Гибка — распространенный метод обработки металла. К нему относятся такие технологические операции, как прессование, отбортовка, гибка штампа, вальцовка, окантовка. Суть способа заключается в придании материалу угловой формы методом деформации. При этом сила, приложенная к заготовке, должна превышать предел текучести металла. Только в этом случае можно добиться пластической деформации материала и стойкого изгиба.
Мы обсудим главные вопросы, связанные с гибкой листовой металла: какой метод используется чаще и почему, какое влияние оказывает пружинистость материала на результат обработки, что такое k-фактор и как правильно рассчитать допуск на изгиб.
Методы гибки
Всего насчитывается 7 основных способов гибки листового металла. Они отличаются применяемыми инструментами, точностью, сложностью производства, временными и финансовыми затратами. Наиболее распространены простые способы из-за дешевизны и меньшего количества инструментов, требующихся для обработки металла. Рассмотрим каждый из них подробнее.
V-образная гибка
Форма придается с помощью пуансона и штампа. Способ, в свою очередь, делится на 3 подгруппы: гибка на основе, или нижняя, «свободная», или «воздушная», и чеканка. Первые две составляют до 90 % всех подобных операций.
Основные параметры для изделий, получаемых методом гибки:
- b — минимальная длина фланца;
- ir — внутренний радиус;
- t — толщина металла.
Именно от толщины металла зависят остальные два показателя. Определить их можно по таблице, приведенной ниже. Кроме вышеперечисленных данных, в ней указаны ширина проема V и тоннаж на метр заготовки. Из таблицы видно, что они тоже зависят от толщины листа — чем он больше, тем выше требуемое усилие и ширина проема.
Параметры, выделенные цветом, — это спецификации для гибки листового металла.
Приведем пример. Нам нужно согнуть металлический лист толщиной 2 мм. Для упрощения задачи берем аналогичный внутренний радиус. Смотрим в таблицу и получаем минимальную длину фланца 8,5 мм — ее необходимо учитывать во время проектирования. Ширина матрицы для этого изделия составляет 12 мм, а тоннаж на метр — 22 т. Далее учитываем самую низкую производительность листогибочного стенда — 100 т. Размер нашей заготовки — 3 метра, согнуть ее надо по всей длине. Умножаем тоннаж на длину и получаем необходимое усилие: 22 × 3 = 66 т. Таким образом, для 3-метровых заготовок подойдет даже простой листогибочный станок с рабочей зоной соответствующего размера.
Эта таблица — очень удобный инструмент для проектировщика. При работе с ней следует учитывать, что все данные указаны для конструкционных сталей с пределом текучести около 400 МПа. Для гибки других материалов требуется сделать перерасчет требуемого усилия. Например, для алюминия тоннаж делится на 2, а для нержавеющих сталей его необходимо умножить на 1,7.
Нижнее прессование
Во время процесса гибки пуансон прижимает металлический лист к матрице с заданным углом. Он определяет конечный угол готового изделия. Внутренний радиус заготовки также определяется радиусом матрицы.
При сжатии внутренней линии сгиба нарастает пружинящий эффект, и для получения заданных параметров требуется большее усилие. Метод нижнего прессования обеспечивает высокую точность готовых изделий за счет того, что конечный угол определен заранее. В таких условиях можно приложить большее усилие к заготовке и получить изделие, точно соответствующее проектным размерам.
Чтобы добиться качественного результата, необходимо точно определить ширину проема V-образной матрицы.
|
Ширина проема V, мм |
||||
|
Метод/Толщина, мм |
0,5-2,6 |
2,7-8 |
8,1-10 |
Более 10 |
|
Нижнее прессование |
6 т |
8 т |
10 т |
12 т |
|
Свободная гибка |
12-15 т |
|||
|
Чеканка |
5 т |
|||
С помощью экспериментов удалось выяснить, что внутренний радиус — это ⅙ от ширины отверстия матрицы. То есть формула выглядит так: ir = V:6.
Воздушная гибка
Выполняется на листогибочном прессе, как и предыдущая. При этом пуансон прижимает заготовку к матрице не полностью, благодаря чему метод и получил название воздушного. Металлический лист в процессе опирается на 2 точки.
Этот способ очень гибкий, на одной матрице можно изготавливать изделия с большим диапазоном углов. Например, если у вас есть инструменты на 90°. С их помощью можно согнуть заготовку под углом от 90° до 180°. Если пружинистый эффект в сочетании с недостаточным давлением приводят к неправильному результату, его можно легко отрегулировать, приложив больше усилия к заготовке.
Этот метод считается менее точным, чем нижнее прессование. Но он не требует перенастройки инструментов для гибки листов под разными углами — все можно делать на одной матрице.
Чеканка
Раньше это был самый точный метод гибки металла. Только с его помощью удавалось получить требуемые углы изделий. Сейчас чеканка применяется для ответственных деталей, где требуется очень высокая точность.
Чтобы согнуть лист металла под углом 45°, необходимо использовать пуансон и матрицу с аналогичными параметрами. В процессе гибки штамп вдавливает лист металла в матрицу — упругая деформация превращается в пластическую. Для увеличения эффективности гибки используются пуансоны с острым наконечником. В результате внутренний радиус готового изделия получается минимальным, что увеличивает жесткость и надежность конструкции.
U-образная гибка
Способ похож на V-образную гибку, разница только в форме матрицы и пуансона. Это один из самых простых и наименее затратных методов обработки листового металла. Его используют для изготовления стальных U-образных каналов и других подобных изделий. В настоящее время способ мало распространен, потому что аналогичный профиль можно получить другими, более гибкими методами.
Ступенчатая гибка
Представляет собой многоступенчатую V-образную гибку. Другое название способа — гибка вразбежку. В процессе лист подвергается множественным V-образным изгибам, которые идут последовательно — один за другим. Способ применяется для изготовления деталей с большим радиусом. Качество готового изделия зависит от количества гибов и размера шага между ними. Чем больше операций, тем ровнее готовое изделие.
Вальцовка
Используется для создания конусов, незамкнутых цилиндров и крупногабаритных деталей с большим радиусом. Гибка выполняется с помощью вращающихся непрофилированных инструментов — валков. Два из них приводные и третий — регулируемый. Он вращается за счет силы трения и служит направляющим элементом.
Если деталь необходимо согнуть по краям или в середине, то в этом случае требуется дополнительная гибка на соответствующем станке или гидравлическом прессе. Иначе края изделия получаются плоскими.
Гибка с вытеснением
При этом способе металлический лист зажимается между прижимной подушкой и матрицей. Форма штампа соответствует заданному углу. После того, как материал надежно зафиксирован, пуансон опускается на выступающий край листа и прижимает его к матрице. В результате получается деталь с требуемым углом сгиба.
Ротационная гибка
Ее главная особенность — отсутствие царапин и других следов инструмента на поверхности металла. Хотя для других способов уже применяются полимерные инструменты, не повреждающие поверхность, ротационная гибка все еще остается востребованной. Этим методом можно изготавливать детали с углом менее 90°, а также U-образные профили, в которых фланцы расположены близко друг к другу.
Для ротационной гибки используются двухвалковые станки, реже — с одним валком.
Пружинение металла после гибки
После сгибания изделие немного пружинит и выходит за рамки заданного угла. Это происходит из-за разницы в деформации слоев материала — внутреннего и внешнего. В центре они разделены нейтральной линией. Во время сгибания внутренний слой сжимается, а внешний — растягивается. Предельные нагрузки на сжатие и растяжение у всех материалов разные. При этом прочность металла по первому показателю значительно выше, чем по второму. То есть лист проще разорвать, чем сломать.
В результате разных прочностных показателей внутренний слой хуже поддается деформации. Он стремится восстановить свою форму — это и есть пружинящий эффект. Его величина напрямую зависит от внутреннего радиуса. Чем он больше, тем сильнее выражено пружинение заготовки. Показатель необходимо учитывать во время проектирования и компенсировать дополнительным усилием, которое рассчитывается исходя из характеристик материала.
Это и есть коэффициент k. Его можно рассчитать по формуле, посмотреть в таблице — результат достоверен для большинства случаев. Но мы советуем использовать программы САПР или CAD. Они учитывают спецификации металлов, рассчитать допуск на изгиб с их помощью намного проще.
Еще один момент — для деталей с углом более 165° этот показатель не рассчитывается. Нейтральная ось остается практически в неизменном положении, поэтому допуск на изгиб ей не требуется.
