Разделка угловой стали при гибке

Руководство по сгибанию металлического уголка

В процессе изготовления металлических каркасов различной сложности требуется согнуть уголок по радиусу или в определенный угол. Как это сделать — далее.

Гибка уголка — это технологический процесс получения различных изделий заданных параметров и необходимых форм путем механического воздействия, в том числе на специальном профилегибочном оборудовании.

Получаемые при сгибании металлического уголка изделия находят широкое применение в различных сферах строительства. Они позволяют создавать надежные каркасы и различные металлоконструкции, которые способны при своей внешней легкости выдерживать значительные нагрузки.

Способы гибки уголка

Применяют несколько основных способов получения из металлического уголка конструкций заданной формы и профиля, а именно различают:

• холодное сгибание,
• горячее сгибание,
• придание формы с помощью разрезания, сгибания и сварки готового изделия.

Холодное сгибание металлического уголка, в свою очередь, разделяется на:

• свободную гибку — это когда уголок сгибают без применения специального оборудования;
• сгибание с помощью вальцовочного механизма на специализированном профилегибочном станке.

Применение холодной гибки металлического уголка, в отличие от других способов, имеет определенные преимущества, а именно:

• это наименее затратный метод придания металлу заданной формы, при этом не требуется использования дополнительного оборудования для разогрева, резки, сварки и последующей обработки металла;
• получаемый в итоге каркас имеет большую прочность, так как при этом исключаются возможные дефекты, характерные при применении разогрева, резки и сварки;
• готовые конструкции гарантированно служат больший срок из-за того, что при обработке сохраняется целостность структуры металлического профиля;
• снижается вероятность возникновения очагов коррозии металла со временем.

Сгибание уголка по радиусу

Непосредственно для металлического уголка применяют два основных способа сгибания в плоскости профиля — это когда одна из полок лежит в вертикальной плоскости, а другая в горизонтальной и ее сгибание будет:

• вовнутрь радиуса кривизны деформации, при этом она будет сильно сжиматься ,
• наружу радиуса кривизны деформации, соответственно, она будет растягиваться .

Холодное сгибание металлического уголка методом вальцовки на специальном профилегибочном оборудовании позволяет согнуть как стальной уголок, так и профиль из алюминия, получая при этом изделия практически любого радиуса с идеальной формой.

Как согнуть уголок по радиусу своими руками можно посмотреть на этом видео.

Стоит иметь в виду, что как для горячего, так и холодного способа сгибания существуют предельные величины радиусов, которые напрямую зависят от размера полок уголка и его толщины. Так, можно упрощенно рассчитать радиус, на который допустимо загибать уголок, согласно следующим значениям:

• допустимый радиус для равнополочного уголка должен составлять минимальные 45 размеров ширины полки;
• для неравнобокового профиля допустимый радиус не может быть меньше 45 размеров ширины полки для большей полки и 50 — для меньшей.

Но лучше и проще руководствоваться значениями, которые приведены в таблицах.

Таблицы минимально допустимых радиусов сгибания стальных уголков в зависимости от типа, размеров и отношения величин полок

Как согнуть уголок в кольцо своими руками

Нагревать металл необходимо до половины значения температуры его плавления, так, к примеру, алюминиевый уголок придется нагреть как минимум до 250⁰ С, а стальной профиль — до 600⁰ С. Для этого вам понадобится горелка на природном газе или бензиновая паяльная лампа, а лучше всего воспользоваться сварочным ацетиленовым резаком, если уголок большого размера.

С помощью болгарки и сварочного аппарата тоже можно согнуть стальной уголок в кольцо, но для этого необходимо произвести достаточно точные расчеты, разметить и расчертить удаляемые сектора, согнуть и заварить швы. К сожалению, как бы вы ни старались, в этом случае получиться круг в виде округлого многогранника.

Под 90 градусов

Практически все постройки имеют прямоугольную форму, поэтому самое частое действие с уголками — это необходимость их загнуть под 90 градусов.

Согнуть уголки под 90 градусов для будущего каркаса достаточно просто. Сначала надо сделать в месте будущего сгиба развертку. Для этого на одной из полок отмечаем два угла в разные стороны от нормали по 45 градусов каждый и вырезаем их болгаркой. Аккуратно и медленно гнем уголок и свариваем место реза электросваркой, при этом рекомендуется предварительно нагреть место сгиба, чтобы вторая полка во время сгибания не треснула и не сломалась.

Допустимые расчетные размеры для того, чтобы правильно разметить и согнуть металлические уголки под 90 градусов, приведены в таблице:

Как согнуть стальной уголок

Гибка стальных уголков, по радиусу или в определенный угол, востребованный технологический процесс, позволяющий изготовить изделия заданных форм и параметров при помощи механического воздействия. Полученные заготовки широко используются в строительстве и становятся неотъемлемым элементом каркасов или металлоконструкций. В статье мастер сантехник расскажет, как это сделать.

Способы гибки уголка

Гибка уголка — это технологический процесс получения различных изделий заданных параметров и необходимых форм путем механического воздействия, в том числе на специальном профилегибочном оборудовании.

Получаемые при сгибании металлического уголка изделия находят широкое применение в различных сферах строительства. Они позволяют создавать надежные каркасы и различные металлоконструкции, которые способны при своей внешней легкости выдерживать значительные нагрузки.

Применяют несколько основных способов получения из металлического уголка конструкций заданной формы и профиля, а именно различают:

• Холодное сгибание;
• Горячее сгибание;
• Придание формы с помощью разрезания, сгибания и сварки готового изделия.

Холодное сгибание металлического уголка, в свою очередь, разделяется на:

• Свободную гибку — это когда уголок сгибают без применения специального оборудования;
• Сгибание с помощью вальцовочного механизма на специализированном профилегибочном станке.

Применение холодной гибки металлического уголка, в отличие от других способов, имеет определенные преимущества, а именно:

• Это наименее затратный метод придания металлу заданной формы, при этом не требуется использования дополнительного оборудования для разогрева, резки, сварки и последующей обработки металла;
• Получаемый в итоге каркас имеет большую прочность, так как при этом исключаются возможные дефекты, характерные при применении разогрева, резки и сварки;
• Готовые конструкции гарантированно служат больший срок из-за того, что при обработке сохраняется целостность структуры металлического профиля;
• Снижается вероятность возникновения очагов коррозии металла со временем.

Сгибание уголка по радиусу

Гибка металлического уголка по радиусу достаточно сложная технологическая операция, так как любое сгибание — это одновременное сжимание внутреннего и растягивание внешнего слоя металла, а, в случае с профилем в виде уголка, такие процессы никак не могут протекать равномерно, что будет сопровождаться попыткой продольного смещения одного из этих слоев.

Непосредственно для металлического уголка применяют два основных способа сгибания в плоскости профиля — это когда одна из полок лежит в вертикальной плоскости, а другая в горизонтальной и ее сгибание будет:

• Вовнутрь радиуса кривизны деформации, при этом она будет сильно сжиматься;
• Наружу радиуса кривизны деформации, соответственно, она будет растягиваться.

Холодное сгибание металлического уголка методом вальцовки на специальном профилегибочном оборудовании позволяет согнуть как стальной уголок, так и профиль из алюминия, получая при этом изделия практически любого радиуса с идеальной формой.

В сюжете — Как согнуть уголок по радиусу

Стоит иметь в виду, что как для горячего, так и холодного способа сгибания существуют предельные величины радиусов, которые напрямую зависят от размера полок уголка и его толщины. Так, можно упрощенно рассчитать радиус, на который допустимо загибать уголок, согласно следующим значениям:

• Допустимый радиус для равнополочного уголка должен составлять минимальные 45 размеров ширины полки;
• Для неравнобокового профиля допустимый радиус не может быть меньше 45 размеров ширины полки для большей полки и 50 — для меньшей.

Но лучше и проще руководствоваться значениями, которые приведены в таблицах.

Как согнуть уголок в кольцо

Для этого лучше всего воспользоваться горячим способом обработки металла. А вот добиться заданного радиуса можно только с помощью заранее приготовленного шаблона. Предварительно нагреваем металл и начинаем равномерно огибать шаблон, при этом горизонтальную полку необходимо править во время всего процесса сгибания с помощью кувалды или молота, в противном случае полки не сохранят изначальный угол в 90 градусов между собой.

Нагревать металл необходимо до половины значения температуры его плавления, так, к примеру, алюминиевый уголок придется нагреть как минимум до 250⁰ С, а стальной профиль — до 600⁰ С. Для этого вам понадобится горелка на природном газе или бензиновая паяльная лампа, а лучше всего воспользоваться сварочным ацетиленовым резаком, если уголок большого размера.

С помощью болгарки и сварочного аппарата тоже можно согнуть стальной уголок в кольцо, но для этого необходимо произвести достаточно точные расчеты, разметить и расчертить удаляемые сектора, согнуть и заварить швы.

К сожалению, как бы вы ни старались, в этом случае получиться круг в виде округлого многогранника.

Практически все постройки имеют прямоугольную форму, поэтому самое частое действие с уголками — это необходимость их загнуть под 90⁰.

Согнуть уголки под 90⁰ для будущего каркаса достаточно просто. Сначала надо сделать в месте будущего сгиба развертку. Для этого на одной из полок отмечаем два угла в разные стороны от нормали по 45⁰ каждый и вырезаем их болгаркой. Аккуратно и медленно гнем уголок и свариваем место реза электросваркой, при этом рекомендуется предварительно нагреть место сгиба, чтобы вторая полка во время сгибания не треснула и не сломалась.

Допустимые расчетные размеры для того, чтобы правильно разметить и согнуть металлические уголки под 90⁰, приведены в таблице:

В сюжете — Как идеально согнуть любой уголок

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Как заварить трубу с течью

Гибка и гнутье листового металла

Гибка листового металла — одна из распространенных операций холодного и горячего деформирования. Она отличается малой энергоемкостью, и при правильной разработке техпроцесса позволяет успешно производить из плоских заготовок пространственные изделия различной формы и размеров.

Классификация и особенности процесса

В соответствии с поставленными задачами технология гибки листового металла разрабатывается для следующих вариантов:

1. Одноугловая (называемая иногда V-образной гибкой).
2. Двухугловая или П-образная гибка.
3. Многоугловая гибка.
4. Радиусная гибка листового металла (закатка) — получение изделий типа петель, хомутов из оцинковки и пр.

Усилия при гибке невелики, поэтому ее преимущественно выполняют в холодном состоянии. Исключение составляет гибка стального листа из малопластичных металлов. К ним относятся дюралюминий, высокоуглеродистые стали (содержащие дополнительно значительный процент марганца и кремния), а также титан и его сплавы. Их, а также заготовки из толстолистового металла толщиной более 12…16 мм, гнут преимущественно вгорячую.

Гибку сочетают с прочими операциями листовой штамповки: резку и гибку, с вырубкой или пробивкой сочетают довольно часто. Поэтому для изготовления сложных многомерных деталей широко используются штампы, рассчитанные на несколько переходов.

Особым случаем гибки листового металла считается гибка с растяжением, которую используют для получения длинных и узких деталей с большими радиусами гибки.

В зависимости от размера и вида заготовки, а также требуемых характеристик продукции после деформирования, в качестве гибочного оборудования используются:

• Вертикальные листогибочные прессы с механическим или гидравлическим приводом;
• Горизонтальные гидропрессы с двумя ползунами;
• Кузнечные бульдозеры — горизонтально-гибочные машины;
• Трубо- и профилегибы;
• Универсально-гибочные автоматы.

Для получения уникальных по форме и размерам конструкций, в частности, котлов турбин и т.п., применяют и экзотические технологии гибки листовой стали, например, энергией взрыва. В противоположность этому, вопрос — как гнуть жесть — не вызывает сложностей, поскольку пластичность этого материала — весьма высокая.

Характерная особенность листогибочных машин — сниженные скорости деформирования, увеличенные размеры штампового пространства, сравнительно небольшие показатели энергопотребления. Последнее является основанием для широкого производства ручных гибочных станков, предназначенных для деформации оцинкованного материала. Они особо популярны в небольших мастерских, а также у индивидуальных пользователей.

Несмотря на кажущуюся простоту технологии, баланс напряжений и деформаций состояния в заготовке определить затруднительно. В процессе изгиба материала в нем возникают напряжения, вначале — упругие, а далее — пластические. При этом гибка листового материала отличается значительной неравномерностью деформации: она более интенсивна в углах гибки, и практически незаметна у торцов листовой заготовки. Гибка тонколистового металла отличается тем, что внутренние его слои сжимаются, а наружные — растягиваются. Условную линию, которая разделяет эти зоны, называют нейтральным слоем, и его точное определение является одним из условий бездефектной гибки.

В процессе изгиба металлопрокат получает следующие искажения формы:

• Изменение толщины, особенно для толстолистовых заготовок;
• Распружинивание/пружинение — самопроизвольное изменение конечного угла гибки;
• Складкообразование металлического листа;
• Появление линий течения металла.

Все эти обстоятельства необходимо учитывать, разрабатывая технологический процесс штамповки.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГИБКИ МЕТАЛЛОВ

При выборе инструмента для листогибочных прессов необходимо понимать преимущества и недостатки различных видов гибки и знать правила расчета усилия.

Это позволит понимать технологию изготовления деталей и избежать деформации инструмента.

1. ВИДЫ ГИБКИ ЛИСТОВОГО МЕТАЛЛА

В основном различают 3 вида гибки:

• «свободная» или «воздушная» гибка;
• «гибка на основе» или «гибка в упор» (иногда еще называют «обжатие»);
• «чеканка» или «калибровка».

Рассмотрим каждый из этих видов по отдельности.

СВОБОДНАЯ ГИБКА

При этом методе между листом металла и стенками V-образной матрицы существует воздушный зазор, лист остается «в воздухе» и не соприкасается со стенками матрицы.

Пуансон воздействует на металл сверху в одной точке, а матрица только двумя точками вверху V-образного паза.

Геометрия гиба формируется только за счет глубины погружения пуансона в матрицу.

Ширина ручья на матрице чаще всего выбирается из расчета 10-15 толщин металла, а инструмент имеет угол намного более острый, чем деталь после гибки.

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 при использовании пуансона 30° и матрицы 30° можно получить угол гиба на детали 135°, 90°, 60°,45° и др.

• Меньшие затраты на инструмент, можно обойтись одним комплектом для многих задач.
• Меньшее требуемое усилие гибки по сравнению с другими методами гибки.

Недостатки «свободной гибки»:

• Менее точные углы. В связи с тем что инструмент воздействует на металл только в трех точках то заготовка может повести себя непредсказуемо и угол гиба по всей длине будет неравномерный,

особенно если в заготовке есть остаточные напряжения после раскроя. Теоритические значения ±45 ́, но практически может достигать нескольких градусов.

• Меньшая точность повторений, на которую сильно влияют различия в качестве материала заготовок.
• Больший эффект обратного пружинения за счет большей упругой деформации.
• Меньшая универсальность и качество гибки. Раскрытие матрицы при свободной гибке 10-15 толщин листа, это является причиной увеличения минимального отгиба. Отсутствие соприкосновения со стенками матрицы является причиной деформации отверстий («выворот») расположенных близко к линии гиба.

В каких случаях «свободная гибка» предпочтительнее:

• Большая номенклатура изделий, мелкосерийное производство.
• Разные углы гибов (в том числе острые).
• Минимальные требования к точности и качеству гибов.
• Геометрия конечных деталей не содержит маленьких минимальных отгибов и допустимы внутренние радиусы гибов равные двум толщинам и более.

ГИБКА НА ОСНОВЕ

Данный метод гибки некоторые объединяют с «свободной гибкой», но у него много своих особенностей.

В отличии от классической «воздушной гибки» заготовка в самом конечном положении контактирует со стенками V-образного паза и нижней частью пуансона.

Требуемое усилие выше чем при «свободной гибке» до трех раз. Раскрытие матрицы выбирается из диапазона 6-10 толщин металла.

Преимущества «гибки на основе»:

• Более точные углы по сравнению с «воздушной гибкой», теоритические значения ±300.
• Меньший эффект обратного пружинения и большая повторяемость за счет большего воздействия на металл и уменьшения упругих деформаций. Несмотря на это пружинение немного остается, поэтому если необходимо получать на готовой детали 90°, то инструмент следует выбирать 88°-85°.
• Лучшее качество гибки: «выворот» отверстия уменьшается при достижении пуансоном нижнего положения, относительно небольшие раскрытия матриц позволяют делать небольшие минимальные отгибы и довольно точные внутренние радиусы равные от 1 до 2 толщин металла.

Недостатки «гибки на основе»:

• Большее требуемое усилие гибки по сравнению со «свободной», не применим для толстых металлов.
• Меньшая гибкость по сравнению с «воздушной гибкой», чтобы достичь всех преимуществ данного метода на другом профиле или угле необходим другой инструмент.

В каких случаях «гибка на основе» предпочтительнее:

• Ограниченная номенклатура изделий, мелкосерийное и серийное производство.
• Повышенные требования к точности и качеству гибов.
• Внутренние радиусы гибов должны быть от 1 до 2 толщин металла.
• Часто используется один угол гибов, например 90° и изредка более тупые.
• Оптимальные минимальные отгибы.

Данный метод заключается в максимальном пространства между пуансоном и матрицей в конечном положении.

Угол гиба определяется усилием и геометрией гибочного инструмента.

Давление продолжается даже при достижении нижней точки, за счет этого отсутствует упругая деформация, лист металла пластически деформируется под давлением инструмента.

Преимущества «чеканки»:

• Точность углов гиба, несмотря на разницу в толщине и свойствах материала.
• Маленький внутренний радиус, до 0,5 толщины металла, бывает недостижим другими способами.
• Обратное пружинение практически отсутствует, максимальная повторяемость.
• Доступные специльные исполнения, например Z-гибка, U-гибка, несколько гибов за один раз, сложные формы.

Недостатки «чеканки»:

• Максимальные требования по усилию, причем не только к станку, но и к инструменту и системе крепления.
• Отсутствие гибкости, один инструмент — один вид профиля.
• Только тонкий металл, в основном используют на толщинах до 2 мм.
• Повышенный износ инструмента и оборудования.

В каких случаях «чеканка» предпочтительнее:

• Крупносерийное производство.
• Самые высокие требования к точности и повторяемости.
• Внутренние радиусы гибов должны быть меньше толщины металла.
• Необходимо не зависеть от качества заготовок.
• Сложная форма гибов, которую не получить другими методами.

2. РАСЧЕТ УСИЛИЯ ДЛЯ ГИБКИ

Чтобы гибочный инструмент служил долго, необходимо ограничивать нагрузку на инструмент в соответствии с максимально допустимой. На инструменте этот параметр указывается в тоннах или килоньютонах на метр.

Важно понимать, что с уменьшением длины заготовки и инструмента уменьшается максимально допустимое номинальное усилие. Например, инструмент выдерживает нагрузку 60 тонн/метр, соответственно 10 сантиметров такого инструмента выдержит давление только 6 тонн.

Расчитать требуемое усилие для гибки металла можно только примерно, на практике используют таблицы или формулу.

S — толщина металла, мм
V — раскрытие матрицы, мм
Ri — внутренний радиус гиба на детали, мм
В — минимальный отгиббез толщины металла при 90°, мм
Rm — предел прочности в кг/мм2
F — необходимое усилие, т/м
Формула расчета усилия:



1,42 — это коэффициент, учитывающий̆ трение заготовки о кромки матриц, у горячекатаного и несмазанного металла трение больше чем у холоднокатаного, если металл ржавый̆, то следует добавлять 10-15% к расчетному усилию.
L — длина заготовки, чтобы получить результат в тоннах длину надо указывать в метрах.

Таблица зависимости минимального отгиба от градуса гиба

Где В — минимальный отгиб без толщины металла при 90°, указанный в таблицах усилий

Таблица усилий для гибки обычной стали

Таблица усилий для гибки нержавеющей стали

Основы гибки металла

На сегодняшний день гибка листового металла осуществляется различными способами. Наибольшее распространение получили станки типа Press Brake. Популярность применения такой технологии обусловлена следующими особенностями.

• На одном и том же оборудовании можно изготавливать детали различных конфигураций из различных материалов и различных толщин.
• Высокая производственная гибкость — большинство деталей изготовляется без переналадки оборудования и смены инструмента. Более того, часто инструмент вообще не меняется, при этом в производстве может находиться большое количество деталей отличных как по конфигурации, так и по материалу/толщине.
• Высокая производительность.
• Низкая стоимость оборудования и себестоимость производства.
• Применимость автоматизации процесса.

Вместе с тем, возможности такого технологического процесса не могут быть безграничными. Основными лимитирующим факторами или их сочетанием, являются:

• свойства материала;
• особенности инструмента;
• знания и умения технологов и операторов;
• возможности пресса.

Рассмотрим основные, наиболее важные, вопросы гибки листового металла на станках типа Press Brake.

Деформация металла

Гибка на листогибочных прессах основана на принципе 3 точек. Лист опирается на 2 точки матрицы. Пуансон давит на лист между 2 точками матрицы, образуя третью, центральную точку. По мере опускания пуансона, центральная точка листа опускается вместе с ним, а нижние боковые поверхности листа скользят по радиусам V-раскрытия матрицы. Материал несколько сжимается в месте давления пуансона и значительно растягивается с нижней стороны листа. Также, материал деформируется в месте скольжения по матрице — там остаются видимые или невидимые следы деформации (вдавливания).

Схематичное изображение деформации металла при гибке

Длина развертки в направлении, перпендикулярном линии гиба, всегда увеличивается. В связи с этим длину развертки делают меньше чем сумму всех бортов. Удлинение заготовки на каждом гибе зависит от:

• толщины и типа материала,
• угла гиба,
• радиуса гиба (ширины V-раскрытия матрицы и радиуса пуансона),
• направления проката.

Теоретический расчет всегда будет приближенным. Наиболее точный результат можно получить опытным путем. Для этого нужно взять несколько заготовок, например, 100×100. Отметить направление проката. Согнуть равное количество заготовок вдоль проката и поперек. Сделать замеры полученных бортов. Для каждой заготовки суммировать длины бортов и вычесть 100. Полученная разница и будет удлинением для заданных условий гибки. Сравнивая полученные результаты можно оценить следующее:

• стабильность результатов,
• влияние направления проката.

В большинстве случаев разницей в удлинении вдоль проката и поперек можно пренебречь. Однако, если требования к точности получаемых размеров очень высокие и/или количество гибов большое, то эту разницу следует учитывать при создании развертки и расположении ее на листе.

Отдельно нужно отметить тот факт, что чем больше нужно деформировать металл (уменьшение минимального борта, угла и радиуса гиба) тем большее воздействие потребуется. Здесь воздействие напрямую связно с давлением и моментом силы. Давление является отношением силы к площади, на которую она приложена. Таким образом, для увеличения воздействия необходимо прикладывать большее усилие на меньшей площади. Момент силы, в свою очередь, является произведением воздействующей силы на длину рычага приложения силы. Уменьшение минимального борта или радиуса гибки требует использования матрицы с меньшим V-раскрытием и, как следствие, меньшим рычагом приложения силы. Соответственно, при прочих равных, гибка на матрице с меньшим раскрытием требует приложения большей силы.

Схематичное изображение силы и рычага при гибке на матрицах с разным V-раскрытием