Начинается цикл гибки с помощью оправки. Оправка вставляется во внутренний диаметр трубы. Гибочная матрица (слева) определяет радиус. Зажимная матрица (справа) направляет трубу вокруг гибочной матрицы для определения угла.
В различных отраслях промышленности сохраняется неизменная потребность в сложных процессах гибки труб. Будь то конструкционные элементы, мобильное медицинское оборудование, рамы для квадроциклов или внедорожников, или даже металлические поручни в ванных комнатах, каждый проект уникален.
Для достижения желаемых результатов требуется хорошее оборудование и, особенно, соответствующая квалификация. Как и в любой другой производственной области, эффективная гибка труб начинается с основополагающих принципов, фундаментальных концепций, лежащих в основе любого проекта.
Некоторые ключевые факторы определяют масштабы проекта по изготовлению или гибке труб. Такие факторы, как тип материала, конечное назначение и предполагаемое годовое потребление, напрямую влияют на производственный процесс, связанные с ним затраты и сроки поставки.
Первым критически важным параметром является степень кривизны (DOB), или угол, образуемый изгибом. Далее следует радиус осевой линии (CLR), который простирается вдоль осевой линии трубы, подлежащей изгибу. Как правило, наименьший достижимый CLR равен удвоенному диаметру трубы. Удвоив CLR, можно рассчитать диаметр осевой линии (CLD), который представляет собой расстояние от осевой оси трубы до другой осевой линии 180-градусного изгиба.
Внутренний диаметр (ID) измеряется в самой широкой точке отверстия внутри трубы. Наружный диаметр (OD) измеряется по самой широкой части трубы, включая стенку. Наконец, номинальная толщина стенки измеряется между наружной и внутренней поверхностями трубы.
Стандартный допуск на угол изгиба в отрасли составляет ±1 градус. Каждая компания имеет свой внутренний стандарт, который может зависеть от используемого оборудования, а также опыта и знаний оператора станка.
Диаметр и толщина стенки труб определяются их калибром (то есть толщиной стенки). Наиболее распространенные калибры: 10, 11, 12, 13, 14, 16, 18 и 20. Чем ниже калибр, тем толще стенка: 10-ga. Толщина стенки трубы составляет 0,134 дюйма, 20-ga. Толщина стенки трубы составляет 0,035 дюйма. Трубы с внешним диаметром 1½” и 0,035″ обозначаются на чертеже детали как «1½ дюйма». Труба 20-ga.
Труба обозначается номинальным диаметром (NPS), безразмерным числом, описывающим диаметр (в дюймах), и таблицей толщины стенки (или Sch.). Трубы выпускаются с различной толщиной стенки в зависимости от их назначения. Популярные таблицы толщины стенки включают Sch.5, 10, 40 и 80.
На чертеже детали обозначена труба диаметром 1,66 дюйма (наружный диаметр) и толщиной стенки 0,140 дюйма (ширина трубы). Далее указана спецификация – в данном случае «1¼». Трубы Shi.40. Схема трубопровода определяет наружный диаметр и толщину стенки соответствующего диаметра и схемы.
Коэффициент толщины стенки, представляющий собой отношение наружного диаметра к толщине стенки, является еще одним важным фактором для отводов. Использование тонкостенных материалов (толщиной 18 калибра или менее) может потребовать дополнительной поддержки в дуге изгиба для предотвращения образования складок или провисания. В этом случае для качественной гибки потребуются оправки и другие инструменты.
Еще одним важным элементом является радиус изгиба D, отношение диаметра трубы к радиусу изгиба, часто обозначаемое как радиус изгиба, во много раз превышающий значение D. Например, радиус изгиба 2D составляет 3 дюйма, а диаметр трубы — 6 дюймов. Чем больше значение D для изгиба, тем легче его выполнить. И чем ниже коэффициент толщины стенки, тем легче его согнуть. Эта корреляция между коэффициентом толщины стенки и значением D для изгиба помогает определить, что необходимо для начала проекта по изгибанию трубы.
Рисунок 1. Для расчета процента овальности разделите разницу между максимальным и минимальным внешним диаметром на номинальный внешний диаметр.
В некоторых технических условиях проекта предусмотрено использование труб или трубопроводов меньшей толщины для снижения затрат на материалы. Однако, более тонкие стенки могут потребовать больше времени на производство для поддержания формы и однородности трубы в местах изгибов и исключения возможности образования складок. В некоторых случаях эти дополнительные затраты на рабочую силу перевешивают экономию на материалах.
При изгибе трубка может полностью потерять свою круглую форму вблизи и вокруг изгиба. Это отклонение называется овальностью и определяется как разница между наибольшим и наименьшим размерами внешнего диаметра трубки.
Например, трубка с внешним диаметром 2 дюйма после изгиба может иметь диаметр до 1,975 дюйма. Эта разница в 0,025 дюйма представляет собой коэффициент овальности, который должен находиться в пределах допустимых отклонений (см. рисунок 1). В зависимости от конечного назначения детали, допуск на овальность может составлять от 1,5% до 8%.
Основными факторами, влияющими на овальность, являются радиус изгиба колена и толщина стенки. Изгиб тонких материалов с малыми радиусами может быть сложным процессом, требующим соблюдения допустимой овальности, но это возможно.
Овальность контролируется путем размещения оправки внутри трубы во время гибки, или, в некоторых случаях, с использованием труб DOM (прямоугольной трубы), натянутых на оправку с самого начала. (Трубы DOM имеют очень жесткие допуски по внутреннему и внешнему диаметру.) Чем ниже допуск по овальности, тем больше требуется оснастки и потенциальное время производства.
При гибке труб используется специализированное контрольно-измерительное оборудование для проверки соответствия формованных деталей техническим требованиям и допускам (см. рис. 2). При необходимости любые корректировки могут быть переданы на станок с ЧПУ.
Вальцовая гибка идеально подходит для изготовления изгибов большого радиуса. При вальцовой гибке труба или трубка подается через три ролика, расположенных в треугольной конфигурации (см. рис. 3). Два внешних ролика, обычно неподвижные, поддерживают нижнюю часть материала, в то время как внутренний регулируемый ролик прижимает верхнюю часть материала.
Изгиб под давлением. В этом довольно простом методе гибочная матрица остается неподвижной, в то время как контрматрица изгибает или сжимает материал вокруг приспособления. Этот метод не использует оправку и требует точного соответствия между гибочной матрицей и желаемым радиусом изгиба (см. рис. 4).
Скручивание и изгиб. Одним из наиболее распространенных способов гибки труб является вращательная гибка с растяжением (также известная как гибка на оправке), при которой используются гибочные и прессовые матрицы и оправки. Оправки представляют собой металлические стержневые вставки или сердечники, которые поддерживают трубу при изгибе. Использование оправки предотвращает деформацию, сплющивание или образование складок на трубе во время гибки, тем самым сохраняя и защищая форму трубы (см. рисунок 5).
Эта дисциплина включает в себя многорадиусную гибку сложных деталей, требующих двух или более радиусов осевой линии. Многорадиусная гибка также отлично подходит для деталей с большими радиусами осевой линии (использование жесткой оснастки может быть невозможно) или сложных деталей, которые необходимо формовать за один полный цикл.
Рисунок 2. Специализированное оборудование обеспечивает диагностику в режиме реального времени, помогая операторам подтверждать технические характеристики деталей или вносить необходимые корректировки в процессе производства.
Для выполнения такого типа гибки используется роторный гибочный станок с двумя или более комплектами инструментов, по одному для каждого желаемого радиуса. Специальные настройки на двухголовочном листогибочном прессе – один для гибки вправо, а другой для гибки влево – позволяют получать как малые, так и большие радиусы на одной и той же детали. Переход между левым и правым изгибами может повторяться столько раз, сколько необходимо, что позволяет полностью формировать сложные формы без извлечения трубы или использования какого-либо другого оборудования (см. рис. 6).
Для начала техник настраивает станок в соответствии с геометрией трубы, указанной в листе данных по гибке или производственном чертеже, вводя или загружая координаты из чертежа, а также данные о длине, повороте и угле. Затем следует моделирование процесса гибки, чтобы убедиться, что труба сможет пройти без препятствий для станка и инструментов во время цикла гибки. Если моделирование показывает столкновение или помехи, оператор корректирует положение станка по мере необходимости.
Хотя этот метод обычно требуется для деталей из стали или нержавеющей стали, он подходит для большинства промышленных металлов, а также для деталей с различной толщиной стенок и длиной.
Свободная гибка. Более интересный метод свободной гибки использует матрицу того же размера, что и изгибаемая труба (см. рис. 7). Эта техника отлично подходит для угловых или многорадиусных изгибов более 180 градусов с небольшим количеством прямых участков между каждым изгибом (традиционные изгибы с вращательным растяжением требуют наличия нескольких прямых участков для захвата инструментом). Свободная гибка не требует зажима, поэтому исключает любую возможность нанесения маркировки на трубы.
Тонкостенные трубки, часто используемые в оборудовании для пищевой промышленности, производстве мебели, а также в медицинском и лечебном оборудовании, идеально подходят для свободного изгиба. Напротив, детали с более толстыми стенками могут быть непригодны для этой цели.
Для большинства проектов по гибке труб необходимы инструменты. При ротационной растягивающей гибке тремя наиболее важными инструментами являются гибочные матрицы, прижимные матрицы и зажимные матрицы. В зависимости от радиуса изгиба и толщины стенки для получения приемлемых изгибов могут также потребоваться оправка и скребковая матрица. Для деталей с несколькими изгибами требуется цанга, которая захватывает и плавно прижимает трубу к внешней стороне, вращается по мере необходимости и перемещает трубу к следующему изгибу.
Суть процесса заключается в изгибании матрицы для формирования радиуса центральной линии детали. Вогнутый канал матрицы соответствует внешнему диаметру трубки и помогает удерживать материал во время изгиба. В то же время, прижимная матрица удерживает и стабилизирует трубку, когда она наматывается на гибочную матрицу. Зажимная матрица работает совместно с прижимной матрицей, удерживая трубку на прямом участке гибочной матрицы во время ее движения. Ближе к концу гибочной матрицы, при необходимости, для сглаживания поверхности материала, поддержки стенок трубки и предотвращения образования складок и полос, используется ракельная матрица.
Оправки, вставки из бронзового сплава или хромированной стали, используются для поддержки труб, предотвращения их деформации или перегиба, а также минимизации овальности. Наиболее распространенный тип — шаровая оправка. Идеально подходит для многорадиусных изгибов и для заготовок со стандартной толщиной стенок. Шаровая оправка используется в тандеме с скребком, приспособлением и прижимной матрицей; вместе они увеличивают давление, необходимое для удержания, стабилизации и сглаживания изгиба. Оправка-пробка представляет собой цельный стержень для отводов большого радиуса в толстостенных трубах, не требующих скребков. Формовочные оправки — это цельные стержни с изогнутыми (или формованными) концами, используемые для поддержки внутренней части толстостенных труб или труб, изогнутых до среднего радиуса. Кроме того, для проектов, требующих квадратных или прямоугольных труб, требуются специализированные оправки.
Для точной гибки необходимы соответствующие инструменты и настройка. Большинство компаний, занимающихся гибкой труб, имеют инструменты на складе. Если таких инструментов нет, необходимо подобрать инструменты, соответствующие конкретному радиусу изгиба.
Первоначальная стоимость изготовления гибочного штампа может сильно варьироваться. Эта единовременная плата покрывает материалы и время производства, необходимые для создания требуемой оснастки, которая обычно используется для последующих проектов. Если конструкция детали допускает гибкость в отношении радиуса изгиба, разработчики продукции могут скорректировать свои спецификации, чтобы использовать существующую гибочную оснастку поставщика (вместо использования новой оснастки). Это помогает контролировать затраты и сокращать сроки выполнения заказа.
Рисунок 3. Идеально подходит для изготовления изгибов большого радиуса, вальцовой гибки для формирования трубы или трубы с тремя роликами, расположенными в треугольной конфигурации.
Наличие отверстий, пазов или других элементов в месте изгиба или вблизи него добавляет вспомогательную операцию к процессу, поскольку лазерная резка должна производиться после изгиба трубы. Допуски также влияют на стоимость. Для очень сложных работ могут потребоваться дополнительные оправки или штампы, что может увеличить время наладки.
При заказе нестандартных отводов или изгибов производителям необходимо учитывать множество факторов. Важную роль играют такие параметры, как инструменты, материалы, количество и трудозатраты.
Несмотря на то, что технологии и методы гибки труб за прошедшие годы значительно усовершенствовались, многие основные принципы остаются неизменными. Понимание этих основ и консультация с компетентным поставщиком помогут вам добиться наилучших результатов.
FABRICATOR — ведущий североамериканский журнал, посвященный металлообработке и формовке. Журнал публикует новости, технические статьи и примеры из практики, которые позволяют производителям более эффективно выполнять свою работу. FABRICATOR работает в отрасли с 1970 года.
Теперь, благодаря полному доступу к цифровой версии журнала The FABRICATOR, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Цифровая версия журнала The Tube & Pipe Journal теперь полностью доступна, обеспечивая легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Получите полный доступ к цифровой версии журнала STAMPING Journal, в котором представлены последние технологические достижения, лучшие практики и новости отрасли для рынка штамповки металла.
Теперь, благодаря полному доступу к цифровой версии журнала The Fabricator en Español, вы получаете легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.