Гибка заготовок: описание процесса, предварительный расчет, применяемые станки

Для выполнения гибочных операций на заводах устанавливают разнообразное гибочное оборудование. К основным видам его следует отнести листогибочные вальцы и кромкогибочные прессы. На листогибочных вальцах листы гнут по цилиндрическим и коническим поверхностям, а на кромкогибочных прессах — на любой угол.

Различные виды гибочных работ выполняют на роликогибочных станках, кулачковых прессах, обычных механических или пневматических прессах. Уникальные гибочные работы можно выполнять на карусельных станках с планшайбами большого диаметра.

Гибку деталей производят, как правило, без нагрева (в холодном состоянии), но в отдельных случаях, для получения больших деформаций, детали перед гибкой нагревают.

В холодном состоянии можно гнуть детали из любых марок строительных сталей и алюминиевых сплавов в том случае, если максимальная относительная деформация крайних волокон не превышает 2%.

В табл. III.34 указаны минимальные допускаемые радиусы и стрелки кривизны при гибке в холодном состоянии. При больших деформациях во избежание наклепа металла следует его предварительно нагревать.

Нагрев малоуглеродистых и низколегированных сталей производят до температуры 900—1100° (от вишневого до оранжевого цвета каления). Заканчивают гибку при температуре не ниже 700° во избежание проявления синеломкости (хрупкости).

Гибку изделий из термически упрочненных сталей с нагревом производить нельзя, так как при этом металл разупрочнится. Нагрев изделий из алюминиевых сплавов производят до 400—450°. Нагрев изделий из сплавов, прошедших термическое упрочнение, не допускается.

Исключением из общих правил является гибка тонкого металла на кромкогибочных прессах. При гибке стали толщиной до 8—10 мм и алюминиевых сплавов толщиной до 4—5 мм, учитывая повышенные пластические свойства тонкого металла, допускают значительно большие деформации.

Минимальный внутренний радиус закругления при гибке малоуглеродистой стали может достигать 1,2 толщины листа. При гибке стали классов С30—С50 минимальное значение внутренних радиусов увеличивают на 50%.

Учитывая низкое значение относительного удлинения у сталей классов С60 и С75, при разработке технологии их гибки следует руководствоваться характером диаграммы растяжения и не допускать удлинений выше соответствующих временному сопротивлению стали.

При гибке тонкого листа из алюминиевых сплавов минимальные внутренние радиусы изгиба принимают равными от 2,5 до 5 толщин листа. Меньшие радиусы назначают для меньших толщин листов и для более пластичных сплавов.

Во избежание появления при гибке трещин на перегибаемых кромках листов последние следует строгать или удалять на них заусенцы и зону наклепа после резки на ножницах или зону термического влияния после кислородной или плазменной резки путем обработки шлифовальной машинкой на глубину 1 мм, образуя при этом на ребрах фаски с радиусом 1—2 мм. Обработке шлифовальной машинкой подлежит участок кромки листа по 150 мм в каждую сторону от линии перегиба.

Листогибочные вальцы (рис. III.51) состоят из следующих основных частей: двух нижних валков 1, одного верхнего валка 2, станины 3, в которых укреплены подшипники валков, редуктора 4 и электродвигателя 5, вращающих нижние валки, механизма подъема и опускания верхнего валка 6 (его мотор и редуктор на рисунке не виден) и, наконец, механизма 7 для поворота верхнего валка в вертикальной плоскости вокруг точки А.

Этот поворот верхнего валка необходим для снятия с вальцов завальцованной обечайки. При повороте валка его левый подшипник 8 с частью станины наклоняют и освобождают конец валка, а механизм 7 нажимом на консоль валка осуществляет его поворот. В этот момент обечайку снимают с валка.

Во время гибки (рис. III.52, а) лист заводят между нижними и верхними валками. Верхний валок оказывает на лист необходимое давление и производит изгиб листа, а нижние валки, вращаясь, перемещают лист и делают этим процесс гибки непрерывным.

В процессе гибки на листоправйльных вальцах листы находятся в упруго-пластическом состоянии. При уменьшении относительного радиуса изгиба высота упругого ядра сокращается. При относительных радиусах изгиба, меньших 200, влияние упругого ядра на процесс гибки становится малым, и все расчеты в этом случае ведут, полагая, что расчетные сечения листа целиком находятся в пластическом состоянии. Это позволяет в ряде случаев упростить расчет.

На рис. III.52, б показаны границы упруго-пластического и пластического изгиба для листов толщиной от 4 до 25 мм, в зависимости от радиуса изгиба Rов, а также граница участка, в пределах которого крайние волокна получают относительную деформацию г более 2% и, следовательно, гибка в холодном состоянии становится невозможной.

При изгибе на относительные радиусы более 200 снижается влияние упрочнения металла и его в этом случае не учитывают.

При разработке технологии гибки на листоправильных вальцах обычно приходится решать три вопроса: можно ли произвести гибку на имеющихся вальцах листа заданных размеров из определенного материала, каков минимальный радиус изгиба листа, а также в какое положение необходимо установить верхний валок для получения листа с заданным радиусом изгиба.

Каждые листоправильные вальцы рассчитаны на гибку листов определенных размеров и из металла определенной прочности. Эти данные указывают в паспорте станка.

По формулам II.1 II.2 или II.4 (в зависимости от материала листа) можно подсчитать, какой изгибающий момент могут создавать данные вальцы.

При определении изгибающего момента по формуле II.4 вместо Rн следует подставлять R2 = h/2 (радиус верхнего валка плюс половина толщины листа).

На вальцах можно осуществлять гибку любого листа, если требуемый изгибающий момент не превышает максимального момента, который могут создавать данные вальцы.

На рис. III.53 дан график зависимости максимальных размеров сечения изгибаемого листа от класса стали для листогибочных вальцов, которые могут гнуть лист сечением 8000×32 мм, прокатанный из стали с временным сопротивлением 50 кГ/мм2 (класса С24).

Минимальный радиус изгиба листа Rов определяется диаметром валков R1 и R2, расстоянием между центрами нижних валков а и расстоянием между центрами верхнего и нижних валков у (рис. III.52).

У одних вальцов верхний валок при опускании может коснуться нижних валков (рис. III.52, б), а у других (при больших значениях у) между валками остается зазор (рис. III.52, в). В обоих случаях минимальный радиус изгиба листа Rов можно получить по несколько преобразованной формуле II.13.

Если верхний валок вальцов несколько наклонить, то вместо листа, изогнутого по цилиндрической поверхности, получим лист, изогнутый по конической поверхности.

Во время гибки на вальцах на концах листов остаются почти прямые участки, равные примерно четверти расстояния (рис. III.54, а) между центрами нижних валков. При малых радиусах гибки (<2 м) эти прямые участки препятствуют получению в собираемых конструкциях правильных окружностей и создают в стыках переломы, а при сборке Двух обечаек — несовпадение их кромок (депланация).

Для того чтобы концевые участки имели необходимую кривизну, концы листов 1 предварительно подгибают на подкладном листе 2 (рис. III.54,б), толщину которого принимают в 2—3 раза больше толщины изгибаемого листа. Подкладной лист необходимо предварительно согнуть на радиус несколько меньший, чем радиус изгибаемого листа.

С помощью специального гибочного приспособления «бочки» 3 и «постели» 4 (рис. III.54, в) на листогибочных вальцах можно гнуть лист по шаровой поверхности. «Бочка» представляет собой насадку на верхний валок, обточенную по сложной форме, а «постель» — составной лист, имеющий по поверхности, направленной к «бочке», кривизну в двух направлениях — поперек и вдоль валков.

Теория расчета радиусов кривизны «бочки» и «постели» к настоящему времени еще не разработана, и их определяют опытным путем. Так, для гибки деталей купола воздухонагревателя диаметром 9 м и толщиной 14 мм радиус поверхности «бочки» вдоль валков равен 3500 мм и поперек валков — 420 мм, а радиус «постели» соответственно 3500 и 7000 мм.

Характеристики некоторых листогибочных вальцов приведены в табл. III.35.

Для удобства работы вальцы оборудуют одним плоским столом, который располагают со стороны пульта управления вальцами. На вальцах работает бригада вальцовщиков в составе бригадира 4-го разряда и его подручного 3-го разряда. Бригадир управляет вальцами и контролирует с помощью шаблонов правильность гибки, а его подручный выполняет транспортные работы в пределах рабочего места.

На ряде заводов установлены вальцы, имеющие четыре валка, расположенные по схеме, изображенной на рис. III.54, г. Наличие боковых валков позволяет вести гибку листов без предварительной подгибки, которая получается вследствие давления одного из боковых валков.

Схема гибки листов на кромкогибочных прессах показана на рис. III.55, а. На стол пресса 1 устанавливают нижний штамп 2, имеющий на своих гранях пазы различных размеров. Верхний штамп 4 закреплен в ползуне 5, вместе с которым он совершает движение вниз и вверх.

Обрабатываемый лист 3 при нажиме на него верхним штампом входит в паз нижнего штампа и изгибается на необходимый угол в зависимости от ширины паза нижнего штампа и глубины опускания в него верхнего штампа. Ширина паза С (рис. III.55, б) во избежание проскальзывания кромки листа в паз должна быть не более 2 t sin α.

В процессе гибки напряжения в крайних волокнах листов обычно значительно превышают предел текучести материала, а поэтому технологические расчеты ведут по пределу прочности. Необходимое давление пресса определяют по формуле

где h — толщина листа, мм;

b — ширина листа, мм.

Коэффициент 1,2 учитывает трение листа о кромки штампа, упрочнение металла и ряд других факторов.

При гибке на кромкогибочных прессах пластическая деформация сосредоточивается на небольшом участке изгибаемого листа в месте нажима верхнего штампа. В этом случае пружинение удобнее оценивать изменением угла между прямыми участками согнутой детали после снятия нагрузки. Для наиболее частого случая гибки, на 90°, угол пружинения β определяют по формуле

где l1 — плечо гибки, равное 1,25 h r1 — мм (r1 — радиус нижнего штампа; r2 — радиус верхнего штампа);

К — коэффициент, учитывающий уменьшение толщины листа в месте перегиба и смещение нейтральной оси. Для практических нужд К — 0,55. Фактический угол изгиба детали должен быть на β° более проектного. Учитывая вариантность фактических свойств металлов, углы изгибов, найденные расчетом, уточняют пробными гибами.

Ширину заготовки для гнутой детали можно определять по приближенной формуле (рис. III.55, в)

Чаще других применяют кромкогибочный пресс с максимальным давлением 315 Т. Длина его штампов 5650 мм, а расстояние между станинами 3200 мм. Рабочая часть пресса показана на рис. III.55, г. Исходное положение кромки ползуна пресса можно принимать в пределах 350—500 мм от поверхности стола. Из этого положения при гибке ползун опускается вниз на постоянную величину, равную 100 мм. Обрабатываемые детали шириной до 3150 мм (они проходят между станинами) могут иметь любую длину. Более длинные детали должны вписываться в габариты рабочей части пресса.

При гибке на прессе деталей из алюминиевых сплавов чистота поверхности штампов во избежание царапин на поверхности металла должна быть равной VVV 7.

На ролико-гибочных станках гнут по заданному радиусу уголки, балки и швеллеры. Принцип гибки на этих станках тот же, что и на листогибочных вальцах. Станки имеют три ролика, оси вращения которых расположены вертикально. Два ролика приводных, а третий осуществляет нажим на изгибаемую деталь (рис. III.56).

Роликам придают форму, которая позволяет им во время изгиба удерживать полки изгибаемого элемента и предупреждать искажение формы его сечения. Мощные ролико-гибочные станки позволяют гнуть уголки сечением до 200x200x25 мм, балки, и швеллеры в плоскости полок и стенок до 20 номера.

Гибку деталей на кулачковых прессах выполняют таким же путем, что и правку, только степень изгиба детали больше. При гибке давление кулачка может достигать значительной величины, под влиянием которой стенки изгибаемых деталей могут терять устойчивость. Поэтому кулачковые прессы следует оборудовать приспособлениями, удерживающими стенки в ходе гибки.

Эффективным гибочным оборудованием являются пневматические и другие прессы (рис. III.57,а), оборудованные нижним 1 и верхним 2 штампами. На рис. III.57, б показаны некоторые виды гибочных работ, выполняемых на указанных прессах: гибка листа под углом, гибка уголка с заданным радиусом, размалковка и смалковка уголков, высадка конца уголка.

У уголков, подвергаемых смалковке или размалковке, необходимо предварительно сострогать обушок так, чтобы толщина уголка по биссектрисе прямого угла была меньше толщины полки на 1 мм. В этом случае перегиб произойдет точно по самому тонкому сечению.

На рис. III.57, в показана схема организации рабочего места у пресса. Около пресса 3 устанавливают столы 4, горн для нагрева деталей 5, если гибку ведут в горячем состоянии, и стеллажи 6 и 7 для хранения заготовок и готовых деталей.

Некоторые виды гибочных работ выполняют на карусельных станках (рис. III.58) с планшайбами большого размера. К таким работам относятся гибка линз компенсаторов трубопроводов (рис. III.58, а) и отгиб кромок днищ емкостей (рис. III.58,б). Во время вращения планшайбы 1 ролик 2 прижимает обрабатываемую деталь 3 к гибочной форме 4.

В последнее время все больше применяется гибка с нагревом изгибаемой детали токами высокой частоты. Принципиальная схема этого способа гибки показана на рис. III.59. Изгибаемая деталь подается роликами 1 к высокочастотному индуктору 2, который нагревает узкий участок трубы до температуры 800—1200°. Ролик 3 давит на деталь и изгибает ее на нужный радиус. Рядом с индуктором устанавливают устройство 4 для охлаждения изгибаемой детали водой. Концентрация нагрева детали позволяет гнуть любые, в том числе и тонкостенные профили без потери устойчивости их стенок, следовательно и без складок.

На указанных станках можно гнуть детали любого сечения и значительных размеров. Так, некоторые станки рассчитаны на гибку труб диаметром до 550 мм с толщиной стенки до 25 мм. Скорость гибки достигает 480 мм/мин. Мощность установки при указанных сечениях изгибаемых элементов равна 250 квт.