Гибка нержавеющей стали: нюансы технологии и сфера применения

Чаще всего при работе с металлами для их деформации прибегают к гибке. Она может выполняться с использованием ручных или механизированных инструментов, ей могут подвергаться как холодные, так и горячие металлы – выбор зависит от толщины материала и сложности контуров. В этой статье поговорим о том, как выполняется гибка нержавеющей стали.

4 преимущества гибки нержавеющей стали

Как осуществляется гибка нержавеющей стали различных типов

В зависимости от типа исходной заготовки (в основном производственного сортамента) гибка может осуществляться различными способами. Наиболее распространенными из них являются следующие.

1. Листовая гибка.

Гибка нержавейки листовой выполняется с использованием специальных станков – листогибов. В зависимости от способа гиба они могут быть трех видов:

• Прессовыми. В этом случае лист металла под давлением с помощью пуансона вводят в неподвижную матрицу, где ему придается нужная форма. Пуансоны могут отличаться формой и радиусом гибки. Матрице чаще всего придается форма угла или паза. Благодаря легкости перенастройки для решения разных задач листогибочный пресс считается универсальным оборудованием.
• Поворотными. Станки состоят из станины, подвижной гибочной балки (траверса), прижимной балки, заднего упора. С помощью прижимной балки металлический лист фиксируется на станине. Основным рабочим инструментом, используемым для гибки нержавеющей стали, является гибочная балка.
• Ротационными, которые представляют собой двух-, трех- или четырехвалковые станки, рабочие части которых совершают вращательное движение. Усилие на таком оборудовании создается рабочим приводом, который может быть ручным (приводимым в действие мускульной силой человека), гидравлическим (работающим за счет гидроусилителя), пневматическим (приводимым в действие сжатым воздухом), механическим (использующим энергию раскрученного маховика), электромеханическим (работающим благодаря электродвигателям с редукторами).

Чаще всего для гибки нержавеющей стали используют фальцегибочные или фальцепрокатные станки, предназначенные для обработки тонколистового металла. При помощи такого оборудовании изготавливают фальцевую кровлю, воздуховоды, дымоходы.

2. Гибка металлических труб.

Гибка труб из нержавеющей стали выполняется различными способами. Станки и приспособления – трубогибы – могут быть:

• рычажными, с помощью которых выполняется ручная мягкометаллических гибка, а также обработка труб малого диаметра, изготовленных из стали, угол изгиба при этом не превышает 180°;
• арбалетными, осуществляющими гибку опирающейся на две точки заготовки за счет прилагаемого между ними усилия;
• роликовыми (валковыми), в качестве классического примера можно привести трехроликовый вальцевый трубогиб.

Работа роликовых трубогибочных станков основана на способе холодной деформации металла, который также называют вальцовкой. На таком станке можно обрабатывать металлы любой твердости, как цветные, так и титан и его сплавы. Заготовка может загибаться на 360°, а ее длина может быть более 5 м.

Гибку тонкостенных труб из нержавейки осуществляют при помощи дорновых трубогибов с использованием специального приспособления, которое называется дорном. Его размещают внутри трубы в месте ее изгиба, не давая металлическим стенкам деформироваться.

3. Гибка металлопроката.

Металлический профиль обрабатывают за счет проката, а не изгиба. Для гибки нержавеющей стали используют, в основном, профилегибочные валковые станки. Число валков может быть в пределах 3–5 штук. Большее число валков позволяет получить изделие более высокого качества, однако с меньшим радиусом изгиба.

При необходимости (например, при гибке заготовки с большой площадью сечения или выполненной из высокопрочного металла) заготовку разогревают, к примеру, высокочастотными токами.

Сложнее всего, но и более часто требуется выполнение гибки стали, включая нержавеющую. До придания металлическому листу нужной формы необходимо выполнить расчет развертки. После этого развертку переносят на лист, затем, используя лазер, лист раскраивают. Только после подготовительных операций стальная заготовка помещается под гидравлический пресс, выполняющий гибку в соответствии с заданными критериями.

Таким образом, в процессе обработки может быть получена деталь, имеющая любую конфигурацию, требуется только правильно выбрать необходимое оборудование, а также не ошибиться с расчетами гибки нержавеющей стали по чертежам заказчика. Среди достоинств такого способа обработки металлов отметим отсутствие сварных элементов, что в свою очередь приводит к невозможности коррозионных проявлений в местах сварных швов.

Основные способы гибки нержавеющей стали

• Воздушная гибка металла.

Иначе ее называют свободной гибкой: для того чтобы сформировать угол сгиба, пуансон перемещают в заданную точку (заготовку вдавливают прессом на нужную глубину). При этом нижняя часть заготовки в двух точках соприкасается с матрицей, после чего происходит образование воздушного зазора между заготовкой и поверхностью матрицы.

Достоинствами этого вида гибки нержавеющей стали на заказ являются возможность обработки заготовок под разными углами сгиба, деформация материалов различной ширины, высокая производительность, экономичность.

Среди недостатков отметим невозможность стабилизации геометрии угла, что приводит к низкой точности готовых деталей, необходимость предварительного придания заготовке правильной формы с помощью резки.

• Ковка.

Это одна из разновидностей воздушной гибки. Благодаря плотному прижиманию пуансоном детали к матрице в конечной точке сила гибки увеличивается в разы. При этом заготовка не соприкасается с дном матрицы, находящаяся внизу линия сгиба и матрица разделены воздушным зазором.

Достоинства этого вида гибки нержавеющей стали: стабилизация угла сгиба, происходящая благодаря отсутствию зазора между боковыми ребрами матрицы и пуансоном, а также то, что на размер угла влияет исключительно применяемый инструмент. Ковку используют при необходимости получать детали высокой точности.

К недостаткам можно отнести небольшой радиус пуансона, значительные усилия, затрачиваемые на гибку, необходимость комплекта инструментов, с помощью которых выполняются углы сгиба.

• Чеканка или формовка.

Этот вид гибки является безвоздушным, поскольку в процессе заготовку плотно зажимают между пуансоном и матрицей, в которую ее вбивают.

К достоинствам можно отнести высокую точность, стабильные размеры, на которые влияют точность комплекта инструментов. Размер заготовки не меняется, окончательная деформация отличается стабильностью.

Среди недостатков следует отметить необходимость приложения значительных усилий. Поэтому этот способ практически не используется для работы с заготовками толщиной свыше 2 мм.

• Гибка материала по трем точкам.

Иначе этот метод гибки нержавеющей стали называют адаптивной гибкой. Процесс обработки металла делится на две стадии. По окончании предварительной фазы при помощи специальных сенсорных датчиков заготовку измеряют и корректируют параметры системы управления. Во второй стадии находящаяся в пуансоне заготовка вжимается за счет подпора, выходящего из матрицы в расчетную точку.

Этот вариант гибки нержавеющей стали обладает следующими достоинствами: высокой точностью, универсальностью, гибкостью при работе с металлом.

К недостаткам можно отнести измерительные сенсорные щупы в рабочей зоне, сужающие размер заготовки и требующие внимательности от оператора станка, а также низкую производительность, вызванную необходимостью адаптировать деталь. К этому способу следует прибегать при необходимости получения изделий очень высокой точности.

• Холодная гибка нержавеющей стали.

К холодной гибке нержавеющей стали прибегают, если необходимо согнуть металл в одном направлении, придавая ему вид цилиндра или конуса. Если же с целью получения сферической формы изгибать заготовку в различных направлениях, то внутри металла возникнут серьезные внутренние напряжения, которые отрицательно скажутся на его структуре. Чтобы не допустить этого, гибке подвергают нагретые металлы.

Используя холодную гибку листового или профильного металла, следует помнить о предельном соотношении между толщиной листа, размерами профиля и радиусом изгиба. Если это соотношение нарушается, то механические свойства материала изменяются.

Опытным путем было установлено, что безвредно можно удлинять холодные металлы примерное на 7 %.

• Горячий способ гибки нержавеющей стали.

С профильным металлом обычно работают в горячем состоянии, кроме случаев, когда величина радиуса относительно размеров профиля настолько велика, что гибку можно выполнить в холодном состоянии, не причиняя вреда металлу.

Горячая обработка металла меняет его структуру, нагрев, гибка и дальнейшее охлаждение приводят к уменьшению размеров зерна в материале. За счет этого повышается его упругость, твердость, предел прочности при разрыве, уменьшение удлинения при разрыве, при этом сжатие и вязкость остаются практически на прежнем уровне.

Температура при горячей обработке не должна быть ниже +780° С. Работа с нержавеющей низкоуглеродистой сталью при температуре +800…+900 °С приводит к образованию структуры, за счет которой металл получает более высокие механические характеристики.

Длительная обработка металла при температуре, приближающейся к температуре плавления, повышает риск возникновения явления пережога, отрицательно сказывающегося на свойствах металла. В этом случае поверхность изделия обезуглероживается и окисляется. Если нержавеющая сталь в течение длительного времени находится в условиях температур, превышающих температуру нормального нагрева, возникает явление перегрева, в результате которого образуются крупнозернистые структуры.

Марки нержавейки, наиболее подходящие для гибки

1. В первую очередь расскажем о самой большой и универсальной группе сталей – 300. Химический состав хромоникелевых нержавеющих сталей этой категории позволяет отнести их к нескольким видам – аустенитным, аустенитно-ферритным и аустенитно-мартенситным.

На химический состав влияют входящие в него углерод, никель, хром и титан. Они не обладают магнитными свойствами, за исключением случаев, когда их подвергали холодной механической обработке. Низкие температуры не влияют на высокую прочность, не возникает сложностей с резкой, гибкой нержавеющей стали, сваркой и полировкой.

2. Нержавеющая сталь AISI 304 (08Х18Н10). Добавление в эту сталь молибдена позволило повысить ее технические характеристики. Она более устойчива к коррозии, воздействию агрессивной кислотной среды по сравнению с другими сталями, входящими в группу. Под воздействием более высоких температур ее свойства остаются неизменными. Эту нержавеющую сталь широко используют в процессе производства изделий, предназначенных для химической промышленности, и оборудования, применяемого в морской воде и атмосфере.

3. Нержавеющая сталь AISI 316T (10Х17Н13М2Т), содержание в которой титана в 5 раз превышает содержание углерода. Изготовленные из этой нержавеющей стали детали отличаются высокой прочностью, устойчивостью к температурным воздействиям, ионам хлора. Из нержавеющей стали AISI 316T производят сварные конструкции, лопасти газовых турбин, она применяется в химической и пищевой отраслях промышленности. При ее гибке не возникает сложностей, к тому же она более доступна по цене, если сравнивать с аналогами.

4. Нержавеющая хромоникелевая сталь AISI 321 (12-08Х18Н10Т), в которую добавлен титан. Высокая устойчивость к коррозии позволяет изготавливать из нее бесшовные трубы и разнообразные трубопроводные фитинги (отводы, тройники, переходы и фланцы). Это легкосвариваемая нержавеющая сталь, не обладающая магнитными свойствами, устойчивая к воздействию повышенных температур (до +800 °С), с сохранением неизменных механических характеристик.

5. Перейдем к нержавеющим сталям группы 400. Несмотря на более узкий диапазон, их востребованность достаточно велика. В них присутствует высокое содержание хрома. Другие легирующие элементы содержатся в нержавеющих сталях группы 400 в минимальном количестве. Благодаря низкому содержанию углерода отличается пластичностью, без проблем гнется и сваривается.

6. Нержавеющая сталь AISI 430 (12х17). Эта марка появилась не так давно, однако уже завоевывает свои позиции относительно групп 300 и 400. В нержавеющей стали произведена частичная замена дорогостоящего никеля марганцем и азотом. Благодаря сбалансированности химического состава качество стали ничуть не ниже, чем у аустенитных нержавеющих сталей марок AISI 304 и AISI 321. Она характеризуется:

• высокой коррозийной стойкостью;
• хорошей свариваемостью;
• легкостью в полировке и деформации (гибке);
• более низкой стоимостью в сравнении с аналогами.

Благодаря перечисленным качествам нержавеющая сталь AISI 201 пользуется широким спросом среди конечных потребителей. Ее используют в медицинской и пищевой промышленности, изготавливают круглые и профильные трубы, которые, в свою очередь, идут на производство различных перил, поручней и ограждений.