Гибка профилей с растяжением
Формообразование сложнопрофильных деталей на автоматизированных профилегибочных машинах относится к операциям объемного совмещенного пластического формообразования. Заготовка подвергается существенным изменениям своей первоначальной формы (прямолинейной, реже — криволинейной) и испытывает значительные деформации и смещения сечений. Формообразованием на профилегибочных машинах в авиастроении изготовляются листовые и профильные заготовки. Процесс занимает одно из ведущих мест по трудоемкости в изготовлении самолета или другого изделия авиационной техники. Трудоемкость изготовления гнутых профилей составляет 25 — 27 % от общего объема. К формообразуемым деталям относят стрингеры, шпангоуты, пояса нервюр и лонжеронов.
Профилегибочные машины с ручным управлением получили широкое распространение в начале пятидесятых годов прошлого века в связи с началом выпуска цельнометаллических фюзеляжей самолетов. За счет ее использования в технологии изготовления сложнопрофильных деталей удалось предотвратить потерю устойчивости плоской формы профиля при формообразовании, повысить точность изготовления деталей из авиационных сплавов.
В последние тридцать лет исследовались вопросы теории процессов формообразования сложнопрофильных деталей методами гибки, поставлены и во многом решены задачи силового и координатного управления формообразованием. Так же разработана система автоматизированного проектирования и расчета технологических параметров процесса гибки с растяжением, проводились исследования процессов гибки с растяжением с применением дифференциального нагрева и устройства доводки внешнего слоя профиля с помощью раскатывающего ролика.
Однако вопросы автоматического управления формообразованием при гибке с растяжением, обеспечения универсальности и слабой зависимости от входных возмущающих факторов и параметров до сих пор были проработаны совершенно недостаточно. Существующее в производстве оборудование в основном реализует способ управления формообразованием по усилиям (давлению в полостях гидроцилиндров).
Автоматизированные профилегибочные машины, оснащенные датчиками линейных и угловых перемещений, получили возможность осуществления формообразования по перемещениям, а также по скоростям перемещений. В числе выпущенных и выпускаемых машин необходимо выделить ПГР-6, ПГР-7, ПГР-6А, ПГР-6АД. Последние две оснащены УЧПУ 2Р32М. Внедрение профилегибочных машин с числовым программным управлением, таких, как ПГР-6АД, при программировании методом обучения позволяет неограниченное число раз воспроизводить эмпирически подобранную программу перемещения рабочих органов по координатам.
При исследовании вопросов формообразования сложнопрофильных деталей на оборудовании гибки с растяжением учитывался опыт современного машиностроения, а также исследования в области пластического деформирования профильных заготовок из авиационных сплавов методами гибки. Необходимо отметить значительное число изобретений, посвященных схемным и конструктивным решениям оборудования гибки с растяжением.. Существует большое количество информационных материалов по близким аналогам процесса формообразования на гибочных машинах. К ним можно отнести публикации по металлорежущему, сварочному оборудованию, средствам автоматизации процессов производства, по другим близким тематикам.
Областью настоящего исследования является достаточно узкая специализация — формообразование на профилегибочных машинах.
Основными отличительными чертами рассматриваемых процессов формообразования являются приложение растягивающих усилий, выводящих материал заготовки в зону пластических деформаций, и использование шаблона или пуансона, задающих требуемый контур. Гибка с растяжением с опорой на пуансон позволяет значительно уменьшить пружинение детали, возникающее вследствие неравномерности изгибных нормальных напряжений по сечениям, а также повышать точность изготовления детали в поперечном сечении за счет предотвращения потери устойчивости плоской формы (закручивания, малковки, серповидности).
Особенности летательных аппаратов определяют конструкционные и обусловленные ими взаимнопротиворечивые требования к материалам. Как правило выбор материала в сторону улучшения конструкционных свойств приводит к возможному ухудшению показателей технологичности. В авиастроении применяются материалы с низким удельным весом и достаточной прочностью — алюминиевые, магниевые, титановые сплавы, упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой.
Число деталей из профилей может достигать десятков тысяч, общая их длина — до 30 км, размеры деталей от 25 до 1000 мм, масса может меняться от 0,01 до 25 кг. К числу технологических параметров относят пластичность, обрабатываемость резанием, свариваемость.
Среди причин и доминирующих факторов, влияющих на возникновение погрешности детали, связанных с заготовкой, можно выделить вариации размерно-механических параметров. К размерным параметрам относятся изменения размеров поперечных сечений по длине, толщины полки и другие, а также их различия в партии.
Изменение свойств материала заготовки связано со способом изготовления профиля (гибкой из листа на штампах, фрезерованием), а также термообработкой (отжигом, закалкой на воздухе или селитровой ванне). Для авиационных сплавов, упрочняемых термообработкой, в частности Д16Т, происходят значительные изменения механических свойств во времени, поэтому для этих сплавов разрешена гибка с растяжением в свежезакаленном состоянии только в течение первых двух часов. В соответствии с технологией, применяемой в авиационной промышленности, детали изготовляют обязательно партиями.
Формообразование заготовок производится при различной температуре в зависимости от требований технологического процесса. Применяется операция дополнительного нагрева заготовки до температуры 420 С0, при которой имеют место высокие пластические свойства заготовки, уменьшающие момент внутренних нагрузок.
Погрешности установки имеют как случайные, так и систематические составляющие. К ним, в частности, относятся погрешности установки по высоте, в горизонтальной плоскости, углы перекоса и наклона.
Применение смазки может оказывать различное влияние на точность и надежность процесса формообразования. Смазка при ориентации «полка внутрь» уменьшает остаточные деформации пружинения, для ориентации «полка наружу» — наоборот, может увеличить остаточные деформации.
К факторам технологической наследственности, которые в разное время и в разных условиях могут оказывать влияние на выходные параметры, относятся вариации механических свойств поверхностного слоя (в зависимости от способа предварительного формообразования), шероховатость поверхности, наличие смазки, технологических отверстий на концах профиля и другие.
Анализ причин погрешностей формообразования, связанных с обтяжным пуансоном, в свою очередь, проводится с учетом погрешностей изготовления его контура и базовых отверстий пуансона, случайным и систематическим смещением его сегментов друг относительно друга.
Также к влияющим факторам относится температура пуансона, что особенно важно при предварительном нагреве заготовки. Совершенно очевидно влияние износа контура пуансона и налипания на него посторонних частиц на точность формообразования.
Жесткость материала обтяжного пуансона, стыков соединения его сегментов также может влиять на изменение выходных параметров детали, причем в ряде случаев малая жесткость пуансона, особенно на его концах, приводит к уменьшению погрешностей формообразования.
В свою очередь погрешности установки оказывают различное влияние на возникновение погрешностей формообразования. Например, самоустанавливаемость в плоскости гибки пуансона для формообразования по усилиям практически не влияет на изменение остаточных деформаций. Наоборот, при управлении по перемещениям остаточные деформации увеличиваются для самоустанавливающихся пуансонов.
Погрешности установки разделяются на линейные, угловые, в плоскости и из плоскости гибки, комбинированные.
Различные причины, связанные с исполнительными устройствами оборудования гибки с растяжением, также влияют на снижение точности и надежности формообразования. Вполне очевидно влияние температуры узлов, а также температуры рабочей жидкости. Геометрические параметры, износ подшипников, кулачков патронов, вылет зажимных патронов, деформации узлов оказывают влияние на точность в зависимости от конкретных условий и способа управления формообразованием по перемещениям, усилиям, скоростям и моментам.
К погрешности настройки кинематической схемы могут быть отнесены погрешности задания расстояния между центрами качания крыльев, диапазон рабочих перемещений зажимных патронов и другие.
Влияние условий формообразования также во многом задает априорную неопределенность реализации процесса. Температура внешней среды влияет на точность формообразования опосредовано, через температуру заготовки, пуансона, углов и рабочей жидкости.
Трение между заготовкой и пуансоном и их взаимная ориентация изменяют напряженно-деформированное состояние контактирующего слоя профиля, положение нейтрального слоя и, следовательно, необходимое усилие растяжения. Закрепление профиля предотвращает перетягивание одного гидроцилиндра другим, уменьшает деформации пуансона и снижает влияние нежелательных динамических режимов.
Программно-математическое обеспечение УЧПУ, система автоматизированного проектирования, система активного контроля точностью обработки партии деталей также оказывают влияние на выходные параметры процесса формообразования через параметры силового нагружения. Однако это влияние имеет ряд специфических особенностей, связанных с заданием количества опорных точек в управляющей программе, погрешностями задания управляющих параметров в УП, погрешности интерполяции и др.
Функционирование системы контроля в целом повышает точность формообразования, однако погрешности измерения, неоптимальное формирование корректирующих приращений и погрешности отработки управляющих параметров уменьшают потенциальные возможности системы контроля.
Одним из слабых мест технологии гибки на профилегибочных машинах является необходимость регулировки гидроаппаратуры, например, электрогидроусилителей, требующая высокой квалификации обслуживающего персонала.
Последовательность приложения нагрузок вида «изгиб — растяжение», «растяжение — изгиб», «растяжение — изгиб — растяжение» может иметь различные результаты по увеличению или уменьшению погрешностей формообразования в зависимости от угла гибки, условий формообразования и других факторов. В частности, последовательность «изгиб — растяжение» позволяет достичь наибольшей точности на малых углах гибки. Выбор и задание регулируемых направляющих параметров (момента, скорости, перемещения, силы) в зависимости от входных факторов может оказывать влияние различной степени на вариации выходных параметров.
Условие освобождения профиля, ориентированного «полкой внутрь», могут привести к растяжению профиля или боковому изгибу. Рекомендуется освобождать профиль из пуансона ударами по торцу детали в осевом направлении. Прикатка доводочным устройством внешнего слоя профиля может привести к различным результатам в зависимости от числа проходов и усилия прижима ролика.
При формообразовании могут иметь место кратковременные нестационарные и динамические процессы, они приводят к возникновению отклонений от нормального режима, или даже к аварийной ситуации. В основном эти явления возникают при отладке управляющей программы. При воспроизведении отлаженной программы вероятность их возникновения достаточно низка.
Вывод: На основе выполненных исследований произведен анализ управления формообразованием сложнопрофильных деталей на автоматизированных профилегибочных машинах.
Литература:
- Гибка с растяжением // Энциклопедия по машиностроению XXL. URL: https://mash-xxl.info/info/292689/ (дата обращения: 5.06.2017).
Основные термины (генерируются автоматически): формообразование, растяжение, погрешность установки, точность формообразования, машина, рабочая жидкость, различное влияние, обтяжной пуансон, способ управления, уменьшение погрешностей формообразования.
Источник
У изготовленных деталей обычно две кромки остаются неизогнутыми. Поэтому перед гибкой обе кромки листовой заготовки предварительно подгибают на станке с помощью подкатных полос.
Перед началом работы валки тщательно протирают замшей.
При гибке деталей цилиндрической формы листовую заготовку закладывают в валки так, чтобы кромка заготовки перекрыла ось заднего нижнего валка. Нажатием на кнопку включения вращения валков «вперед» рабочий включает электродвигатель привода валков и производит гибку деталей.
Для снятия изготовленной детали с верхнего валка переводят рукоятку подъема и опускания траверсы в положение «верх».
Одинаковые цилиндрические детали с переменными радиусами кривизны обычно гнут на этом станке по копирам.
Работу на станке при гибке деталей по копиру выполняют в такой последовательности:
1. Опускают траверсу так, чтобы зазор между верхними и нижними валками был не более 30-40 мм.
2. Помещают листовую заготовку между валками.
3. Устанавливают копировальный ролик в исходное положение.
4. Ставят рукоятку на пульте управления в положение «два насоса».
5. Регулируют давление масла в гидравлической сети по манометрам на пульте управления.
6. Включают электродвигатель привода валков кнопкой «вперед».
7. Гнут деталь.
8. Выключают электродвигатель привода валков кнопкой «стоп».
9. Поднимают траверсу поворотом рукоятки в положение «вверх».
10. Снимают изготовленную деталь.
На копировально-гибочных станках работают специально обученные рабочие.
При работе на этом станке необходимо соблюдать меры предосторожности.
Основной опасностью при работе на копировально-гибочных станках, а также на листогибочных трехвалковых станках является возможность затягивания рук вращающимися валками. Надо быть особенно внимательным при подходе кромки листа к валкам, отнимая своевременно руки.
Гибка профилей
В процессе гибки прямоугольного профиля заготовка подвергается совместному действию растягивающих и сжимающих усилий.
При гибке необходимо учитывать упругие и пластические деформации. В тех случаях, когда напряжения изгиба не превышают предела упругости материала, деформация, получаемая заготовкой детали, является упругой и после снятия напряжения заготовка примет свою первоначальную форму.
Для получения гнутой детали необходимо, чтобы напряжения изгиба превышали предел упругости и тогда деформация детали будет пластической.
При гибке деталей из листовых заготовок пластическая деформация всегда сопровождается упругой, поэтому в согнутой на определенный угол детали после снятия напряжения происходит явление распружинивания, т.е. угол загиба несколько увеличивается, а деталь выпрямляется.
Угол, на который распрямляется деталь вследствие упругой отдачи или пружинения, называется углом упругой деформации.
Величина этого угла зависит от марки и толщины материала, а также от радиуса гибки.
Способы гибки деталей и профилей с применением оснастки (штампов, болванок и т.п.), изготовленной с учетом пруженения, т.е. с заведомо меньшими радиусами и углами загиба, сопряжены с трудностями и не обеспечивают требуемой точности.
Это объясняется тем, что очень трудно заранее определить точно угол пруженения. Поэтому осенастку, применяемую при изготовлении деталей гибкой доводят, т.е. дорабатывают по результатам первых опытных работ, находя необходимые размеры оснастки, обеспечивающие заданные размеры изготовляемых деталей.
Детали и профили с точными контурами изготовляются изгибом с растяжением. При изготовлении данным способом заготовка изгибаемой детали или профиля одновременно подвергается растяжению с помощью добавочного растягивающего усилия, что приводит к появлению по всему сечению детали одних растянутых волокон.
Угол пруженения при этом резко уменьшается и детали получаются более точными.
Однако этот процесс требует применения значительно более сложного оборудования, чем при простой гибке.
Гибка профилей на опорном инструменте и оправках
Тонкие профили небольших размеров гнут вручную на опорном инструменте ударами молотка и сглаживанием круглым бруском. Опорные инструменты должны соответствовать форме и радиусу изгибания деталей с учетом деформации металла.
В таблице даны минимально допустимые радиусы гибки при выполнении ее вдоль волокон проката. При гибке поперек волокон радиусы губки уменьшают примерно вдвое.
Наименьшие радиусы гибки листового материала, мм:
Перед началом гибки заготовку устанавливают по линии гибки на кромку рабочей части скребка.
Гибку профилей под углом 90º выполняют обычно за две операции: сначала загибают примерно на 30-40º, затем – под углом 90º. Гнуть полку на угол 90º за одну операцию не рекомендуется, так как от ударов молотка заготовка может растянуться и на ней появятся складки.
Необходимо учитывать, что при ударе молотком по полке профиля последняя не должна изменять своего положения относительно ребра или кромки рабочей части скребка, так как при малейшем сдвиге линия гиба пройдет не по разметке и деталь будет испорчена.
Полки профилей из тонких заготовок алюминиевых сплавов (толщиной до 0.4 мм) гнут не ударами, а сглаживанием. При этом способе гибки заготовку профиля накладывают на скребок, а полки сглаживают, нажимая гладким круглым бруском.
Гибку профилей в оправках выполняют под разными углами по прямой и кривой линиям. Для гибки заготовку закладывают между двумя половинками оправки, которую зажимают в тиски, после чего выступающую полку отгибают до полного ее прилегания к верхней части оправки.
Правильное положение половинок оправки между собой обеспечивается направляющими отверстиями и стержнями, которые закрепляются по одному или по два в торцовой части каждой половинки оправки.
При гибке удары молотком наносят по всей кромке равномерно всей поверхностью бойка, иначе она может изогнуться или несколько выпучиться.
Очень часто жестянщики применяют способ гибки по две-три заготовки одновременно.
Для этого в оправку вкладывают сложенные друг с другом заготовки, и ударами молотка осуществляют гибку кромок у всех заготовок одновременно.
Производительность труда при этом способе гибки увеличивается в два-три раза, но его применяют только при гибке профилей из заготовок толщиной до 0.5 мм и при отсутствии сдвига кромок.
Кроме того, этот способ гибки может быть использован только для грубых работ, так как во всех деталях, получаются разной величины полки и радиусы гиба.
Источник