Точный гиб листового металла: экономичная и надежная фабрикация

Гибка — иногда называемая фланжированием или прессовым гибанием — является одной из самых важных и широко используемых техник в высокоточной фабрикации листового металла.

Гибка листового металла позволяет производителям превратить прямой кусок листа в угловой компонент, и это может быть гораздо более экономично, чем сварка или соединение двух отдельных деталей.

Процесс гибки обычно работает за счет применения гибочных инструментов для воздействия силы на листовый металл таким образом, что вызывает постоянную деформацию. Однако существует множество различных методов гибки и оборудования, которые можно использовать для достижения наилучшего результата. Сложные расчеты гибки обеспечивают соблюдение жестких допусков.

Эта статья служит введением в гибку листового металла, рассматривая основы гибки, типичное оборудование, типы гибки листового металла и технические соображения вроде допусков на гибку и обратной пружины.

Что такое гибка листового металла?

Гибка листового металла — это металлообрабатывающая техника, используемая для превращения плоских листов в V-образные, U-образные или шплинтовидные формы.

Это важный и удобный производственный процесс, поскольку гибка плоского листа в новую форму значительно дешевле, чем, например, обработка V-, U- или шплинтовидной формы из цельной заготовки, или литье в литейной форме. Кроме того, гибка дает более прочную деталь, чем, например, сварка двух плоских листов в V-образную форму.

Многие типы гибки листа включают использование станка, называемого пресс-гибочным прессом (press brake), иногда называемым гибочным станком или папкой для листового металла. Силу можно приложить вручную или, например, гидравликой. Гидравлический пресс может оказывать большие усилия и поэтому может гнуть листы большей толщины.

Оборудование для гибки листового металла

Самым важным оборудованием для гибки листового металла является пресс-гибочный пресс (brake), который существует в нескольких видах:

• Корнисный пресс (cornice brake) — простой гибочный станок и самый широко используемый пресс для листового металла в производстве, который зажимает лист к плоской поверхности, а затем движением подвижного гибочного листа (bending leaf) использует силу для создания прямых гибов или простых складок.
• Пресс-гибочный пресс (press brake) — гибочный станок, использующий движущийся штамп (punch) и соответствующую матрицу (die). Во время гибки лист помещается на матрицу, а штамп движется с усилием в металл, вдавливая его в отверстие матрицы. В зависимости от формы матрицы, пресс-гибочный пресс может использоваться для V-гибов, U-гибов и других форм.
• Ящиково-ванночный пресс (box-and-pan brake) (также известен как пальцевой пресс / finger brake) — еще один вид пресса для листового металла, использующий ряд металлических «пальцев» для создания нескольких линий гиба. Как следует из названия, часто используется для изготовления коробок нестандартных размеров.
• Панельный папка (bar folder) — небольшой и простой гибочный станок с одной ручкой, который зажимает лист и гнет его за одно движение.

Типы гибки листового металла

Существует разные виды гибки для достижения разных гибов разными способами. Три из этих методов (воздушная гибка, упоровка и койнинг) используют пресс-гибочный пресс, в то время как другие используют разное оборудование для создания желаемых гибов.

Воздушная гибка (Air bending)

Воздушная гибка — метод гибки на пресс-гибочном прессе, при котором штамп вдавливает лист в матрицу, но не настолько глубоко, чтобы он коснулся стенок матрицы.

Этот метод не такой точный, как другие, но он высоко гибок: его можно использовать для V-, U- и других форм гибов. Это отчасти потому, что геометрия матрицы не должна точно соответствовать желаемому гибу листа, так как контакта между двумя поверхностями не происходит.

Упоровка (Bottoming)

Упоровка — другой метод гибки на пресс-гибочном прессе. В процессе упоровки штамп вдавливает лист полностью в матрицу, создавая гиб, соответствующий геометрии внутренней поверхности матрицы. Используется для V-образных гибов.

Койнинг (Coining)

Койнинг — более дорогой тип гибки на пресс-гибочном прессе, при котором штамп опускается с гораздо большей силой на лист и в матрицу, создавая постоянную деформацию с очень малой обратной пружиной. (То есть металл не распрямляется обратно после извлечения штампа.)

Складка (Folding)

Складка может выполняться на станках вроде корнисного пресса или панельного папки. Лист зажимается перед тем, как зажимная балка поднимается, чтобы согнуть металл вокруг профиля. Складка достигает V-образного гиба и позволяет положительные или отрицательные углы гиба.

Вытирание (Wiping)

Вытирание (или краевая гибка / wipe bending) — другой метод гибки, подходящий для станков вроде корнисных прессов и панельных папок (а в некоторых случаях пресс-гибочных прессов). Он быстрее складки, но может наносить больше повреждений поверхности листа.

Роликовая гибка (Roll bending)

Роликовая гибка, пожалуй, самый уникальный процесс формовки листового металла из-за используемого оборудования. Система роликовой гибки имеет три цилиндрических вала для гибки листа в дугу, поэтому полезна для фабрикации труб, трубопроводов и других круглых деталей.

Пошаговая гибка (Step bending)

Пошаговая гибка — иногда называемая уколковой гибкой (bump bending) — способ приближенного получения гладкого изогнутого гиба (как при роликовой гибке) с использованием пресс-гибочного пресса. Выполняя несколько небольших V-образных гибов подряд, пошаговая гибка может создать то, что выглядит как изогнутый гиб.

Обратная пружина (Springback) — объяснение

Когда листовый металл гнется в новую форму, он естественным образом слегка распрямляется обратно после удаления силы гибки. Это называется «обратной пружиной».

Обратная пружина возникает из-за сжимаемой прочности согнутого листа. Когда лист гнется, одна его сторона растягивается, а другая сжимается; однако, поскольку материал имеет более высокую сжимаемую прочность, чем растяжения, сжатая сторона успешно сопротивляется деформации и распрямляется при удалении силы.

Обратная пружина — не большая проблема, но это означает, что производители должны компенсировать ожидаемую обратную пружину перегибом листа. Если металл намеренно слегка перегнуть, небольшая естественная обратная пружина приведет к правильному углу.

Конечно, расчет обратной пружины далек от простоты, и есть несколько переменных, влияющих на ее тяжесть, включая тип и толщину материала. Также большие внутренние радиусы приводят к большей обратной пружине.

Расчеты и допуски

Когда кусок листового металла гнется, сторона снаружи гиба удлиняется, и ее размеры изменяются. Это значит, что, например, общая длина двух ног V-образного гиба будет длиннее исходного плоского заготовки.

Так если размеры меняются, как точно спроектировать деталь, обеспечивая, что она соберется с другими компонентами? Как решить, какой длины должен быть плоский кусок листа? Для компенсации изменений размеров мы должны включить допуск на гибку (bend allowance): разницу между длиной развернутого листа и суммой длин каждой ноги готового согнутого элемента.

Расчеты допуска на гибку учитывают такие факторы, как толщина листа, радиусы гиба, углы гиба и K-фактор (отношение расположения нейтральной оси к толщине материала). Необходимый допуск на гибку для детали из листового металла можно вычислить с помощью калькулятора допуска на гибку.

Лучшие материалы и калибры листового металла для гибки

Некоторые материалы листового металла лучше для гибки других. В общем, лучшие материалы для гибки — вязкие и не хрупкие.

Популярные материалы для гибки листового металла включают:

• Мягкая сталь: Можно гнуть при любой температуре.
• Пружинная сталь: Гнутся после отжига.
• Легированная сталь 4140: Гнутся после отжига.
• Алюминий 5052: Высоко гнутся по сравнению с другими алюминиевыми сплавами.
• Медь: Высоко гнутся.

Материалы, которые труднее (хотя и не невозможно) гнуть, включают алюминий 6061, углеродистую сталь, титан, латунь и бронзу. Нержавеющая сталь можно гнуть, серия 300 более вязкая, чем другие.

Направление волокон

Направление волокон (grain) листового металла — направление, в котором крошечные кристаллы металла вытянуты из-за первоначальной прокатки листа — влияет на то, как он гнется.

Направление волокон делает лист металла сильнее по одной оси и слабее по другой. Гибка по волокону (продольно) может увеличить вероятность трещин, разрывов или «апельсиновой корки»; гибка поперек волокона снижает вероятность этих проблем.

Но хотя гибка поперек волокона снижает шансы на поломку, она также требует большей силы, так как лист металла прочнее. Поэтому может привести к большей обратной пружине и требовать большей компенсации в этом отношении.

3ERP — эксперт по прототипированию листового металла с многолетним опытом гибки материалов. Свяжитесь с нами для бесплатного расчета стоимости вашего следующего проекта по листовому металлу.