Усилие гибки: откуда берётся, как посчитать и проверить пресс и инструмент

Откуда берётся усилие

При воздушной гибке лист лежит на двух плечах матрицы, а пуансон давит посередине. Это балка на двух опорах. Чтобы лист согнулся и остался согнутым, металл должен перейти в пластическую деформацию — для этого пуансон давит с большой силой. Эту силу называют усилием гибки.

Сопротивление листа изгибу растёт с квадратом толщины, а плечо силы — с раскрытием V. Отсюда все главные зависимости. Ещё одна деталь из материалов изготовителя инструмента: при воздушной гибке усилие достигает максимума примерно при угле 120°, и гиб на 90° требует того же усилия, что и на 120°.

От чего зависит усилие

Временное сопротивление Rm — прочность металла на разрыв. Его берут из документа о качестве на партию листа: у одной марки оно заметно меняется от плавки к плавке.

Если матрицу берут по правилу восьми (V ≈ 8·s), то s² / V = s / 8, и усилие на метр растёт уже примерно пропорционально толщине. Переход с 3 на 6 мм со сменой матрицы удваивает нагрузку, а не учетверяет её.

Формула

Изготовитель прессов в учебном курсе по листовой обработке приводит такую формулу для гибки в V-матрице:

Другой изготовитель прессов даёт ту же зависимость в дюймах. В пересчёте на кН, метры и миллиметры её коэффициент около 1,6 вместо 1,33, то есть она даёт примерно на 20 % больше. Формулы оценочные, и производители закладывают разный запас. Для решения берите большее значение или таблицу изготовителя инструмента.

Поправки на материал из таблицы изготовителя инструмента для мягкой стали: для нержавейки усилие умножают на 1,5, для мягкого алюминия — на 0,5, для термоупрочнённых алюминиевых сплавов оставляют как у стали.

Пример расчёта

Лист 4 мм, Rm = 450 Н/мм², матрица V32 (8·s), длина гиба 1,5 м, гиб на 90°.

• Усилие на метр: 1,33 · 4² · 450 / 32 = 1,33 · 16 · 450 / 32 ≈ 299 кН/м, около 30,5 т/м.
• На всю длину: 299 · 1,5 ≈ 449 кН, около 45,8 т.
• По формуле с коэффициентом 1,6: 1,6 · 16 · 450 / 32 = 360 кН/м, на 1,5 м — 540 кН.
• Та же деталь из нержавейки, с поправкой 1,5: 299 · 1,5 ≈ 449 кН/м, на 1,5 м — около 673 кН.

Посчитать без ручного счёта можно в калькуляторе усилия гибки: он считает по той же формуле в кН и тоннах.

Таблица усилия в т/м

У изготовителей инструмента и прессов есть таблицы: по строке — толщина, по столбцу — раскрытие V, в ячейке — усилие в тоннах на метр гиба для мягкой стали. Там же — внутренний радиус и минимальная полка для каждой матрицы. Например, в таблице одного изготовителя инструмента лист 3 мм на V24 — 22 т/м. Формула с коэффициентом 1,33 при Rm = 450 Н/мм² даёт для этого случая около 22,9 т/м.

Как пользоваться таблицей:

1. Найти строку своей толщины и столбец своей матрицы.
2. Умножить значение на поправку на материал.
3. Сравнить значение в т/м с маркировкой инструмента. Умножить на длину гиба в метрах и сравнить с номиналом пресса.

Помните: 1 т ≈ 9,81 кН. Маркировка инструмента бывает и в кН/м, и в т/м — не путайте.

Три проверки перед гибом

В отраслевых материалах пределы предлагают проверять по порядку. Для оператора важны три.

1. Номинал пресса. Полное усилие гиба должно быть меньше номинала пресса с запасом. В руководстве к одному из прессов советуют ограничивать усилие в системе управления: если для детали нужно меньше номинала, задать ограничение не больше чем на 10 % выше нужного усилия. Так при ошибке пресс не перегрузит инструмент.

2. Нагрузка на метр для инструмента. Её указывают на пуансоне и матрице. Маркировка дана на метр длины: на участке 500 мм допустимое усилие вдвое меньше указанного. Усилие гиба на метр не должно быть больше маркировки самого слабого из инструментов: пуансона, матрицы, сегментов, державки.

3. Нагрузка на метр для пресса. Станина и ползун рассчитаны на номинал, распределённый по длине. Типовое правило: полный тоннаж допускается, если нагрузка распределена не меньше чем на 60 % расстояния между стойками.

Для пресса 1000 кН с расстоянием между стойками 3 м: 1000 / (0,6 · 3) ≈ 556 кН/м. Точное значение для своего пресса берут из его руководства.

Короткая деталь из толстого листа

Здесь чаще всего ошибаются. Полное усилие короткого гиба маленькое, и кажется, что пресс справится легко. Но нагрузка на метр от длины не зависит — она та же, что и на длинном гибе.

Пример. Лист 8 мм, Rm = 450 Н/мм², матрица V64, деталь длиной 300 мм.

• Нагрузка на метр: 1,33 · 64 · 450 / 64 ≈ 599 кН/м, около 61 т/м.
• Полное усилие: 599 · 0,3 ≈ 180 кН — меньше пятой части номинала пресса 1000 кН.
• Но предел пресса по центру из примера выше — 556 кН/м. Нагрузка на метр его превышает.
• Если взять матрицу уже, V50, нагрузка вырастет до 1,33 · 64 · 450 / 50 ≈ 766 кН/м. Пуансон «гусиная шея» с маркировкой, например, 700 кН/м будет перегружен.

В руководстве к одному из прессов прямо сказано: при работе коротким инструментом или инструментом с малой площадью усилие нужно снижать, иначе повредится инструмент, стол или ползун, а инструмент может разрушиться. Такую деталь согласуют с технологом: другая матрица, другой пресс или другой способ.

Гибка не по центру

Обычно деталь гнут в середине пресса — там доступен полный номинал. Если гиб смещён к одной стойке, нагрузка ложится в основном на её сторону. По руководству к одному из прессов у любой стойки доступна только половина номинала, независимо от длины гиба, а между центром и стойкой — промежуточная доля по графику. В его примере в точке, смещённой от центра на 0,3 расстояния между стойками, доступно 62 % номинала.

Там же отдельно ограничено смещение нагрузки вперёд и назад от оси инструмента: превышение может сломать болты стола, крепления инструмента и ползуна. Для вашего пресса доли и допустимые смещения — в его руководстве. Если руководство не разрешает нагрузку у стойки, гнут в центре.

Прогиб и бомбирование

Под нагрузкой ползун и стол прогибаются. В середине между цилиндрами пуансон входит в матрицу чуть меньше, чем по краям, и угол в середине выходит более открытым. Этот эффект называют «каноэ». Чем больше усилие, тем сильнее прогиб.

Бомбирование компенсирует прогиб: столу или державке матрицы заранее придают выпуклость. Способы, по материалам изготовителя инструмента:

• подкладки из бумаги или металлических полос под нижний инструмент — подбором, долго и неточно;
• механическое бомбирование клиньями, которые создают нужный изгиб по всей длине;
• гидравлическое — цилиндрами в нижней балке.

Признак, что бомбирование не настроено: угол на длинной детали в середине больше, чем по краям. Угол меряют в нескольких местах по длине — подробнее в уроке о контроле гнутых деталей.

Гибка в упор и чеканка

При гибке в упор пуансон доводит лист до дна матрицы и прижимает его к стенкам ручья. При чеканке носик пуансона вдавливается в металл. В обоих случаях усилие кратно больше, чем при воздушной гибке:

Учебный курс, из которого взята формула, добавляет: чеканка требует в 5–8 раз больше усилия, чем гибка в упор. Цифры расходятся, поэтому гибку в упор и чеканку делают только по карте наладки, с пересчётом усилия. Чем способы отличаются — в уроке о способах гибки.

Что проверить перед гибкой

• Усилие гиба посчитано по толщине, матрице, длине и Rm из документа о качестве, с поправкой на материал.
• Полное усилие меньше номинала пресса с запасом; ограничение усилия в системе задано.
• Нагрузка на метр не больше маркировки пуансона, матрицы и сегментов и предела пресса по центру.
• Гиб у стойки — доля номинала проверена по руководству пресса.
• На длинной детали угол проверен в середине и по краям.