Конструирование гнутых деталей: радиусы, полки, отверстия у гиба

Как листогиб формирует радиус

На листогибочном прессе чаще всего гнут воздушной гибкой: пуансон вдавливает лист в V-образную матрицу, и лист касается инструмента только в трёх точках — вершиной пуансона и двумя плечами матрицы. Угол задаётся глубиной хода пуансона, а радиус получается сам — как у балки на двух опорах.

Поэтому внутренний радиус определяет прежде всего раскрытие матрицы V. Bystronic приводит для мягкой стали радиус около 16 % от V, в таблице усилий Wila для гиба на 90° радиус составляет около 15 % от V. Если деталь спроектирована с радиусом, который матрица цеха не даёт, развёртка не сойдётся — подробнее в статье «K-фактор и развёртка листовой детали».

Выбор матрицы и радиуса

Отправная точка, которую приводит Bystronic, — «правило восьми»: раскрытие V примерно равно восьми толщинам листа, берут ближайшую матрицу из имеющихся. Для листа 2 мм это V16. Bystronic предупреждает: если ради малого радиуса взять матрицу уже 5·s, страдает точность угла, а инструмент и пресс могут быть повреждены.

Значения из таблицы Wila для воздушной гибки мягкой стали на 90°:

Для нержавейки та же таблица требует в 1,5 раза большего усилия, для мягкого алюминия — вдвое меньшего. Радиус у этих материалов при той же матрице тоже отличается, поэтому для них его стоит уточнять пробным гибом.

Минимальный радиус по материалу

Радиус ограничивает не только инструмент, но и пластичность металла: на наружной стороне гиба волокна растягиваются, и при слишком малом радиусе появляются трещины.

• Мягкая конструкционная сталь. Практическое правило из опыта тонколистового производства — внутренний радиус не меньше толщины; при воздушной гибке обычный радиус составляет 1–2 толщины.
• Алюминий. Мягкие сплавы (по американской классификации — 3003, 5052) гнутся примерно как мягкая сталь; твёрдые (6061, 2024) могут требовать радиуса 4–8 толщин.
• Высокопрочные стали. Минимальный радиус пуансона и гарантированный внутренний радиус дают производители стали в таблицах для каждой марки и толщины. Для них нельзя переносить правила мягкой стали.

Меньший радиус, чем даёт воздушная гибка, получают гибкой с калибровкой (лист дожимают до дна матрицы) или чеканкой. По данным Wila, калибровка требует в 3–5 раз большего усилия, чем воздушная гибка.

Минимальная высота полки

При гибке край полки скользит по плечу матрицы к канавке. Если полка короткая, к концу хода она соскальзывает в V-канавку — угол не получается, деталь перекашивается. Отсюда геометрическое условие: наружный размер полки должен быть не меньше расстояния от вершины гиба до плеча матрицы.

Для гиба на 90° это V/(2·sin 45°) ≈ 0,71·V. Табличные значения производителей близки: у Wila 0,72·V, у CONIC около 0,7·V, у Bystronic около 0,77·V. Чем острее угол между полками, тем длиннее должна быть полка.

Пример. Лист 2 мм, матрица V16 (8·s). Радиус — около 0,15·16 = 2,4 мм. Минимальная полка по формуле 16/(2·0,707) ≈ 11,3 мм, по таблице Wila — 11,5 мм. Полка 10 мм на этой матрице не согнётся; нужно либо удлинить её, либо цех возьмёт матрицу уже — с другим радиусом и пересчётом развёртки.

Практикам также известен нижний предел в 4·s: с полкой короче инструмент оставляет на ней заметные следы. При V ≈ 8·s ограничение от матрицы жёстче.

Отверстия и вырезы у линии гиба

Металл деформируется не только в самом радиусе, но и рядом с ним. Отверстие, которое попало в эту зону, вытягивается в овал, а кромка у него коробится.

Правило из практики тонколистового производства: край отверстия — не ближе двух толщин от начала радиуса гиба. В размерах от полки это удобнее записать так:

Для листа 2 мм с радиусом 2,4 мм это не меньше 6,4 мм от внутренней стороны полки.

Если отверстие нужно ближе, есть два решения: прорезать от него разгрузочный паз через зону гиба, чтобы деформация ушла в паз, или сделать отверстие после гибки. Оба варианта согласуйте с цехом.

Разгрузочный вырез нужен там, где полка кончается, а основание продолжается. Без него металл в углу рвётся, а деталь может непредсказуемо сместиться в инструменте. Вырез должен заходить за зону гиба; Davis приводит минимальный размер разгрузки, равный сумме толщины и внутреннего радиуса. Дно выреза делайте скруглённым: острый внутренний угол — готовый концентратор, от которого при вибрации растёт трещина.

Направление прокатки

Лист после прокатки анизотропен. SSAB отмечает, что сталь гнётся лучше, когда линия гиба идёт поперёк направления прокатки. У алюминия трещины особенно вероятны при гибе вдоль волокна. Если деталь гнётся с малым радиусом, укажите на чертеже направление прокатки, и цех разложит развёртки на листе с его учётом.

Пружинение

После того как пуансон уходит, упругая часть деформации возвращается: угол раскрывается, радиус немного увеличивается. Пружинение тем больше, чем выше предел текучести материала и чем больше радиус относительно толщины. Пресс компенсирует его перегибом — глубина хода подбирается так, чтобы после разгрузки получился нужный угол.

Для конструктора из этого следуют два вывода. Первый: точность угла зависит от стабильности материала, поэтому на ответственные детали оговаривайте марку и поставщика листа. Второй: радиус и K-фактор для точной развёртки лучше брать из пробного гиба на том прессе, где будут гнуть, — порядок описан в статье про K-фактор, а длину развёртки посчитает калькулятор развёртки листа.

Чек-лист перед отправкой в цех

• Радиус в модели соответствует матрице цеха для этой толщины или не задан жёстко.
• Каждая полка не короче минимальной для выбранной матрицы.
• Отверстия и пазы — не ближе 2·s от начала радиуса гиба или разгружены.
• Где полка обрывается — разгрузочный вырез со скруглённым дном.
• При малых радиусах указано направление прокатки.
• В заявке указаны радиус и K-фактор, заложенные в развёртку.