Расчет развертки листового металла с учетом радиуса гибки

§ 26. общие сведения

Гибка — способ обработки металла давлением, при котором заготовке или ее части придается изогнутая форма. Слесарная гибка выполняется молотками (лучше с мягкими бойками) в тисках, на плите или с помощью специальных приспособлений. Тонкий листовой металл гнут киянками, изделия из проволоки диаметром до 3 мм — плоскогубцами или круглогубцами. Гибке подвергают только пластичный материал.

Гибка деталей — одна из наиболее распространенных слесарных операций. Изготовление деталей гибкой возможно как вручную на опорном инструменте и оправках, так и на гибочных машинах (прессах).

https://www.youtube.com/watch?v=KVHXDzyK4Zo

Сущность гибки заключается в том, что одна часть заготовки перегибается по отношению к другой на заданный угол. Происходит это следующим образом: на заготовку, свободно лежащую на двух опорах, действует изгибающая сила, которая вызывает в заготовке изгибающие напряжения, и если эти напряжения не превышают предел упругости материала, деформация, получаемая заготовкой, является упругой, и по снятии нагрузки заготовка принимает первоначальный вид (выпрямляется).

Однако при гибке необходимо добиться, чтобы заготовка после снятия нагрузки сохранила приданную ей форму, поэтому напряжения изгиба должны превышать предел упругости и деформация заготовки в этом случае будет пластической, при этом внутренние слои заготовки подвергаются сжатию и укорачиваются, наружные слои подвергаются растяжению и длина их увеличивается.

В то же время средний слой заготовки — нейтральная линия — не испытывает ни сжатия, ни растяжения и длина его до и после изгиба остается постоянной (рис. 93,а). Поэтому определение размеров заготовок профилей сводится к подсчету длины прямых участков (полок), длины укорачивания заготовки в пределах закругления или длины нейтральной линии в пределах закругления.

При гибке деталей под прямым углом без закруглений с внутренней стороны припуск на загиб берется от 0,5 до 0,8 толщины материала. Складывая длину внутренних сторон угольника или скобы, получаем длину заготовки детали.

. На рис. 93, в, г показаны угольник и скоба с прямыми внутренними углами.

Размеры угольника (рис. 93, в): а = 30 мм, b = 70 мм, t = 6 мм. Длина развертки

L = а b 0,5t = 30 70 3 = 103 мм.

Размеры скобы (рис. 93, г): а = 70 мм, b = 80 мм, с = 60 мм, t = 4 мм. Длина развертки заготовки скобы

L = 70 80 60 2 = 212 мм.

Разбиваем угольник по чертежу на участки. Подставляем их размеры а = 50 мм, b = 30 мм, t = 6 мм, r = 4 мм в формулу

L = а b π/2(r t/2)

L = 50 30 3,14/2(4 6/2) = 50 30 1,57⋅7 = 90,99 91 мм.

Разбиваем скобу на участки, как показано на чертеже. Их размеры: а = 80 мм, h = 65 мм, с = 120 мм, t = 5 мм, r = 2,5 мм.

L = а h с π(r t/2) = 80 65 120 3,14(2,5 5/2),

L = 265 4 15,75 = 280,75 мм.

Сгибая в окружность эту полосу, получим цилиндрическое кольцо, причем внешняя часть металла несколько вытянется, а внутренняя сожмется. Следовательно, длине заготовки будет соответствовать длина средней линии окружности, проходящая по середине между внешней и внутренней окружностями кольца.

Зная диаметр средней окружности кольца и подставляя его числовое значение в формулу, находим длину заготовки:

L = πD = 3,14 108 = 339,12 мм.

В результате предварительных расчетов можно изготовить деталь установленных размеров.

В процессе гибки в металле возникают значительные напряжения и деформации. Они особенно ощутимы, когда радиус гибки мал. Чтобы не появились при этом трещины в наружных слоях, радиус гибки не должен быть меньше минимально допустимого радиуса, который выбирается в зависимости от толщины и рода изгибаемого материала (рис. 95).

Рассмотрим ситуацию, которая нередко возникает на гибочном производстве. Особенно это касается небольших цехов, которые обходятся средствами малой и средней механизации. Под малой и средней механизацией я подразумеваю использование ручных или полуавтоматических листогибов.

Оператор суммирует длину полок, получает общую длину заготовки для требуемого изделия, отмеряет нужную длину, отрезает и.. после гибки получает неточное изделие. Погрешности размеров конечного изделия могут быть весьма значительными (зависит от сложности изделия, количества гибов и т.д.).

Честно говоря, произвести расчет размеров заготовки несложно. Нужно только понять, что нужно брать в расчет не только длины полок (прямых участков), но и длины криволинейных участков, получившихся ввиду пластических деформаций материала при гибке.

Притом, все формулы уже давно выведены «умными людьми», книги и ресурсы которых я постоянно указываю в конце статей (оттуда вы, при желании, можете получить дополнительные сведения).

Таким образом, для расчета правильной длины заготовки (развертки детали), обеспечивающей после гибки получение заданных размеров, необходимо, прежде всего, понять, по какому варианту мы будем производить расчет.

Таким образом, если вам нужна поверхность полки А

без деформаций (например для расположения отверстий), то вы ведете расчет поварианту 1. Если же вам важна общая высота полкиА, тогда, без сомнения,вариант 2более подходящий.

Вариант 1 (с припуском)

в) Суммировать длины этих отрезков. При этом, длины прямых участков суммируются без изменения, а длины криволинейных участков – с учетом деформации материала и соответственного смещения нейтрального слоя.

Так, например, для заготовки с одним гибом, формула будет выглядеть следующим образом:

Где X1– длина первого прямого участка,Y1– длина второго прямого участка,φ– внешний угол,r– внутренний радиус гибки,kS– толщина металла.

Таким образом, ход расчета будет следующим..

Y1 BA1 X1 BA2

Длина формулы зависит от количества переменных.

Вариант 2 (с вычетом)

По моему опыту, это самый распространенный вариант расчетов для гибочных станков с поворотной балкой. Поэтому, давайте рассмотрим этот вариант.

Нам также необходимо:

а) Определить К-фактор (см таблицу).

б) Разбить контур изгибаемой детали на элементы, представляющие собой отрезки прямой и части окружностей;

Здесь необходимо рассмотреть новое понятие – внешняя граница гибки.

Чтобы было легче представить, см рисунок:

Внешняя граница гибки – вот эта воображаемая пунктирная линия.

Так вот, чтобы найти длину вычета, нужно от длины внешней границы отнять длину криволинейного участка.

Таким образом, 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.

), как вы понимаете:

Внешняя граница гибки (OS

И в этом случае также необходимо каждую операцию рассчитывать последовательно. Ведь нам важна точная длина каждой полки.

Схема расчета следующая:

(Y2 – BD1 / 2) (X2 – (BD1 / 2 BD2 / 2)) (M2 – (BD2 / 2 BD3 /2))

Графически это будет выглядеть так:

И еще, размер вычета (BD

) при последовательном расчете считать надо правильно. То есть, мы не просто сокращаем двойку. Сначала считаем весьBD, и только после этого получившийся результат делим пополам.

Надеюсь, что этой своей ремаркой я никого не обидел. Просто я знаю, что математика забывается и даже элементарные вычисления могут таить в себе никому не нужные сюрпризы.

На этом все. Всем спасибо за внимание.

При подготовке информации я использовал: 1. Статья «BendWorks. The fine-art of Sheet Metal Bending» Olaf Diegel, Complete Design Services, July 2002; 2. Романовский В.П. «Справочник по холодной штамповке» 1979г; материалы англоязычного ресурса SheetMetal.Me (раздел “Fabrication formulas”, ссылка:

Рассчитать площадь поверхности или сечения трубопровода помогает формула длины развертки заготовки трубы. Расчет основывается на величине будущей трассы и диаметре планируемой конструкции. В каких случаях требуются такие вычисления и как они делаются, расскажет данная статья.

В основном различают 3 вида гибки:

• «свободная» или «воздушная» гибка;
• «гибка на основе» или «гибка в упор» (иногда еще называют «обжатие»);
• «чеканка» или «калибровка».

Рассмотрим каждый из этих видов по отдельности.

При этом методе между листом металла и стенками V-образной матрицы существует воздушный зазор, лист остается «в воздухе» и не соприкасается со стенками матрицы.

Пуансон воздействует на металл сверху в одной точке, а матрица только двумя точками вверху V-образного паза.

Геометрия гиба формируется только за счет глубины погружения пуансона в матрицу.

Ширина ручья на матрице чаще всего выбирается из расчета 10-15 толщин металла, а инструмент имеет угол намного более острый, чем деталь после гибки.

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 при использовании пуансона 30° и матрицы 30° можно получить угол гиба на детали 135°, 90°, 60°,45° и др.

• Меньшие затраты на инструмент
  , можно обойтись одним комплектом для многих задач.
• Меньшее требуемое усилие
  гибки по сравнению с другими методами гибки.

Недостатки «свободной гибки»:

• Менее точные углы
  . В связи с тем что инструмент воздействует на металл только в трех точках то заготовка может повести себя непредсказуемо и угол гиба по всей длине будет неравномерный,

особенно если в заготовке есть остаточные напряжения после раскроя. Теоритические значения ±45 ́, но практически может достигать нескольких градусов.

• Меньшая точность повторений
  , на которую сильно влияют различия в качестве материала заготовок.
• Больший эффект обратного пружинения
  за счет большей упругой деформации.
• Меньшая универсальность и качество гибки
  . Раскрытие матрицы при свободной гибке 10-15 толщин листа, это является причиной увеличения минимального отгиба. Отсутствие соприкосновения со стенками матрицы является причиной деформации отверстий («выворот») расположенных близко к линии гиба.

В каких случаях «свободная гибка» предпочтительнее:

• Большая номенклатура изделий, мелкосерийное производство.
• Разные углы гибов (в том числе острые).
• Минимальные требования к точности и качеству гибов.
• Геометрия конечных деталей не содержит маленьких минимальных отгибов и допустимы внутренние радиусы гибов равные двум толщинам и более.

ГИБКА НА ОСНОВЕ

Данный метод гибки некоторые объединяют с «свободной гибкой», но у него много своих особенностей.

В отличии от классической «воздушной гибки» заготовка в самом конечном положении контактирует со стенками V-образного паза и нижней частью пуансона.

Требуемое усилие выше чем при «свободной гибке» до трех раз. Раскрытие матрицы выбирается из диапазона 6-10 толщин металла.

Преимущества «гибки на основе»:

• Более точные углы
  по сравнению с «воздушной гибкой», теоритические значения ±300.
• Меньший эффект обратного пружинения и большая повторяемость
  за счет большего воздействия на металл и уменьшения упругих деформаций. Несмотря на это пружинение немного остается, поэтому если необходимо получать на готовой детали 90°, то инструмент следует выбирать 88°-85°.
• Лучшее качество гибки
  : «выворот» отверстия уменьшается при достижении пуансоном нижнего положения, относительно небольшие раскрытия матриц позволяют делать небольшие минимальные отгибы и довольно точные внутренние радиусы равные от 1 до 2 толщин металла.

Недостатки «гибки на основе»:

• Большее требуемое усилие гибки
  по сравнению со «свободной», не применим для толстых металлов.
• Меньшая гибкость
  по сравнению с «воздушной гибкой», чтобы достичь всех преимуществ данного метода на другом профиле или угле необходим другой инструмент.

В каких случаях «гибка на основе» предпочтительнее:

• Ограниченная номенклатура изделий, мелкосерийное и серийное производство.
• Повышенные требования к точности и качеству гибов.
• Внутренние радиусы гибов должны быть от 1 до 2 толщин металла.
• Часто используется один угол гибов, например 90° и изредка более тупые.
• Оптимальные минимальные отгибы.

Данный метод заключается в максимальном пространства между пуансоном и матрицей в конечном положении.

Угол гиба определяется усилием и геометрией гибочного инструмента.

Давление продолжается даже при достижении нижней точки, за счет этого отсутствует упругая деформация, лист металла пластически деформируется под давлением инструмента.

• Точность углов гиба
  , несмотря на разницу в толщине и свойствах материала.
• Маленький внутренний радиус
  , до 0,5 толщины металла, бывает недостижим другими способами.
• Обратное пружинение практически отсутствует, максимальная повторяемость
  .
• Доступные специльные исполнения
  , например Z-гибка, U-гибка, несколько гибов за один раз, сложные формы.

• Максимальные требования по усилию
  , причем не только к станку, но и к инструменту и системе крепления.
• Отсутствие гибкости
  , один инструмент — один вид профиля.
• Только тонкий металл
  , в основном используют на толщинах до 2 мм.
• Повышенный износ инструмента и оборудования
  .

В каких случаях «чеканка» предпочтительнее:

• Крупносерийное производство.
• Самые высокие требования к точности и повторяемости.
• Внутренние радиусы гибов должны быть меньше толщины металла.
• Необходимо не зависеть от качества заготовок.
• Сложная форма гибов, которую не получить другими методами.

Приведем примеры расчетов для ручной и полуавтоматической гибки

Размер длины заготовки определяется по формуле:

где Y1 и X1 – длина прямых участков листового профиля; φ – внешний угол; r – радиус гиба; K – коэффициент положения нейтральной линии (определяется по техническим таблицам) S – толщина металла.

Для определения длины заготовки с несколькими углами перегиба в приведенную формулу добавляются суммы в скобках для каждого дополнительного угла. Расчет заготовки выполняется методом развертки с суммированием длины всех прямых полок Yn, Xn и добавления радиуса скривления.

Усилие пресса на заготовку при гибке листового металла определяется по формуле:

P = 1,42 × S2 × L × ∂ʋ / V

где S – толщина листового профиля металла; L – размер длины заготовки; ∂ʋ – предел прочности на растяжение (справочное значение); V – развертка матрицы (технический параметр станка).

На практике специалисты используют готовые шаблоны и таблицы в зависимости от типа и размеров металлического профиля. Из таблиц выбираются точные параметры заготовки и подбираются максимально допустимые усилия пресса с углами деформации.

Расчеты по формулам используются только при работе с нестандартными заготовками и единичными заказами, где важно соблюсти размеры в точности до 0,1 мм.

Технические требования на изготовление обечаек.

Правилами устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением и ОСТ 26-291-94 определœены следующие требования к изготовлению обечаек.

‣‣‣ Неперпендикулярность торца обечайки к ее образующей допускается в пределах 1 мм на 1 м диаметра, но не более 3 мм при диаметре свыше 3 м.

‣‣‣ Сварные швы должны быть только стыковыми. В стыковых соединœениях сосудов (их элементов) с различной толщиной стенок должен быть обеспечен плавный переход от одного элемента к другому. Угол наклона поверхностей перехода не должен превышать 15°.

‣‣‣ Отверстия для люков и лазов следует располагать вне сварных соединœений (швов) и укрепления отверстий.

‣‣‣ Отклонения наружного диаметра обечаек и других элементов, изготовленных из листов и поковок, не должны превышать ±1% номинального наружного диаметра. При этом овальность в любом поперечном сечении не должна превышать 1%. Овальность определяют по формуле:

МАХ иДМIN – наибольший и наименьший диаметры, измеренные в одном сечении.

Допускаемая овальность обечаек колонных аппаратов и аппаратов, работающих под вакуумом не должна превышать 0,5 % номинального внутреннего диаметра, но не должна превышать 20 мм при диаметре свыше 4 м.

Остальные технические требования (к сварке, термообработке, контролю сварных швов, испытанию) на изготовление обечаек будут рассмотрены при описании соответствующих операций технологического процесса.

Рекомендуемые минимальные толщины стенок цилиндрических обечаек при вальцовке, мм

При меньшей толщинœе рекомендуется вальцовку производить с использованием различных поддерживающих устройств и приспособлений.

Для повышения производительности труда, удобства в работе, соблюдения условий техники безопасности, механизации перемещения и обеспечения высокого качества к листогибочным машинам желательно иметь набор следующего оснащения: загрузочное устройство; устройства для ориентации листов при подаче в валки (откидные упоры, пазы и др.); поддерживающие устройства для обечаек больших диаметров и малых толщин; торцевые упоры со стороны опорных подшипников при гибке конических обечаек; средства активного контроля обечайки в процессе гибки с сигнализацией результатов на пульт управления машины.

При расчете развертки цилиндрической обечайки с внутренним диаметром D

В из стали толщинойS, определяемой по длинœе нейтральной линииL, мм

При крайне важно сти изготовления обечаек с повышенными требованиями к их точности длина заготовки обечайки, мм:

– толщина листа͵ мм;а– допускаемое отклонение формы поперечного сечения (овальности),а= 0,01DВ;b1 – величина зазора под сварку, мм;b2 – припуск на обработку кромок, мм;с– величина усадки сварного шва, мм.

Величину зазоров b

1 под сварку принимают по справочной литературе, соответствующим ОСТ и ГОСТам. Припускиb2 на обработку кромок заготовок стальных, вырезаемых кислородной резкой, принимают по ГОСТ121-79, после других типов резки – по типовым технологическим процессам на резку. Величина усадки сварного шва за один проход определяется по формуле, мм

1 иk2 – коэффициенты, зависящие от числа проходов и марки стали (табл.2..

Таблица 2.4 – Коэффициенты, зависящие от числа проходов при сварке, и от марки стали

Погонная энергия сварочного нагрева, Дж/см

где h – КПД дуги (при сварке угольным электродом, h=0,5–0,7; при сварке металлическим электродом (открытой дугой) h=0,7–0,8; при автоматической сварке под флюсом h=0,75–0,9); I

– сила тока, А;U– напряжение, Вu– скорость сварки, м/ч;S– толщина свариваемого металла, мм.

Допуски на разметку по длинœе до 10 м – 1 мм, для разности диагоналей прямоугольника 0,3 мм – на 1 м длины диагонали при ее длинœе до 10 м и не более 3 мм при длинœе диагонали свыше 10 м.

Технологический процесс изготовления цилиндрических обечаек состоит из следующих операций.

1. Расконсервация и правка по крайне важно сти

2. Расчет размеров заготовки и ее разметка;

3. Резка на гильотинных ножницах или тепловым способами;

4. Вальцовка (при вальцовке на 3-х валковых вальцах с симметричным расположением валков следует операция подгибки кромок перед вальцовкой);

5. Сварка продольного шва;

6. Контроль сварного шва и устранение дефектов;

Источник