Технология гибки металлов и сплавов

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. В противном случае происходит расслаивание частиц в некоторых объёмах заготовки; в таких ситуациях гибка металла считается неисправимым браком.

Основные принципы

Гнутье металла осуществляется различными методами. Часто используется сварка, однако температурное воздействие способно изменять форму и свойства готового изделия. Это снижает эксплуатационные свойства и точность изготовления.

Так как при гибке металла внешние слои металла растягиваются, а внутренние начинают сжиматься, то необходимо перегибать на заданный угол часть металлопроката относительно другого. Угол же можно отыскать с помощью расчетов.

Изделие деформируется на те значения, которые находятся в заданных пределах. Они зависят от следующих параметров:

• Толщина металлического листа;
• Сколько составляет угол перегиба;
• Насколько прочен материал;
• Скорость и время выполнения процедуры.

Именно от них будет зависеть показатель допустимой деформации. Следующим этапом является выбор типа гибки.

Этапы и последовательность технологии

Разработка проводится в следующей последовательности:

1. Анализируется конструкция детали.
2. Рассчитывается усилие и работа процесса.
3. Подбирается типоразмер производственного оборудования.
4. Разрабатывается чертеж исходной заготовки.
5. Рассчитываются переходы деформирования.
6. Проектируется технологическая оснастка.

Анализ соответствия возможностей исходного материала необходим для того, чтобы выяснить его пригодность для штамповки по размерам, приведенным на чертеже готовой детали. Этап выполняют по следующим позициям:

• Проверка пластических способностей металла и сопоставление результата с уровнем напряжений, которые возникают при гибке. Для малопластичных металлов и сплавов процесс приходится дробить на несколько переходов, а между ними планировать межоперационный отжиг, который повышает пластичность;
• Возможность получения радиуса гиба, при котором не произойдет трещинообразования материала;
• Определение вероятных искажений профиля или толщины заготовки после обработки давлением, особенно при сложных контурах у детали;

По результатам анализа иногда принимают решение о замене исходного материала на более пластичный, о необходимости предварительной разупрочняющей термической обработки, либо используют подогрев заготовки перед деформацией.

Радиус гибки r_min вычисляют с учетом пластичности металла заготовки, соотношения ее размеров и скорости, с которой будет проводиться деформирование (гидропрессы, с их пониженными скоростями передвижения ползуна, предпочтительнее более скоростных механических прессов). При уменьшении значения r_min все металлы претерпевают так называемое утонение — уменьшение первоначальной толщины заготовки. Интенсивность утонения определяет коэффициент утонения λ, %, который показывает, на сколько уменьшится толщина конечного изделия. Если это значение оказывается более критичного, то исходную толщину s металла заготовки приходится увеличивать.

Для малоуглеродистых листовых сталей соответствие между вышеуказанными параметрами приведено в таблице (см. табл. 1).

Таблица 1

Таким образом, при определенных условиях металл заготовки может даже несколько выпучиваться.

а при больших деформациях — более точное уравнение вида

Таблица 2

Эффект вероятного пружинения можно учесть при помощи данных по фактическим углам пружинения β, которые приведены в таблице 3. Данные в таблице соответствуют условиям одноугловой гибки.

Таблица 3

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.

2 Коротко о профессиональном оборудовании для гибки

Сейчас создано немало станков и сравнительно простых приспособлений для ГЛМ. Самые элементарные из них дают возможность получать в домашних условиях П-образные (швеллеры) и Г-образные (уголки) изделия. О них речь пойдет ниже. А вот промышленные предприятия обычно эксплуатируют разное по конструкции гибочное оборудование, называемое прессами. Они могут быть:

• Ротационными. Такие вальцовые агрегаты гнут листы в процессе их передвижения между специальными валками. Ротационные станки бывают стационарными и переносными. Их применяют для изготовления малых количеств больших по длине и габаритам заготовок.
• Поворотными. Листовой металл в этих прессах гнется за счет наличия в их конструкции гибочных балок и двух плит – неподвижной снизу и поворотной сверху. Такое оборудование идеально годится для обработки изделий с не очень сложным рельефом и с небольшими геометрическими размерами.
• Обычные прессы с пневматическим либо гидравлическим приводом. Они подходят для производства массовых и мелкосерийных партий изделий. Изгиб листов в них выполняется между пуансоном и матрицей, что дает возможность работать даже с толстыми металлическими заготовками. Гидравлические листогибы эксплуатируются чаще, чем их пневматические «собратья».

Ротационное оборудование считается самым современным. Оно работает автоматически (смотрите видео). Для его использования оператору не нужно выполнять расчет требуемого для операции усилия. Станки с поворотной балкой также являются высокоавтоматизированными. Обычные же прессы требуют активного участия человека в работе. Оператор должен подавать листы по одному на станок, контролировать положение заготовки на матрице в строго определенном положении. Такое оборудование часто используется на небольших предприятиях, работающих с металлическими изделиями.

Технологии

Гибка листового металла осуществляется различными способами. Наибольшее распространение получили станки типа «Press Brake». Популярность применения такой технологии обусловлена следующими особенностями.

• На одном и том же оборудовании можно изготавливать детали различных конфигураций из различных материалов и различных толщин.
• Высокая производственная гибкость — большинство деталей изготовляется без переналадки оборудования и смены инструмента. Более того, часто инструмент вообще не меняется, при этом в производстве может находиться большое количество деталей отличных как по конфигурации, так и по материалу/толщине.
• Высокая производительность.
• Низкая стоимость оборудования и себестоимость производства.
• Применимость автоматизации процесса.

Вместе с тем, возможности такого технологического процесса не могут быть безграничными. Основными лимитирующим факторами или их сочетанием, являются:

• свойства материала;
• особенности инструмента;
• знания и умения технологов и операторов;
• возможности пресса.

Рассмотрим основные, наиболее важные, вопросы гибки листового металла на станках типа Press Brake.

Электрооборудование, свет, освещение

Трубы небольшого диаметра, безусловно, можно согнуть и используя для этого самые обыкновенные тиски. Но как же поступить с трубами, которые имеют достаточно большой диаметр? Для этих целей существуют специальные станки, позволяющие проводить гибку листового металла и труб без деформации и повреждений, с учетом толщины и пластичности металла, из которого они сделаны, а также с определением радиуса кривизны, что очень важно.

Содержание:

Понятие гибки металла

Слесарная операция гибки листового металла представляет собой проведение ряда воздействий, в результате чего лист металла принимает необходимую форму согласно чертежу без использования сварки или других методик соединения, которые существенно влияют на структуру металла, снижая уровень его прочности и срок службы. В процессе совершается растяжение наружных слоев листового металла и сжатие внутренних.

Сущность технологии кроется в том, что часть заготовки по отношению к другой перегибается на определенный, предварительно заданный угол. Металл в процессе гибки подвергается деформации. Уровень допустимой деформации находится в зависимости от толщины металла, его угла изгиба, хрупкости материала и скорости, с которой происходит процесс изгибания.

Процедуру осуществляют при помощи специального оборудования для гибки листового металла, которое позволяет получить на выходе готовое изделие без наличия дефектов. Если металл будет согнут неправильно, то появление многочисленных микротрещин спровоцирует ослабление материала в месте изгиба, поэтому готовое изделие в самый неподходящий момент может сломаться на этом месте.

Технологию гибки металла принято использовать для металлических листов, которые имеют разную толщину. Напряжение изгиба должно превышать предел упругости. К тому же деформация заготовки должна являться пластической. Только в этом случае заготовка будет сохранять после снятия нагрузки приданную ей форму.

Среди преимуществ подобного метода обработки металла необходимо отметить высокую производительность, возможность автоматизации процесса и получение бесшовной конструкции в результате, что повышает устойчивость к коррозии и прочность изделия.

А вот на сварных конструкциях по истечению определенного времени в зоне сварки начинается коррозионный процесс, от которого нельзя защититься даже с помощью специального покрытия. А технология гибки листового металла способна обеспечить металлической конструкции цельность, защищая её от преждевременного формирования ржавчины.

Виды гибки металла

Гибку металла можно производить вручную или с применением специализированного оборудования. Гибка металла собственными руками представляет собой достаточно трудоемкий процесс, который занимает немало времени и заключается в работе плоскогубцами и молотком. Изгибание тонкого металла проводят киянкой.

Для механизации процедуры используют специальные приспособления для гибки листового металла — вальцы, листогибочные прессы и роликовые станки для гибки. Для придания листу цилиндрической формы принято использовать гидравлические или ручные вальцы, либо вальцы с электрическим приводом. С их помощью можно получить такие объемные детали, как дымоходы, трубы и желоба.

Чаще всего производят гибку листового металла с помощью листогибочного пресса. Развитие оборудования на сегодняшний день дошло до такого уровня, то листогибочные станки способны изготовить за один рабочий цикл сложные детали с несколькими линиями гиба. Смена гибочного инструмента происходит быстро, поэтому станок можно быстро перенастроить в максимально сжатые сроки на другое изделие.

Область применения

Процедура изгибания металла, как правило, используется, на небольших производствах и в домашнем хозяйстве для изготовления профилей разных размеров, сборных перегородок, корпусных изделий, уголков, швеллер, откосов, водосточных желобов, металлических каркасов и подвесных строительных систем и других изделий из металла.

В промышленности и быту не обойтись в наше время без труб. Однако следует заметить, что конфигурация их соединений бывает иногда достаточно сложной. Для сокращения числа стыкуемых элементов и уменьшения резьбовых соединений можно трубам придать определенную конфигурацию, изогнув их под требуемым углом.

Процедура гибки листового металла своими руками позволяет получить необходимую геометрию канализационных, водопроводных и газовых сетей с минимальными расходами, обеспечив внутри каналов самое меньшее сопротивление.

Станки для гибки металла в листах предназначены для обработки стали, меди и алюминия. Подобное оборудование позволяет изгибать материал, который имеет цинковые или лакокрасочные покрытия. Мобильность оборудования для процесса гибки металла предоставляет возможность многие работы осуществлять прямо на объектах, экономя средства и время на его транспортировку.

Функциональные возможности станка

Самодельный станок для изгибания металла является отдельной категорией представителей подобного вида станков. Такой станок вы можете изготовить самостоятельно для использования в частном хозяйстве, к примеру, для прокладки водопровода и строительства теплицы. Создание станка для гибки металла не нуждается в разработке детальных чертежей. Но для этого вам нужно заготовить шаблон из древесины или другого материала, который повторяет контур определенной формы изгиба.

Выполняя изгибание заготовки, важно её размеры определить правильно. Расчет длины заготовки рекомендуется выполнять, учитывая радиусы гибки листового металла. Для деталей, которые изгибаются под прямым углом без создания с внутренней стороны закруглений, припуск заготовки на изгибание должен составлять 0,6 — 0,8 от показателя толщины металла.

Изгибать своими руками можно только детали и заготовки из пластичных металлов – алюминия, латуни, незакаленной стали и меди. Размер минимального радиуса изгиба зависит от технических свойств материала заготовки, методики гибки и качества поверхности. Детали с малым радиусом закруглений рекомендуется изготовлять исключительно из пластичных материалов, также их можно предварительно подвергнуть отжигу.

Гибка труб своими руками

Существует несколько разновидностей гибки труб: «калач», когда труба изгибается полукругом при обеспечивает поворот на 180 градусов; «скоба» — изогнутая труба напоминает букву «П»; «компенсатор», что используется для обвода препятствий; «утка» — изгиб по типу английской буквы «N» и другие.

Гибке можно подвергать сварные и цельнотянутые трубы, трубы без наполнителя и с наполнителем (сухой речной песок), который предохраняет стенки труб от образования морщин и складок в местах изгиба. По теории гибку листового металла и труб в домашних условиях выполняют исключительно в холодном состоянии.

Для гибки труб, которые имеют диаметр 10-15 миллиметров, используют плиту с отверстиями, в которые устанавливают в соответствующих местах штыри, что являются упорами при гибке. Трубы, которые имеют диаметр до 40 миллиметров и большие радиусы кривизны, принято гнуть в холодном состоянии при помощи неподвижной оправки. Существуют и другие способы изгибания стальных труб, но они нуждаются в создании специального приспособления.

Гибка дюралюминиевых, медных и латунных труб в холодном состоянии отличается некоторыми особенностями. До начала процедуры трубы принято отжигать — медные при температуре 600-700 градусов по Цельсию с охлаждением в воде, трубы из латуни – при температуре 600-700 градусов с охлаждением на воздухе, изделия из дюралюминия — при температуре 350-400 градусов с охлаждением на воздухе. Посмотрите видео о гибке листового металла, где показано, как это делается.

Трубу необходимо заполнить расплавленной канифолью, парафином или стеарниом, а потом дать заполнителю остыть. После процедуры гибки заполнитель нужно выплавить, начиная с концов, потому что нагрев середины трубы, в которой содержится заполнитель, вызывает ее разрыв.

Принципы гибки

Главные принципы изгибания рассмотрены на примере создания скобы. Непосредственно перед началом гибки необходимо по чертежу определить длину полосы металла или заготовки, а также провести расчет гибки листового металла. При этом нужно сделать припуски на каждый изгиб по 0,5 толщины полосы и по 1 миллиметру на опиливание торцов на сторону. Заготовку при необходимости выровняйте на наковальне, опилите по чертежу и нанесите риски мест загиба.

Гибку полосы производят в тисках с угольниками-нагубниками в следующей последовательности. Зажмите в тисках заготовку на уровне загиба, ударами молотка сделайте первый загиб, переставляя заготовку в тисках и зажимая ее отправкой вместе с бруском. Затем сделайте второй загиб.

Нужно достать заготовку и разметить длину лапок скобы. Скобу с бруском-оправкой принято загибать в тисках, отгибая обе лапки. Проверьте изгибы по угольнику, при необходимости исправьте их, используя брусок-оправку и молоток. После окончания изгибания опилите деталь до необходимых размеров.

Вы уже поняли, что изгибание металла большое значение имеет и в бытовых условиях. Но для этого понадобится специальный станок и умение им пользоваться. Помните, что на цену гибки листового металла влияют многие факторы. Если процесс изгибания производится с нарушением технологии и правил, а также не учитывая особенностей, которые характерны именно для этого типа работ, то готовое изделие вы получите некачественным.

Сгибание металла выполняют без сварочных швов, что позволяет избежать коррозии в дальнейшем и получить изделие повышенной прочности. Деформация не требует значительных усилий и выполняется, как правило, в холодном состоянии.

Исключение составляют твердые материалы, вроде дюрали или углеродистых сталей. Технология гибки листового металла разрабатывается соответственно поставленным задачам в таких вариантах, как:

• радиусная,
• многоугловая,
• одноугловая,
• п-образная.

Отдельный случай – сгибание с растяжением. Данную технологию применяют при изготовлении деталей с большими радиусами гибки, небольшого диаметра. При изготовлении деталей своими руками, процесс сочетают с такими операциями, как резка или пробивка.

Для обработки в домашних условиях хорошо подходят мягкие виды металлов и сплавов, такие как латунь, медь, алюминий. Изготовление изделий методом сгибания выполняется на вальцовочных или роликовых станках, либо вручную.

Последняя процедура довольно трудоемкая. Гибку производят при помощи плоскогубцев и резинового молотка. Если лист небольшой толщины, используют киянку.

Как выполнить гибку под прямым углом

Для сгибания скобы из металлического листа потребуется набор инструментов и приспособлений, состоящий из:

• тисков,
• молотка,
• электропилы,
• бруска,
• оправы.

Длина полоски изготавливается по схеме, с тем расчётом, что на каждый загиб должен приходиться запас по 0,5 мм, плюс еще миллиметр на сгибы с обеих сторон. Заготовку помещают в тиски с угольниками. Зажимая её по линии сгиба, обрабатывают молотком.

После этого будущую скобу разворачивают в тисках, зажимают оправой и бруском, формируют другую сторону. Заготовку вытаскивают, отмеряют необходимую длину сторон, выполняя загибы по низу.

Треугольником сверяют правильность угла, подправляя молотком неточности. При выполнении обеих операций, заготовку поджимают бруском и оправой. Готовую скобу подпиливают до нужного размера.

Как изготовить листогибочный станок самому

Для придания металлу нужной конфигурации, жестянщики используют листогиб. Но как поступить мастеру, у которого специального оборудования под рукой нет?

На деле вопрос, как гнуть листовой металл в домашних условиях, решается просто. Достаточно использовать собственную смекалку и элементарные приспособления, чтобы изготовить простенький станок.

Чтобы изготовить сгибатель для металлического профиля, потребуются:

• двутавровая балка 80 мм,
• крепеж (болты),
• петли,
• уголок 80 мм,
• струбцины,
• пара рукояток.

Понадобится также аппарат для сварки и устойчивый стол, на котором закрепляют готовый станок.

Основу устройства составляет двутавровая балка, к которой двумя болтами прикручивают уголок, удерживающий заготовку в процессе сгибания. Под него методом сварки крепятся три дверные петли. Вторую их часть приваривают непосредственно к уголку.

Чтобы станок легко поворачивался во время сгибания листового металла, к нему с двух сторон приделывают ручки. Струбцинами готовый станок крепят к столу. Перед укладкой заготовки уголок откручивают или приподнимают. Лист прижимают, выравнивают по краю и загибают, поворачивая станок за рукояти. Самодельное устройство годится только для обработки заготовок незначительной толщины.

Сгибание металлического листа при помощи молотка

Для того чтобы выполнить гибку листа толщиной до 1,2 мм под прямым углом, используют простейшие инструменты – плоскогубцы (струбцины) и резиновый молоток.

Обработку производят на ровном деревянном бруске. Линию сгиба прочерчивают при помощи карандаша и линейки. Затем лист зажимают плоскогубцами так, чтобы их концы пришлись точно на линию разметки.

Край постепенно отгибают вверх, продвигаясь вдоль сгиба. После того, как угол приблизится к 90 градусам, лист помещают на брусок и при помощи молотка окончательно выравнивают.

Таким образом изготавливают узкие детали, например кромки из жести.

Совет: резиновый или деревянный молоток используют, чтобы на металле не образовались вмятины. Если сгибание выполняется обычным инструментом, в качестве прокладки нужно взять текстолитовую пластину.

Сгибание листа толщиной до 2 мм удобно проводить на рабочем столе. Металл располагают так, чтобы линия разметки приходилась на кромку. Под обрабатываемый материал подкладывают стальной уголок.

Лист зажимают в тисках при помощи двух деревянных брусков. Сгибание производят при помощи молотка, простукивая металл от одного конца к другому. Край листа при этом направляют вниз так, чтобы в итоге он полностью лег на закрепленный по краю стола уголок. Этим способом изготавливают изделия любой ширины, в том числе ящики или мангалы.

Изготовление трубы без применения станка

Домашние умельцы изобрели массу способов сгибания металлического листа в трубу без применения станка.

Предлагаем рассмотреть простейший вариант с использованием походящей по размерам болванки. Изготавливают её из старой трубы подходящего диаметра.

Лист металла раскладывают на полу, отрезают от него кусок нужной длины. Чтобы определить нужный размер, требуемый диаметр трубы умножают на 3,14 и прибавляют 30 мм на шов.

К болванке с двух сторон приваривают перпендикулярно одна к другой по паре трубок. В их отверстия должен свободно вставляться лом.

Рекомендация мастера: способом сгибания металлического листа при помощи болванки удобно изготавливать трубы не более метра в длину.

Чтобы воспользоваться приспособлением, потребуются усилия трех человек. Болванку укладывают на край листа. Один человек встает сверху, двое других накручивают металл на болванку, проворачивая лом на 90 градусов.

Всю длину листа скручивают таким способом, оставшийся край подбивают молотком. Шов закрепляют при помощи сварки.

Нужно учесть, что радиус сгиба листового металла зависит от его толщины и способа изготовления. Горячекатаная сталь больше подходит для труб, из холодного проката изготавливают профильные изделия.

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