Гибка труб и профиля: способы, минимальный радиус, овальность, утонение стенки и чертёж

Способы гибки

При любом способе материал снаружи гиба растягивается, внутри — сжимается, а нейтральный слой остаётся между ними. Способы отличаются тем, как поддерживают сечение.

Намотка — самый универсальный и точный способ: Tools for Bending пишет, что он стабильно даёт качественные гибы даже на малых радиусах и тонкой стенке. Для толстостенной трубы на щедром радиусе хватает трёх инструментов: гибочного ролика, зажима и прижимной колодки. По мере утонения стенки и уменьшения радиуса нужны дорн и складкоуловитель. Трубогибы с дорном выпускают на широкий диапазон: у transfluid серия t bend PROLINE — для труб от 6 до 150 мм, у Schwarze-Robitec машины серии HEAVY DUTY — до 450 мм.

Прессовая гибка быстра, но сечение внутри не поддерживается: по данным Tools for Bending, труба может сплющиться снаружи гиба и пойти горбом или складкой внутри.

Прокатка — это вальцовка профиля. Щедрые радиусы, дуги и кольца делают на профилегибах, подробнее о вальцах — в статье «Вальцовка листа». DAVI для профилегибов MCP отмечает, что у полых профилей достижимый диаметр зависит больше от искажения сечения, чем от мощности машины, и советует засыпать профиль песком или ставить специальные ролики.

С нагревом. Tools for Bending описывает, как нагрев внутренней стороны гиба снижает сопротивление металла сжатию, нейтральный слой смещается наружу и утонение уменьшается. Режимы горячей гибки и требования к термообработке после неё задают нормативы на изделие — для технологических трубопроводов это ГОСТ 32569-2013.

Минимальный радиус: D гиба и стенка

Производители инструмента описывают сложность гиба двумя отношениями. Их формулы приводит Unison:

Чем больше WF и меньше Dгиба, тем сложнее гиб. В таблице подбора оснастки Tools for Bending строки — WF от 10 до 200, столбцы — Dгиба от 1 до 3,5. Для толстостенных труб на больших радиусах таблица рекомендует пробку или гибку без дорна и складкоуловителя, дальше — шарнирный дорн с увеличивающимся числом шаров и всё более плотным шагом. Складкоуловитель, по той же таблице, нужен в нижней её части — на тонкой стенке и малом радиусе.

Что пишут производители:

• Tools for Bending: если отношение диаметра к стенке достаточно мало, трубу гнут на радиусе около 4 D без чрезмерного сплющивания и гофров. При обкатывании на 1,5–2 D и WF около 20 процесс становится сложным. В авиации гнут радиусы менее 1 D при WF свыше 100.
• transfluid: опция гибки с прижимом и свободной гибки позволяет делать радиусы менее 1 D.
• Swagelok для ручного трубогиба приводит радиусы для отожжённых труб: Ø6 мм — 15 мм, Ø12 мм — 38 мм, то есть примерно 2,5 D и 3,2 D.
• DAVI для профилегиба MCP при прокатке трубы из мягкой стали (предел текучести до 270 МПа, временное сопротивление до 400 МПа): 76 × 6,3 мм — до диаметра 700 мм, 141 × 6 мм — до 1150 мм, тонкостенная 96 × 2 мм — только до 1400 мм. Это радиус примерно 4,6 D, 4,1 D и 7,3 D. Более прочный материал, по DAVI, снижает возможности.

Если нужен радиус меньше, чем гнёт цех, берут готовый крутоизогнутый отвод и вваривают его: такие отводы выпускают по ГОСТ 17375-2001 — типа 3D, R около 1,5 DN, и по ГОСТ 30753-2001 — типа 2D, R около DN.

Утонение и овальность

Удлинение наружного волокна по Unison:

Утонение. Tools for Bending пишет, что без подпора прижимной колодки утонение наружной стенки составляет около трёх четвертей удлинения: труба 2" на радиусе 3" по оси утончается примерно на 25 %. Подпор колодки и нагрев внутренней стороны гиба смещают нейтральный слой наружу и уменьшают утонение.

Овальность (сплющивание) обычно выражают в процентах от номинального наружного диаметра. В нормативе на конкретное изделие формула может быть своей — тогда берите её.

Пример. Труба Ø40 × 2 мм, сталь, WF = 40 / 2 = 20.

• Радиус 80 мм по оси — 2 D: e = 0,5 · 40 · 100 / 80 = 25 %, утонение около 0,75 · 25 ≈ 19 %, стенка снаружи — около 1,6 мм.
• Радиус 120 мм — 3 D: e ≈ 16,7 %, утонение около 12,5 %, стенка — около 1,75 мм.
• Если в гибе намерили Dmax = 41,2 мм и Dmin = 38,6 мм, овальность — (41,2 − 38,6) / 40 · 100 = 6,5 %.

Оценка утонения приблизительная: реальное значение зависит от подпора, дорна и материала. Для ориентира: в авиационной гибке, по Tools for Bending, допускают утонение 12–18 % и сплющивание 3–6 %. Для своего изделия допуск задаёте вы или норматив на изделие — например, для технологических трубопроводов ГОСТ 32569-2013 при входном контроле гнутых колен и отводов предусматривает измерение овальности и толщины стенки в месте гиба.

Пружинение

После гиба труба частично распрямляется — это пружинение. По данным Tools for Bending, труба «разгибается» на 2–10 % в зависимости от радиуса: чем меньше радиус, тем меньше пружинение, а без дорна оно заметно больше. Пружинение также увеличивает радиус после гиба. Swagelok для ручного трубогиба советует закладывать 1–3° компенсации и проверять угол шаблоном или угломером.

На ЧПУ-трубогибе пружинение компенсируют перегибом в программе, подобрав его на пробных деталях из той же партии трубы. Поэтому трубу на серию лучше брать одной плавки и одного поставщика — Tools for Bending советует это прямо для тонкостенной гибки.

Как задать гиб на чертеже

• Радиус — по оси трубы (CLR). Так его задают и при заказе оснастки: Tools for Bending просит указывать радиус по оси. Внутренний радиус равен CLR − D / 2, наружный — CLR + D / 2.
• Угол гиба — между осями соседних прямых участков.
• Прямые участки — от торца или от точки касания предыдущего гиба до точки касания следующего. Для пространственных деталей удобнее таблица: для каждого гиба длина прямого участка перед ним, угол гиба и угол поворота плоскости.
• Прямой участок под зажим. Зажим держит трубу на прямом участке. Tools for Bending рекомендует длину зажима около 3,5 D, а при более коротком участке — насечку на зажиме. Для трубы Ø40 это около 140 мм. Точную минимальную длину назовёт цех по своей оснастке.
• Прямой участок у фитинга. Если на трубу ставят соединение, нужен прямой участок под его посадку: Swagelok даёт, например, 31 мм для трубы Ø12 при радиусе 38 мм.
• Допуски: на угол, длины прямых участков, овальность и утонение в гибе, если они важны для прочности или сборки.
• Материал и состояние: марка, стандарт на трубу, отожжённая или нет. Swagelok рекомендует для гибки отожжённые трубы невысокой твёрдости.

Если после гибки нужны отверстия и вырезы, их обычно делают на трубном лазере до гибки или после — обсудите с цехом, что точнее для вашей детали. Как готовят детали под трубный лазер, см. статью «Лазерная резка труб и профиля».

Профиль: квадратная труба, уголок, швеллер

Квадратную и прямоугольную трубу гнут намоткой с оснасткой под профиль или прокаткой. Уголок, швеллер и двутавр чаще прокатывают на профилегибе, и важно, как профиль гнётся: полкой наружу, полкой внутрь, по лёгкой или по жёсткой оси. У DAVI MCP для каждого варианта своя строка производительности, а минимальные диаметры отличаются в разы. Для профилей меньше указанных в таблице DAVI предупреждает, что могут понадобиться проставки и детали специальной оснастки, и советует технический анализ задачи.

Сортамент профилей — в статье «Сортамент уголка, швеллера и трубы», листовые гибы — в «Конструирование гнутых деталей».

Что спросить у цеха

• Каким способом будут гнуть и на каком станке — намоткой, с дорном или без, прокаткой.
• Есть ли оснастка под ваш диаметр и радиус. Новая оснастка — это срок и деньги.
• Какую овальность и утонение цех гарантирует и как будет их мерить.
• Какой минимальный прямой участок между гибами и у торцов.
• Как компенсируют пружинение, сколько пробных деталей нужно.
• Нужны ли запас по длине и обрезка после гибки.
• Кто отвечает за трубу: марка, состояние, одна плавка на партию.
• Как будет проверяться геометрия: шаблон, контрольное приспособление, измерительная рука.