Лекция: Гибка профилей и труб, гибка с растяжением и сжатием

Введение

Гибка профилей и труб является важной технологической операцией в холодной штамповке, позволяющей создавать сложные детали с высокой точностью и минимальной массой. Гнутые профили из листового и полосового проката широко применяются в машиностроении, строительстве, авиационной и автомобильной промышленности, обеспечивая снижение веса деталей и сборочных единиц. В данной лекции рассматриваются особенности гибки профилей и труб, включая сортамент, оборудование, проблемы пружинения, а также специфические методы гибки с растяжением и сжатием. Особое внимание уделяется технологическим аспектам, расчетам и способам повышения точности деталей.

Сортамент и применение гнутых профилей

Гнутые профили изготавливаются из рулонных заготовок толщиной 0,5–8 мм и шириной 30–1500 мм, преимущественно из углеродистых и низколегированных сталей. Сортамент включает:

• Сортовые профили: уголки, швеллеры, Z-образные профили.
• Листовые гофрированные профили: для повышения жесткости конструкций.
• Профили специального назначения: для конкретных конструктивных задач.

Применение гнутых профилей позволяет снизить массу деталей за счет оптимального распределения материала, сохраняя при этом высокую прочность и жесткость. Они используются в каркасах машин, строительных конструкциях, кузовах транспортных средств и других изделиях.

Оборудование и методы гибки профилей и труб

Гибка профилей и труб осуществляется на различном оборудовании в зависимости от формы, размеров, толщины материала и масштаба производства:

• Универсальные штампы на листогибочных прессах: для мелкосерийного производства.
• Листогибочные машины с поворотным столом: для гибки деталей сложной формы.
• Профилегибочные станы: для массового производства профилей с высокой точностью.
• Универсально-гибочные автоматы: для изготовления деталей из проволоки (диаметром до 6 мм) и ленты (толщиной до 2 мм, шириной до 70 мм), включая соединение кромок швом в замок или прошивкой.

Выбор оборудования определяется технологическими требованиями, такими как сложность профиля, точность размеров и объем производства. Универсально-гибочные автоматы обеспечивают высокую производительность, стойкость инструмента и экономное использование материала.

Проблемы при гибке профилей и труб

Гибка профилей и труб связана с рядом технологических сложностей, отличающих ее от гибки листового материала:

1. Пружинение: Упругие деформации приводят к изменению формы детали после разгрузки, снижая точность.
2. Разнообразие поперечных сечений: Усложняет разработку универсальных штампов и требует индивидуальных решений.
3. Неустойчивость стенок профиля: Образование складок в зоне сжатия из-за потери устойчивости.
4. Локальные деформации: Наружные слои профиля подвергаются значительным растягивающим деформациям, что может привести к трещинам.
5. Деформация поперечного сечения: Изменение формы сечения (например, овальность при гибке труб).
6. Неточность заготовок: Колебания толщины и свойств материала усложняют расчеты.
7. Высокая жесткость заготовок: Требует мощного оборудования.
8. Скручивание профиля: При гибке несимметричных профилей или вдоль неглавной оси.
9. Долгая разработка прототипов: Настройка параметров может занимать до 5 месяцев.
10. Сложность управления: Современные станки требуют контроля до 20 приводных осей даже для простых профилей.

Для решения этих проблем применяются специальные приемы и оборудование, такие как гибка с растяжением или сжатием, а также автоматизированные системы управления.

Гибка с растяжением

Сущность процесса

Гибка с растяжением применяется для деталей с большим радиусом изгиба и малой кривизной, где обычная гибка приводит к значительному пружинению. В этом методе к заготовке прикладываются продольные растягивающие силы одновременно с изгибающим моментом (см. Рис. 6.18). Это уменьшает изгибающий момент и упругие деформации, повышая точность размеров детали.

Преимущества гибки с растяжением:

• Снижение пружинения за счет однородных растягивающих напряжений.
• Исключение складок на вогнутой поверхности благодаря растяжению всех слоев.
• Возможность получения деталей с большими радиусами изгиба.

Изгибающий момент при гибке с растяжением рассчитывается как:

M = M_s — M_N

где M_s — момент от окружных напряжений σθ, M_N — момент от продольной силы N. Для заготовки единичной ширины:

M = σs (s²/4 — N s / (4 σs))

где σs — предел текучести, s — толщина заготовки, N — растягивающая сила.

При увеличении N момент M уменьшается, что снижает упругие деформации. При M = 0 все слои заготовки растягиваются, а угловые деформации практически отсутствуют, обеспечивая высокую точность.

Особенности деформации

• Смещение нейтрального слоя: При гибке с растяжением нейтральный слой смещается к центру кривизны. При значительном N он может совпадать с внутренней поверхностью заготовки или выходить за пределы сечения, обеспечивая только растягивающие напряжения.
• Пластические деформации: Для полной пластической деформации заготовку растягивают на 4–5% от исходной длины.
• Остаточное пружинение: Хотя пружинение минимально, оно не исключается полностью из-за различного упрочнения наружных и внутренних слоев.

Технология и оборудование

В массовом производстве гибка с растяжением выполняется в штампах с боковыми ползунами, которые растягивают заготовку за счет сил трения при движении матрицы. Чаще используются специализированные машины, где заготовка:

1. Растягивается до заданного усилия.
2. Изгибается вокруг шаблона, повторяющего форму детали.

Альтернативная последовательность: сначала гибка, затем растяжение. Такие машины автоматизированы, работают по заданной программе и подходят для деталей из ленты и штучных заготовок.

Гибка с продольным сжатием

Сущность процесса

Гибка с продольным сжатием применяется для получения двухугловых деталей с малыми радиусами изгиба. Сжимающие продольные силы уменьшают изгибающий момент, что повышает точность размеров и позволяет достигать радиусов изгиба меньше толщины заготовки (при σсж = σs).

Преимущества:

• Повышение точности за счет снижения пружинения.
• Возможность получения малых радиусов изгиба.
• Исключение локальных деформаций в зоне растяжения.

Особенности:

• Нейтральный слой смещается к выпуклой поверхности заготовки.
• При σсж = σs нейтральный слой совпадает с выпуклой поверхностью.

Технология

Гибка с сжатием выполняется в штампах или на специализированных машинах, где заготовка подвергается продольному сжатию одновременно с изгибом. Это требует точной настройки оборудования для контроля сжимающих сил и предотвращения потери устойчивости (складкообразования).

Технологические аспекты и точность

Точность при гибке профилей и труб

Точность деталей зависит от:

• Пружинения, особенно при больших радиусах изгиба.
• Однородности свойств материала и толщины заготовки.
• Конструкции штампа и точности его настройки.
• Жесткости оборудования и числа контролируемых осей.

Способы повышения точности

1. Гибка с растяжением или сжатием: Снижение изгибающего момента уменьшает пружинение.
2. Калибровка: Дополнительная операция для устранения остаточных деформаций.
3. Использование автоматизированных систем: Точный контроль параметров гибки.
4. Оптимизация конструкции штампа: Учет смещения нейтрального слоя и деформации сечения.
5. Применение смазки: Снижение трения для уменьшения локальных деформаций.

Виды брака и их устранение

1. Складки в зоне сжатия: Устраняются увеличением растягивающих сил или использованием приставок для стабилизации стенок.
2. Скручивание профиля: Решается выбором правильной оси гибки и использованием направляющих.
3. Трещины на наружных слоях: Устраняются увеличением радиуса изгиба или предварительным отжигом заготовки.
4. Неточность размеров: Корректируется калибровкой и точной настройкой штампа.

Контрольные вопросы

1. Какие типы гнутых профилей входят в сортамент, и из каких материалов они изготавливаются?
2. Какие виды оборудования используются для гибки профилей и труб? Как зависит выбор оборудования от масштаба производства?
3. Перечислите основные проблемы, возникающие при гибке профилей и труб, и способы их решения.
4. В чем заключается сущность гибки с растяжением? Как она влияет на пружинение?
5. Как рассчитывается изгибающий момент при гибке с растяжением? Какие параметры влияют на его величину?
6. Опишите смещение нейтрального слоя при гибке с растяжением и сжатием.
7. Какие преимущества дает гибка с продольным сжатием? Для каких деталей она применяется?
8. Как обеспечивается высокая точность при гибке профилей и труб?
9. Какие виды брака могут возникнуть при гибке профилей и как их устранить?
10. Как автоматизация влияет на эффективность и качество гибки профилей?