Цель данной статьи – предоставить информацию о гибке металлических труб и, в частности, о гибке с обкаткой методом наматывания. Приведенные в этой статье методы применимы для всех гибочных станков, использующих метод гибки с обкаткой. Лучший пример такого оборудования - бездорновый трубогиб Ercolina.
Методы гибки стальных, медных, алюминиевых труб
Гибка металлических труб может осуществляться на ручных, автоматических и полуавтоматических станках. Оборудование для гибки металлических труб подбирается в зависимости от диаметра трубы, материала, толщины стенки, требуемой точности, повторяемости и объёмов выпуска изделий.
Если Вас интересует гибка стальных труб, наши специалисты помогут подобрать оборудование, исходя из параметров вашего технического задания. На современных станках возможно осуществлять гибку стальных труб с высокой степенью автоматизации производственного процесса.
Для гибки труб большого диаметра применяются специальные мощные трубогибочные станки. Высокий крутящий момент и жёсткость конструкции обеспечивают требуемую точность и производительность даже при гибке стальных труб больших диаметров.
Создать гиб трубы позволяют различные методы:
- Наматывание
- Растяжение
- Горячая гибка вручную
- Вальцовка.
Выбирается один из перечисленных выше методов, в зависимости от трубы (диаметра и толщины материала), радиуса гиба, допусков по овальности и утоньшению, допусков на размер изделия, а также вида требуемого изделия.
Горячая гибка вручную
Горячая гибка труб вручную является одним из старейших методов. Метод позволяет изготавливать практически любой вид изделия, но он должен выполняться профессионалом с очень большим опытом (найти такого все труднее). Время изготовления продолжительное (около одного часа на каждый гиб, а часто даже дольше).
Холодная гибка труб с помощью роликов или вальцовка
Труба зажимается нажимным роликом, который, в зависимости от его положения, определяет радиус получаемого гиба.
Этот метод:
- позволяет создавать различные виды гиба (близкие к положению нажимного ролика), используя один трубогиб.
- не позволяет получать гиб с маленьким радиусом, коэффициент R которого больше 5.
- не позволяет выполнять гибку тонкостенных труб, коэффициент E которых меньше 15.
- не используется для изготовления змеевиков, оптимален для гибки труб большого диаметра.
Радиус полученного гиба не является точным.
Изгиб труб методом наматывания
Труба вталкивается в зону загиба с помощью различных средств.
Для этого метода на трубогибе используются простые инструменты; это быстрый метод, но он приводит к большой овальности (не менее 10%).
Этот метод:
- не позволяет получать гиб с маленьким радиусом, коэффициент R которого больше 5.
- не позволяет выполнять изгиб тонкостенных труб, коэффициент E которых меньше 15.
- обычно используется слесарями на месте прокладки трубы.
- очень популярен и используется, главным образом, для гибки арматуры (цельных труб).
Различают три типа гибки методом наматывания со сжатием:
1. С помощью ролика или кулачка, вращательным движением
2. С помощью прижима, вращательным движением
3. С помощью шаблона для гибки на опорах (пресс).
Гибка с обкаткой
Труба закрепляется неподвижно на матрице для гибки с помощью захвата. Матрица для гибки и захват поворачиваются, прижим или ролики удерживают трубу на оси трубогиба.
Этот метод:
- самый общепринятый метод, используемый для изготовления промышленных изделий.
- позволяет получить гибы труб с маленьким радиусом (коэффициент R 0,8).
- позволяет выполнять гибку тонкостенных труб (коэффициент E равен 200).
III–3 ПРИНЦИП РОТАЦИОННОЙ ГИБКИ
В гибе, произведённом с помощью метода гибки с обкаткой, можно выделить три зоны:
Extension area – Зона удлинения, расположенная во внешней части гиба (выпуклая часть гиба).
Neutral area – Нейтральная зона, расположенная по оси трубы (нейтральное волокно).
Compression area – Зона сжатия, расположенная во внутренней части трубы (вогнутая часть гиба).
Во время выполнения гибки внешний участок (выпуклая часть гиба) удлиняется, в то время как внутренний участок (вогнутая часть гиба) сжимается.
III–4 ГИБОЧНЫЕ СТАНКИ ДЛЯ ГИБКИ С ОБКАТКОЙ
Основная комплектация станка включает:
- Матрица (или формующий ролик)
- Захват
- Линейка
Clamp Захват
Bend die Матрица
Pressure die Прижим
В соответствии с уровнем сложности гибки возможно использование дорна или обжимного фитинга (Mandrel - дорн).
Наконец, для сложных операций, выглаживающая колодка (Wiper die).
Трубогибочный станок в собранном виде:
- Bend die Матрица
- Wiper die Выглаживающая колодка
- Mandrel Дорн
- Clamp Захват
- Pressure die Прижим
III–5 ПАРАМЕТРЫ И ФУНКЦИИ ДЕТАЛЕЙ СТАНКА
Матрица для гибки:
Радиус от оси, диаметр паза.
- Диаметр паза соответствует внешнему диаметру трубы.
- Радиус шаблона соответствует радиусу требуемого гиба.
Захват:
Диаметр паза, длина.
- Диаметр паза соответствует внешнему диаметру трубы.
- Длина захвата соответствует диаметру трубы и радиусу гиба.
Прижим:
Диаметр паза, длина.
- Диаметр паза соответствует внешнему диаметру трубы.
- Длина прижима зависит от радиуса гиба и максимального угла изделия.
Дорн:
- Диаметр дорна соответствует внутреннему диаметру трубы.
Выглаживающая колодка:
Радиус от оси, диаметр.
- Диаметр паза соответствует внешнему диаметру трубы.
- Радиус соответствует требуемому радиусу гиба (радиус шаблона).
III–6 ВЛИЯНИЕ УДЛИНЕНИЯ НА ВЫПУКЛУЮ ЧАСТЬ ГИБА
Верхняя выпуклая часть трубы подвергается удлинению, она противодействует данному виду напряжения и стремится сдвинуться в направлении нейтральной структуры.
Во время движения в направлении теоретически нейтральной структуры, на верхней выпуклой части гиба образуется овальность.
- Extrados Выпуклая часть гиба
- Fibre neutre Нейтральная структура
Овальность трубы приводит к уменьшению сечения для отвода жидкости, увеличению сброса нагрузки, появлению изменений режима (плавного или турбулентного).
Для снижения степени овальности гибов верхняя выпуклая часть трубы выдвигается с помощью инструмента: дорна.
Дорн помещается внутрь трубы и удерживается на месте во время гибки с помощью штанги дорна.
III–7 ВЛИЯНИЕ СЖАТИЯ НА ВОГНУТУЮ ЧАСТЬ ГИБА:
Поскольку вогнутая часть гиба подвергается сильному сжатию, она противодействует данному виду напряжения. В соответствии с этим усилием (более или менее важным в зависимости от радиуса гиба), поверхность стремится к изгибанию.
Такие изгибы изделий для отвода жидкости приводят к уменьшению проходного сечения и, что более важно, вызывают турбулентность (сброс нагрузки, шум). В то же время внешний вид изделия остается точно таким же.
III–8 КОМПЕНСАЦИЯ ВЛИЯНИЯ УДЛИНЕНИЯ НА ВЫПУКЛУЮ ЧАСТЬ ГИБА:
В соответствии с желаемым результатом (овальностью), используются дорны различной формы:
- Simple mandrel: Простой цельный дорн
- Spoon mandrel: Ложкообразный дорн
- Ball mandrel: Шарнирный дорн со сферами
Пример использования фиксирующего дорна:
Корпусы и шарниры поддерживают выпуклую часть трубы в направлении внешней части гиба для того, чтобы ограничить овальность трубы.
Поддержание выпуклой части трубы влияет на удлинение, которое приводит к уменьшению толщины стенки.
III–9 КОМПЕНСАЦИЯ ВЛИЯНИЯ СЖАТИЯ НА ВОГНУТУЮ ЧАСТЬ ГИБА ТРУБЫ
Для того, чтобы привести к сжатию внутренней части трубы, используется выглаживающая колодка.
Вместе с прижимом и дорном, выглаживающая колодка направляет трубу во время гибки. Одна только выглаживающая колодка не может осуществлять формирование гибов.
- Wiper die Выглаживающая колодка
III–10 ПРИМЕЧАНИЕ ПО СПОСОБНОСТИ МАТЕРИАЛА УДЛИНЯТЬСЯ (ИЛИ СЖИМАТЬСЯ)
Принято считать, что для гибки трубы достаточно удлинить ее.
Если внутренняя часть трубы не сжимается на уровне, необходимом для гибки, фактические значения удваиваются.
Все материалы обладают специфическими характеристиками, которые позволяют придавать им форму.
Температура и молекулярное состояние, позволяющие придавать форму (пластичность).
Изгибаемый материал характеризуется двумя параметрами:
Его удлинение вследствие способности гнуться.
Его сопротивление разрушению при напряжении, необходимом для гибки.
УДЛИНЕНИЕ
Удлинение, выраженное в %, характеризует материал и его способность гнуться. При изгибании теоретическое удлинение определяется с помощью следующей формулы:
A% = (100 х D) / (2 Ra)
Приложение 3
D = внешний диаметр трубы
Ra = радиус изгиба трубы от оси
Удлинение материала должно быть больше или равно вычисленному значению.
Изогнутый материал с удлинением, недостаточным для разрушения.
Использование противодействия во время гибки не меняет характеристики материала.
СОПРОТИВЛЕНИЕ
Сопротивление выражается в кг/мм².
Данный параметр сопротивления должен соответствовать параметру, относящемуся к размеру трубы (диаметр, толщина).
Для этого используется модуль гибки (модуль с инерцией, близкой к диаметру).
I/V = (pi/32) x (( D x D x D x D) – ( d x d x d x d)) / D
Pi = 3,14116
D = внешний диаметр трубы
d = внутренний диаметр трубы (D – 2 х толщина).
Приложение 4
Модуль гибки характеризует только категорию материала, для интегрирования сопротивления материала необходимо корректировать модуль гибки исходя из сопротивления 40 кг/мм².
Отсюда:
I/Vкор = (I/V) x (R/40).
Станки классифицируются по максимальному модулю гибки.
Откорректированный модуль гибки рассматриваемой трубы должен быть меньше модуля, указанного в технических характеристиках станка.
III–11 ПРИНЦИП ГИБКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДОРНА ИЛИ ВЫГЛАЖИВАЮЩЕЙ КОЛОДКИ, ПЕРЕДАЧА НАПРЯЖЕНИЯ
Положение станка перед закреплением линейки.
Существуют допуски для дорна и трубы (рабочие допуски, позволяющие ввести дорн в трубу).
- Bend die Матрица
- Wipper die Выглаживающая колодка
- Tube Труба
- Mandrel Дорн
- Pressure die Прижим
- JEU Зазор
Положение оснастки после установки прижима.
После фиксации прижима целью является уменьшение зазора между выглаживающей колодкой дорна и трубой.
Труба сжимается, не допуская гофрирования, вследствие этого становится толще.
- Tolerance Допуск
- Compression effect Результат сжатия
Передача напряжения:
- Stress of PD tightening Напряжение при фиксации прижима
При правильной регулировке можно создать гибы круглой и геометрически правильной формы (максимально близкие к идеальному тору).
III–12 РЕГУЛИРОВАНИЕ СТАНКА
Матрица
Ось матрицы должна совпадать с осью станка. В горизонтальном направлении и в вертикальном направлении (для станков с вертикальным движением).
- Roller axle Ось матрицы
- Machine axle Ось станка
Регулирование выполняется путем перемещения оси матрицы.
Регулирование может быть:
- ручным
- механическим
- автоматическим
- ЧПУ (ось).
Захват:
Захват неподвижно закрепляет трубу на прижимном устройстве, что позволяет изгибать ее.
Любое скольжение во время выполнения гибки изменяет качество гиба (а также геометрию изделия).
Если закрепление выполнено слишком слабо, это приведет к скольжению.
Слишком прочное закрепление приведет к появлению вмятин (изменению внешнего вида).
Зажим компенсирует напряжение растяжения, создаваемое во время гибки трубы.
- Power of traction Усилие сцепления
- Power of tightening Зажимное усилие
Усилие сцепления зависит от поверхности контакта между захватом и трубой, напряжения при сжатии и коэффициента трения между трубой и захватом.
Реакция трубы на захват создает усилие сцепления.
- Power of traction Усилие сцепления
- Clamp Захват
- Reaction of the tube Реакция трубы
- Tube Труба
- Tightening power Зажимное усилие
Параллельность:
Захват должен иметь как можно больший контакт с трубой. Нарушение параллельности уменьшает поверхность контакта и вследствие этого также тяговое напряжение.
Correct Правильно
Incorrect Неправильно
Выравнивание по вертикали:
Неправильное выравнивание захвата по вертикали приводит к появлению надрезов. Реакция трубы на зажимное напряжение снижается.
Возможно сдавливание на фиксаторах.
Появляются вмятины.
- Correct Правильно
- Incorrect too high Неправильно, слишком высоко
- Incorrect too low Неправильно, слишком низко
Состояние поверхности
При использовании короткого захвата усилие сцепления является недостаточным. Для увеличения усилия сцепления следует воздействовать на коэффициент трения путем изменения состояния поверхности захвата (шлифовка, частичная покраска).
Необходимо поддерживать хорошее состояние поверхности, так как в противном случае полосы, задерживающие загрязнение, не выполняют свои функции.
Зажимное усилие
После выполнения указанных выше условий зажимное усилие прилагается либо путем регулирования положения захвата (начало зажима) либо регулированием давления или тока.
Необходимо регулировать зажимное усилие в соответствии с требуемым напряжением, не превышая его.
При использовании дорна, если усилие захвата слишком большое, это приведет к блокированию фиксаторов на трубе и:
- Снижению сопротивления скольжению.
- Разрушению крепления дорна.
- Разрушению дорна.
При слишком большом усилии захвата матрица изогнется.
В случае гибки винтовой поверхности гиб не является плоским. Расположение деталей станка относительно друг друга нарушается.
Может понадобиться регулирование станка, а именно: установить контакт захвата таким образом, чтобы свести к нулю степень сжатия.
- Contact Контакт
Прижим
См. передача напряжения.
Выравнивание по вертикали
Неправильное выравнивание прижима по вертикали приводит к появлению надрезов.
Нарушается передача напряжения.
Возможно сдавливание корпуса дорна.
Тяговое напряжение для гибки трубы увеличивает риск скольжения захвата.
Появляются вмятины.
Зажимное усилие
Необходимо регулировать зажимное усилие, для того чтобы установить трубу в прижимное устройство.
При применении слишком большого усилия труба будет заблокирована между прижимом, дорном и выглаживающей колодкой, а усилие сцепления для гибки трубы возрастет, и появится скольжение.
Регулирование зажимного усилия выполняется путем регулирования давления, а также тока.
Бустер прижима
Во время гибки бустер двигается вперед по мере осуществления гибки и предельного трения.
Подача (или удерживание) прижима влияет на поведение трубы.
Слишком сильная подача (толчок) позволяет подвинуть трубу, но приводит к образованию гофра.
Слишком слабая подача (удерживание) приводит к скольжению в сторону захвата.
- Feed value Величина перемещения
Величина перемещения прижима вычисляется по следующей формуле:
Val = ((2 х pi x Ra) / 360) x Ang x K
Val : величина подачи прижима
Ra : радиус гиба от оси
Ang : угол гиба
K : коэффициент толчка ( K = 1 теоретический выход, K<1 удерживание, K> 1 толчок).
Дорн
Положение дорна относительно оси трубы определяется по оси матрицы.
- Reference axis Нулевая отметка
Нулевая отметка дорна должна совпадать с нулевой отметкой матрицы.
Это положение является теоретическим.
В соответствии с зазором, существующим между внутренней частью трубы и корпусом дорна, лучше направлять дорн в сторону передней части оси матрицы (боковая часть зажима) на величину, соответствующую зазору.
Выглаживающая колодка
Выглаживающая колодка располагается в соответствии с матрицей.
Выглаживающая колодка регулируется по матрице. Регулирование и положение выглаживающей колодки являются очень важными параметрами для получения правильного результата.
Качество выглаживающей колодки определяется точностью его передней части, эта точность сочетается с её износостойкостью и сроком эксплуатации.
Регулирование теоретического положения:
- Axle of the bottom of the groove Ось дна паза
Такого положения очень сложно достичь (идеальное механическое регулирование).
С целью ограничения степени сжатия заднего края выглаживающая колодка располагается под углом (уклоном), что упрощает прохождение трубы. Поверхность контакта между трубой и выглаживающей колодкой уменьшается. Угол конусности зависит от сложности гибки и уменьшается в соответствии со сложностью.
Угол конусности должен быть обязательно положительным, но если вследствие неправильного регулирования или движения какого-либо рода он становится отрицательным, труба будет заблокирована, и это приведет к скольжению захвата и образованию гофра.
III–13 УРАВНОВЕШИВАНИЕ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ПЕРЕДНЕЙ И ЗАДНЕЙ ЧАСТИ ТРУБЫ
- Front Вперед Передняя часть
- Back Назад Задняя часть
Слишком сильное закрепление передней части:
Гибка трубы между прижимом, дорном и выглаживающей колодкой
Приводит к скольжению вперед (захват)
Приводит к образованию гофра
Приводит к усложнению обратной передачи гибов
Приводит к увеличению скольжения
Приводит к увеличению образования гофра
Слишком слабое закрепление задней части:
Образование гофра (труба не прижата к выглаживающей колодке).
Часто такое формирование гибов приводит к скольжению внутри захвата и это увеличивает образование гофра.
Слишком сильное закрепление передней части:
Изменения внешнего вида трубы (вмятины).
При использовании дорна слишком сильное закрепление может заблокировать трубу на дорне, что приведет к:
– Снижению силы скольжения.
– Поломке крепления дорна.
– Поломке дорна.
– Снижение силы скольжения
○ Приводит к образованию гофра.
○ Приводит к усложнению обратной передачи гиба.
○ Приводит к усилению скольжения.
Слишком слабое закрепление передней части:
Скольжение вперед (зажим)
○ Приводит к образованию гофра
○ Приводит к переносу гибов в заднюю часть
○ Приводит к усилению скольжения
○ Приводит к увеличению образования гофра
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
КОЭФФИЦИЕНТ E
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
КОЭФФИЦИЕНТ R
Very difficult Очень сложно
Difficult Сложно
Easy Легко
Very easy Очень легко
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ УДЛИНЕНИЕ, НЕОБХОДИМОЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ГИБА
Удлинение нейтральной структуры: Ln = (2 x pi / 360) x Ra (радиус) x Ang
Удлинение внешней структуры: Le = (2 x pi / 360) x (Ra + D/2) x Ang
Удлинение: A% = ((Le – Ln) / Ln) x 100
A% = (( ((2 x pi / 360) x (Ra + D/2) x Ang) – ((2 x pi / 360) x Ra x Ang)) / (2 x pi / 360) x Ra x Ang)) x 100
A% = (( (Ra + D/2) – (Ra)) / Ra) * 100
A% = (100 x D) / (2 x Ra)
В таблице ниже приведены показатели удлинения, соответствующие диаметру трубы, близкому к радиусу гиба.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
МОДУЛИ ГИБКИ ТРУБ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ
Pi = 3,14116
D = внешний диаметр трубы.
d = внутренний диаметр (D – 2 х толщина).
I/V = (pi/32) x (( D x D x D x D) – (d x d x d x d))/D
Внешний диаметр и толщина, выраженные в мм I/V на см³.
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Продолжение
МОДУЛИ ГИБКИ ТРУБ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ
Внешний диаметр и толщина, выраженные в мм I/V на см³.
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Длина изогнутого участка