Растяжение металла при гибке
ВНИМАНИЕ! Мы разработали программу StrongTonn, которая вычисляет усилие гибки и прочие параметры.
Перейти на страничку с программой
Существуют два метода гибки:
Речь идет о свободной и воздушной гибке, когда присутствует воздушный зазор между листом стенками V-образной матрицы. Именно этот метод является распространенным в применении.
Метод «калибровка» — это старый метод, который применяется в определенных случаях, когда лист прижат полностью к стенкам V-образной матрицы.
Свободная гибка
Данное направление обладает определенными ограничениями.
Характерные черты:
- Траверса вдавливает лист на выбранную глубину по оси Y в канавку матрицы с помощью пуансона;
- Лист находится «в воздухе» и не соприкасается со стенками матрицы;
- Это значит, что угол гибки определяется положением оси Y, а не геометрией гибочного инструмента.
На современном прессе точность настройки оси Y составляет 0,01 мм. Чтобы ответить на вопрос каким должен быть угол гибки, соответствующий заданному положению оси Y, необходимо найти соответствующее положение оси Y всем углам.
Ниже представлена таблица, в которой отражены отклонения угла гибки от 90° при разных отклонениях оси Y.
| a° / V мм | 1° | 1,5° | 2° | 2,5° | 3° | 3,5° | 4° | 4,5° | 5° |
| 4 | 0,022 | 0,033 | 0,044 | 0,055 | 0,066 | 0,077 | 0,088 | 0,099 | 0,11 |
| 6 | 0,033 | 0,049 | 0,065 | 0,081 | 0,097 | 0,113 | 0,129 | 0,145 | 0,161 |
| 8 | 0,044 | 0,066 | 0,088 | 0,110 | 0,132 | 0,154 | 0,176 | 0,198 | 0,220 |
| 10 | 0,055 | 0,082 | 0,110 | 0,137 | 0,165 | 0,192 | 0,220 | 0,247 | 0,275 |
| 12 | 0,066 | 0,099 | 0,132 | 0,165 | 0,198 | 0,231 | 0,264 | 0,297 | 0,330 |
| 16 | 0,088 | 0,132 | 0,176 | 0,220 | 0,264 | 0,308 | 0,352 | 0,396 | 0,440 |
| 20 | 0,111 | 0,166 | 0,222 | 0,277 | 0,333 | 0,388 | 0,444 | 0,499 | 0,555 |
| 25 | 0,138 | 0,207 | 0,276 | 0,345 | 0,414 | 0,483 | 0,552 | 0,621 | 0,690 |
| 30 | 0,166 | 0,249 | 0,332 | 0,415 | 0,498 | 0,581 | 0,664 | 0,747 | 0,830 |
| 45 | 0,250 | 0,375 | 0,500 | 0,625 | 0,750 | 0,875 | 1,000 | 1,125 | 1,250 |
| 55 | 0,305 | 0,457 | 0,610 | 0,762 | 0,915 | 1,067 | 1,220 | 1,372 | 1,525 |
| 80 | 0,444 | 0,666 | 0,888 | 1,110 | 1,332 | 1,554 | 1,776 | 1,998 | 2,220 |
| 100 | 0,555 | 0,832 | 1,110 | 1,387 | 1,665 | 1,942 | 2,220 | 2,497 | 2,775 |
Свободная гибка: преимущества
- Высокая гибкость
- Низкие издержки на инструмент
- При сравнении с калибровкой прилагается меньше усилий гибки
- Возможность изменения гибки
- Низкие издержки в связи с необходимостью наличия пресса 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.
Воздушная гибка: недостатки
- Наличие менее точных углов гибки
- Отсутствие применимости для специфических гибочных операций
Совет:
- Воздушную гибку желательно применять для листов толщиной свыше 1,25 мм; для толщины листа 1 мм и менее рекомендуется использовать калибровку.
- 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.
- 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.
Какое усилие?
По причине различных свойств материала и последствий пластической 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 ( Р ) в т 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
Необходимое усилие для гибки 1 метра листа в тоннах. Предел прочности 42-45 кг/мм2.
Рекомендуемое соотношение параметров и усилия
| V | Ri | B | S | |||||||||||||||||||
| 1,0 | 1,2 | 1,5 | 1,8 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 6,0 | 7,0 | 8,0 | 9,0 | 10 | 12 | 15 | 18 | 20 | |||
| 6 | 1 | 4,5 | ||||||||||||||||||||
| 8 | 1,3 | 6 | 8 | 12 | 17 | |||||||||||||||||
| 10 | 1,7 | 7 | 7 | 9 | 14 | 20 | ||||||||||||||||
| 12 | 2 | 8,5 | 6 | 9 | 12 | 18 | 21 | |||||||||||||||
| 16 | 2,7 | 11 | 6 | 9 | 13 | 16 | 25 | |||||||||||||||
| 20 | 3,3 | 14 | 7 | 10 | 13 | 20 | 29 | 39 | ||||||||||||||
| 25 | 4,2 | 18 | 8 | 10 | 16 | 23 | 31 | |||||||||||||||
| 30 | 5 | 22 | 9 | 13 | 19 | 25 | 34 | |||||||||||||||
| 32 | 5,5 | 23 | 8 | 12 | 18 | 24 | 32 | 40 | ||||||||||||||
| 35 | 5,7 | 25 | 11 | 16 | 22 | 29 | 37 | 45 | 65 | |||||||||||||
| 40 | 6,7 | 29 | 14 | 20 | 25 | 32 | 40 | 57 | ||||||||||||||
| 45 | 7,5 | 32 | 17 | 23 | 29 | 35 | 50 | 69 | 90 | |||||||||||||
| 50 | 8,4 | 36 | 26 | 32 | 46 | 62 | 81 | |||||||||||||||
| 60 | 10 | 43 | 21 | 26 | 38 | 52 | 68 | 85 | 105 | |||||||||||||
| 70 | 12 | 50 | 22 | 33 | 44 | 58 | 73 | 90 | 130 | |||||||||||||
| 80 | 13 | 57 | 29 | 39 | 50 | 64 | 79 | 113 | ||||||||||||||
| 90 | 15 | 64 | 35 | 45 | 57 | 70 | 101 | 158 | ||||||||||||||
| 100 | 17 | 71 | 41 | 51 | 63 | 91 | 142 | 205 | ||||||||||||||
| 120 | 20 | 91 | 42 | 53 | 76 | 120 | 170 | 210 | ||||||||||||||
| 160 | 27 | 112 | 40 | 57 | 89 | 127 | 158 | |||||||||||||||
| 180 | 30 | 126 | 79 | 114 | 140 | |||||||||||||||||
| 200 | 33 | 140 | 102 | 127 | ||||||||||||||||||
Внимание! Для точных вычислений нужно учитывать следующие ГОСТы:
- ГОСТ 19903-74 Прокат листовой горячекатаный (Таблица 3) (ссылка на таблицу),
- ГОСТ 19904-90 Прокат листовой холоднокатаный (Таблица 2) (ссылка на таблицу).
При прокатки возможны отклонения по толщине металла, и требуются точные измерительные приборы (например микрометр).
2. Формула
1,42 — это эмпирический коэффициент, который учитывает трение между кромками матрицы и обрабатываемым материалом.
3. «Правило 8»
При гибке низкоуглеродистой стали ширина раскрытия матрицы должна в 8 раз превосходить толщину листа (V=8*S), тогда Р=8хS, где Р выражается в тоннах (например: для толщины 2 мм раскрытие матрицы /=2х8=16 мм означает, что вам необходимо 16 тонн/м)
Усилие и длина гиба
Длина гиба пропорциональна усилию, т.е. усилие достигает 100% только при длине гиба 100%.
Например:
| Усилие | Длина гиба |
| 100% | 3000 мм |
| 75% | 2250 мм |
| 50% | 1500 мм |
| 25% | 750 мм |
Cовет:
Если материал ржавый или не смазан, следует добавлять 10-15% к усилию гиба.
Толщина листа (S)
DIN допускает 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
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 важным 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=8xS, для большей толщины листа необходимо V=10xS или V=12xS
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: Ri = 5 x V /32
В случае V=8хS, мы можем сказать Ri=Sх1,25
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.
Совет:
Если вам нужен маленький внутренний радиус, гните на медленной скорости и поперек волокон.
Минимальная полка (В):
Во избежание проваливания полки в канавку матрицы, необходимо соблюдать следующую минимальную ширину полки:
| Угол гиба | B |
| 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;
- направления волокон: упругая деформация различна при гибке вдоль или поперек волокон.
Продемонстрируем сказанное выше для предела прочности, измеряемой при условии V=8хS:
| 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°).
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
- возможно выполнение всех специальных форм с помощью металлического инструмента
- 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).
Источник
Характеристика гибочных операций и напряженно-деформированное состояние металла при гибке
Гибка — технологическая операция листовой штамповки, в результате которой из плоской или из изогнутой заготовки при помощи штампов получается изогнутая пространственная деталь.
Рис. 1. Различные формы деталей, получаемых при гибке
Гибка может быть одноугловая, двухугловая, четырехугловая и многоугловая (рис. 1, а-г). К гибке также относятся операции по закатке — завивке края на плоской заготовке, например при изготовлении разных оконных и дверных петель, хомутиков, незамкнутых трубочек и т. д. (рис. 1, д-ж).
Гибка может производиться одновременно и с другими операциями — отрезкой, вырубкой, пробивкой. Штамповку длинных и узких деталей из тонколистового материала с большим радиусом осуществляют гибкой с растяжением материала (рис. 1, з). Гибка производится на кривошипных (эксцентриковых) прессах, на горизонтально-гибочных машинах, на гидропрессах, а также на специальных гибочных станках-автоматах.
Рис. 2. Упрощенные эпюры нормальных напряжений в бруске
(полосе) при гибке: а- упруго-пластический изгиб; б- полностью
пластический изгиб без учета упрочнения металла; в- с учетом
упрочнения металла по диаграмме О ABC (у0- упругий участок);
г- полностью пластический изгиб с учетом упрочнения металла
В зависимости от характера деформаций, имеющих место по толщине изгибаемой заготовки на разных стадиях ее деформирования, различают упругий, упруго-пластический и пластический изгиб. Последние два вида изгиба могут быть без упрочнения и с упрочнением (рис. 2).
При гибке в зоне изгиба возникают вначале упругие, а затем пластические деформации, в результате чего заготовка получает большие прогибы, которые сохраняются и после снятия внешних нагрузок.
Рис. 3. Деформация металла при изгибе (00 — нейтральный слой)
Установлено, что деформация заготовки происходит вблизи углов гибки — очагов деформации (рис. 3). В процессе гибки слои (волокна) металла, расположенные у внутренней поверхности (со стороны пуансона с меньшим радиусом кривизны) аа, испытывают сжатие в продольном направлении и растяжение в поперечном, а слои, расположенные у внешней поверхности (со стороны матрицы с большим радиусом кривизны) bb-растяжение в продольном направлении и сжатие в поперечном. Между растянутыми и сжатыми слоями находится нейтральный слой 00, не изменяющийся по длине, положение которого определяется радиусом кривизны р (рис. 4). Кроме того, при гибке, особенно толстого материала, ширина полосы у наружной (растянутой) поверхности уменьшается, а у внутренней увеличивается — происходит уширение заготовки.
В зависимости от отношения внутреннего радиуса r изгибаемой заготовки к ее толщине s в металле возникает различное напряженно-деформированное состояние. При r/s > 5 деформация металла происходит в условиях линейного изгиба, а при r/s < 5 — в зависимости от отношения ширины заготовки b к ее толщине s — гибки узких или широких полос имеет место различное объемное напряженно-деформированное состояние.
Рис. 4. Схемы напряженного (σ) и деформированного (ε)
состояний металла при гибке узких (а) и широких (б) полос:
1 — внутренняя сжатая часть; 2 — наружная растянутая часть
На рис. 4 приведены схемы напряженного (σ) и деформированного (ε) состояний при изгибе узких и широких полос. Из этих схем видно, что при гибке узких полос (b < 3s) с достаточной- толщиной материала s имеет место плоско-напряженное и объемно-деформированное состояние (рис. 4, а), а при гибке широких полос (b > 3s) — объемно-напряженное и плоско-деформированное состояние, вследствие появления поперечного напряженин σz (рис. 52, б). Последнее возникает потому, что при гибке широких полос поперечная деформация вдоль линии изгиба (поперек полосы) затруднена. Часто для оформления четкого угла при гибке применяют калибрующий (чеканящий) удар. В этом случае напряженное состояние деформированного металла резко меняется. Во всех местах, находящихся под давлением пуансона, возникает объемное напряженное состояние всестороннего неравномерного сжатия.
Автор: Администрация Общая оценка статьи: 
Опубликовано: 2014.01.28 Обновлено: 2020.03.04
Источник
28.08.2017
Расчеты параметров гибки изделий из листового металла для гибочного пресса
Понимание соотношения между V-образной выемкой, радиусом, допуском на гибку и К-фактором для лучшего выполнения расчетов плоской развертки детали из листового металла.
Иногда на производстве бывают случаи, когда детали из листового металла, вырезанные лазером, полученные путем пробивки или обрезки кажутся «слишком длинными» или «слишком короткими» после их гибки на листогибочном прессе. Бывает также, что изделия, спроектированные на компьютере, не соответствуют реальным размерам после гибки. Производитель инструмента для гибки Rolleri предлагает больше узнать о факторах, которые следует учитывать для достижения наилучших результатов в подобных ситуациях.
Процесс гибки: простые факты
1) Радиус, получающийся за счет гибки металлического листа, влияет на длину, на которую следует обрезать изделие перед гибкой.
2) Полученный радиус гибки на 99% зависит от V-образной выемки, которую мы выбираем для работы.
Простое заключение
До начала проектирования изделия и резки заготовок, следует обязательно знать, какая V-образная выемка будет использоваться для гибки детали на листогибочном станке.
Как радиус влияет на заготовки
Больший радиус раздвинет изделие в сторону внешнего края, оставляя впечатление того, что была отрезана слишком длинная заготовка.
Меньший радиус потребует заготовки, обрезанной «немного длиннее», чем в случае большего радиуса.
Допуск на гибку
Развернутая плоская заготовка профиля, указанного выше на изображении рассчитывается следующим образом:
B = 150 + 100 + 60 + BA1 + BA2
Далее последует обьяснение, как рассчитать параметры ВА1 и ВА2.
Расчет допуска на гибку
Участок, на который нужно укоротить обе стороны, которые совпадут после расплющивания детали, является тем, что обычно называется «допуском на гибку» и обозначаем ВА в формуле.
Формула допуска на гибку (ВА)
Формула BA для сгибов менее 90°
Формула АВ для сгибов от 91°до 165°
iR= внутренний радиус
S=толщина
Β = угол
Π = 3,14159265….
K = K-фактор
На нашем сайте вы найдете еще много информации о гибке листового металла! Читайте статью «Оцифровка работы гибочного станка»!
K-фактор (коэффициент положения нейтральной линии)
При гибке на листогибочном станке, внутренняя сторона металлического листа сжимается, а внешняя, наоборот, растягивается. Это означает, что есть место на листе, в котором волокна не сжимаются и не растягиваются. Это место называется «нейтральной линией». Расстояние от внутренней части сгиба до нейтральной линии называется К-фактором, коэффициентом положения нейтральной линии.
Изменить этот коэффициент невозможно, так как он является постоянным для каждого типа материала. Он выражается в виде дробей, и чем меньше К-фактор, тем ближе нейтральная линия будет расположена к внутреннему радиусу листа.
K-фактор = тонкая настройка
Значение К-фактора влияет на плоскую заготовку, возможно, не настолько, как влияет радиус детали, но следует учитывать его при тонкой настройке расчетов для заготовок. Чем меньше К-фактор, тем больше материал растягивается и «выталкивается», заставляя заготовку быть «больше».
Прогнозирование К-фактора
В большинстве случаев мы можем прогнозировать и настраивать К-фактор при выполнении расчетов плоской заготовки.
Необходимо провести несколько испытаний выбранной V-образной выемки и измерить радиус детали. Если необходимо более точно рассчитать К-фактор, можно воспользоваться формулой расчета К-фактора для гибки, приведенной ниже:
Формула К-фактора
Решение примера:
B = 150 + 100 + 60 +BA1 + BA2
Прогноз К-фактора
B1: R/S=2 => K=0,8
B2: R/S=1,5 => K=0,8
Оба сгиба меньше или равны 90°:
что означает:
B1 = 3.14 x 0.66 x (6 + ((4×0.8)/2) – 2 x 10
B1 = -4.25
B2 = 3.14 x 0.5 x (8 + ((4×0.8)/2) – 2 x 12
B2 = -8.93
Итого:
B = 150 + 100 + 60 + (-4.25) + (-8.93)
B= 296.8мм
Автор методики: Хулио Алькасер, менеджер международных продаж Rolleri Press Brake Tools
Комментарий Dreambird
Обработка листового металла на современных производствах часто используется для изготовления деталей, точное соблюдение размеров которых критично. Более того, в условиях, когда скорость изготовления ценится превыше всего и от нее зависит, получит ли субподрядчик заказ на изготовление деталей, производители стараются избегать траты времени на выполнение калькуляции вручную, выполнение различных тестов и исправление допущенных ошибок. Использованный в статье метод, несомненно, может считаться точным и изложенные в нем формулы полезны, но постоянное использование их при расчетах ведет к дополнительным временным затратам на производстве.
Сегодняшние листогибочные прессы зачастую оснащены стойками ЧПУ и последовательность гибки конкретного изделия может быть задана на компьютере непосредственно после проектирования изделия. При наличии готового файла с геометрией плоской развертки последовательность гибки, требующаяся для ее выполнения, также рассчитывается на компьютере после непосредственного импорта этого файла в специализированное CAD/CAM-решение для гибки.
Современное автономное программное решение Radbend, часть CAD/CAM-комплекса Radan для обработки листового металла, является мировым лидером среди приложений аналогичного характера. Все изложенные в статье расчеты заложены в Radbend в виде алгоритмов и не требуют расчетов вручную. Гибка детали выполняется в среде Radbend так, как она будет выполнена на самом деле, затем «слишком длинные» стороны подгоняются для абсолютной точности. Далее уже согнутое изделие отправляется в модуль Radan3D, где на его основе создается заготовка, при расчете длины которой учитывается ранее выполненная в Radbend подгонка. Таким образом при производстве изделия будут соблюдены все требуемые параметры и обработка будет выполнена корректно уже с первого подхода.
Radbend позволяет заранее определить технологичность изготовления детали, генерируя и показывая графически полную симуляцию обработки и последовательность гибки, помогая подобрать инструмент и расположить упоры. С помощью этого модуля можно избежать проблем, часто возникающих на производстве — предотвратить столкновения инструмента, изделия и частей станка.
Источник