Гибка заготовок: описание процесса, предварительный расчет, применяемые станки

Гибка заготовок – это целенаправленное изменение их формы по заданному контуру. При этом происходит растяжение внешней части изделия и сжатие внутренней. При гибке заготовок сокращается площадь поперечного сечения на величину, называемую «утяжина». В данной статье мы расскажем о том, как осуществляется гибка заготовок и что нужно сделать для достижения наилучшего результата в данном процессе.

Каковы технические особенности процесса гибки заготовок

Гибка заготовок осуществляется тогда, когда возникает необходимость создать или изменить угол между частями поковки.

Поговорим о том, как формируется заготовка и как течет металл при гибке. Заготовка прямоугольного или круглого сечения в пластическом состоянии может быть изогнута на угол А. Из-за внешних воздействий на заготовку в разных ее слоях образуются противоположные напряжения: во внешних – напряжения растяжения, во внутренних – сжатия.

Возникающие в заготовке напряжения приводят к растяжению внешних слоев и сжатию внутренних. Таким образом, происходит изменение длин слоев металла (длина слоев прилегающих к внешней зоне увеличивается, а к внутренней – уменьшается). Между внутренним и внешним слоем находится нейтральный слой, не подвергающийся деформациям. Слои, которые наиболее от него удалены, сильнее деформируются при гибке заготовки.

В процессе деформации растяжения площадь поперечного сечения становится меньше. При деформации сжатия – наоборот. В процессе гибки заготовок форма изменяется в разных направлениях. Например, при осуществлении гибки прутка квадратной или прямоугольной формы, растяжение внешних слоев приводит к уменьшению верхней стороны сечения, а сжатие внутренних – к увеличению его нижней стороны. При гибке круглой заготовки сечение имеет форму овала. Длина нейтрального слоя и, следовательно, ширина заготовки, остаются без изменений.

При гибке заготовок необходимо придерживаться технологии, исключающей образование трещин на поверхности и возникновение грубых складок во внутренних их слоях.

Нередко приходится осуществлять гибку тонкополосых холодных заготовок. Ее отличия от гибки нагретых толстых полос заключаются в следующем:

• упругие деформации схожи с пластическими;
• металл, подвергаемый гибке, недостаточно пластичен и становится более прочным после такого воздействия.

Представляющие наибольшую опасность напряжения растяжения, увеличиваются по мере уменьшения радиуса изгиба R. Если этот радиус слишком мал, то напряжения и деформации становятся слишком высокими и приводят к образованию трещин на наружной поверхности заготовки.

Избежать разрушения металла при гибке заготовки можно, для этого необходимо четко выполнять следующие правила:

• радиус изгиба R должен превышать минимально допустимое значение для металла (rmin), подвергаемого гибке;
• гибка заготовки должна осуществляться так, чтобы волокна материала были поперечны ребру гибки.

Минимальное значение радиуса гибки определяется в соответствии с металлом, из которого изготовлена заготовка, его толщины, угла гибки А и направления волокон.

В таблице вы можете посмотреть минимальные радиусы холодной гибки заготовки (R), в зависимости от толщины листа (S).

Для расчета развернутой длины изогнутого участка детали из листового материала при изгибе на угол α пользуются формулой:

A = π(R + k – s)α/180,

где k – числовой коэффициент, определяющий положение нейтрального слоя при гибке.

Минимальные внутренние радиусы гибки заготовки рекомендуется использовать, если это действительно необходимо.

Если гибка заготовки осуществляется под углом к направлению проката, то рекомендуется использовать средние промежуточные значения, соответствующие углу наклона линии изгиба.

Гибка заготовки, изготовленной вырубкой или резкой без отжига, должна осуществляться с таким же радиусом, как у наклепанного металла.

Для того чтобы при гибке не образовались трещины, установка заготовки осуществляется заусенцами внутрь изгиба.

Мы уже говорили о том, что холодная гибка заготовки осуществляется с существенной упругой или обратимой деформацией. При упругой деформации заготовка пружинит, возвращается в исходное положение после прекращения воздействия на нее нагрузки. На угол пружинения влияет упругость металла, толщина заготовки, радиус изгиба и пр.

Затруднительно рассчитать точно, каким будет пружинение, поэтому при гибке заготовки можно в определенной степени исправить результаты путем гибки заготовки на угол, несколько больший требуемого. После этого выполняется окончательная правка.

Угол пружинения при изготовлении приспособлений (подкладного штампа, например) нужно рассчитывать особенно внимательно, так как исправлять недешево и трудоемко.

Изменение площади поперечного сечения при гибке зависит от того, насколько объемна заготовка. Так, например, если говорить о плоских листах, то разницы видно не будет. Гибка объемных заготовок повлечет за собой серьезные деформации формы и площади поперечного сечения, могут образоваться трещины.

Гибка металла после расчета заготовки

Прежде чем осуществлять расчет длины заготовки, нужно выбрать, каким способом это лучше сделать. Рассчитывать это значение необходимо для того, чтобы получить готовое изделие нужного размера.

Вариант 1	Вариант 2
Lt = A + B + BA	Lt = A + B – BD
Lt – общая длина заготовки при гибке; А и В – см. рисунок; ВА – припуск	Lt – общая длина заготовки при гибке; А и В – см. рисунок; BD – вычет

Итак, если нужна поверхность полки А без деформаций (например, для расположения отверстий), для расчета длины заготовки при гибке металла следует использовать вариант 1. Если же важна общая высота полки А, то нужно считать по варианту 2.

Вариант 1 (с припуском)

Необходимо выполнить следующие действия:

1. Определить К-фактор.
2. Разбить контур изгибаемой детали на элементы (отрезки прямых и части окружностей).
3. Суммировать длины этих отрезков таким образом, чтобы длины прямых участков складывались без изменения, а длины криволинейных участков – с учетом деформации материала и соответственного смещения нейтрального слоя.

Приведем пример формулы для расчета длины заготовки с одним гибом:

Где X1 – длина первого прямого участка, Y1 – длина второго прямого участка, φ – внешний угол, r – внутренний радиус гибки, k – коэффициент положения нейтральной линии (К-фактор), S – толщина металла.

Расчет выполняется в следующей последовательности:

Y1 + BA1 + X1 + BA2 +...т. д

Чем больше переменных, тем длиннее получится формула.

Вариант 2 (с вычетом).

Такой способ очень часто используется для гибочных станков с поворотной балкой.

Кроме описанного выше потребуется:

1. Определить К-фактор (см таблицу).
2. Разбить контур изгибаемой детали на элементы (отрезки прямой и части окружностей).
3. Рассчитать необходимые вычеты. Длины прямых участков также суммируются без изменения, а длины вычетов – вычитаются.

Теперь поговорим о таком понятии, как внешняя граница гибки заготовки.

Внешняя граница гибки на рисунке представлена пунктиром.

Для расчета длины вычета из длины внешней границы вычитают длину криволинейного участка.

Итак, формула длины заготовки по варианту 2:

Где Y2, X2 – полки, φ – внешний угол, r – внутренний радиус гибки, k – коэффициент положения нейтральной линии (К-фактор), S – толщина металла.

Внешняя граница гибки (OS):

Каждая операция выполняется последовательно.

Рассчитывают длину заготовки для гибки по следующей схеме:

(Y2 – BD1/2) + (X2 – (BD1/2 + BD2/2)) + (M2 – (BD2/2 + BD3/2)) +... и т. д.

Графически это будет выглядеть так:

Важно правильно рассчитать размер вычета (BD) при последовательном расчете длины заготовки при гибке металла. В первую очередь нужно вычислить весь BD, а потом получившийся результат делят пополам.

Механизированная гибка заготовок

Выполнять гибку заготовок без использования средств механизации достаточно сложно, поэтому были созданы гибочные машины. В данном разделе мы расскажем о конструкции некоторых из них.

Листогибочные вальцы, состоящие из двух нижних валков, вращающихся от механизма привода и верхнего валка, установленного на плите. Листогибочные вальцы выполняют гибку заготовок (листов) следующим образом: верхний валок движется от изгибаемого листа, перемещаясь на той высоте, которая позволит придать заготовке заданный радиус. Если заготовке необходимо придать коническую форму, то верхний валок располагают под наклоном, соответствующим углу наклона образующей конуса.

Листогибочные прессы подходят как для гибки кромок, так и для гибки профилей, плоскости и углы могут быть самыми разными. Для гибки профилей необходим пуансон, который закрепляют на раме ползуна, на матрице, устанавливаемой на подкладке плиты пресса или на самой плите. Пуансоны могут придавать разные формы и радиусы заготовкам при гибке. Рабочая часть матрицы представляет собой гнездо формы угольника или прямого паза.

Роликовые гибочные станки подходят для гибки профилей разных сечений. Они могут иметь три или четыре ролика.

Если необходимо выполнить гибку круглых, спиралевидных или криволинейных профилей, то используют четырехроликовые станки. Конструкция таких станков следующая: станина (с вмонтированным в нее приводным механизмом для ведущих роликов, подающих заготовку) и два зажимных ролика, которые непосредственно осуществляют гибку заготовки.

Станок для гибки труб используется для гибки заготовок труб (наружный диаметр 95–300 мм). Он осуществляет нагрев материала токами высокой частоты. Станок для гибки заготовок труб состоит из двух частей – механической (сам гибочный станок) и электрической (электрооборудование станка и установка для нагрева токами высокой частоты).

Если необходимо выполнить гибку очень длинных труб, то к каретке зажима присоединяют специальные удлинители, необходимые для поддержания свисающей части трубы.

Какие дефекты могут возникать в процессе гибки заготовок

Разные способы гибки имеют разные причины возникновения дефектов. Чаще всего образуются следующие виды дефектов: утяжина в месте изгиба, трещины, складки, несоответствия размеров и формы.

Об утяжине мы говорили выше, она не просто искажает форму заготовки, но снижает ее прочность. Для уменьшения вероятности ее образования осуществляют предварительный набор металла в месте изгиба и высадку заготовки при гибке.

На внешнем слое заготовки трещины появляются обычно на металле, характеризующемся низкой пластичностью (недостаточно нагретом). Если выполнять гибку дюралюминиевой холодной заготовки, то появление трещин – это минимум, что может с ней произойти. Такая гибка может завершиться полным разрушением металла.

Самые серьезные требования предъявляют к гибке заготовок, выполненных из высокоуглеродистых и легированных сталей. В таких случаях важно правильно подобрать температуру, схему гибки, не ошибиться с минимальным радиусом и пр.

Если при помощи гибки необходимо заготовку сильно изогнуть, важно избегать образования складок с внутренней стороны угла поковки, так как в них концентрируется напряжение, что снижает прочность всего изделия.

Если после гибки заготовки вы обнаружили неточность размеров, то, скорее всего, ошибка была допущена еще на этапе определения длины (объема) исходной заготовки.

Если форма изделия получилась не такой точной, как планировалось, то наверняка был сделан неправильный выбор переходов гибки, некачественно подготовлена исходная заготовка, неправильно подобран инструмент или способ гибки. Также это может быть связано с тем, что работу выполнял неопытный кузнец.