Гибка деталей из металла: технология и контроль качества процесса

Основные способы и виды гибки металлов

Выделяют два вида гибки металлов в зависимости от ориентирования заготовки:

1. Продольная, при которой металл только изгибают.
2. Поперечная (например, отгибают борта, перегибают, высаживают заготовки и т. д.), при которой металл также осаживают и вытягивают.

Нагревание заготовок большой площади повышает вероятность появления кривизны по сферической и винтовой поверхностям. При работе с холодными деталями она не образуется благодаря тому, что металл пружинит, препятствуя появлению кривизны.

Для поперечной гибки металл всегда нагревают. Кромки прямых листов (заготовки судовых корпусов) изгибаются в холодном состоянии без осаживания на специальных станках или прессах.

Если необходима обработка кромок и образование отверстий, заготовка изгибается в горячем виде, т. к. при нагревании меняется расстояние между отверстиями, а кромки в процессе вытягивания или осаживания теряют правильные очертания.

Что такое гибка металла и в чем ее преимущества

Гибкой листовой стали называется разновидность обработки, при которой изделию придается желаемая форма. Результат достигается за счет того, что верхний слой материала растягивается, а внутренний – сжимается.

Существуют разные способы, с помощью которых можно сгибать металлический лист и менять его внешний вид. Технология позволяет за короткий срок получить качественный и прочный предмет необходимой формы. Можно выделить две разновидности технологического процесса, при котором делают гибку:

• Сгибание листовой стали вручную.
• Механическая обработка.

В первом случае применяются различные слесарно-монтажные инструменты (молоток, тиски, плоскогубцы и пр.), во втором – промышленное оборудование.

Ручную гибку листового металла можно выполнять, когда его ширина меньше 0,6 мм. В противном случае потребуются специальные станки: листогибочный пресс, вальцы, роликовый гибочный станок.

Металл видоизменяют не только сгибанием, но и другими методами – скручиванием, сваркой. С последней часто сравнивают гибку, поскольку одно изделие можно изготовить двумя способами: согнуть сталь под нужным углом или соединить между собой отдельные детали сварочным оборудованием.

Другие аргументы в пользу того, чтобы для обработки листовой стали применять гибку:

• С помощью данного способа получается более качественное, прочное и долговечное изделие. Участки металла в местах сгибания остаются герметичными, поэтому предмет будет более устойчивым к механическому воздействию.
• Стоимость работ ниже, чем при сварке.
• Гибку выполняют за короткий промежуток времени.
• Если материал сгибается прессованием, то исключается риск появления повреждений. Технология позволяет получать желаемую форму без ущерба для качества. Сохраняются высокие технические характеристики изделия, в частности, прочность.
• Гибку листовой стали используют, чтобы исключить любые изменения физических или химических свойств сплава, поскольку не происходит какого-либо существенного вмешательства в состав.
• С помощью технологии можно изготовить ровные, бесшовные, аккуратные детали.

Перечисленные достоинства подтверждают, что для получения качественной и прочной металлической заготовки лучшие выполнять гибку листовой стали.

Выход из положения есть!

Но всегда можно найти выход из положения – заказать изготовление необходимого гнутого металлопроката в специальной мастерской. Если вам нужны трубы для домашнего водоотвода или карнизы, а также другие формы металлических гнутых изделий, то выгоднее, быстрее и надежнее заказать их у профессионалов.Сотрудничество со специалистами гарантирует:

• высокую скорость выполнения каждого отдельного заказа;
• точность и отличное качество готовой продукции;
• использование при гибке металла современного высокоточного оборудования;
• выгодную стоимость услуги.

Заказ изготовления гнутых металлических изделий у специалистов – это существенная экономия ваших времени и сил. А кроме того – получение ожидаемо хорошего результата.

Где применяется?

Таким образом, удается добиться перегиба одной из сторон заготовки на нужный угол по отношению к другой. Применение изогнутых деталей широкое, они востребованы практически в любой сфере и области, которая использует конструкции из металлов и различных сплавов.

Несмотря на кажущуюся простоту, технология довольно сложная. Она требует ответственного подхода и определенного опыта.

Как происходит процесс гибки листовой стали

Технология формообразования деталей из листовой стали заключается в том, что между двумя участками листа образуется угол (градус строго задан), для расчета которого используются специальные автоматизированные программы. Важно понимать, что при сгибании материал деформируется до определенного предела, который индивидуален для каждого металла или сплава.

• Толщина металла
• Угол загиба.
• Пластичность и хрупкость материала.Технологические особенности процесса.

Рекомендовано к прочтению

• Резка меди лазером: преимущества и недостатки технологии
• Виды резки металла: промышленное применение
• Металлообработка по чертежам: удобно и выгодно

Для того чтобы выполнять гибку листовой стали без брака, используются промышленные листогибочные станки. Необходимо строго соблюдать особенности технологии, чтобы готовые изделия получились качественными. Любые отклонения могут привести к образованию дефектов, что скажется на качестве и прочности уже готовой металлической конструкции.

Промышленное оборудование позволяет выполнять гибку стального листа любой толщины. При этом, чтобы деформация была пластичной, достаточно только правильно рассчитать создаваемое оборудованием напряжение.

Как согнуть лист в домашних условиях?

В процессе строительства дома, дачи или других сооружений возникает необходимость в обустройстве различных конструкций и изделий. Например, при изготовлении водостоков, каркасов из металла, козырьков требуется придать плоской заготовке, которую представляет собой лист металла, необходимую форму. Существует несколько вариантов, как можно согнуть металлический лист своими руками.

Направление изгиба:

Области применения различных видов гибки металлов

Разные виды гибки металла применяют на небольших предприятиях, а также в быту, когда требуется изготовление профилей разных размеров, сборных перегородок, корпусных изделий, уголков, швеллеров, откосов, водосточных желобов, металлических каркасов, подвесных строительных систем и др.

Гибка труб также выполняется как в промышленных масштабах, так и в быту. В ряде случаев конфигурация их соединений бывает сложной. Чтобы уменьшить количество используемых элементов и резьбовых соединений, трубам придается определенная форма, для чего их изгибают под нужным углом.

Оборудование для гибки листового металла.

Для гибки листового проката, где необходим ровный угол, используют специальные листогибы, про которые мы писали ранее. Для вальцовки листов используют вальцовочные станки, с их помощью возможно сгибание листового проката несколькими способами.

Оборудование для гибки листовой стали

На сегодняшний день существуют различные гибочные машины. Самые простые из них подходят для изготовления уголков, каркасных профилей и пр. Более усложненные, используемые в промышленных масштабах, делятся на несколько видов:

• Ротационный листосгиб – станок, в котором происходит вращение нескольких валков, в результате чего заготовке придается округлая форма. При подобной гибке металл помещается между валками, затем перемещается между ними, приобретая необходимый изгиб. Вращение может осуществляться как вручную, так и с помощью гидравлики.
• Листосгиб с поворотными балками – станок состоит из прижимной балки и двух плит, неподвижной и поворотной. Оборудование подходит для изготовления небольших и несложных заготовок из листовой стали.
• Пневматические и гидравлические прессы (второй вариант встречается чаще). Используются на мелкосерийном производстве, когда делают гибку листовой нержавеющей стали или иных сплавов. Деталь, которая подлежит сгибанию, размещается между матрицей и пуансоном. Аппарат подходит для формообразования материалов даже с большой толщиной.

Наиболее современным оборудованием считается ротационная машина, на которой гибку выполняют в автоматическом режиме. Благодаря этой возможности нет необходимости в расчете прилагаемого усилия.

Листосгибы с поворотными балками также автоматизированы: работнику необходимо лишь правильно расположить лист на оборудовании. Подобные машины часто эксплуатируются на небольших производственных предприятиях.

Особенности гибки нержавеющей листовой стали

Нержавеющая сталь получила название благодаря своей устойчивости к коррозии. Это свойство обеспечивается сочетанием нескольких элементов, которые являются легирующими, то есть улучшающими качества основного материала. Помимо стойкости к разрушению от ржавчины, примеси добавляют сплаву и другие качества: прочность, пластичность и пр. Существует несколько разновидностей нержавеющей стали. Поэтому прежде чем выполнять гибку, нужно узнать состав сплава.

Перед тем как согнуть лист, его разрезают – применяется лазерная, водно-абразивная резка и пр. С помощью резки создается плоская раскатка будущего изделия.

Для формообразования лист подвергается сгибанию под заданные параметры. Обработка нержавеющей листовой стали происходит по тому же принципу, что и в случае с другими сплавами. Как уже было сказано, гибку производят на специальных автоматизированных или механизированных листогибах – станках, прессах и пр.

В последние годы благодаря автоматизации процесса гибки стали предприятие получает следующие преимущества:

• Увеличивается объем выпускаемых изделий.
• Снижается себестоимость производства.
• Повышается качество готовой продукции.
• Уменьшается количество дефектных деталей.

Для производства изделия достаточно настроить специальную компьютерную программу, и она в автономном режиме будет выполнять все стадии производства практически без участия рабочего персонала.

Особенности.

Отдельно нужно отметить тот факт, что чем больше нужно деформировать металл (уменьшение минимального борта, угла и радиуса гиба) тем большее воздействие потребуется. Здесь воздействие напрямую связно с давлением и моментом силы. Давление является отношением силы к площади, на которую она приложена.

Таким образом, для увеличения воздействия необходимо прикладывать большее усилие на меньшей площади. Момент силы, в свою очередь, является произведением воздействующей силы на длину рычага приложения силы. Уменьшение минимального борта или радиуса гибки требует использования матрицы с меньшим V-раскрытием и, как следствие, меньшим рычагом приложения силы. Соответственно, при прочих равных, гибка на матрице с меньшим раскрытием требует приложения большей силы.

Схематичное изображение силы и рычага при гибке на матрицах с разным V-раскрытием

Пережог металла.

Продолжительное нагревание металла при температуре, близкой к температуре плавления, вызывает явление пережога, которое ухудшает свойства металла. При пережоге происходит поверхностное обезуглероживание и окисление поверхности металла. Продолжительное пребывание металла при температуре выше нормального нагрева вызывает явления перегрева. Перегрев характеризуется образованием крупнозернистой структуры.

П-образная

Используют для создания П-образных деталей. С ее помощью удается ускорить производство элементов, что не позволяет двухпереходная гибка. При этом удается повысить точность получаемых изделий. Процедура гибки подразумевает задействование пуансона, работа которого приводит к изгибу элемента.

Проверьте плоский шаблон:

Процесс гибки листового металла.

При применении станков практически нет брака. Продукция соответствует определенной заданной форме и брак может получиться только при поломке механизма станка. Оператор это сразу увидит и остановит работу устройства для ремонта. Продукция соответствует необходимым размерам.

Высокая точность соответствия чертежам также влияет на качество, необходимое при применении в дальнейшем использовании металлического изделия. Современные станки автоматизируют процесс сгибания. Со стороны человека необходимо контролировать сам процесс, не прибегая к участию в самом процессе сгибания. Заданные параметры углов постоянны. Они не меняются и соответствуют технологической карте.

Расчет допуска на изгиб:

Допустим, у вас есть деталь, похожая на ту, что на изображении выше — у нее прямая ножка 20 мм и другая 70 мм. Угол изгиба составляет 90°, толщина листа — 5 мм, а внутренний радиус — 6 мм. Мы хотим узнать конечную длину детали. Во-первых, мы должны начать с коэффициента k:

Другой способ определения коэффициента k — следовать «правилу большого пальца». Просто выберите коэффициент k в соответствии с вашим материалом из приведенной ниже таблицы. Это дает достаточно точные результаты для большинства случаев.

Теперь мы можем перейти к припускам на изгиб:

Для получения окончательной длины мы просто прибавляем две длины ног к припуску на подгибку:

Рельеф изгиба:

Для достижения наилучшего результата рекомендуется сделать не просто небольшой разрез лазером, а настоящий вырез по бокам будущего фланца — который должен быть рельефом изгиба. Ширина такого надреза должна превышать толщину материала. Это гарантирует отсутствие разрывов и деформаций при окончательном изгибе.

С помощью листогиба

При создании станка стоит обращать внимание, что управляться устройство будет за счет мускульной силы. Поэтому приспособление предназначено только для тонколистового металла, толщина которого не выходит за пределы 2 мм. Чтобы сделать основание для станка, потребуется задействовать профильный металлопрокат в небольшом количестве. Достаточно запастись швеллером или металлической балкой с поперечным сечением в виде двутавра.

Во время сборки необходимо учесть требуемые параметры жесткости конструкции, иначе оборудование не справится с поставленной задачей и быстро выйдет из строя. Кроме того, от показателя жесткости зависит, насколько качественной будет обработка. Прижимное устройство изготавливают из стальных плит.

Чтобы отрезать согнутую деталь, потребуется роликовый нож. Специалисты рекомендуют использовать несколько вариантов лезвий для гибочного устройства. Так, помимо роликового можно задействовать сабельный нержавеющий нож. Элементы работают только с тонкостенным материалом, это тоже нужно учитывать.

При выборе ножа рекомендуется отдать предпочтение изделиям известных производителей, кто уже не первый год занимается поставками подобного оборудования. Объясняется это тем, что для изготовления лезвий используют инструментальные стали. Популярные компании не жалеют материал, добиваясь нужного качества элемента.

Тонкости процесса гибки металлических труб

Изогнутые металлические трубы широко используются в нефтяной и химической промышленности, машиностроении, архитектуре и строительстве.

Угол, который должна образовывать труба, можно получить за счет использования различных фитингов. Однако такое решение может привести к появлениям течей. А в ряде случае против фитингов выступают эстетические соображения. Более качественным, надежным и привлекательным вариантом получения изогнутых труб является их гибка, поскольку в этом случае целостность заготовки не страдает.

Для получения качественного гиба необходимо учитывать индивидуальные особенности материалов.

Деформируемая труба подвергается воздействию:

• радиальных сил, меняющих сечение заготовки;
• тангенциальных сил, за счет которых появляются складки.

В процессе гибки металлических труб важно оставить неизменным их сечение. Кроме того, нельзя допустить образование гофр на стенках. Технология изгибания труб позволяет не использовать сварку в процессе прокладки трубопровода.

Выбор технологии гибки металлических труб – ручной или с помощью специального оборудования – зависит от таких параметров, как необходимый угол гиба, материал изготовления, диаметр заготовки. Кроме того, гибка может быть:

• горячей;
• холодной;
• с использованием наполнителя для трубы;
• без такового.

По окончании давления на заготовку возникает явление пружинения, которое прямо пропорционально степени упругости металла. На величину деформации влияют способ гибки и конфигурация изделия.

• Специфика процесса горячей гибки металла.

Процесс гибки металлов горячим способом выбирают в том случае, когда диаметр заготовки превышает 10 см. Деформация может выполняться как вручную, так и с помощью специального оборудования. Однако в любом случае следует принимать во внимание минимальный радиус изгиба.

Протяженность нагреваемой части трубы рассчитывают в зависимости от ее диаметра и требуемого угла изгиба. Закругление должно быть больше диаметра, умноженного на 3.

Для определения протяженности трубы, которую следует обработать термически, используется формула:

L = α × d / 15,

где L – искомая длина в мм;

α – угол изгиба в градусах;

d – наружный диаметр трубы в мм;

15 – коэффициент.

К примеру, трубу диаметром 200 мм нужно изогнуть под углом 60°, тогда L = 60 × 200 / 15 = 800 мм, т. е. четыре диаметра.

Прежде чем приступить к процессу гибки металла, трубу нагревают до температуры 900 °С. В начале обработки температура должна быть 760 °С, в конце – 720 °С. Более высокая температура отрицательно сказывается на прочности металла.

В процессе горячей гибки металла выполняют следующие операции:

• изготавливают шаблон;
• полость трубы наполняют песком;
• размечают изгибаемую зону;
• нагревают заготовку;
• изгибают ее.

Полость трубы заполняют кварцевым песком, чтобы предотвратить деформацию сечения и избежать появления складок на внутренней части заготовки.

Песок должен быть предварительно просушен и прокален при температуре 150… 500 °С (это необходимо для удаления из него органических примесей), а затем пропущен через мелкое сито с фракциями 3,3х3,3 мм. На один конец трубы устанавливается заглушка, после чего ее полость наполняют песком.

Заглушки могут быть деревянными или металлическими с отверстием для выхода газов.

Для набивки труб не подходит:

• мелкий песок, поскольку при нагревании он спекается и прилипает к стенкам;
• влажный песок, так как в процессе нагрева образуется пар, который может выбить заглушку.

В песке не должно быть камней, которые могут повредить стенки.

Из-за сложности процесса набивки трубу предварительно перемещают к вышке, где устанавливают вертикально или под наклоном. Поскольку качество изгиба напрямую зависит от плотности набивки, в процессе трубу необходимо постоянно обстукивать. О том, что она наполнена песком правильно, свидетельствует глухой звук.

После наполнения заготовки на ней по шаблону размечают зоны изгибов. Для нагрева трубы используют печи или горны. Процесс гибки металла может быть как ручным, так и с использованием специального оборудования.

При механизированном способе нагретый участок трубы фиксируют на специальной плите упорными стойками и прижимом, который удерживает конец заготовки. На противоположный конец трубы надевают трос, который натягивают лебедкой или шпилем, изгибая заготовку.

Во избежание деформации металла между трубой и стойкой размещают прямые или изогнутые прокладки. Для подстраховки свободного торца с тросом используют подставку. В процессе гибки металла с помощью шаблона контролируют геометрию заготовки.

Усилие при гибке листового металла

Преимущественно гибка листового металла выполняется в холодном состоянии, поэтому применяемые усилия невелики. Однако изгибание дюралюминия, титана, высокоуглеродистых сталей и других малопластичных материалов толщиной от 12 мм требует применения горячего метода.

Для определения усилия гибки следует учесть пластичность исходного материала и интенсивность его упрочнения при деформировании. Важное значение имеет направление прокатки заготовки. Причина заключается в неодинаковости свойств металла в разных направлениях, возникающей после этой процедуры.

Остаточные напряжения в направлении оси прокатки становятся меньше, чем в противоположном. Поэтому если согнуть лист вдоль волокон, то при одинаковом уровне деформирования вероятность разрушения материала существенно снижается. Следовательно, ребро гиба необходимо располагать так, чтобы угол между направлением прокатки и расположением заготовок был минимальным.

Варианты осуществления деформирования:

• усилием — в конце процесса деталь упирается в рабочую поверхность матрицы;
• изгибающим элементом — происходит свободное деформирование уложенной по упорам заготовки.

Изображение №2: схема деформации металла при гибке

Холодная гибка металла.

Холодная гибка применяется главным образом при изгибании металла и одном направлении по образующим цилиндра или конуса. Изгибание же по разным направлениям для получения сферической формы сопряжено с очень значительными внутренними напряжениями, возникающими в металле, сильно изменяющими его структуру. Во избежание внутренних напряжений гибка металла производится, когда он находился в нагретом состоянии.

При холодном изгибании листового или профильного металла существует определенное предельное соотношение между толщиной листа, размерами профиля и радиусом изгиба. За пределами этого соотношения гибка металла сопровождается изменениями его механических свойств.

Этапы техпроцесса гибки деталей из металла

Далее поговорим о том, как производится гибка деталей из листового металла в холодном состоянии.

Последовательность действий будет следующей:

• Анализ конструкции заготовки.
• Расчет усилия и рабочего процесса.
• Подбор типоразмера производственного оборудования.
• Разработка чертежа исходной заготовки.
• Расчет переходов деформирования.
• Проектировка технологической оснастки.