Гибка кромок листового металла
Гибка кромок — это распространённый процесс обработки металла, который в основном применяется для усиления края, сокрытия заусенцев или просто для…
Гибка — одна из самых распространённых операций при обработке листового металла. Также известная как гибка на пресс-брейке, фланцевание, гибка на матрице, складывание и обработка кромок, эта технология используется для придания материалу угловой формы.
Это достигается путём приложения усилия к заготовке. Усилие должно превышать предел текучести для достижения пластической деформации. Только этом случае можно получить устойчивый результат в виде изгиба.
Какие существуют основные методы гибки? Как пружинение влияет на результат? Что такое k-фактор? Как рассчитать припуск на гибку?
На все эти вопросы мы ответим в данной статье, а также поделимся полезными советами по гибке.
Существует множество различных методов гибки, и у каждого есть свои преимущества. Обычно дилемма заключается в выборе между точностью и простотой, при этом последний вариант используется чаще из-за универсальности и меньшего количества необходимого инструмента.
Гибка в V-образной матрице — самый распространённый метод с использованием пуансона и матрицы. Существует три подвида —жимная гибка, воздушная гибка и коининг. На долю воздушной гибки и прижимной гибки приходится около 90% всех операций гибки.
Таблица усилий для гибки ниже поможет определить минимальную длину фланца b (мм) и внутренний радиус ir (мм) в зависимости от толщины материала t (мм). Также можно увидеть ширину матрицы V (мм), необходимую для таких параметров. Для каждой операции требуется определённая тоннажность на метр. Это также показано в таблице. Чем больше толщина материала и меньше внутренний радиус, тем больше требуется усилий. Рекомендуемые параметры для гибки металла выделены.
Допустим, у меня есть лист толщиной 2 мм, который я хочу согнуть. Чтобы упростить задачу, я также использую внутренний радиус 2 мм. Согласно таблице, минимальная длина фланца для такого изгиба — 8.5 мм, что нужно учитывать при проектировании. Требуемая ширина матрицы — 12 мм, а тоннаж на метр — 22. Минимальная распространённая грузоподъёмность стола составляет около 100 тонн. Длина линии гиба заготовки — 3 м, значит, общее необходимое усилие — 3*22=66 тонн. Таким образом, даже простой пресс с достаточной рабочей длиной справится с задачей.
Однако стоит помнить, что данная таблица относится к конструкционным сталям с пределом текучести около 400 МПа. Если вы хотите гнуть алюминий, значение тоннажа делится на 2 — требуется меньшее усилие. С нержавеющей сталью наоборот — необходимо усилие в 1,7 раза большее, чем указано в таблице.
Прижимная гибка также известна как прижим к основанию или удар по основанию. Как видно из названия, пуансон прижимает лист к поверхности матрицы, и именно угол матрицы определяет итоговый угол детали. При таком способе внутренний радиус зависит от радиуса матрицы.
По мере сжатия внутренней линии требуется всё большее усилие для дальнейшей деформации. Прижимная гибка позволяет приложить это усилие, так как итоговый угол заранее задан. Возможность использовать большее усилие снижает эффект пружинения и обеспечивает хорошую точность.
Разница углов учитывает эффект пружинения.
Важным моментом при прижимной гибке является расчет открытия V-матрицы.
| Ширина открытия V (мм) | ||||
| Метод/Толщина (мм) | 0,5…2,6 | 2,7…8 | 8,1…10 | Свыше 10 |
| Осадка | 6t | 8t | 10t | 12t |
| Гибка с воздушным зазором | 12…15t | |||
| Коайнинг | 5t | |||
Экспериментально установлено, что внутренний радиус примерно равен 1/6 ширины открытия, то есть ir=V/6.
Частичная или воздушная гибка названа так, потому что обрабатываемая деталь не касается полностью всех частей инструмента. При воздушной гибке заготовка опирается на две точки, а пуансон формирует изгиб. Обычно операция выполняется на пресс-брейке, однако отсутствие боковой матрицы не критично.
Воздушная гибка даёт большую гибкость. Допустим, у вас есть матрица и пуансон на 90°. С этим методом вы можете получить угол между 90 и 180 градусами. Хотя точность ниже, чем у прижимной гибки или коининга, простота — главное преимущество. Если после снятия нагрузки и пружинения угол получился не тот, просто приложите дополнительное усилие.
Однако это результат меньшей точности по сравнению с прижимной гибкой. При этом большое преимущество воздушной гибки — отсутствие необходимости смены инструмента для разных углов.
Коиннинг ранее был гораздо более распространён. Это практически единственный способ получения высокой точности. Сегодня оборудование настолько управляемое и точное, что метод применяется редко.
Металл принимает точную форму матрицы за счёт приложения большого усилия.
Название «коининг» происходит от английского слова «coin» (монета), так как монеты должны быть идентичными для предотвращения подделок. Коининг в гибке обеспечивает такую же точность. Например, если нужен угол 45°, необходимы пуансон и матрица с таким же углом. О пружинении можно не беспокоиться.
Почему? Потому что матрица вдавливается в лист, оставляя отпечаток. Это, а также используемое высокое усилие (в 5-8 раз больше, чем при воздушной гибке), гарантирует высокую точность. Проникающее воздействие также обеспечивает минимальный внутренний радиус гиба.
U-образная гибка по сути очень похожа на V-образную. Здесь также есть пуансон и матрица, но оба они U-образные, что даёт аналогичный изгиб. Такой способ прост для гибки стальных U-образных профилей, однако используется реже, так как подобные профили можно получать и более гибкими методами.
Ступенчатая гибка — это по сути повторяющаяся V-образная гибка. Также называется «гибка с буграми», этот метод подразумевает серию последовательных V-образных гибов для получения большого радиуса на детали. Качество результата зависит от числа изгибов и расстояния между ними — чем их больше, тем плавнее форма.
Ступенчатая гибка часто применяется, например, при изготовлении конических бункеров и снегоочистителей. Она позволяет выполнять гибку с большим радиусом при помощи стандартных инструментов. Проще наладка — ниже цена, особенно при малых партиях.
Валковая гибка применяется для изготовления труб или конусов различных форм, а также для получения больших радиусов гибов. В зависимости от возможностей станка и числа валков можно выполнять один или несколько изгибов одновременно.
В процессе задействованы два ведущих валка и один регулируемый, который движется за счёт сил трения. Если требуется гибка обоих концов и средней части детали, понадобится дополнительная операция — на гидравлическом прессе или пресс-брейке. Иначе края детали останутся плоскими.
Кромочная гибка — ещё один способ гибки кромок листового металла. Важно, чтобы лист был плотно прижат к кромочной матрице, именно она определяет внутренний радиус гиба. Зазор между кромочной матрицей и пуансоном играет ключевую роль в получении хорошего результата.
Ротационная гибка (Rolla-V) — ещё один способ гибки кромок. Её большое преимущество перед кромочной и V-образной гибкой — отсутствие повреждений поверхности материала. Существуют специальные полимерные инструменты, чтобы избежать даже мельчайших следов. Ротационные гибочные машины могут делать изгибы более острые, чем 90 градусов, что решает проблему пружинения.
Обычно используется два валка, но есть варианты и с одним. Этот метод также подходит для изготовления U-образных профилей с близко расположенными фланцами, так как он более гибок, чем другие методы.
При гибке заготовка после снятия нагрузки немного возвращается в исходное положение. Поэтому этот эффект обязательно компенсируют при гибке: заготовку гнут на угол, больший требуемого, чтобы после пружинения получить нужную форму.
Важен также радиус гибки. Чем он больше, тем сильнее эффект пружинения. Острый пуансон даёт малый радиус и уменьшает пружинение.
Почему возникает пружинение? При гибке деталь делится на два слоя разделённые нейтральной линией. С одной стороны материал сжимается, с другой — растягивается. У каждого металла свои значения максимальных нагрузок при сжатии и растяжении. Прочность на сжатие у металлов всегда выше.
Поэтому получить постоянную деформацию внутреннего (сжатого) слоя сложнее — он стремится вернуться к исходной форме после снятия нагрузки.
Если вы проектируете детали из гнутого листового металла в CAD-программе со специализированным модулем, пользуйтесь им — он учитывает особенности материала при гибке и помогает создавать корректные развертки для лазерной резки.
Для расчёта развертки используют длину дуги нейтральной оси.
При гибке материал удлиняется. Нейтральная линия, как мы обсудили выше, смещается от центра толщины. Но развертка строится именно по нейтральной линии, а её положение определяется k-фактором.
K-фактор — опытная величина, определяемая экспериментально. Он зависит от материала, толщины, радиуса гиба и способа гибки — по сути, K-фактор корректирует положение нейтральной линии, чтобы развертка соответствовала действительности. С его помощью рассчитывается припуск на гибку — длина изогнутой нейтральной оси.
Формула K-фактора:
k — коэффициент, ir — внутренний радиус (мм), t — толщина листа (мм).
Формулы припуска на гибку:
Для углов между 0 и 90 градусов:
β — угол гибки (°)
Для углов между 90 и 165 градусами:
Для изгибов свыше 165° припуск на гибку не рассчитывается, так как нейтральная ось практически посередине детали.
Допустим, у нас есть деталь, как на рисунке выше: одна ножка 20 мм, другая — 70 мм. Угол гибки 90°, толщина листа 5 мм, внутренний радиус 6 мм. Нужно узнать итоговую длину детали. Сначала определяем K-фактор.
Другой способ — воспользоваться эмпирической таблицей K-факторов для различных материалов. Это даёт достаточно точный результат для большинства случаев.
| Общие K-факторы | Радиус | Алюминий | Сталь | |
|---|---|---|---|---|
| Мягкие материалы | Средние материалы | Твердые материалы | ||
| Гибка в воздухе | От 0 до толщины | 0.33 | 0.38 | 0.40 |
| Толщина до 3 x толщины | 0.40 | 0.43 | 0.45 | |
| Больше, чем 3 x толщины | 0.50 | 0.50 | 0.50 | |
| Чеканка | От 0 до толщины | 0.42 | 0.44 | 0.46 |
| Толщина до 3 x толщины | 0.46 | 0.47 | 0.48 | |
| Больше, чем 3 x толщины | 0.50 | 0.50 | 0.50 | |
| Калибровка | От 0 до толщины | 0.38 | 0.41 | 0.44 |
| Толщина до 3 x толщины | 0.44 | 0.46 | 0.47 | |
| Больше, чем 3 x толщины | 0.50 | 0.50 | 0.50 | |
Теперь можно перейти к расчету припуска на гибку.
Для итоговой длины складываем длины двух ножек и припуск на гибку.
Я поговорил с нашим опытным инженером по продажам, который отлично разбирается в гибке листового металла. Он с воодушевлением поделился списком типичных ошибок и способов их избежать.
Существует минимальная длина фланца — смотрите таблицу усилий для гибки. В зависимости от толщины подбирается ширина матрицы. Если запроектировать слишком короткий фланец, он «провалится» в зазор, и нужного результата не получится.
Скос должен заканчиваться до основания детали.
Если вы хотите сделать фланец со скошенными концами, правило минимальной длины всё равно действует. Скосы должны оставлять достаточно места для правильной гибки, иначе получится деформация.
Близко расположенные отверстия могут деформироваться.
Если отверстия слишком близко к изгибу, они могут деформироваться. Круглые отверстия менее подвержены этому, но винты всё равно могут не войти. Опять же, используйте таблицу усилий для минимальных размеров и размещайте отверстия дальше минимального значения.
Во избежание путаницы прямоугольное отверстие можно сделать с обеих сторон.
Большая опасность — детали, которые почти симметричны. Если возможно — делайте их полностью симметричными. В противном случае оператор может согнуть деталь в неправильную сторону.
Симметрия невозможна не всегда, но тогда убедитесь, что способ производства легко понять.
Заклёпочная гайка может мешать инструменту.
Если вы используете заклёпочные гайки рядом с линией гибки, их лучше устанавливать до гибки, чтобы не было деформации отверстий. Но убедитесь, что они не мешают инструментам при гибке.
Малый фланец на конце крупной детали может вызвать сложности.
Лучше избегать малых фланцев на больших и тяжёлых деталях — это усложняет производство, требует ручной работы и увеличивает стоимость. Лучше выбрать другое техническое решение.
Проверьте таблицу усилий для минимальной длины фланца.
Если вы хотите сделать несколько последовательных гибов, проверьте возможность их выполнения. Проблема возникает, если согнутую деталь невозможно разместить на матрице. Если оба изгиба в одну сторону (U-образный), обычно промежуточный участок делают длиннее фланцев.
Для этой детали потребуется множество перенастроек.
Лучше располагать гибы на одной линии, если у вас несколько последовательных фланцев. Так число операций минимально — иначе оператору придётся каждый раз перенастраивать деталь, что увеличивает время и стоимость.
Такие линии гибки приводят к неточностям.
Как видно из названия, для корректной установки должна быть сторона, параллельная линии гибки. В противном случае выравнивание детали затруднительно, и результат может быть неудовлетворителен.
Разгрузочные надрезы обязательны.
Для лучшего результата стоит делать не просто небольшой лазерный надрез, а полноценный вырез с двух сторон будущего фланца — разгрузочный надрез. Его ширина должна быть больше толщины материала, что исключает разрывы и деформации. Хорошая практика — включать малые радиусы в надрезы для снижения напряжений.
Малые зазоры гарантируют выполнимость.
При гибке коробов между фланцами нужно оставлять небольшие зазоры, иначе последний изгиб может пересечься с предыдущими и разрушить конструкцию.
Не забывайте периодически переключаться на вид развертки в CAD. Это позволит избежать ошибок — если вы переусердствуете с фланцами, может получиться деталь, не существующая в развертке, а значит, и в реальности.
Оцените раскладку: возможно, оптимизировав дизайн, вы сможете уместить детали на меньшем листе или разместить две детали на одном листе, немного уменьшив размеры. Это отразится на итоговой стоимости.
Проще всего выбрать внутренний радиус гибки равным толщине материала. Это избавит от лишних ошибок и сложных расчётов. Меньший радиус может вызвать проблемы, больший — усложнит расчёты.
Гибка перпендикулярно направлению прокатки.
Не проектируйте гибы в том же направлении, что и прокатка материала — особенно важно для алюминия и Hardox. Конечно, бывают случаи, когда иначе нельзя, но лучше избегать этого. В противном случае возможны неровности или даже трещины.
Хотя инженеры по производству всегда обращают на это внимание, полезно помнить об этом и самостоятельно — это поможет эффективнее использовать материал.
Лучше оставить внутренний радиус.
Если вы хотите усилить кромки листа, подгиб — отличный вариант. Всё же рекомендуется оставлять небольшой радиус внутри подгиба — полное сжатие требует больших усилий и может привести к растрескиванию материала. Радиус же снижает риск разрушения.
Обычные тонкие стальные листы толщиной 1…3 мм выдерживают любые операции. Но для более толстых или специальных материалов стоит изучить их особенности. Некоторые из них более требовательны к условиям обработки. Хороший результат зависит от ваших знаний и профессионализма производственного инженера.
