Помогите, плиз, рассчитать усилия гибки труб – Теория машин и механизмов – Металлический форум

Спецификация на листы металла, имеющие тенденцию к возврату к прежней форме во время гибки до соприкосновения

Как известно, листы металла имеют свойство принимать прежнюю форму из-за эластичности материала.Это связано со следующим:А – требуемые стандартом пропорцииБ – МатериалоемкостьВ – Покрытие материала

С – Содержимое

P: Сопротивление давлению (тонн)L: Длина листа (мм)R: Сопротивление (кг/мм2)s: Толщина листа (мм)V: Расстояние канала

Пример:

Длина листа: 1000 мм Сопротивление: 42 кг/мм2

Если ширина V канала: 8 х S выбрана, то тогда получается следующее значение.

С этой формулой нет необходимости производить оставшиеся калькуляции для нахождения сопротивления давлению (тоннаж).Длина: 2500 мм Толщина листа: 2 мм Сопротивление: 45 кг/мм2 Подходящее сопротивление давлению 2,5 х 8 х 2: 40 тонн, как показывает последний пример, жесткость материала в 40-45 кг/мм2 требует сопротивления в 2,5 мм.

Если Гибочный пресс используется вне его возможностей, это может нанести вред инструменту и материалу. Когда лист гнется с сопротивлением более 40 кг/мм2, в таком случае, как показывает практика, к полученному значению нужно добавить 10%.

На жестком материале это значение 10-12 х S и из-за жесткости материала возможность появления повреждений предупреждена.

135 – Разница углов, которая может произойти из-за проема V-образного канала.

Основные принципы гибки металла

Для изменения формы металлического проката можно использовать несколько различных методик.

Очень часто в этом случае используют сварку, однако такое тепловое воздействие на металл не только сильно влияет на его структуру, но и значительно снижает показатели его прочности, а соответственно, и уменьшает срок службы.

В этом случае изменить форму листового металла можно за счет определенного усилия, при котором в заготовке не происходят структурные изменения.

Особенности гибки металлического проката заключаются в том, что при выполнении этой слесарной операции происходит растяжение наружных слоев материала и соответственно сжатие внутренних.

Технология гибки любого листового металла заключается в том, что часть проката перегибается по отношению к другой на строго определенный угол.

Получить величину заданного угла перегиба позволяет расчет.

Конечно, за счет прилагаемого усилия сам металл определенным образом подвергается деформации, которая имеет допустимый предел, который согласно ГОСТ зависит от таких параметров, как толщина материала, величина угла изгиба, а также хрупкости и скорости проведения операции.

Данная технологическая операция проводится на специальном оборудовании, которое дает возможность получить в итоге изделие без каких-либо дефектов.

В условиях, когда работа выполняется своими руками, для гибки металла используется специальное приспособление.

И в том, и в другом случае необходимо обязательно учитывать то, что если изделие будет согнуто с нарушениями, то на поверхности материала образуются микротрещины, которые впоследствии станут причиной ослабления металла непосредственно в месте изгиба, что может привести к серьезным последствиям.

Современные возможности позволяют проводить изгиб проката самой разной толщины, при этом создаваемое напряжение должно превышать такой параметр, как предел упругости.

В любом случае, деформация листового металла должна носить пластический характер.

Следует отметить, что получаемая таким образом бесшовная конструкция, будет иметь высокую прочность и обладать определенной устойчивость к воздействию коррозии.

Гибка листового металла обладает значительными достоинствами по сравнению со сварочным процессом:

• после сварки, конструкция зачастую подвергается второстепенной обработке, что в итоге повышает стоимость проделанной работы;
• после сварки существует вероятность, что даже самый высококлассный профессионал может совершить недочёт;
• процесс гибки металла значительно дешевле сварки;

Благодаря новейшему уровню методики гибочного обеспечения можно изготавливать более сложную продукцию. Продукты из листового металла пользуется спросом во многих областях. Отсутствие шва, полученного в результате сварки — основное достоинство этих изделий, что позволяет им иметь надёжность и более высокую прочность.

Немаловажным моментом в данном процессе выступает расчет гибки листового металла. Все вычисления проводят около промежуточной линии — это слои заготовки, не меняющиеся в ходе процедуры. Когда на чертеже заготовки не отмечены размеры гибки, мастер, трудящийся с гибочным станком самостоятельно их определяет.

Расчет гибки листового металла делают посередине заготовки, складывая расчёты прямолинейных частей и изогнутых зон. Станки для гибки листового металла (листогибы) и делятся на два вида: ручной и электрический. Оснащение для данного процесса отличается почти идентичным принципом — после фиксации прижимной балкой заготовки, происходит гиб на необходимый угол при помощи гибочной балки.

Таким же образом угол может быть задан на гибочном прессе благодаря пуансону и матрице. Типов пуансонов не очень много – обычно они различаются моделью и радиусам гибки. Матрица, в большинстве случаев, формой паза либо угла, заданного размера.

Калибровка

Точный – но негибкий способ

При этом методе угол гиба определен усилием гиба и гибочным инструментом: материал зажат полностью между пуансоном и стенками V образной матрицы. Упругая деформация равняется нулю и различные свойства материала практически не влияют на угол гиба.

Рассчитать требуемое усилие гиба очень трудно. Самый надежный способ -выяснить необходимое усилие путем пробной гибки короткого образца на испытательном гидравлическом прессе.

Грубо говоря, усилие калибровки в 3 -10 раз выше усилия свободной гибки.

Преимущества калибровки:

• точность углов гиба, несмотря на разницу в толщине и свойствах материала
• возможно выполнение всех специальных форм с помощью металлического инструмента
• маленький внутренний радиус
• большой внешний радиус
• Z-образные профили
• глубокие U-образные каналы
• возможно выполнение всех специальных форм для толщины до 2 мм с помощью стальных пуансонов и матриц из полиуретана.
• превосходные результаты на гибочных прессах, не имеющих точности, достаточной для свободной гибки.

Недостатки калибровки:

• требуемое усилие гиба в 3 – 10 раз больше, чем при свободной гибке;
• нет гибкости: специальный инструмент для каждой формы;
• частая смена инструмента (кроме больших серий).

Классификация и особенности процесса

Технология гибки листового металла разрабатывается согласно с поставленными задачами и классифицируется на:

• одноугловую (V-образной);
• двухугловую (П-образная);
• многоугловую;
• радиусную (закатка).

Гибку, как правило, выполняют в холодном состоянии, поскольку прилагаемые усилия невелики. Исключением является гибка стального листа, изготовленного из малопластичных металлов.

К ним относятся стали с высоким содержанием углерода, дюралюминий, титан и его сплавы. Материалы с толщиной от 12 до 16 мм гнут, как правило, в горячую.

В процессе гибки металлопрокат может получить следующие искажения формы:

• изменение толщины (преимущественно для толстолистовых заготовок);
• появление линий течения металла;
• распружинивание/пружинение (самопроизвольное изменение конечного угла гибки);
• складкообразование металлического листа.

Часто гибку комбинируют с другими операциями листовой штамповки: резка, вырубка, пробивка. Именно по этой причине для производства сложных многомерных деталей применяются штампы, которые рассчитаны на несколько переходов. Особым случаем гибки листового металла является операция с растяжением, предназначенная для получения узких и длинных деталей с большими радиусами.

В зависимости от типа и размера заготовки, а также требуемых характеристик изделий после деформирования в качестве гибочного оборудования могут быть использованы:

• горизонтальные гидропрессы с двумя ползунами;
• вертикальные листогибочные прессы с гидравлическим или механическим приводом;
• трубо- и профилегибы;
• кузнечные бульдозеры;
• универсально-гибочные автоматы.

Основными особенностями листогибочных устройств являются увеличенные размеры штампового пространства, сниженные скорости деформирования и небольшие показатели энергопотребления.

Методы сгибания труб и их преимущества

Сгибание труб является технологией, где нужный поворот в направлении трубопроводной линии создается путем физического воздействия на заготовку, метод имеет следующие преимущества:

• Уменьшенная металлоемкость, в магистрали отсутствуют переходные фланцы, муфты и патрубки.
• Пониженные трудозатраты при монтаже трубопроводов по сравнению со сварными соединениями.
• Низкие гидравлические потери из-за неизменного профильного сечения.

Рис. 3 Дорны для трубогибов

• Неизменная структура металла, его физические и химические параметры по сравнению со сваркой.
• Высокое качество герметизации, линия имеет однородную структуру без разрывов и стыков.
• Эстетичный внешний вид магистрали

Существуют две основных технологии гибки – горячая и холодная, приспособления и методы можно разбить на следующие категории:

1. По типу физического воздействия трубогибный агрегат может быть ручной и электрический с механическим или гидравлическим приводом.
2. По технологии сгибания – дорновые (гиб при помощи специальных внутренних протекторов), бездорновые, и вальцовочные установки с роликами.
3. По профилю – установки для металлопропрофильных прямоугольных или круглых изделий.

Рис. 4 Горячие способы гибки труб

Расчет гибка листового металла

Такая технологическая операция, как гибка листового металла, позволяет при минимальных физических усилиях сформировать заготовку требуемой конфигурации.

Альтернативой гибки металлического проката является сварочный процесс, однако в этом случае он занимает гораздо больше времени, да и в финансовом плане стоит несколько дороже.

Гибка листового металла может быть произведена ручным или автоматическим способом, однако и в том, и в другом случае технология самого процесса остается неизменной.

В том случае, когда осуществляется гибка проката, который имеет большой радиус, как правило, нейтральный слой располагается в средней части толщины.

В свою очередь, если взят минимальный радиус, то вышеупомянутый слой уже смещается непосредственно в сторону области сжатия материала.

На промышленных производствах технология гибки листового металла осуществляется при помощи специального оборудования, при этом производится предварительный расчет и учитывается соответствующий ГОСТ.

Технология гибки проката своими руками имеет свои особенности, притом, что также должен быть произведен необходимый расчет и взят во внимание ГОСТ.

В этом случае используется специальное приспособление, а чтобы изменить конфигурацию металлического листа, необходимо приложить определенные усилия и обязательно взять во внимание расчет.

Расчет заготовки для гибки

Для расчета длинызаготовки (развертки), обеспечивающейполучение после гибки детали заданныхразмеров, необходимо: а) разбить контурштампуемой детали (на боковой проекции)на элементы, представляющие собой прямыеотрезки и отрезки являющиеся частьюокружности;

б) определитьположение нейтрального слоя по толщинедетали (слой, который сохраняет своюдлину неизменной после гибки);

в) просуммироватьдлину прямолинейных отрезков безизменения, а длины криволинейных участков– с учетом деформации материала исоответственного смещения нейтральногослоя.

Длина разверткизаготовки определяется по формуле:

(1)

где L3– длина заготовки до гибки, мм.,

–длина прямыхучастков изгибаемой детали, мм.,

–длина изогнутыхучастков, мм.

Гибка листовогоматериала представляет собой процессупругопластической деформации,протекающей различно с обеих сторонизгибаемой заготовки. С внутреннейстороны зоны сгиба расположены сжатыеволокна, с наружной – растянутые.

Между растянутымии сжатыми волокнами (слоями) металланаходится нейтральный слой 00 (рис.1)который, претерпевая изгиб, не изменяетсвоей первоначальной длины.

Нейтральный слойпри r/S≥ 5 совпадает со средней по толщинесечений линией 00 изгибаемой заготовкиа при r/S Длина нейтральнойлинии изогнутых участков при угле изгиба(в радианах) определяется по формуле:

(2)

В нашем случаеизгиб осуществляется на угол Ψ = 90°,следовательно,

(3)

Радиус нейтральногослоя при изгибе прямоугольный заготовок:

ρ= r xS, (4)

где : r– внутренний радиус гибки, мм.;

x– коэффициент смещения нейтральногослоя (приложение, табл.5);

S– толщина заготовки, мм.

После проведениярасчетов сделать эскиз развертки деталис простановкой размеров.

Ручные трубогибы

Трубогибы данного класса обладают невысокой стоимостью, имеют простую конструкцию, малый вес и габариты, процесс изгибания заготовки происходит за счет физического усилия работника. По принципу работы ручные агрегаты, выпускаемые промышленностью, можно разбить на следующие категории.

Рычажные. Изгибание производится за счет большого рычага, позволяющего уменьшить прилагаемое мышечное усилие. В таких устройствах заготовка вставляется в оправку заданной формы и размера (пуансон) и с помощью рычага происходит огибание шаблонной поверхности изделием – в результате получается элемент заданного профиля.

Рычажные устройства позволяют получать радиус закругления в 180 градусов и подходят для труб из мягких металлов небольшого диаметра (до 1 дюйма). Для получения закруглений различного размера используют сменные пуансоны, для облегчения проведения работ многие модели оснащаются гидроприводом.

Рис. 7 Арбалетные приспособления ручного типа

Арбалетные. При работе заготовка помещается на два валика или упора, а изгибание происходит давлением на ее поверхность между упорами пуансона заданной формы и сечения. Агрегаты имеют сменные пуансонные насадки и передвижные упоры, позволяющие задавать радиус изгиба стальной трубы или заготовок из цветных металлов.

Гибочный башмак установлен на штоке, который может перемещаться с помощью винтовой передачи, гидравлического давления жидкости при ручном нагнетании или посредством гидравлики с электроприводом. Подобные устройства позволяют производить изгибание труб из мягких материалов диаметром до 100 мм.

Трехроликовые агрегаты (трубогибочные вальцы). Являются самым распространенным типом трубогибочных агрегатов в быту и промышленности, работают по принципу холодной вальцовки. Конструктивно выполнены в виде двух роликов, в ручьи которых устанавливается заготовка, третий ролик постепенно подводят к поверхности, одновременно прокатывая изделие в разные стороны. В результате происходит деформация заготовки без складкообразования большего сечения, чем в других ручных трубогибах.

Отличительной особенностью агрегата является невозможность получения малого радиуса закругления (обычное значение 3 – 4 величины внутреннего диаметра).

Все перечисленные устройства являются бездорновыми агрегатами, поэтому неэффективны при гибке тонкостенных изделий, также их нежелательно использовать при работе с заготовками со сварным стыком стенок – при пластический деформации возможно раскрытие отдельных участков шва.

Рис. 8 Трубогибочные вальцы

Самостоятельная гибка

Каждый металл имеет свой ГОСТ, который следует обязательно учитывать, когда проводится расчет, при котором получается минимальный радиус изгиба листа.

Расчет, в котором указаны параметры, всегда индивидуален. Особенности гибки металлического листа учитывают не только минимальный радиус изгиба, но и коэффициент упругости, а также прочностные характеристики.

Гибка металлического листа позволяет получить профиля с различной конфигурацией, сборные перегородки, откосы, а также многие другие изделия.

Перед тем как перейти к гибке металла, необходимо сделать соответствующий расчет в соответствии с ГОСТ и определить минимальный радиус линии изгиба.

Также обязательно определяется и длина изгибаемой полосы, при этом необходимо сделать минимальный припуск непосредственно на каждую линию изгиба.

Сам листовой металл из алюминия, нержавейки и пр. следует при необходимости выровнять и разрезать в соответствии с чертежом. Резка своими руками, как правило, осуществляется ножницам по соответствующей технологии. если не приложить усилия, то ничего не получится.

Далее следует на заготовку нанести в определенных местах риски, по которым и будет производиться изгибание.

Металлическая заготовка прочно зажимается в тисках подходящих размеров по начерченной линии изгиба, после чего при помощи увесистого молотка производится первый загиб.

Далее металлическая заготовка переставляется к следующему месту технологического загиба, вместе с деревянным бруском плотно зажимается, после чего производится следующий загиб, согласно чертежу.

После этого осуществляется разметка лапок скобы и в тисках при помощи молотка обе лапки отгибаются в заданном направлении.

По окончанию выполнения работ при помощи угольника необходимо убедиться в том, что заготовка соответствует всем заданным параметрам.

Если есть некоторые расхождения с предварительными расчетами, то их следует исправить в той же последовательности.

Более подробно о том, как своими руками осуществляется гибка металлических листов при помощи тисков и молотка, рассказано на видео, которое размещено ниже.

Свободная гибка

Обеспечивает гибкость, но имеет некоторые ограничения по точности.

Основные черты:

• Траверса с помощью пуансона вдавливает лист на выбранную глубину по оси Y в канавку матрицы.
• Лист остается “в воздухе” и не соприкасается со стенками матрицы.
• Это означает, что угол гибки определяется положением оси Y, а не геометрией гибочного инструмента.

Точность настройки оси Y на современных прессах – 0,01 мм. Какой угол гибки соответствует определенному положению оси Y? Трудно сказать, потому что нужно найти правильное положение оси Y для каждого угла. Разница в положении оси Y может быть вызвана настройкой хода опускания траверсы, свойствами материала (толщина, предел прочности, деформационное упрочнение) или состоянием гибочного инструмента.

Приведенная ниже таблица показывает отклонение угла гибки от 90° при различных отклонениях оси Y.

Преимущества свободной гибки:

• Высокая гибкость: без смены гибочных инструментов вы можете получить любой угол гибки, находящийся в промежутке между углом раскрытия V-образной матрицы (например, 86° или 28°) и 180°.
• Меньшие затраты на инструмент.
• По сравнению с калибровкой требуется меньшее усилие гибки.
• Можно “играть” усилием: большее раскрытие матрицы означает – меньшее усилие гибки. Если вы удваиваете ширину канавки, вам необходимо только половинное усилие. Это означает, что можно гнуть более толстый материал при большем раскрытии с тем же усилием.
• Меньшие инвестиции, так как нужен пресс с меньшим усилием.

Все это, однако, теоретически. На практике вы можете потратить деньги, сэкономленные на приобретении пресса с меньшим усилием, позволяющего использовать все преимущества воздушной гибки, на дополнительное оснащение, такое как, дополнительные оси заднего упора или манипуляторы.

Недостатки воздушной гибки:

• Менее точные углы гибки для тонкого материала.
• Различия в качестве материала влияют на точность повторения.
• Не применима для специфических гибочных операций.

Совет:

• Воздушную гибку желательно применять для листов толщиной свыше 1,25 мм; для толщины листа 1 мм и менее рекомендуется использовать калибровку.
• Наименьший внутренний радиус гибки должен быть больше толщины листа. Если внутренний радиус должен быть равен толщине листа -рекомендуется использовать метод калибровки. Внутренний радиус меньше толщины листа допустим только на мягком легко деформируемым материале, например меди.
• Большой радиус может быть получен воздушной гибкой путем использования пошагового перемещения заднего упора. Если большой радиус должен быть высокого качества, рекомендуется только метод калибровки специальным инструментом.

Какое усилие?

По причине различных свойств материала и последствий пластической деформации в зоне гибки, определить требуемое усилие можно только примерно. Предлагаем вам 3 практических способа:

Таблица

В каждом каталоге и на каждом прессе вы можете найти таблицу, показывающую требуемое усилие ( Р ) в т на 1000 мм длины гиба ( L ) в зависимости от:

• толщины листа ( S ) в мм
• предела прочности ( Rm ) в Н/мм2
• V — ширины раскрытия матрицы ( V ) в мм
• внутреннего радиуса согнутого листа ( Ri) в мм
• минимальной высоты отогнутой полки ( B ) в мм

Пример подобной таблицы Необходимое усилие для гибки 1 метра листа в тоннах. Предел прочности 42-45 кг/мм2. Рекомендуемое соотношение параметров и усилия

Внимание! Для точных вычислений нужно учитывать следующие ГОСТы:

• ГОСТ 19903-74 Прокат листовой горячекатаный (Таблица 3) (ссылка на таблицу),
• ГОСТ 19904-90 Прокат листовой холоднокатаный (Таблица 2) (ссылка на таблицу).

При прокатки возможны отклонения по толщине металла, и требуются точные измерительные приборы (например микрометр).

Таблица 62

Таблица по усилиям гибки для листогибочного пресса

Нижеприведенная таблица отображает примерное справочное усилие в соответствии с открытием матрицы, минимальной полкой, толщиной металла и радиусом. Данная таблица действительна для 1 метра конструкционной стали

Полезные формулы и данные

Требования стандартов к радиусу изгиба

При сгибе трубных элементов их стенки не должны изменять свой профиль, сечение и пропускную способность (изменение внутреннего диаметра) – это достигается за счет определенного радиуса разворота, который установлен стандартами.

При определении минимальных пределов закругления учитывают способы его получения – наилучшие показатели в сторону уменьшения обеспечивают дорновые трубогибы с технологией наматывания и температурная обработка, позволяющая уменьшить размеры окружности.

Показатель также зависит от материала изготовления и размеров изделия: наружного диаметра (Dn) и толщины стенок (S), в таблицах также приводится длина прямого участка, которая необходима для получения указанных значений.

При работах важно знать размеры ырагмента, на котором получены данные значения радиуса – они исчисляются суммированием длин двух прямых участков и дуги, рассчитываемой по специальной формуле.

Рис. 2 Минимальный радиус гиба трубы стальных трубопроводов и расчет длины дуги

Данные, приведенные в таблицах, гарантируют при соблюдении размерных параметров требуемую ГОСТ эллипсность и овальность до 12,5%.

Согласно ГОСТ 17365-71В на трубопроводы для агрессивных сред, указан следующий минимальный радиус гиба труб:

• для элементов с наружным диаметром D до 20 мм. – не менее 2,5 D;
• при D, больше 20 мм. радиус не должен быть меньше 3,5 D.

При этом утоньшение стенок в зоне гиба не должно превышать 20% для стали и 25% для алюминия.

Цель работы

Разработкатехнологического процесса изготовлениядеталей методом листовой штамповки.

ПРИБОТЫ,ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ,

УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ.

1. Разрывная машина РМ-10.
2. Штамп для вырубки заготовок.
3. Штамп для гибки.
4. Ножницы по металлу.
5. Линейка.
6. Штанген-циркуль.
7. Плакаты.

ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИЛИСТОВОЙ

ШТАМПОВКИ.

Холодная листоваяштамповка – способ изготовления плоскихи объемных тонкостенных изделий излистов, полос или лент с помощью штамповна прессах или без ихприменения(безпрессовая штамповка). Она характеризуетсявысокой производительностью, стабильностьюкачества и точности, большой экономиейметалла, низкой себестоимостьюизготовляемых изделий и возможностьюполной автоматизации.

Основными операциямилистовой штамповки являются разделительныеи формоизменяющие. В результатеразделительных операций одна частьзаготовки отделяется от другой позаданному контуру.

К разделительнымоперациям относятся:

а) отрезка –отделение одной части заготовкиотносительно другой по незамкнутомуконтуру;

б) вырубка –отделение одной части заготовкиотносительно другой по замкнутомувнешнему контуру;

в) пробивка –образование в заготовке сквозныхотверстий.

В результатеформоизменяющих операций деформируемаячасть заготовки изменяет свои формы иразмеры.

К формоизменяющимоперациям относят:

а) гибка – превращениеплоской заготовки в изогнутое изделие;

б) вытяжка -превращение плоской заготовки в полыеизделия;

в) правка –выправление неровной поверхностиизделия между ровными и фасоннымиповерхностями верхней и нижней частейштампов;

г) отбортовка –образование борта по внутреннему илинаружному контуру листовой заготовки.

В табл. 1-4 приложенияприведены наиболее распространенныематериалы, применяемые для холоднойлистовой штамповки, а также их механическиесвойства.

Электромеханические трубогибы

Электромеханические агрегаты в основном используются в промышленности и обеспечивают выполнение следующих технологических процессов.

Бездорновая гибка. Станки применяются при работе с заготовками, для радиусов гиба 3 – 4 D., способны изгибать толстостенные трубы для мебельной и строительной отрасли, магистральных трубопроводов. Станки имеют самую простую конструкцию и управление по сравнению с другими видами, отличаются малыми габаритными размерами и весом.

Бустерная обработка. Агрегаты, работающие по специальной технологии продвижения каретки с деталью дополнительным узлом, разработаны для получения сложных гибов без утоньшения стенок. Применяются для изготовления змеевиков различной формы в тепловой энергетике, котельной и водонагревательной индустрии.

Дорновая гибка. Агрегаты данного типа позволяют производить высококачественное изгибание тонкостенных элементов с наружным диаметром до 120 мм. Промышленные станки могут иметь автоматическое или полуавтоматическое исполнение с числовым программным управлением.

Трехвалковая гибка. Конструкция широко используется для изгибания любых металлов и сплавов, отличается универсальностью: отлично справляется с профилем круглого или прямоугольного сечения, уголками и плоскими пластинами. Многофункциональность агрегата достигается за счет смены валков с различным видом рабочих поверхностей и размеров.

При помощи данного агрегата удобно гнуть элементы большой длины с одинаковым большим радиусом закругления на всем протяжении.

Рис. 9 Промышленные трубогибы