Gięcie i kształtowanie blach stalowych: promień, kierunek włókien i sprężynowanie powrotne

Co dzieje się przy gięciu

Gięcie rozciąga zewnętrzną stronę gięcia i ściska stronę wewnętrzną. Pękanie zaczyna się, gdy odkształcenie włókien zewnętrznych przekroczy to, co stal może zapewnić przy danej grubości — dlatego każda zasada gięcia jest wyrażana jako minimalny promień wewnętrzny w stosunku do grubości (r/t).

Minimalny promień: decyduje gatunek

Orientacyjna praktyka pras krawędziowych (decydują arkusze danych producenta; wartości rosną wraz z grubością):

Materiał	Typowy minimalny promień wewnętrzny
Blacha konstrukcyjna S355	~1–2 × grubość (oś gięcia poprzecznie do włókien na dolnym końcu)
Wysokowytrzymałościowa S690	~2–3 × grubość
Blacha trudnościeralna NM400 / AR400	~3–4 × grubość
Blacha trudnościeralna NM500 / AR500	~4–6 × grubość lub więcej

Promienie dla blach trudnościeralnych zaskakują wytwórców przyzwyczajonych do stali konstrukcyjnej: twardość i giętkość bezpośrednio się wykluczają, a promień, który stal S355 przyjmuje bez trudu, spowoduje pęknięcie stali NM500. Grubość pogarsza sytuację — ten sam gatunek potrzebuje większego r/t przy 40 mm niż przy 10 mm, ponieważ odkształcenie się koncentruje, a zapasy jakości w głąb grubości maleją.

Kierunek włókien

Blacha walcowana jest anizotropowa: ciągliwość jest najniższa w kierunku grubości i w kierunku poprzecznym krótkim, a najlepsza wzdłuż kierunku walcowania. Z tego wynika zasada:

• Linia gięcia prostopadła do kierunku walcowania (oś gięcia poprzecznie do włókien) toleruje najmniejsze promienie — włókna zewnętrzne rozciągają się wzdłuż włókien.
• Linia gięcia równoległa do kierunku walcowania wymaga większego promienia, zazwyczaj o stopień wyższego r/t o mniej więcej 50–100%, i jest to orientacja, w której inicjują się pęknięcia krawędziowe.

Należy dodać dwie zasady dotyczące krawędzi: w strefie gięcia należy używać blachy o zdrowych, obrobionych krawędziach (pęknięcia i karby na krawędziach ciętych termicznie są zarodkami pęknięć, zwłaszcza na blasze twardej) oraz umieszczać otwory i wycięcia w dużej odległości od linii gięcia — zazwyczaj co najmniej ~2 × grubość plus promień — ponieważ odkształcają się one i koncentrują odkształcenie.

Sprężynowanie powrotne

Gdy stempel się wycofuje, powrót sprężysty otwiera kąt gięcia. Sprężynowanie powrotne:

• Rośnie wraz z wytrzymałością: stal S355 może odsprężynować o kilka stopni; blachy trudnościeralne i wysokowytrzymałościowe zauważalnie bardziej. Rośnie również wraz z większymi stosunkami promienia do grubości oraz szerszymi otworami matrycy.
• Jest kompensowane przez przegięcie — dociśnięcie poza kąt docelowy, aby powrót trafił w ten kąt — przez dogniatanie/dotłaczanie (przy wysokim koszcie tonażowym) lub przez pomiar kąta i korekcję CNC w nowoczesnych prasach krawędziowych.
• Różni się w obrębie partii blach wraz z rozrzutem granicy plastyczności, dlatego weryfikacja pierwszej sztuki i regulacja dla każdej partii są normalne przy blasze hartowanej i odpuszczanej.

Diagnostyka pękania

Pęknięcia na powierzchni zewnętrznej przy gięciu niemal zawsze oznaczają jedno z następujących: promień zbyt mały dla gatunku/grubości, oś gięcia równoległa do włókien, wadliwa lub utwardzona krawędź cięta w strefie gięcia albo gięcie poniżej minimalnej temperatury zalecanej przez producenta (chłodna pogoda zwiększa ryzyko — wielu producentów wymaga, aby twarda blacha miała co najmniej temperaturę pokojową, a przy najcięższych pracach podgrzewa linię gięcia). Kształtowanie na gorąco blachy trudnościeralnej nie jest improwizacją w terenie: nagrzanie powyżej pierwotnej temperatury odpuszczania trwale ją zmiękcza.