Технологические особенности гибки металов

Гибка металлов: методы и технологические особенности

ВВЕДЕНИЕ

«Гибка» звучит как простой процесс, но в действительности, он очень сложен.

«Лист» и «гибка» не очень ассоциируются с высокой технологией. Однако, для того, чтобы гнуть «непослушный» лист необходимы специальные знания и большой опыт. Объясните техническому специалисту, который не знаком с листовым металлом, что в нашем высокотехничном мире невозможно постоянно получать при гибке угол 90°, не меняя параметров настройки. То получается, а то – нет!

Без изменения программы угол будет меняться, если, например, лист толщиной 2 мм сделан из нержавеющей стали или алюминия, если его длина – 500 мм, 1000 мм или 2000 мм, если гибка производится вдоль или поперек волокон, если линия гибки находится в окружении пробитых или прорезанных лазером отверстий, если лист имеет различную упругую деформацию, если поверхностное упрочнение, вследствие пластической деформации, сильнее или слабее, если… если…

«Гибка» звучит как простой процесс, но в действительности, он очень сложен. Настоящее практическое руководство, подготовленное компанией «ТБС ГРУПП», поможет вам увидеть трудности, но не путем сложных формул, а ориентированным на практическое применение обзором. Здесь намеренно не даны ссылки ни на одного производителя гибочных прессов. Лист не волнуют никакие ценовые аргументы, даже если каталог пестрит замечательными цветами и многообещающими перспективами.

Тем не менее, в течение последних лет, производители прессов приложили много усилий, чтобы сделать процесс формообразования более гибким и более производительным. Следует отдать должное тому, кто заслуживает этого! Мы говорим о действительно высоких технологиях! Но давайте будем реалистичными: традиционные старые гибочные прессы с механическим стопором в цилиндрах и синхронизирующим валом все еще пользуются спросом во всем мире. Задача «ТБС ГРУПП» – дать объективный совет заинтересованным заказчикам. Отправной точкой является конкретная задача гибки, а не тип станка. Простой традиционный станок или высокая технология гибки? Ответ должен быть найдет вместе. Инвестиции – только тогда эффективны, когда и технический, и экономический аспекты убедительны. Принимая все вышесказанное во внимание, перейдем к главному.

  1. Какой метод гибки выбрать?

Различается 2 основных метода:

Мы говорим о «воздушной гибке» или «свободной гибке», если между листом стенками V-образной матрицы существует воздушный зазор. В настоящее время это наиболее распространенный метод.

Если лист прижат полностью к стенкам V-образной матрицы, мы называем этот метод «калибровкой». Несмотря на то, что этот метод является достаточно старым, он используется и даже должен использоваться в определенных случаях, которые мы рассмотрим далее.

  1. Свободная гибка

Обеспечивает гибкость, но имеет некоторые ограничения по точности.

Основные черты:

Траверса с помощью пуансона вдавливает лист на выбранную глубину по оси Y в канавку матрицы. Лист остается «в воздухе» и не соприкасается со стенками матрицы. Это означает, что угол гибки определяется положением оси Y, а не геометрией гибочного инструмента.

Точность настройки оси Y на современных прессах – 0,01 мм. Какой угол гибки соответствует определенному положению оси Y? Трудно сказать, потому что нужно найти правильное положение оси Y для каждого угла. Разница в положении оси Y может быть вызвана настройкой хода опускания траверсы, свойствами материала (толщина, предел прочности, деформационное упрочнение) или состоянием гибочного инструмента.

Приведенная ниже таблица показывает отклонение угла гибки от 90° при различных отклонениях оси Y

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, 86° или 28°) и 180°.
  • Меньшие затраты на инструмент.
  • По сравнению с калибровкой требуется меньшее усилие гибки.
  • Можно «играть» усилием: большее раскрытие матрицы означает меньшее усилие гибки. Если вы удваиваете ширину канавки, вам необходимо только половинное усилие. Это означает, что можно гнуть более толстый материал при большем раскрытии с тем же усилием.
  • Меньшие инвестиции, так как нужен пресс с меньшим усилием.

Все это, однако, теоретически. На практике вы можете потратить деньги, сэкономленные на приобретении пресса с меньшим усилием, позволяющего использовать все преимущества воздушной гибки, на дополнительное оснащение, такое как, дополнительные оси заднего упора или манипуляторы.

Недостатки воздушной гибки:

  • Менее точные углы гибки для тонкого материала.
  • Различия в качестве материала влияют на точность повторения.
  • Не применима для специфических гибочных операций.

Наш совет:

1) Воздушную гибку желательно применять для листов толщиной свыше 1,25 мм; для толщины листа 1 мм и менее рекомендуется использовать калибровку.

 

2) Наименьший внутренний радиус гибки должен быть больше толщины листа. Если внутренний радиус должен быть равен толщине листа – рекомендуется использовать метод калибровки. Внутренний радиус меньше толщины листа допустим только на мягком легко деформируемым материале, например меди.

3) Большой радиус может быть получен воздушной гибкой путем использования пошагового перемещения заднего упора. Если большой радиус должен быть высокого качества, рекомендуется только метод калибровки специальным инструментом.

Kакое усилие?

По причине различных свойств материала и последствий пластичной деформации в зоне гибки, определить требуемое усилие можно только примерно.

Предлагаем вам 3 практических способа:

(1) таблица

В каждом каталоге и на каждом прессе вы можете найти таблицу, показывающую требуемое усилие (P) в кН на 1000 мм длины гиба (L) в зависимости от:

  • толщины листа (S) в мм
  • предела прочности (Rm) в Н/мм2
  • V – ширины раскрытия матрицы (V) в мм
  • внутреннего радиуса согнутого листа (Ri) в мм
  • минимальной высоты отогнутой полки (B) в мм

Пример подобной таблицы:

(2) формула

1,42 – это эмпирический коэффициент, который учитывает трение между кромками матрицы и обрабатываемым материалом.

Другая формула дает похожие результаты:

(3) «Правило 8»

При гибке низкоуглеродистой стали ширина раскрытия матрицы должна в 8 раз превосходить толщину листа (V=8*S), тогда P=8*S, где P выражается в тоннах (например: для толщины 2 мм раскрытие матрицы V=2*8=16 мм означает, что вам необходимо 16 тонн/м)

Усилие и длина гиба

Длина гиба пропорциональна усилию, т.e. усилие достигает 100% только при длине гиба 100%. Например:

Усилие Длина гиба
100% 3.000 мм
75% 2.250 мм
50% 1.500 мм
25% 750 мм

Наш совет:

Если материал ржавый или не смазан, следует добавлять 10-15% к усилию гиба.

Толщина листа (S)

DIN позволяет значительное отклонение от номинальной толщины листа (например, для толщины листа 5 мм норма колеблется между 4,7 и 6,5 мм). Следовательно, вам нужно рассчитывать усилие только для реальной толщины, которую вы измерили, или для максимального нормативного значения.

Предел прочности на растяжение (Rm)

Здесь также допуски являются значительными и могут оказывать серьезное влияние при расчете требуемого усилия гиба. Например:

St 37-2: 340 — 510 Н/мм2
St 52-3: 510 — 680 Н/мм2

Наш совет:

Не экономьте на усилии гиба! Предел прочности на растяжение пропорционален усилию гиба и не может быть подогнан, когда вам это нужно!

Реальные значения толщины и предела прочности являются важными факторами при выборе нужного станка с нужным номинальным усилием.

V – раскрытие матрицы

По эмпирическому правилу, раскрытие V-образной матрицы должно восьмикратно превосходить толщину листа S до S=6 мм:
V=8*S

Для большей толщины листа необходимо:
V=10*S или V=12*S

Раскрытие V-образной матрицы обратно пропорционально требуемому усилию:

  • Большее раскрытие означает меньшее усилие гиба, но больший внутренний радиус;
  • Меньшее раскрытие означает большее усилие, но меньший внутренний радиус.

Внутренний радиус гиба (Ri)

При применении метода воздушной гибки большая часть материала подвергается упругой деформации.

После гибки материал возвращается в свое первоначальное состояние без остаточной деформации («обратное пружинение»).

В узкой области вокруг точки приложения усилия материал подвергается пластической деформации и навсегда остается в таком состоянии после гибки.

Материал становится тем прочнее, чем больше пластическая деформация. Мы называем это «деформационным упрочнением».

Так называемый «естественный внутренний радиус гибки» зависит от толщины листа и раскрытия матрицы. Он всегда больше чем толщина листа и не зависит от радиуса пуансона.

Чтобы определить естественный внутренний радиус, мы можем использовать следующую формулу:

В случае V=8*S, мы можем сказать Ri=S*1,25

Мягкий и легкодеформируемый металл допускает меньший внутренний радиус.

Если радиус слишком маленький, материал может быть смят на внутренней стороне и растрескаться на внешней стороне гиба.

Наш совет:

Если вам нужен маленький внутренний радиус, гните на медленной скорости и поперек волокон.

Минимальная полка (B)

Во избежание проваливания полки в канавку матрицы, необходимо соблюдать следующую минимальную ширину полки:

Угол гиба В
165° 0,58 V
135° 0,60 V
120° 0,62 V
90° 0,65 V
45° 1,00 V
30° 1,30 V

Упругая деформация

Часть упруго деформированного материала «спружинит» обратно после того, как усилие гиба будет снято. На сколько градусов? Это уместный вопрос, потому что важен только реально полученный угол гиба, а не рассчитанный теоретически. Большинство материалов имеют достаточно постоянную упругую деформацию. Это означает, что материал той же толщины и с тем же пределом прочности спружинит на одинаковую величину при одинаковом угле гибки.

Упругая деформация зависит от:

  • угла гибки: чем меньше угол гибки, тем больше упругая деформация;
  • толщины материала: чем толще материал, тем меньше упругая деформация;
  • предела прочности на растяжение: чем выше предел прочности, тем больше упругая деформация;
  • направление волокон: упругая деформация различна при гибке вдоль или поперек волокон.

Продемонстрируем сказанное выше для предела прочности, измеряемого при условии V=8*S:

Предел прочности в Н/мм2 Упругая деформация в °
200 0,5 – 1,5
250 1 – 2
450 1,5 – 2,5
600 3 – 4
800 5 – 6

Все производители гибочного инструмента учитывают упругую деформацию, когда предлагают инструмент для свободной гибки (например, угол раскрытия 85° или 86 ° для свободных гибов от 90° до 180°).

  1. Калибровка

Точный – но негибкий способ

При этом методе угол гиба определен усилием гиба и гибочным инструментом: материал зажат полностью между пуансоном и стенками V-образной матрицы. Упругая деформация равняется нулю и различные свойства материала практически не влияют на угол гиба.

Рассчитать требуемое усилие гиба очень трудно. Самый надежный способ – выяснить необходимое усилие путем пробной гибки короткого образца на испытательном гидравлическом прессе.

Грубо говоря, усилие калибровки в 3 – 10 раз выше усилия свободной гибки.

Преимущества калибровки:

  • точность углов гиба, несмотря на разницу в толщине и свойствах материала;
  • маленький внутренний радиус;
  • большой внешний радиус;
  • Z-образные профили;
  • глубокие U-образные каналы;
  • возможно выполнение всех специальных форм для толщины до 2 мм с помощью стальных пуансонов и матриц из полиуретана;
  • превосходные результаты на гибочных прессах, не имеющих точности, достаточной для свободной гибки.

Недостатки калибровки:

  • требуемое усилие гиба в 3 – 10 раз больше, чем при свободной гибке;
  • нет гибкости: специальный инструмент для каждой формы;
  • частая смена инструмента (кроме больших серий).

II . Какой гибочный пресс выбрать?

Традиционные механические прессы используются все реже и только для специальных штамповочных работ на длинных заготовках.

В последние годы некоторые производители предлагают также отличные электромеханические гибочные прессы с несколькими осями заднего упора, управляемыми от ЧПУ.

Среди гидравлических прессов можно найти большое разнообразие моделей с 1, 2 или даже 4 цилиндрами, с траверсой, двигающейся вниз («ход вниз») или столом, двигающимся вверх («ход вверх»). Мы остановим внимание на 2 группах гидравлических гибочных прессов, наиболее широко применяемых во всем мире.

Контраст между ними очевиден: с одной стороны – прессы, основанные на старой, но все еще хорошей технологии, с другой стороны – прессы, использующие последние достижения техники.

Власть рынка велика. Поэтому многие производители предлагают обе группы прессов, чтобы отвечать разнообразным потребностям своих потенциальных покупателей.

Давайте рассмотрим обе группы:

  1. Гидравлический гибочный пресс с механическим остановом

Гидравлические гибочные прессы с 2 цилиндрами сверху («ход вниз»). Выравнивание траверсы осуществляется либо гидравлически, либо механически при помощи торсиона соответствующего размера на задней стороне пресса. 2 механических стопора в цилиндрах настраиваются вручную или с помощью привода, на требуемое положение оси Y. Это технология, по крайней мере, 30-ти летней давности.

Простое числовое управление помогло этому типу прессов продолжать пользоваться спросом во всем мире независимо от уровня индустриального развития рассматриваемой страны. Положение оси Y для определенного угла хранится в памяти и комбинируется с положением заднего упора (ось X) с помощью простой программы. Один – два угла гибки на деталь… зачем вкладывать деньги в сложные станки, если есть уверенность (!), что этого типа достаточно для выполнения гибки в настоящем и будущем?

И еще не забывайте:

Большое количество профилей может быть получено только с помощью специального инструмента путем калибровки.

Как мы видели, в таких случаях важны усилие и форма инструмента, а не высокая точность выставления и повторения оси Y (Y1-Y2) – положения траверсы.

  1. Гидравлический гибочный пресс с ЧПУ и серво-гидравликой

Несомненна тенденция движения к гибочным прессам с ЧПУ и серво-гидравликой, выполненных по схеме («ход вниз»).

Положение траверсы управляется по замкнутой цепи. Цилиндры работают синхронно с высокой степенью точности. Положение осей Y1 и Y2 измеряется под каждым цилиндром с точностью 5 мкм и передается в ЧПУ.

 

 

Управляемая ЧПУ система заднего упора предлагается для следующих осей:

  • X-R
  • X1-X2-R
  • X-R Z1-Z2
  • X1-X2-R-Z1-Z2
  • X1-X2-R1-R2-Z1-Z2

ЧПУ

Delem и Cybelec являются поставщиками графических управляющих устройств, используемых многими производителями гибочных прессов. Некоторые производители прессов разработали свои собственные ЧПУ.

Все из них высокотехнологичны и доступны в двумерной или трехмерной версиях. Они предлагают вам оптимальную последовательность гибки, вы можете имитировать весь процесс гибки, проверить, не задевает ли деталь части пресса или инструмента, рассчитать длину развертки профиля.

Программирование может быть выполнено на станке в цеху или на ПК с программным обеспечением CAM, предлагаемым всеми производителями прессов.

Специальные возможности

Большинство производителей принимают во внимание специальные требования заказчиков, например: увеличенный ход траверсы, увеличенное расстояние между столом и траверсой, увеличенная глубина зева, боковые удлинения стола и траверсы с одной или обеих сторон для изготовления больших U-образных профилей.

Наш совет:

Решающей является стоимость рабочего времени!

Высокоскоростные перемещения траверсы и осей заднего упора – это только небольшая часть общего времени производства.

Чтобы реально оценить эффективность своих вложений, необходимо учитывать другие временные факторы, такие как:

  • время программирования на прессе или ПК;
  • настройка пресса;
  • смена инструмента;
  • дружественность программного обеспечения;
  • эргономические аспекты;
  • перемещение материала;
  • хранение и перемещение инструментов;
  • устройства защиты (согласно национальным нормам и нормам СЕ).

Обзор осей

Y1 – Y2

Настройка глубины с точностью 0,01 мм синхронизация обоих цилиндров наклон траверсы для коррекции и специальных гибов.

Перемещение траверсы:

  • быстрая скорость холостого хода до точки начала рабочего хода (точка безопасности), непосредственно перед прикосновением пуансона к листу;
  • рабочая скорость с программируемым значением от минимального до максимального;
  • время выдержки усилия;
  • медленный отход (расстояние и скорость);

скорость возврата.

X

Горизонтальная настройка параллельности заднего упора.

X1-X2

Настройка наклона заднего упора в горизонтальной плоскости.

R

Вертикальная настройка заднего упора.

R1-R2

Независимая вертикальная настройка пальцев заднего упора.

Z1-Z2

Независимая настройка пальцев заднего упора

Вышеуказанные обозначения осей приняты во всем мире и используются всеми производителями.

Но есть также оси для той же цели, но с другими наименованиями или без них.

Примеры осей ЧПУ без общепринятого наименования

Бомбирование

Каждый пресс под нагрузкой деформируется. В пределах определенного диапазона (примерно: 70% номинального усилия) расстояние между пуансоном и матрицей более или менее равно по всей длине (= точный угол гибки по всей длине). Вне этого диапазона расстояние между пуансоном и матрицей по длине меняется (= угол гибки меняется).

Чтобы компенсировать эту деформацию, производители предлагают в качестве стандартной конфигурации или опции 2 системы:

  • стол бомбирования: механическую систему с клиньями;
  • гидравлическую систему: 3 и более гидроцилиндра, расположенных под столом.

Задний упор на боковом удлинении

Система переднего упора с 1 или 2 осями

Передний гибочный суппорт с 1 или 2 осями

Примеры комбинаций:

  1. Гибочные прессы в тандеме

«Тандем» означает, что 2 синхронизированных гибочных пресса соединены. Вы удваиваете вашу производительность, когда работаете с каждым прессом отдельно. Вы можете сгибать очень длинные детали, когда работаете на обоих прессах вместе как на одном. В этом случае оба пресса синхронизированы электронно.

Так как длина гиба пропорциональна усилию гибки, можно порекомендовать приобретение 2 прессов с различной длиной. На более коротком станке, где усилие выше, можно гнуть более толстые листы. Более тонкие, но длинные листы могут быть согнуты на длинном станке, и оба станка в тандеме позволяют работать с очень длинными листами с толщиной, соответствующей общему усилию на общей длине (например: 1 пресс 8.000 кН с рабочей длиной 4.000 мм, 1 пресс 8.000 кН с рабочей длиной 6.000 мм, 2 пресса в тандеме –16.000 кН и общая рабочая длина 10.000 мм).

Наш совет:

Т.к. достаточно часто возникает необходимость изготавливать конические изделия, нужно обратить особое внимание на большую глубину зева, величину хода и расстояние между столом и траверсой.

ЗАМЕЧАНИЕ по гибке короткого и толстого материала:

Гибочный пресс не подходит для гибки короткого и толстого материала. Высокоточные шлифованные инструменты слишком дороги, чтобы повреждать их гибкой толстого материала на коротких длинах. Для этого на рынке существуют горизонтальные гидравлические прессы от 150 до 700 кН.

Они не только являются наиболее экономичными машинами для подобного типа гибочных работ (например, для плоской заготовки сечением 150*12 мм), но и позволяют использовать другие инструменты (для правки, резки, гибки труб или пробивки).

III . Какой гибочный инструмент выбрать?

  1. Общие замечания

Любой производитель гибочных прессов рассматривает свой инструмент как стандартный. Это означает: в зависимости от производителя прессов, каждый пуансон и каждая матрица с их собственными зажимами и собственной формой. Это очень неприятная ситуация для каждого покупателя, и мы все еще находимся достаточно далеко от единого международного стандарта.

Сейчас каждый производитель прессов предлагает адаптеры для инструментов своего конкурента (зачем терять заказ только потому, что покупатель хочет инструмент другой системы?).

Но все же есть надежда на создание международного стандарта:

Система инструмента типа «Promecam» и «Wila» все чаще предлагаются производителями гибочных прессов как опция к собственной системе.

Производители гибочного инструмента подчеркивают в своих каталогах важность стандартизации, продвигая «Wila» и/или «Promecam». В любом случае, 2 стандарта лучше чем 20!

При выборе инструмента важными являются следующие моменты:

  • Инструменты для свободной гибки – согласно стандарту каждого поставщика.
  • Инструменты для свободной гибки – согласно стандарту каждого поставщика, но с модификацией, необходимой пользователю (больший размер изогнутого инструмента для U-образных профилей, другой радиус, другая высота пуансона и матрицы, раскрытие матрицы).
  • Инструменты для калибровки.
  • Пуансоны для гибки: где зона действия усилия и линия действия усилия?
  • Предохранительный паз на пуансонах в соответствии с национальными стандартами безопасности.
  • Снятие пуансонов вбок.
  • Снятие пуансонов вперед (длина и вес каждого сегмента).
  • Разрезные пуансоны и матрицы.
  • Допустимая нагрузка на единицу длины для пуансонов и матриц.
  • Зажим пуансонов и матриц (механический, гидравлический, пневматический).
  • Из какого материала изготовлены инструменты и путем какой чистовой обработки (строгание, фрезерование, шлифование, упрочнение)?
  1. Инструменты для свободной гибки

Мы различаем следующие типы пуансонов (1) и матриц (2):

  • a. прямые пуансоны
  • b. изогнутые пуансоны
  • c. пуансоны с большими радиусами (сменными)
  • a. многоручьевые матрицы
  • b. одноручьевые матрицы
  • c. одноручьевые матрицы с пазом

2.d. смешанные типы матриц

  1. Инструменты для клибровки

Каждый производитель имеет опыт работы с заказчиком по специальному инструменту. Это база для работы с другими заказчиками, но не «стандарт».

Различают 2 группы:

  1. Пуансоны и матрицы из стали.

В этой группе вы сможете найти огромное разнообразие профилей, которые могут быть произведены только при помощи специальных деформирующих инструментов.

Некоторые формы могут быть также произведены с помощью свободной гибки. Но необходимо учитывать сложность получения точных углов на тонком материале.

Сплющивание требуется часто. Существует три основных типа инструментов:

  1. Пуансоны из стали, матрицы из полиуретана.

Деталь принимает точную форму пуансона.

Мы рекомендуем использовать такие инструменты при работе с мягкой сталью толщиной до 2 мм и до 1,5 мм нержавеющей стали.

Полиуретан может быть помещен в канавку матрицы или как прокладка в держатель.

Обратите внимание на высокие требования к усилию.

 

 

Добавить комментарий