Начинается цикл операции гибки оправки. Оправка вставляется во внутренний диаметр трубы. Гибочная матрица (слева) определяет радиус. Зажимная матрица (справа) направляет трубу вокруг гибочной матрицы для определения угла.
Потребность в сложной гибке труб сохраняется во всех отраслях промышленности. Будь то конструктивные элементы, мобильное медицинское оборудование, рамы для квадроциклов или грузовых автомобилей или даже металлические защитные дуги в ванных комнатах — каждый проект уникален.
Достижение желаемых результатов требует хорошего оборудования и, особенно, соответствующих знаний. Как и любая другая производственная дисциплина, эффективная гибка труб начинается с основных принципов, фундаментальных концепций, лежащих в основе любого проекта.
Некоторые основные показатели помогают определить объем проекта по гибке труб или труб. Такие факторы, как тип материала, конечное использование и предполагаемое годовое использование, напрямую влияют на производственный процесс, связанные с этим затраты и сроки поставки.
Первым критическим стержнем является степень кривизны (DOB) или угол, образованный изгибом. Далее следует радиус осевой линии (CLR), который проходит вдоль осевой линии трубы или трубки, подлежащей изгибу. Обычно максимально достижимый CLR равен удвоенному диаметру трубы или трубки. Удвойте CLR, чтобы вычислить диаметр осевой линии (CLD), который представляет собой расстояние от оси осевой линии трубы или трубки до другой осевой линии изгиба на 180 градусов.
Внутренний диаметр (ID) измеряется в самой широкой точке отверстия внутри трубы или трубки. Наружный диаметр (OD) измеряется по самой широкой области трубы или трубки, включая стенку. Наконец, номинальная толщина стенки измеряется между внешней и внутренней поверхностями трубы или трубки.
Стандартный отраслевой допуск на угол изгиба составляет ±1 градус. У каждой компании есть внутренний стандарт, который может основываться на используемом оборудовании, а также опыте и знаниях оператора машины.
Трубы измеряются и котируются в соответствии с их наружным диаметром и калибром (то есть толщиной стенки). Обычные калибры включают 10, 11, 12, 13, 14, 16, 18 и 20. Чем меньше калибр, тем толще стенка: 10-ga. Трубка имеет стенку 0,134 дюйма и 20-ga. Трубка имеет стенку 0,035 дюйма. Внешний диаметр трубки 1½” и 0,035”. На печатной детали стенка обозначается как «1½-in». Трубка 20-ga.
Труба характеризуется номинальным размером трубы (NPS), безразмерным числом, описывающим диаметр (в дюймах), и таблицей толщины стенки (или Sch.). Трубы имеют различную толщину стенки в зависимости от их использования. Популярные сортаменты включают Sch.5, 10, 40 и 80.
На чертеже детали обозначена труба с внешним диаметром 1,66 дюйма и номинальным размером трубы 0,140 дюйма, за которой следует спецификация — в данном случае «трубы 1¼ дюйма шириной 40 дюймов». В таблице плана труб указаны наружный диаметр и толщина стенки соответствующего номинального размера трубы и плана.
Фактор стенки, представляющий собой соотношение между наружным диаметром и толщиной стенки, является еще одним важным фактором для отводов. Использование тонкостенных материалов (равных или ниже 18 калибра) может потребовать большей поддержки на дуге изгиба для предотвращения образования складок или провисания. В этом случае для качественной гибки потребуются оправки и другие инструменты.
Другим важным элементом является изгиб D, диаметр трубы по отношению к радиусу изгиба, часто называемый радиусом изгиба, во много раз больше значения D. Например, радиус изгиба 2D составляет 3 дюйма, а наружный диаметр трубы — 6 дюймов. Чем выше D изгиба, тем легче сформировать изгиб. И чем ниже коэффициент стенки, тем легче изгибать. Эта взаимосвязь между коэффициентом стенки и изгибом D помогает определить, что требуется для начала проекта по изгибу трубы.
Рисунок 1. Чтобы рассчитать процент овальности, разделите разницу между максимальным и минимальным внешним диаметром на номинальный внешний диаметр.
Некоторые проектные спецификации предусматривают использование более тонких труб или трубопроводов для управления материальными затратами. Однако более тонкие стенки могут потребовать больше времени на производство для сохранения формы и однородности трубы на изгибах и исключения вероятности образования складок. В некоторых случаях эти повышенные трудозатраты перевешивают экономию материалов.
При изгибе трубки она может потерять 100% своей круглой формы вблизи изгиба и вокруг него. Это отклонение называется овальностью и определяется как разница между наибольшим и наименьшим размерами внешнего диаметра трубки.
Например, труба с внешним диаметром 2 дюйма может иметь размер до 1,975 дюйма после изгиба. Эта разница в 0,025 дюйма представляет собой коэффициент овальности, который должен находиться в пределах допустимых отклонений (см. рисунок 1). В зависимости от конечного использования детали допуск на овальность может составлять от 1,5% до 8%.
Основными факторами, влияющими на овальность, являются D изгиба и толщина стенки. Гибка тонкостенных материалов с малым радиусом может оказаться сложной задачей, поскольку необходимо сохранить овальность в пределах допуска, но это возможно.
Овальность контролируется путем помещения оправки в трубу или трубопровод во время гибки или, в некоторых спецификациях деталей, с помощью трубок (DOM), натянутых на оправку с самого начала. (Трубки DOM имеют очень жесткие допуски по внутреннему и внешнему диаметру.) Чем ниже допуск по овальности, тем больше требуется оснастки и потенциального времени производства.
При гибке труб используется специализированное контрольно-измерительное оборудование для проверки соответствия формованных деталей спецификациям и допускам (см. рисунок 2). При необходимости любые необходимые корректировки можно перенести на станок с ЧПУ.
Прокатка. Идеально подходит для изготовления изгибов большого радиуса, гибка вальцами подразумевает подачу трубы или шланга через три ролика в треугольной конфигурации (см. рисунок 3). Два внешних ролика, обычно фиксированные, поддерживают нижнюю часть материала, в то время как внутренний регулируемый ролик давит на верхнюю часть материала.
Гибка под давлением. В этом довольно простом методе гибочная матрица остается неподвижной, в то время как контрматрица сгибает или сжимает материал вокруг приспособления. В этом методе не используется оправка, и требуется точное соответствие гибочной матрицы желаемому радиусу изгиба (см. рисунок 4).
Скручивание и изгиб. Одной из наиболее распространенных форм гибки труб является ротационная гибка растяжением (также известная как гибка на оправке), при которой используются гибочные и прессовые штампы и оправки. Оправки представляют собой металлические стержневые вставки или сердечники, которые поддерживают трубу или трубку при изгибе. Использование оправки предотвращает смятие, сплющивание или сморщивание трубы во время изгиба, тем самым сохраняя и защищая форму трубы (см. рисунок 5).
Эта дисциплина включает в себя многорадиусную гибку для сложных деталей, требующих двух или более радиусов осевой линии. Многорадиусная гибка также отлично подходит для деталей с большими радиусами осевой линии (жесткая оснастка может оказаться невозможным вариантом) или сложных деталей, которые необходимо формовать за один полный цикл.
Рисунок 2. Специализированное оборудование обеспечивает диагностику в режиме реального времени, помогая операторам подтверждать спецификации деталей или вносить необходимые исправления в ходе производства.
Для выполнения этого типа гибки поворотный гибочный станок оснащен двумя или более наборами инструментов, по одному для каждого требуемого радиуса. Индивидуальные настройки на двухголовочном листогибочном прессе — один для гибки вправо, а другой для гибки влево — могут обеспечивать как малые, так и большие радиусы на одной и той же детали. Переход между левым и правым коленами можно повторять столько раз, сколько необходимо, что позволяет полностью формировать сложные формы без снятия трубы или использования какого-либо другого оборудования (см. рисунок 6).
Для начала техник настраивает машину в соответствии с геометрией трубы, указанной в листе данных гибки или производственной распечатке, вводя или загружая координаты из распечатки вместе с данными о длине, повороте и угле. Затем следует моделирование гибки, чтобы убедиться, что труба сможет свободно проходить мимо машины и инструментов во время цикла гибки. Если моделирование показывает столкновение или помехи, оператор настраивает машину по мере необходимости.
Хотя этот метод обычно применяется для деталей, изготовленных из стали или нержавеющей стали, его можно применять для большинства промышленных металлов, толщин стенок и длин.
Свободная гибка. Более интересный метод — свободная гибка, при которой используется штамп того же размера, что и сгибаемая труба (см. рисунок 7). Этот метод отлично подходит для угловых или многорадиусных изгибов, превышающих 180 градусов, с небольшим количеством прямых участков между каждым изгибом (традиционные вращательные гибы с растяжением требуют нескольких прямых участков для захвата инструментом). Свободная гибка не требует зажима, поэтому исключает любую возможность маркировки труб.
Тонкостенные трубки, часто используемые в оборудовании для производства продуктов питания и напитков, компонентах мебели, а также медицинском или медицинском оборудовании, идеально подходят для свободной гибки. И наоборот, детали с более толстыми стенками могут оказаться неподходящими кандидатами.
Для большинства проектов по гибке труб требуются инструменты. При ротационной гибке растяжением тремя наиболее важными инструментами являются гибочные штампы, пресс-формы и зажимные штампы. В зависимости от радиуса изгиба и толщины стенки для достижения приемлемых изгибов могут также потребоваться оправка и матрица-очиститель. Для деталей с несколькими изгибами требуется цанга, которая захватывает и аккуратно закрывает внешнюю часть трубы, вращается по мере необходимости и перемещает трубу к следующему изгибу.
Основой процесса является изгибание штампа для формирования радиуса центральной линии детали. Вогнутый канал штампа соответствует внешнему диаметру трубы и помогает удерживать материал при изгибе. В то же время пресс-форма удерживает и стабилизирует трубу, когда она наматывается на гибочный штамп. Зажимной штамп работает совместно с пресс-формой, удерживая трубу на прямом участке гибочного штампа во время ее перемещения. Вблизи конца гибочного штампа используйте шаберную форму, когда необходимо сгладить поверхность материала, поддержать стенки трубы и предотвратить образование складок и полос.
Оправки, вставки из бронзового сплава или хромированной стали для поддержки труб или трубок, предотвращения смятия или перегиба трубок и минимизации овальности. Наиболее распространенным типом является шаровая оправка. Идеально подходящая для многорадиусных изгибов и для заготовок со стандартной толщиной стенок, шаровая оправка используется в тандеме с очистителем, приспособлением и пресс-формой; вместе они увеличивают давление, необходимое для удержания, стабилизации и сглаживания изгиба. Оправка-заглушка представляет собой сплошной стержень для колен большого радиуса в толстостенных трубах, которым не требуются очистители. Формовочные оправки представляют собой сплошные стержни с загнутыми (или сформированными) концами, используемые для поддержки внутренней части толстостенных трубок или трубок, изогнутых до среднего радиуса. Кроме того, для проектов, требующих квадратных или прямоугольных труб, требуются специальные оправки.
Для точной гибки требуются соответствующие инструменты и настройка. Большинство компаний, занимающихся гибкой труб, имеют инструменты на складе. Если их нет в наличии, необходимо приобрести инструменты, соответствующие определенному радиусу изгиба.
Первоначальная плата за создание гибочного штампа может существенно различаться. Эта единовременная плата покрывает расходы на материалы и время производства, необходимые для создания требуемых инструментов, которые обычно используются для последующих проектов. Если конструкция детали гибкая с точки зрения радиуса изгиба, разработчики продукта могут скорректировать свои спецификации, чтобы воспользоваться имеющимся у поставщика гибочным инструментом (вместо использования нового инструмента). Это помогает контролировать затраты и сокращать сроки выполнения заказа.
Рисунок 3. Идеально подходит для производства изгибов большого радиуса, гибки вальцами для формирования трубы или трубки с тремя роликами в треугольной конфигурации.
Определенные отверстия, пазы или другие элементы на изгибе или рядом с ним добавляют вспомогательную операцию к работе, поскольку лазер должен быть разрезан после того, как труба согнута. Допуски также влияют на стоимость. Очень сложные работы могут потребовать дополнительных оправок или штампов, что может увеличить время настройки.
При поиске индивидуальных колен или отводов производителям необходимо учитывать множество факторов. Такие факторы, как инструменты, материалы, количество и трудозатраты, играют свою роль.
Несмотря на то, что методы и приемы гибки труб за прошедшие годы усовершенствовались, многие основы гибки труб остались прежними. Понимание основ и консультация со знающим поставщиком помогут вам добиться наилучших результатов.
FABRICATOR — ведущий североамериканский журнал в области металлообработки и металлообработки. Журнал публикует новости, технические статьи и примеры из практики, которые позволяют производителям выполнять свою работу более эффективно. FABRICATOR обслуживает отрасль с 1970 года.
Теперь с полным доступом к цифровой версии The FABRICATOR вы можете легко получить доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Электронная версия журнала The Tube & Pipe Journal теперь полностью доступна, обеспечивая легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Воспользуйтесь полным доступом к цифровому изданию журнала STAMPING, в котором представлены новейшие технологические достижения, передовой опыт и отраслевые новости для рынка штамповки металлов.
Теперь с полным доступом к цифровой версии The Fabricator на испанском языке вы получите легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.