Гибкий.ру Технология гибки металла: основные положения
Данный процесс позволяет получать сложные по форме поверхности без применения сварочных соединений, что значительно улучшает ряд важных эксплуатационных показателей изделия (прежде всего сопротивление коррозии и отсутствие протекания процессов разупрочнения и развития отпускной хрупкости для ряда материалов), а также положительно сказывается на экономических показателях производства.
При проведении ремонтных работ дома также часто возникает необходимость в придании листовому материалу или прутку необходимой формы. Принцип и физические основы процесса не отличаются, но в быту применяется примитивное оборудование.
К недостаткам данной технологии относится ограничение по толщине изгибаемого листа стали, а также определенные ограничения по химическому составу материалов и предварительной термической и химико-термической обработки изделий. Так, для гибки металла с толстыми стенками его необходимо предварительно разогреть, чтобы материал «потек».
Температура, при которой сталь и сплавы на основе железа становятся податливыми и хорошо деформируются, для каждого материала разная. Существуют специальные марки сталей, которые устойчивы к воздействию высоких температур и сохраняют высокие механические свойства.
6. Обработка отверстий
Отверстия в теле металла под крепежные детали (болты, шпильки, винты), а также под последующую обработку (рассверливание, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы и растачивание) достигается сверлением. В качестве инструмента при сверлении используют стандартные сверла из быстрорежущей стали диаметром 0,3 — 80 мм.
Перовые
-(плоские) просты в изготовлении, прочны, но не обеспечивают высокой точности и чистоты отверстия. Применяют для сверления неглубоких отверстий.
Спиральные —
совершенны по конструкции, легко выводят стружку по винтовым каналам, малая сила трения о стенку отверстия, не требуют дополнительной обработки отверстия, допускают большое количество переточек.
Сверла изготавливают с цилиндрическими (до d=12 мм), коническими ( 6 — 60 мм) хвостовиками. Сверла изготавливаются из быстрорежущей стали марок Р18, Р9, У10-У12 (мелкие сверла) и с твердой наплавкой твердосплавных пластинок.
Рассверливание
предназначено для увеличения диаметра отверстия заготовок и применяется при обработке отверстий диаметром свыше 30 мм. Сначала сверлят отверстие диаметром (0,2 — 0,3)D, а затем рассверливают это отверстие до заданного диаметра D.
Зенкование —
применяют для снятия фасок у отверстий, получения цилиндрических и конических углублений для головок винтов и заклепок.
Зенкерование —
используют для расточки отверстия и подготовки его под развертывание. Стандартными зенкерами из быстрорежущей стали обрабатывают отверстия диаметром 3 — 100 мм. Зенкер имеет большее число режущих зубьев, чем сверло, поэтому обработка им более производительна, чем рассверливание, а качество зенкерования выше, чем при рассверливании.
Развертывание —
применяют для окончательной обработки предварительно просверленного отверстия и получения точной геометрической формы, размеров и высокой чистоты
поверхности с помощью цилиндрических или конических разверток. Стандартные развертки применяют для обработки отверстий диаметром 1 — 300 мм в заготовках из различных материалов.
Для механической обработки отверстий сверлением, зенкованием используются пневмо-эле4трические машины и станки.
Виды гибки
Гибка определяется как процесс обработки металлов давлением, в результате которого изменяется продольная ось деформируемой заготовки. Различают следующие варианты реализации гибки:
Виды гибок Одноугловая или V -образная (рис.1 а) — двуугловая или U- образная (рис.1 б ) — многоугловая (рис.1 в, г); — криволинейная (рис.1 д, е, з) и позволяющая получать изделия типа труб (рис.1 ж)
- П-образную (двухугловую).
- М-образную (одноугловую).
- Многоугловую гибку.
Все эти разновидности могут выполняться следующими способами:
Гибка калибрующим ударом
- Свободной гибкой, при которой центр симметрии заготовки не фиксируется, а сама гибка металла происходит путём нажима рабочего инструмента – пуансона на поверхность изгибаемой заготовки. Конфигурация деформированной заготовки зависит от формы пуансона;
- Гибка калибрующим ударом, при которой заготовка укладывается в матрицу. Конфигурация матрицы и определяет конечную форму заготовки;
- В роликовых матрицах, когда поворачивающиеся части рабочего инструмента постепенно формируют ось изогнутой заготовки.
Характерная особенность гибки – резко различное положение сетки макроструктуры в зависимости от направления гибки. Поэтому для мало- и среднепластичных металлов и сплавов направление волокон существенно важно: при совпадении такого направления с направлением перемещения оси деформируемой заготовки разрушение её в ходе штамповки маловероятно.
Гибка листового металла
Технология гибки металла, представляющего собой лист, реализуется на специальных станках — листогибах. По способу гиба такие механизмы можно разделить на три вида:
- Прессовые. Лист под давлением вводится в неподвижную матрицу посредством пуансона и приобретает при этом нужную форму. Пуансоны бывают нескольких видов, различающихся по форме и радиусу гибки. Матрица, как правило, имеет форму угла или паза. Листогибочный пресс является наиболее универсальным оборудованием, поскольку легко перенастраивается на разные задачи.
- Поворотные. Главные элементы: станина, подвижная гибочная балка (траверса), прижимная балка, задний упор. Прижимная балка служит для фиксации листа на станине. Для сгибания листа производится посредством гибочной балки, которая и является основным рабочим элементом.
- Ротационные — двух, трех или четырехвалковые устройства, в которых рабочие элементы используют вращательное движение. Рабочий привод, создающий необходимое усилие на таких станках, может быть реализован одним из следующих способов:
- ручной — используется мускульная сила человека;
- гидравлический — используется гидроусилитель;
- пневматический — используется сжатый воздух;
- механический — используется энергия раскрученного маховика;
- электромеханический — применяются электродвигатели с редукторами.
Одной из широко применяемых разновидностей листогибочного оборудования являются фальцегибочные или фальцепрокатные станки, которые предназначены для работы с тонким листом. Такое оборудование используют при изготовлении фальцевой кровли, воздуховодов, дымоходов.
Гибка металлических труб
Гибка труб из металла может выполняться горячим и холодным способами. Последний способ более технологичен и производителен. Приспособления и станки для этой операции используют разные методы гибки. Существуют следующие разновидности трубогибов:
- рычажные — для ручной гибки труб из мягких металлов, а также стальных небольшого диаметра на угол до 180 градусов;
- арбалетные — сгибание трубы производится приложением усилия посредине между двумя точками, на которые опирается заготовка;
- роликовые (валковые) — классическим примером является трехроликовый вальцевый трубогиб.
Роликовые трубогибочные станки используют метод холодной деформации металла, называемой вальцовкой. Такой станок работает с металлами любой твердости: от цветных до титана и его сплавов. Угол загиба может достигать 360 градусов, а длина сгибаемой заготовки нередко превышает 5 метров.
Для гибки тонкостенных труб применяют дорновые трубогибы, в которых используется специальная оснастка, называемая дорном. Это приспособление помещается в полость трубы в месте изгиба и препятствует возникновению деформаций металлических стенок.
Гибка профильного проката
У профилей большой момент сопротивления, поэтому использовать классические виды гибки невозможно. Для обработки применяется специализированное ротационное оборудование. Оно отличается от станков, используемых для листового проката последовательным приложением усилия.
Если нужно изгибать заготовки малого размера и сечения, можно применять оборудование с ручным приводом. Использование последовательных усилий даёт возможность деформировать заготовку и править её, снимая внутренние напряжения в структуре металла.
Правильно-гибочные станки для профильного металлопроката различаются количеством рабочих валков (3 или 4), и их расположением (симметричное и асимметричное). Смена положения оси валка привода, диаметра и профиля рабочей части, дают возможность регулировать изгиб.
Валковые машины отличаются небольшой энергоёмкостью и простотой конструкции, работа с ними не требует применения штампов. Но автоматизировать процесс гибки на валковом оборудовании достаточно сложно.
Валки можно применять и в станках для гибки труб. Отличия будут в оправке, которая должна помещаться внутрь трубы, чтобы не допускать дополнительной деформации.
Молотки, киянки
Через молотки и киянки передается силовое воздействие непосредственно на дефектные заготовки. Они имеют различные весовые и габаритные характеристики и обладают различными пластическими свойствами. Поэтому применяемые молотки конструктивно отличаются друг от друга.
Рихтовочная киянка Santool. Фото ВсеИнструменты.ру
Для удаления вогнутости у прутков или полосы с неокончательной обработанной поверхностью, боек молотка выполняется из углеродистой стали. Если поверхность уже имеет товарный вид, то правку выполняют с помощью молотков со вставками из твердых пород дерева, медных или алюминиевых сплавов или из прочного пластика. Ударная поверхность бойка должна быть плоской и ровной и не иметь острых углов.
Для правки тонких листов с повышенными свойствами пластичности, где нельзя оставлять следов от ударов на поверхности, применяют киянки. Бойки у них сделаны из прочных пород дерева (дуб, самшит, бук) или ударопрочной резины.
Особенности гибки металла в условиях домашней мастерской
При проведении ремонта или строительства, и если нужно использовать металл или изделия из него, часто возникает необходимость деталь согнуть. Гибка металла в домашних условиях – это процесс достаточно трудоемкий, но мастеру вполне подвластный. Без использования специального ручного листогибочного станка в этом случае все равно не обойтись.
- Струбцина.
- Основание и щечки.
- Кронштейн.
- Сварной прижим.
- Оси.
- Угол Пуансона.
Найти необходимые детали для изготовления подобного оборудования не сложно. После изготовления подобного станка стоит позаботиться об установке (лучше установить инструмент достаточно надежно). Удобнее всего этот станок установить на специально отведенный для него стол.
Но все это выполнимо, останется только понять, как с ним работать. Лучше попрактиковаться или попросить показать кого-то специфику процесса гибки на ручном листогибочном станке. Кстати, сами ручные станки могут отличаться по конструкции, что влияет на особенности их прямого использования.
Непосредственно сам процесс обработки металла нельзя представить без использования киянки, плоскогубцев, молотка и подобного ручного инструмента. Но такое нехитрое оборудование поможет справиться только с листами сравнительно небольшой толщины. При работе с более толстыми листами стоит приобрести специальные гидравлические вальцы или ручные роликовые прессы.
В домашних условиях не получится сделать работы высокой сложности. Также проблематично будет обработать достаточно толстые металлические листы. Но изготовить уголки, комплектующие для водоотвода и даже трубы технически возможно. Однако такая операция займет много времени, что существенно растянет сами ремонтные или строительные работы.
Правка и гибка металла
Правка (выпрямление)
— представляет собой слесарную операцию, при которой деформированным, покоробленным металлическим заготовкам или деталям придают правильную плоскую форму. Правку применяют после резки листового материала ножницами, рубки зубилом и других операций. При помощи правки выпрямляют также полосовой и прутковый материал, трубы и проволоку. Чугунные детали правке не подвергают, так как чугун слишком хрупок и при правке может расколоться.
В слесарном и особенно в инструментальном деле исправление изогнутых и покоробленных изделий с большой точностью (до десятых долей миллиметра), после механической или термической обработки, нередко называют рихтовкой изделия.
Правка бывает ручная и машинная.
При ручной правке листовых заготовок и деталей применяют стальные или чугунные правильные плиты или наковальни, стальные молотки весом 400 — 600 г, молотки медные, свинцовые, латунные, деревянные, бакелитовые.
Машинная правка производится на ручных и приводных трехвалках, на приводных пневматических молотах и на прессах. В настоящем пособии рассматривается только ручная правка, применяемая в учебных мастерских.
Правка производится путем нанесения ударов стальными молотками или молотками из мягкого материала по определенным местам, соразмеряя силу ударов с величиной выпуклости и с толщиной выправляемого изделия. Поверхность правильной плиты, а также бойки молотков должны быть ровными, гладкими и хорошо прошлифованными При ручной правке удобнее пользоваться молотками с. круглым, а не с квадратным бойком, так как при неправильных ударах или при перекосах молотка с квадратным бойком на поверхности листа могут остаться засечки или даже пробоины.
Приемы правки листового материала заключаются в следующем. Уложив деформированный лист на плиту по возможности выпуклостями вверх, обводят выпуклости графитовым карандашом или мелом. После этого по прямым краям листа по направлению к выпуклости наносят частые, но не сильные удары.
После каждого удара нужно проверять, какое действие он оказывает на лист
Следует помнить, что неправильные удары могут привести лист в негодное состояние. Ни в коем случае нельзя наносить удары непосредственно по выпуклостям, так как выпуклости будут не уменьшаться, а увеличиваться.
Таким образом, сущность процесса правки листовых деталей заключается в постепенном растягивании прямых участков листа за счет некоторого утонения материала в этих местах.
Гибка
— это 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).
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.
| Гибка труб Гибка труб в горячем состоянии. При горячей гибке с наполнителем трубу отжигают, размечают, а затем один конец закрывают деревянной пробкой. Для предупреждения смятия и появления трещин при гибке трубу наполняют мелким сухим песком. После заполнения песком второй конец трубы забивают пробкой, у которой должны быть отверстия для выхода газов, образующихся при нагреве мест изгиба трубы. Радиус закругления при гибке труб берется не меньше трех диаметров трубы, а длина нагреваемой части зависит от угла изгиба и диаметра трубы. Тонкостенные трубы диаметром больше 30 мм гнут только в нагретом состоянии с наполнителями. После окончания гибки пробки выколачивают и высыпают песок. Плохое, неплотное заполнение трубы песком, недостаточный или неравномерный прогрев перед гибкой приводят к образованию складок или разрывов.
Гибка труб в холодном состоянии выполняется при помощи различных приспособлений. Простейшим приспособлением для гибки труб диаметром до 10—15 мм в свободном состоянии является плита с отверстиями, в которой в соответствующих местах устанавливаются штыри, служащие упорами при гибке. Трубы небольших диаметров (до 40 мм) с большими радиусами кривизны гнут в холодном состоянии, применяя простые ручные приспособления с неподвижной оправкой (рис. 87). Гибочная оправка крепится к верстаку с двух сторон скобами. Трубу для гибки вставляют между гибочной оправкой и хомутиком, зажимают и руками гнут по желобообразному углублению гибочной оправки.
Рис. 87. Приспособления для гибки труб в холодном состоянии: 1 — плита, 2 — подвижный ролик, 3 — рукоятка, 4 — скоба, 5 — труба, 6 — ролик-шаблон, 7 — хомутик Гибка медных и латунных труб. Подлежащие гибке в холодном состоянии медные или латунные трубы заполняют расплавленной канифолью. Канифоль после гибки выплавляют начиная с концов трубы во избежание разрыва. Медные трубы, подлежащие гибке в холодном состоянии, отжигают при 600—700 °С и охлаждают в воде. Наполнитель при гибке медных труб в холодном состоянии — канифоль, а в нагретом — песок. Латунные трубы, подлежащие гибке в холодном состоянии, отжигают при 600—700 °С и охлаждают на воздухе. Наполнители те же, что и при гибке медных труб. Дюралюминиевые трубы перед гибкой отжигают при 350—400 °С и охлаждают на воздухе. Гибка труб в кольцо производится на трехроликовом гибочном станке без наполнителя. Правильно изогнутыми считаются трубы, не имеющие вмятин, вы- пучин и складок. При гибке труб необходимо соблюдать следующие условия:
Развальцовка (вальцевание) труб заключается в расширении (раскатывании) концов труб изнутри специальным инструментом (вальцовкой). Для этого вальцовочное приспособление зажимают в слесарных тисках. Трубу вставляют в соответствующее по диаметру отверстие, а затем ударами молотка по оправке развальцовывают конец трубы до необходимых размеров. |
Рекомендации опытных мастеров
Холодная деформация сопровождается возникновением огромного числа дислокаций, что приводит к появлению значительных напряжений. Для изделий, которые не испытывают значительных нагрузок в процессе эксплуатации (кровля, жестяные трубы и другие элементы) это не критично.
А вот для ответственных изделий, узлов агрегатов подобные напряжения могут послужить концентратором разрушающих сил. Поэтому изделия такого типа в обязательном порядке должны подвергаться рекристаллизационному отжигу, который нормализует структуру и снимает пагубные напряжения.
Величина напряжений и образующихся пустот и пор между зернами металла напрямую зависит от радиуса кривизны, а значит, и от применяемого инструмента для гибки металла. Этот параметр относится к категории справочных данных и зависит от химического состава стали, а также от толщины листового материала.
Технология и оборудование для гибки листового металла
Процесс гибки металлов не требует приложения значительных усилий. В большинстве случаев заготовки предварительно не нагреваются, за исключением малопластичных листов (из дюралюминия, высокоуглеродистых сталей с высоким содержанием марганца и кремния, титана и его сплавов), а также листовых металлов толще 1,6 см. Прежде чем приступить к гибке таких изделий, их следует нагреть.
Зачастую технология гибки используется совместно с другими процессами обработки листовых металлов, например, с резкой, вырубкой, пробивкой и т. п. Сложные многомерные изделия создают с помощью штампов, рассчитанных на несколько переходов.
Длинные и узкие изделия изготавливают посредством гибки с растяжением.
Выбор инструментов для процесса гибки металлов зависит от размера и вида заготовки, требований, предъявляемых к готовому изделию. Для изгибания металлических листов и деталей пользуются:
- вертикальными листогибочными прессами с механическим или гидравлическим приводом;
- горизонтальными гидропрессами с двумя ползунами;
- кузнечными бульдозерами (горизонтально-гибочными установками);
- трубо- и профилегибочным оборудованием;
- универсально-гибочными аппаратами.
Чтобы получить изделия оригинальной формы, для гибки могут использоваться нестандартные технологии, к примеру, энергия взрыва. В то же время работа с высокопластичными материалами, такими как жесть, затруднений не вызывает.
В процессе гибки металлов используют листогибочные станки, особенности которых заключаются в:
- невысокой скорости изгибания заготовки;
- малых затратах электроэнергии (поэтому ручные листогибочные аппараты широко используются на небольших производствах и в быту);
- увеличенном штамповом пространстве.
Хотя сам процесс кажется простым, при гибке затруднительно определить баланс напряжений и деформаций металла. В начале обработки в материале возникают упругие деформации, затем переходящие в пластические. Сама деформация при работе с металлическими листами неравномерная: значительная – в зоне изгиба, почти незаметная по краям заготовки.
При работе с тонколистовыми изделиями следует иметь в виду, что внутренние слои металла сжимаются, а наружные, напротив, растягиваются. Между этими зонами проходит условная нейтральная линия. Чем точнее она будет определена, тем выше будет качество гиба и ниже вероятность дефектов.
В процессе гибки заготовок следует учитывать, что металл претерпевает ряд изменений:
- меняется толщина, что особенно заметно при работе с толстыми металлическими листами;
- конечный угол изгиба самопроизвольно изменяется (процесс носит название распружинивания, пружинения);
- на листе образуются складки;
- появляются линии течения металла.
Этапы гибки металла
Процесс гибки холодных металлов предполагает следующую последовательность действий:
- анализ конструкции изделия;
- расчет усилия;
- выбор подходящего оборудования и инструментов;
- разработка чертежа заготовки;
- расчет переходов деформации;
- проектировка технологической оснастки.
Для того чтобы понять, можно ли выполнить гибку металла по представленным чертежам, специалисты анализируют возможности материала. Для этого:
- Проверяют пластичность металла, сопоставляют ее с напряжением, возникающим в процессе изгибания заготовки. Если материал малопластичен, то гибка выполняется в несколько этапов, между которыми заготовку нагревают для увеличения степени пластичности.
- Выясняют, не возникнут ли трещины в металле заготовки при требуемом радиусе изгиба.
- Определяют возможные искажения профиля или толщины заготовки после гибки, в особенности, если готовая деталь должна иметь сложную конфигурацию.
Затем специалист оценивает полученные результаты и принимает решение о:
- возможности выполнения требований технического задания;
- необходимости использования более пластичного материала;
- предварительной термической обработке области изгиба;
- прогреве заготовки перед началом процесса гибки металла.
Разработка технологического процесса включает обязательный этап по расчету следующих параметров:
- минимально допустимого угла изгиба;
- радиуса гибки;
- угла пружинения.
При расчете минимально допустимого радиуса гибки исходят из таких особенностей заготовки и процесса гибки металлов, как:
- пластичность материала, из которого выполнена заготовка;
- соотношение размера детали и скорости деформации (гидропрессы с более низкими скоростями перемещения ползуна показывают лучшие результаты, чем механические гибочные прессы).