначається як максимальне допустиме значення
відхилення від круглості. Поле допуску круглості — це область на поверхні,
перпендикулярній до осі обертання або проходить через центр сфери, обмежена
двома концентричними колами, відстань між якими дорівнює допуску круглості
Т.

а б
Рисунок 2.20 – Відхилення від круглості Δ та поле допуску круглості Т.
Основними типами відхилень від круглості є овальність та огранка
(Рисунок 2.21, а та б).

Рисунок 2.21 – Овальність (а) та огранка (б).
Овальність являє собою відхилення від круглості, за якого фактичний
профіль набуває форми овалу, у якому найбільший і найменший діаметри
розташовані у взаємно перпендикулярних напрямках.
Огранка, у свою чергу, є відхиленням від круглості, за якого фактичний
профіль набуває багатогранної форми. Огранка може класифікуватися залежно
від кількості граней. Наприклад, огранка з непарною кількістю граней
характеризується тим, що діаметри поперечного перерізу профілю однакові в
усіх напрямках.
53
У межах цієї роботи не проводилося детальне вивчення формування
дефектів за типами відхилень від круглості при вільному згинанні. Якщо при
перевірці було виявлено один із типів відхилень, який не потрапляє в поле
допуску, деталь вважалася дефектною.
Кількісна характеристика овальності та огранки оцінюється аналогічно
способу вимірювання відхилення від круглості.
Щоб переконатися у правильності даних, отриманих із програми
Metamation Flux, було проведено моделювання процесу згинання досліджуваної
деталі №110 у програмі SolidWorks Simulation.
Оскільки процес згинання листового металу має нелінійний характер
(напруження не прямо пропорційне деформації), було проведено нелінійний
статичний аналіз. У рамках цього аналізу для застосування навантажень, які
змінюються у часі, використовувалися "криві часу", тобто навантаження
прикладалося поступово. Це дозволило отримати уявлення про можливе
пружинення металу після зняття навантаження, а також визначити "небезпечні
зони" деталі, де спостерігатимуться деформації форми отворів [33].
Для проведення дослідження в SolidWorks Simulation було введено 3D-
модель деталі №110, а також 3D-моделі згинального інструмента, що
використовуються в технологічному процесі.
Умови розрахунку:
Деталь і матриця мають 2 контактні поверхні.
Деталь і пуансон мають 1 контактну поверхню.
Пуансону задано переміщення вниз, матриці обмежено переміщення.
Заготовка під дією переміщення пуансона, спираючись на нижню опору,
приймає форму деталі №110.
Вибір матеріалу:
У нелінійному статичному аналізі вказується закон, за яким проходить
дослідження. У цьому випадку була використана модель пластичності за
Мізесом.
Налаштування методу розрахунку:
Основний параметр: сила.
54
Числовий метод: алгоритм ітерацій Ньютона-Рафсона (NR).
Рисунок 2.22 демонструє налаштування та хід ітерацій.
Результати розрахунку:
Нелінійний розрахунок виконав 56 ітерацій, тривалість розрахунку склала
35 хвилин.
У результаті було побудовано епюри напружено-деформованого стану
деталі за методом скінченних елементів [34].

Рисунок 2.22 – Фрагмент програми SolidWorks Simulation
Отримані результати дослідження (Рисунки 2.23, 2.24, 2.25) співпали з
результатами моделювання технологічного процесу у програмі Metamation Flux.
Встановлено, що отвори на деталі формуються з викривленою формою.
Також було наочно продемонстровано, що зміна форми отвору
відбувається у випадках, коли розтягувальні напруження не врівноважуються
стискаючими [35; 36].
55

Рисунок 2.23 – Сітка оболонки з використанням середніх поверхонь деталі
№110, отримана в SolidWorks Simulation

Рисунок 2.24 – Нелінійне статичне напруження на крайньому етапі
навантаження деталі №110, отримане в SolidWorks Simulation
56

Рисунок 2.25 – Нелінійна статична деформація на крайньому етапі
навантаження деталі №110, отримана в SolidWorks Simulation
Побудовані номограми можуть використовуватися як елемент розробленої
методики з відпрацювання на технологічність, яка виключає етап попереднього
тестування.
Розроблена методика проектування була інтегрована як додатковий модуль
у програму Metamation Flux, що дозволило визначати технологічні умови
реалізації методу (моделювати процес) вільного згинання для отримання
високоякісних деталей складного профілю.

57
Висновки до розділу 2
1. Розроблено практичні рекомендації щодо вибору та
проєктування складнопрофільних деталей із використанням номограм, які
визначають області бездефектних і дефектних деталей. Наявність цих
номограм дозволяє технологу надійно та швидко оцінити можливість
утворення дефектів отворів на етапі підготовки виробництва деталей
методом вільного згинання.
2. Відтворено математичну модель розрахунку відхилень від
округлості отворів при вільному згинанні залежно від діаметра отвору та
відстані його центра до лінії згину.
3. Встановлено залежність ширини розкриття матриці від точності
розрахункових розмірів вихідної заготовки. Розрахунково-
експериментальним шляхом було скориговано K-фактор. Використання
уточненого K-фактора при розрахунку розмірів листової заготовки
дозволило забезпечити 4–5 квалітет точності деталей під час вільного
згинання.
4. Розроблено математичну модель розрахунку пружинення для
сталі 3 та 12Х18Н10Т. Визначено основні фактори, які впливають на
пружинення деталі після згинання.

58
Розділ 3. Рекомендації щодо проєктування технологічного процесу
отримання складнопрофільних виробів методом вільного згинання
3.1 Проектування групового технологічного процесу
Для виробництва якісних виробів та підвищення автоматизації процесу
згинання деталей із різними конструктивними, але загальними технологічними
ознаками, необхідно при проєктуванні групового технологічного процесу
забезпечити встановлені параметри для конкретного випадку, а саме:
Центр отвору з необхідним діаметром має бути розташований на певній
відстані від лінії згину для відповідної товщини металу, що забезпечує
отримання бездефектної форми отвору.
Враховувати напрям волокон прокату для компенсації пружинення в
металі.
Основні конструктивні параметри деталей наведено в Таблиці 3.1.
Таблиця 3.1 – Параметри деталей групового технологічного процесу

Після складання зведеної таблиці з основними параметрами деталей слід
було виконати відпрацювання креслень на технологічність. Для цього
використовували раніше складені номограми, щоб визначити оптимальне
розташування отворів у зігнутих деталях і уникнути виготовлення бракованих
59
виробів. Крім того, було необхідно підібрати відповідний інструмент для
компенсації величини пружинення в готових деталях.
Результати відпрацювання на технологічність при проєктуванні групового
технологічного процесу представлені в Таблиці 3.2.
Таблиця 3.2 – Результати відпрацювання на технологічність деталей

Після відпрацювання деталей на технологічність слід було підібрати
геометрію інструменту та виконати візуалізацію операцій згинання для
перевірки коректності вибраного інструменту (Рисунки 3.1–3.3).
60

Рисунок 3.1 – Ескіз №1 групового технологічного процесу

Рисунок 3.2 – Ескіз №2 групового технологічного процесу
61

Рисунок 3.3 – Ескіз №3 групового технологічного процесу
Необхідний інструмент вказаний в таблиці 3.3
Таблиця 3.3 – Список необхідного інструменту для групового
технологічного процесу

62

Незважаючи на значний обсяг досліджень процесу згинання листового
металу, досі не вдалося повністю автоматизувати створення технологічного
процесу, який би виключав отримання бракованих деталей. Нижче описаний
комплекс рішень, що дозволяє подолати технологічні труднощі та отримати
високоякісні деталі з листового металу, виготовлені методом вільного згинання.
Метою вдосконалення структури організації виробництва є встановлення
закономірностей взаємодії між виробничими підрозділами для формування
коректного технологічного процесу, спрямованого на усунення дефектної
продукції та попередню відпрацювання оператором деталі на технологічність.
Проведені дослідження дозволили створити новий підхід до організації
виробничих процесів із урахуванням нових технологічних методів, включаючи
автоматизацію та використання сучасної електронно-обчислювальної техніки.
63
3.2 Конструкція інструменту, що застосовується для виготовлення
деталей складного профілю, забезпечуючи високу якість виробів
При згинанні складнопрофільних виробів як матеріал для інструменту в
основному використовуються леговані сталі марок 40Х, 38ХМ із обов'язковою
термообробкою. Конструкція такого інструменту, незважаючи на високу
твердість і міцність, не завжди підходить для виготовлення виробів, які
відрізняються різноманіттям просторових форм. У таких випадках для кожного
нового типу виробу необхідно виготовляти спеціальний виконавчий інструмент.
Це призводить до додаткових витрат, пов’язаних із вартістю інструментального
матеріалу, його механічною та термічною обробкою, що в кінцевому підсумку
підвищує собівартість виробу.
У межах цієї роботи було запропоновано конструкцію комбінованої
матриці, яка була спроєктована та виготовлена.
Особливості комбінованої матриці:
Металева державка: забезпечує базову міцність конструкції.
Робоча частина: виготовлена з високоміцного конструкційного полімеру
Римамід, що значно знижує вартість виготовлення.
На Рисунку 3.4 наведена фотографія комбінованого інструменту (матриці)
у зібраному вигляді.

Рисунок 3.4 – Комбінований інструмент для згинання виробів складного
профілю.
На рисунках 3.5, 3.6 показано креслення комбінованої матриці
64

Рисунок 3.5 – Вставка V12
65

Рисунок 3.6 – База V12
66
Полімер Римамід є високоміцним конструкційним полімером, який легко
замінює метали в механічних вузлах. Основні переваги Римаміду — це низький
коефіцієнт тертя, мала питома вага та висока міцність, які разом забезпечують
збільшення ресурсу деталей вузла у 3–4 рази. Заготовки з Римаміду
постачаються у вигляді стержнів, плит та інших стандартних геометричних
форм. Виробництво деталей із Римаміду здійснюється механічною обробкою на
фрезерних, токарних, зуборізних та інших верстатах.
Застосування інструменту з полімеру дозволяє у процесі експлуатації легко
замінювати робочі вставки. Крім того, використовуючи одну і ту саму металеву
державку та замінюючи вставки, можна застосовувати такий інструмент для
виготовлення інших виробів. Ще однією важливою перевагою комбінованого
інструменту є те, що зменшується кількість дефектів, пов’язаних із появою
подряпин і рисок на поверхні кінцевих виробів через контакт металевої
заготовки з полімерною вставкою під час згинання.
Проведені дослідження з порівняння ефективності використання
комбінованого та традиційного інструменту при вільному згинанні показали, що
використання інструменту зі вставками з Римаміду забезпечує ресурс роботи,
порівняний із використанням інструменту зі сталі 38ХМ, зменшує вагу
інструменту, при цьому собівартість вставки з Римаміду в 4 рази нижча за
вартість вставки з легованої загартованої сталі 38ХМ.
На Рисунку 3.7 наведена фотографія кінцевого виробу після виготовлення
із застосуванням комбінованого інструменту.
67

Рисунок 3.7 – Поверхня виробу, отриманого за допомогою комбінованого
інструменту

68
Висновок до розділу 3
1. Забезпечення розташування центрів отворів на певній відстані від лінії
згину залежно від товщини металу дозволяє уникати дефектів форми отворів у
виробах.
2. Врахування напряму волокон прокату під час проєктування процесу
згинання забезпечує мінімізацію пружинення та покращення геометричних
характеристик виробів.
3. Використання номограм для визначення оптимальних технологічних
параметрів дозволяє проводити попередню оцінку технологічності деталей,
знижуючи ймовірність утворення браку.
4. Запропонована комбінована матриця із металевою державкою та
робочими вставками з полімеру Римамід дозволяє суттєво знизити собівартість
інструменту без втрати якості.
5. Полімер Римамід, завдяки низькому коефіцієнту тертя, високій
міцності та легкості, забезпечує зменшення ваги інструменту, підвищення ресурсу
його роботи та зниження дефектів на поверхні виробів.
6. Використання змінних вставок у комбінованому інструменті дозволяє
адаптувати його для виготовлення виробів із різними конструктивними
особливостями, що підвищує гнучкість виробничого процесу.
7. Комбінований інструмент забезпечує високу якість поверхні готових
виробів, зменшуючи ймовірність утворення подряпин і пошкоджень під час
згинання.
8. Застосування рішень дозволяє не лише підвищити якість готових
виробів, а й оптимізувати виробничий процес, знизивши витрати на інструмент та
скоротивши час відпрацювання технологічності деталей.

69
Розділ 4. Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях
4.1 Вимоги охорони праці під час виконання робіт з різання металу та
обробки металу на згинальних, профілезгинальних верстатах
Не дозволяється виконувати роботи на згинальному верстаті при:
− випередженні одного кінця або нерівномірному (ривками) переміщуванні
траверси;
− невідповідності ходу траверси (верхнього вала) показам індикатора;
− значному провисанні верхнього вальця і прогинання при прокатуванні.
Не дозволяється вимірювати та звільняти заготовки на профілезгинальних
верстатах під час повороту згинальних важелів.
Згинальні та профілезгинальні верстати повинні бути обладнані
приймальними пристроями із запобіжними огородженнями.
Згинальні верстати повинні бути обладнані пристроями контролю й
обмеження опускання та піднімання траверси понад установлений розмір, а також
пристроями для вимкнення електродвигуна у разі ввімкнення ручного механізму
переміщування траверси.
Роликові верстати для згинання та маркування металевих профілів повинні
бути оснащені захисними пристроями для запобігання потраплянню пальців рук
працівника між роликом та заготовкою.
Гільйотинні ножиці для різання листового металу повинні бути оснащені:
− запобіжними пристроями, зблокованими з пусковими механізмами для
унеможливлення потрапляння пальців рук працівника під ножі та
притискачі;
− столом, установленим на рівні нерухомого ножа;
− напрямною та запобіжною лінійками;
− регульованими упорами для обмеження подавання листа, що
розрізується;
− механічними або гідравлічними притискачами для фіксації металу, що
розрізується;

70
− роз’єднувальними пристроями, що запираються для здійснення
вимикання електродвигуна під час простоювання або перерви у роботі
ножиць;
− закриті по околу спеціальні огородження для запобігання доступу до
циліндричних притискачів, установлених перед огороджувальним
(захисним) пристроєм зони ножів.
Ручні махові ножиці повинні бути обладнані:
− притискачами на верхньому рухомому ножі;
− амортизатором для пом’якшування удару ножоутримувача;
− противагою для утримування верхнього рухомого ножа.
Ручні важільні ножиці повинні бути надійно закріплені на спеціальних
стійках, верстаках, столах.
Під час заточування круглих пилок металообробних верстатів відрізної групи
необхідно зберігати концентричність вершин усіх зубів відносно осі обертання
диска.
Не дозволяється застосовувати круглі пилки, що мають тріщини на диску або
зубах, пилки з двома підряд виламаними зубами, з вищербленими або відпалими
від зубів пластинками із швидкорізальної сталі або твердого сплаву, з випинаннями
на диску та із зубами, припеченими під час заточування.
Не дозволяється встановлювати на металообробні верстати відрізної групи
пиляльні диски з діаметром отвору, більшим за діаметр вала (шпинделя), а також
застосовувати вставні кільця (втулки) для зменшення діаметра отвору в диску.
Під час роботи на металообробному верстаті відрізної групи необхідно
застосовувати лише відшліфоване полотно стрічкової пилки, яке не має тріщин,
випинань, поздовжньої хвилястості, відгинання задньої кромки, раковин від
корозії.
Не дозволяється під час роботи металообробного верстата відрізної групи
перебувати в площині обертання диска пилки, виштовхувати стружку із сегментів
71
диска під час його обертання, а також підтримувати руками кінець заготовки, що
відрізається.
Під час виконання робіт із застосуванням ножиць для різання металу не
дозволяється:
− різати ножицями метал, ударяючи по лезах або по ручках ножиць;
− розрізувати вузькі металеві штаби, які неможливо притиснути
притискачами;
− використовувати ножиці, що мають ум’ятини, вищербини або тріщини в
будь-якій частині ножів;
− застосовувати затуплені ножиці та ножиці, у яких різальні краї ножів
нещільно прилягають;
подовжувати ручки ручних ножиць, застосовуючи допоміжні важелі.
4.2 Вимоги безпеки до металообробних верстатів
Зону обробки універсальних токарних верстатів, призначених для обробки
заготовок діаметром до 630 мм включно, необхідно огороджувати захисним
пристроєм (екраном).
Затискні патрони універсальних токарних та токарно-револьверних верстатів
повинні мати рухомі огородження.
Планшайба токарно-карусельних верстатів повинна мати огородження, яке
не повинне перешкоджати обслуговуванню верстатів.
Корпуси пристроїв, які закріплюються на планшайбах токарно-карусельних
верстатів для затискання оброблюваної деталі, повинні підтримуватись на
планшайбах за допомогою жорстких упорів і додатково силою тертя, що
утворюється кріпильними гвинтами.
У планшайбах карусельних верстатів повинні бути передбачені обмежувачі
для унеможливлення падіння затискних пристроїв з обертових планшайб.
Пруткові токарні автомати та пруткові револьверні верстати повинні бути
обладнані огородженнями по всій довжині прутків та оснащені шумопоглинальним
пристроєм.
72
При застосуванні огородження у вигляді напрямних труб, що обертаються
разом із прутками, прутковий магазин повинен мати кругове огородження за всією
довжиною.
Розміщений зовні токарного верстата пристрій для подавання прутків
повинен мати огородження, яке не перешкоджає доступу до цього пристрою.
Універсальні токарні верстати в разі використання їх для обробки прутків
повинні бути оснащені пристроєм, який огороджує пруток зі сторони задньої
частини шпинделя. Пруток не повинен виступати за відгороджувальний пристрій.
В універсальних фрезерних консольних верстатах та верстатах з хрестовим
столом завширшки 320 мм і більше, а також у фрезерних верстатах з програмним
керуванням операція закріплювання інструменту повинна бути механізована.
В універсальних фрезерних консольних верстатах та верстатах з хрестовим
столом завширшки до 630 мм тривалість зупинення шпинделя (без інструменту)
після його вимкнення не повинна перевищувати 6 с.
У горизонтально-фрезерних та вертикально-фрезерних верстатах заввишки
до 2,5 м задня частина шпинделя разом з виступним кінцем гвинта для
закріплювання інструменту, а також кінець фрезерної оправки, який виступає з
підтримки, повинні бути відгороджені знімними кожухами.
На вертикально-фрезерних верстатах для закріплювання фрез необхідно
застосовувати спеціальні механічні пристосування (шомполи, штревелі тощо).
Конструкція збірних фрез повинна передбачати надійне та міцне закріплення
в корпусі фрези зубів або пластин з твердого сплаву, яке унеможливлює їх
випадіння під час роботи.
Копіювальні свердлильно-фрезерні та фрезерні верстати повинні бути
обладнані кінцевими вимикачами для здійснення вимикання фрезерних та
свердлильних кареток.
Привід до бабки нарізнофрезерних верстатів повинен бути огороджений.
Поздовжньо-стругальні верстати повинні мати гальмові, амортизуючі або
обмежувальні пристрої для запобігання можливості викидання стола.
73
Поперечностругальні та довбальні верстати з ходом повзуна більше 200 мм,
а також поздовжньо-стругальні верстати повинні бути оснащені пристроями
автоматичного відведення різцетримача під час холостого ходу.
Поперечностругальні верстати повинні бути оснащені стружкозбірником та
екраном для запобігання розкиданню стружки за межі стружкозбірника.
Довбальні верстати повинні мати пристрій, який унеможливлює самовільне
опускання повзуна після вимкнення верстата.
Довбальні верстати з механічним (кулісним) приводом повзуна повинні мати
блокування для запобігання перемиканню швидкості довбача (різця) під час роботи
верстата.
На довбальних верстатах (крім довбальних верстатів з ходом повзуна від 100
до 200 мм) піднімання подушки довбача під час холостого ходу повинно бути
автоматизовано.
Вертикально-протяжні верстати для внутрішнього протягування повинні
мати огородження для захисту працівників у разі випадіння протяжки з патрона
поворотного механізму.
Над зоною виходу протяжки із заготовки на горизонтально-протяжних
верстатах необхідно встановлювати відкидний екран з оглядовим вікном для
захисту працівників від травмування шматками протяжки у разі її розривання та
відлітаючою стружкою.
Горизонтально-протяжні верстати, що працюють протяжками масою більше
8 кг, повинні мати підтримувальні опори на вході протяжки у заготовку і на виході
з неї. Верстати повинні мати пристосування, що забезпечує механізоване
повертання протяжки у початкове положення після робочого ходу.
Передня сторона відрізних круглопиляльних верстатів повинна бути
оснащена екраном для захисту працівника від стружки, що відлітає під час різання.
Неробочу частину пилки відрізного круглопиляльного верстата необхідно
огородити.
74
Відрізні круглопиляльні верстати повинні бути оснащені пристроями для
автоматичного очищення западин зубів від стружки під час роботи.
Різальне полотно стрічково-відрізних верстатів повинно бути огороджено по
всій довжині, крім ділянки в зоні різання. Шківи стрічково-відрізного полотна
повинні бути огороджені по колу та з боків.
Стрічково-відрізні верстати повинні бути оснащені захисним пристроєм,
який запобігає травмуванню працівника різальним полотном у разі його
розривання.
Верстати відрізної групи повинні мати пристрої для підтримування
матеріалу, від якого відрізуються заготовки, та відрізаних заготовок для
запобігання їх падінню з верстатів.
Передня частина пиляльної рами ножівкової пилки верстата не повинна
виходити за торець рукава верстата.
Відрізні круги абразивно-відрізних верстатів повинні бути огороджені
захисними кожухами.
Конструкція пилозабірників абразивно-відрізних верстатів повинна
забезпечувати ефективне захоплення іскрового факела, що відходить від зони
різання.
Конструкція пилозабірника та повітроводу, що відходить від пилозабірника
до відсмоктувального пристрою, повинна передбачати можливість зручного їх
очищення від нагару.
Абразивно-відрізні верстати у разі технічної необхідності повинні бути
укомплектовані індивідуальними відсмоктувальними пристроями. При
застосуванні у відсмоктувальному пристрої тканинних фільтрів тканина повинна
бути вогнестійкою або на ділянці всмоктування перед пристроєм повинен бути
передбачений іскроуловлювач.
4.3 Вимоги охорони праці під час виконання робіт на металообробних
75
верстатах токарної групи
Планшайбу при надяганні на кінець шпинделя необхідно очищувати від
стружки та забруднення.
При закріпленні деталі в кулачковому патроні або використанні планшайб
деталь необхідно захоплювати кулачками на якомога більшу довжину. Після
закріплення деталі кулачки не повинні виступати з патрона або планшайби за межі
їх зовнішнього діаметра. У разі якщо кулачки виступають, необхідно замінити
патрон або установити спеціальне огородження.
При встановленні патрона або планшайби на шпиндель під них на верстат
необхідно підкладати дерев’яні підкладки з виїмкою за формою патрона
(планшайби).
Не дозволяється згвинчувати патрон (планшайбу) раптовим гальмуванням
шпинделя.
Згвинчувати патрон (планшайбу) ударами кулачків об підставку
допускається тільки у разі його ручного обертання, при цьому необхідно
застосовувати підставки з довгими ручками.
Допускається закріплювати в кулачковому патроні без підпирання центром
задньої бабки тільки короткі, завдовжки не більше двох діаметрів, зрівноважені
деталі. В інших випадках для підпирання необхідно використовувати задню бабку.
Для обробки в центрах деталей завдовжки 12 діаметрів і більше, а також при
швидкісному та силовому різанні деталей завдовжки 8 діаметрів і більше необхідно
застосовувати додаткові опори (люнети).
Перед обробкою деталей в центрах спочатку необхідно перевірити
закріплення задньої бабки і тільки після встановлення деталі змастити центр.
Задній центр під час виконання робіт також необхідно періодично змащувати, а при
обробці довгомірних деталей - перевіряти осьовий затискач.
Прутковий матеріал, який подається для обробки на верстат, не повинен мати
кривизни.
76
Різці необхідно закріплювати з мінімально можливим вильотом з
різцетримача (виліт різця не повинен перевищувати більше ніж у 1,5 раза висоту
державки) і не менше ніж двома болтами. Різальна кромка різця повинна
виставлятись по осі оброблюваної деталі.
Для правильного установлення різців відносно осі центрів та підвищення
надійності закріплення їх у супорті необхідно застосовувати шліфовані прокладки.
Прокладки повинні відповідати лінійним опорам частини державки різців.
Для обробки в’язких металів (сталей), що дають зливну стрічкову стружку,
необхідно застосовувати різці з викружками, накладними стружколамачами або
стружкозавивачами.
Для обробки крихких металів (чавуну, бронзи тощо) з утворенням
мілкоподрібненої сталевої стружки необхідно застосовувати захисні пристрої
(спеціальні стружковідвідники, прозорі екрани).
Револьверну головку та супорт з інструментом необхідно відводити на
безпечну відстань під час:
− заміни супорта;
− встановлювання або знімання деталей та інструменту;
− ручної обробки деталі (зачищення, шліфування);
− усунення биття.
Для зачищення виробів на верстаті шкуркою або порошком необхідно
застосовувати притискні колодки.
Забороняється під час виконання робіт на металообробних верстатах
токарної групи:
− користуватись затискними патронами, у яких спрацьовані робочі площини
кулачків;
− працювати з необертовим центром задньої бабки при швидкісному різанні;
− працювати без закріплення патрона сухарями для запобігання
самовідвертанню при реверсуванні;
77
− гальмувати обертання шпинделя натискуванням руки на обертові частини
верстата або деталі;
− залишати в револьверній головці інструмент, який не використовується
для обробки цієї деталі;
− перебувати між деталлю та верстатом під час установлення деталі на
верстат;
− притримувати руками кінець важкої деталі або заготовки, що відрізається;
− класти деталі, інструмент та інші предмети на станину верстата та кришку
передньої бабки;
− закладати та подавати рукою у шпиндель оброблюваний пруток при
ввімкненому верстаті;
вимірювати оброблювану деталь скобою, калібром, масштабною лінійкою,
штангенциркулем, мікрометром до повного зупинення верстата, відведення
супорта та револьверної головки на безпечну відстань.
4.4 Вимоги охорони праці під час виконання робіт на металообробних
верстатах стругальної, довбальної та протяжної груп
Під час установлювання оброблюваної деталі на верстат та знімання її з
верстата стіл або повзун верстата повинен відводитись на максимальну відстань від
супорта.
Перед установленням заготовки на верстат заготовку та поверхню
закріплювальних пристроїв необхідно протирати, а також перевіряти справність
різцетримальної головки.
Установлена на верстат заготовка не повинна зачіпати стояки або супорт під
час роботи верстата. Правильність установлення деталі на верстат повинна
перевірятись:
− на невеликих верстатах - переміщуванням стола або повзуна вручну;
− на великих верстатах - за допомогою масштабної лінійки (у разі
неможливості здійснювати переміщування стола вручну).
78
Оброблювані деталі необхідно закріплювати спеціальними кріпильними
деталями (болтами, притискними планками, упорами).
Не дозволяється відкидати різець руками під час холостого (зворотного) ходу
верстата.
Різці, що установлюються, повинні бути правильно заточені, без тріщин та
надламів.
Не дозволяється перевіряти рукою гострість та справність різця.
При довбанні в упор необхідно залишати достатній вихід для різця та
стружки.
Регулювання та закріплення кулачків обмежувача ходу необхідно
здійснювати тільки після вимкнення верстата та припинення руху його частин.
Не дозволяється під час роботи верстата очищувати та поправляти різальний
інструмент, пристосування та оброблювані деталі.
Під час виконання робіт з довгими протяжками на горизонтально-протяжних
верстатах необхідно застосовувати рухомі люнети.
Не дозволяється виконувати роботи на двоколонному вертикально-
протяжному верстаті двом працівникам, а також перебувати біля одної колони під
час установлювання деталі на другу колону.
4.5 Вимоги охорони праці під час виконання робіт на металообробних
верстатах свердлильної та розточувальної груп
Оброблювані на верстаті деталі (крім особливо важких) необхідно
встановлювати у відповідні пристосування (лещата, кондуктори тощо), які
закріплюються на столі (плиті) свердлильного верстата.
Для кріплення тонкого листового металу необхідно застосовувати спеціальні
пристрої (гідравлічні, важільні тощо). Допускається закріплювати деталі
притискними планками або упорами.
Лещата до стола верстата необхідно кріпити болтами, розмір яких повинен
відповідати розміру паза стола.
79
Встановлювати оброблювані деталі на верстат та знімати їх з нього під час
роботи верстата допускається тільки у разі використання спеціальних позиційних
пристроїв (поворотних столів, конвеєрів тощо).
Верстати повинні бути обладнані пристроями, які повертають шпиндель у
початкове положення після його подавання. За відсутності зазначеного оснащення
установлювати та знімати деталі дозволяється тільки після вимкнення та повного
зупинення верстата.
При закріпленні інструменту в шпинделі за допомогою клинів, гвинтів,
планок та інших пристроїв ці елементи не повинні виступати за межі шпинделя.
Вставляти чи виймати свердло із шпинделя верстата дозволяється тільки
після повного припинення обертання шпинделя.
Свердло із шпинделя необхідно виймати спеціальним клином, який не
повинен залишатись у пазу шпинделя.
Не дозволяється використовувати на верстатах інструмент із забитими або
спрацьованими конусами та хвостовиками.
Стружку з просвердлених отворів необхідно видаляти гідравлічним
способом, магнітами або металевими гачками тільки після зупинення верстата та
відведення інструменту.
Свердлити отвори у в’язких металах необхідно спіральними свердлами зі
стружкодробильними каналами.
Для знімання інструменту з верстата необхідно застосовувати спеціальні
молотки та вибивачі, виготовлені з матеріалу, від якого під час удару не
відділяються частинки.
Не дозволяється під час роботи верстата перевіряти рукою гостроту
різальних кромок інструменту, глибину отвору та вихід свердла з отвору в деталі,
а також охолоджувати свердла мокрою ганчіркою.
Підводити трубопровід емульсійного охолодження до інструменту або
виконувати його закріплення, а також переналагоджувати верстат дозволяється
після повного зупинення верстата.
80
Не дозволяється виконувати роботи на свердлильних верстатах у рукавицях,
рукавичках або із забинтованими кистями рук.
Установлювати і знімати великогабаритні деталі необхідно в рукавицях і
тільки після зупинення верстата.

81
Загальні висновки
1. Проаналізовано математичну модель розрахунку відхилення від
округлості отвору під час вільного згинання залежно від діаметра отвору та його
розташування (відстані) відносно лінії згину. Отримані рівняння регресії
дозволяють прогнозувати технологічні умови виробництва складнопрофільних
деталей, що виключають можливість утворення дефектів при вільному згинанні.
2. Встановлено закономірності впливу товщини металу заготовки,
ширини розкриття матриці, марки сталі, діаметра отвору та його розташування
відносно лінії згину на якість і точність розмірів деталі.
3. Відтворено вдосконалену технологію та методику проєктування
технологічного процесу вільного згинання з урахуванням відпрацювання
конструкції деталі на технологічність. Елемент методики щодо відпрацювання
конструкції деталі на технологічність інтегровано як додатковий модуль у
програму Metamation Flux.
4. Надано рекомендації щодо проєктування складнопрофільних деталей і
вибору технологічних умов вільного згинання із використанням номограм, які
дають змогу попередньо визначити області отримання бездефектних і дефектних
деталей.

82
Список використаної літератури
1. ISO 9000:2015. Quality management systems — Fundamentals and
vocabulary. Geneva: ISO, 2015.
2. ISO 1101:2017. Geometrical product specifications (GPS) —
Geometrical tolerancing — Tolerances of form, orientation, location and run-out.
Geneva: ISO, 2017.
3. ДСТУ ISO 9000:2015. Системи управління якістю. Основні
положення та словник термінів. Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2016.
4. ДСТУ EN 10130:2014. Холоднокатаний плоский прокат із
маловуглецевих сталей для холодного деформування. Технічні умови постачання.
Київ: Мінекономрозвитку України, 2015.
5. EN 10131:2006. Cold rolled uncoated and zinc or zinc-nickel
electrolytically coated low carbon and high yield strength steel flat products for cold
forming — Tolerances on dimensions and shape. Brussels: CEN, 2006.
6. BS EN 10130:2006. Cold rolled low carbon steel flat products for cold
forming — Technical delivery conditions. London: BSI, 2006.
7. ISO 3574:2012. Cold-reduced carbon steel sheet of commercial and
drawing qualities. Geneva: ISO, 2012.
8. Keeler S., Kimchi M., Mooney P. Sheet Metal Forming: Processes and
Applications. 2nd ed. Dearborn, MI: ASM International, 2012.
9. Hosford W. F., Caddell R. M. Metal Forming: Mechanics and Metallurgy.
4th ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2011.
10. Marciniak Z., Duncan J. L., Hu S. J. Mechanics of Sheet Metal Forming.
2nd ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2002.
11. Groover M. P. Automation, Production Systems, and Computer-
Integrated Manufacturing. 4th ed. Boston: Pearson, 2016.
12. Callister W. D., Rethwisch D. G. Materials Science and Engineering: An
Introduction. 10th ed. Hoboken, NJ: Wiley, 2018.
83
13. ДСТУ EN 10130:2014. Холоднокатаний плоский прокат із м’яких
сталей для холодного деформування. Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2014.
14. ДСТУ ISO 16630:2015. Метали. Листовий та стрічковий метал.
Випробування на розтягнення за методом випробування отвором. Київ: ДП
«УкрНДНЦ», 2016.
15. ДСТУ ISO 1101:2018. Геометричні характеристики виробів (GPS).
Геометричні допуски. Допуски форми, орієнтації, розташування та биття. Київ:
ДП «УкрНДНЦ», 2018.
16. EN 10131:2006. Cold rolled uncoated and zinc or zinc-nickel
electrolytically coated low carbon and high yield strength steel flat products for cold
forming — Tolerances on dimensions and shape. Brussels: CEN, 2006.
17. Wagoner R. H., Lim H., Lee M.-G. Advanced issues in springback.
International Journal of Plasticity. 2013. Vol. 45. P. 3–20.
18. ISO 463:2006. Geometrical Product Specifications (GPS) — Dimensional
measuring equipment — Design and metrological characteristics of mechanical dial
gauges. Geneva: ISO, 2006.
19. Zupančič B., Prebil I., Kokol V. Sheet metal bending and springback
analysis in the automotive industry. Journal of Materials Processing Technology. 2005.
Vol. 162–163. P. 716–722.
20. Lange K. Handbook of Metal Forming. New York: McGraw-Hill, 1985.
21. Montgomery D. C. Design and Analysis of Experiments. 10th ed.
Hoboken, NJ: Wiley, 2019.
22. Box G. E. P., Hunter J. S., Hunter W. G. Statistics for Experimenters:
Design, Innovation, and Discovery. 2nd ed. Hoboken, NJ: Wiley, 2005.
23. ДСТУ ISO 6892-1:2019. Металеві матеріали. Випробування на
розтяг. Частина 1. Метод випробування за кімнатної температури. Київ: ДП
«УкрНДНЦ», 2019.
24. Патент України № 139842. Конструкція комбінованої матриці для
84
гнуття металів / Петренко А. С., Кравчук Д. В. Опубл. 27.01.2020.
25. US Patent 9087384 B2. Flexible Die Systems for Sheet Metal Bending.
Issued July 21, 2015.
26. EP 3562394 A1. Innovative Tools for High-Precision Sheet Metal
Bending. European Patent Application. Published October 30, 2019.
27. Altan T., Tekkaya A. E. Sheet Metal Forming: Fundamentals. Materials
and Applications. Materials Park, OH: ASM International, 2012.
28. ДСТУ ISO 6507-1:2018. Металеві матеріали. Визначення твердості за
Віккерсом. Частина 1. Метод випробування. Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2018.
29. ДСТУ ISO 6508-1:2018. Металеві матеріали. Визначення твердості за
Роквеллом. Частина 1. Метод випробування. Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2018.
30. Kuester J. L., Mize J. H. Optimization Techniques with FORTRAN. New
York: McGraw-Hill, 1973.
31. Dougherty C. Introduction to Econometrics. 4th ed. Oxford: Oxford
University Press, 2011.
32. Zubtsov M. E. Sheet Metal Stamping. New Delhi: CBS Publishers &
Distributors, 2006.
33. Golovlyov V. D. Calculations in Sheet Metal Forming Processes. New
York: ASME Press, 1998.
34. ASM Handbook. Volume 14A. Metalworking: Sheet Forming. Materials
Park, OH: ASM International, 2006.
35. Schuler GmbH. Metal Forming Handbook. Berlin: Springer, 1998.
36. Karafillis A. P., Boyce M. C. Tooling design in sheet metal forming using
springback calculations. International Journal of Machine Tools and Manufacture. 1996.
Vol. 36, No. 4. P. 503–526.
37. ДСТУ ISO 2768-1:2001. Загальні допуски. Частина 1. Допуски на
лінійні та кутові розміри без окремих позначень допусків. Київ: Держстандарт
України, 2001.
85
38. Kumar S., Singhal A. Optimization of sheet metal bending process using
simulation techniques. Materials Today: Proceedings. 2019. Vol. 18. P. 348–355.
39. ДСТУ ISO 286-1:2019. Система допусків і посадок ISO. Частина 1.
Основи допусків, відхилів і посадок. Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2019.
40. NUMISHEET 2022. Proceedings of the 12th International Conference
and Workshop on Numerical Simulation of 3D Sheet Metal Forming Processes. Atlanta,
GA, 2022.
41. Altan T., Tekkaya A. E. Analysis of springback and its control in sheet
metal forming. Journal of Materials Processing Technology. 2012. Vol. 212, No. 3. P.
583–592.
42. Solomencev Yu. M., Mitrofanov V. G. Adaptive Control of
Manufacturing Processes. Berlin: Springer, 1994.
43. Turton R., Brown R. Product Design and Development in a Business
Context. London: Chapman and Hall, 1991.
44. Boothroyd G., Dewhurst P., Knight W. Product Design for Manufacture
and Assembly. 3rd ed. Boca Raton: CRC Press, 2010.
45. ДСТУ ISO 2768-2:2001. Загальні допуски. Частина 2. Геометричні
допуски для елементів без окремих позначень допусків. Київ: Держстандарт
України, 2001.
46. Kurowski P. M. Engineering Analysis with SOLIDWORKS Simulation
2023. Mission, KS: SDC Publications, 2023.
47. Valkov V. M., Vershyn V. E. Computer-Aided Process Control Systems
in Manufacturing. Boca Raton: CRC Press, 2001.
48. Pfeifer T. Quality Management: Strategies, Methods, Techniques.
Munich: Hanser, 2002.
49. ДСТУ 4163:2020. Державна уніфікована система документації.
Уніфікована система організаційно-розпорядчої документації. Вимоги до
оформлення документів. Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2021.
86
50. ДСТУ 8302:2015. Інформація та документація. Бібліографічне
посилання. Загальні положення та правила складання. Київ: ДП «УкрНДНЦ»,
2016.
51. ДСТУ 3008:2015. Інформація та документація. Звіти у сфері науки і
техніки. Структура та правила оформлення. Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2016.
52. Методичні рекомендації до підготовки, написання та захисту
кваліфікаційної роботи для здобувачів освітнього рівня «магістр» за спеціальністю
131 «Прикладна механіка», освітні програми «Технології машинобудування» та
«Обробка металів за спецтехнологіями» усіх форм навчання / уклад. Г. В.
Канашевич, О. О. Коваленко, Є. В. Хижняк. Черкаси: ЧДТУ, 2023.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets