KRAVETS/LAB

Від чого залежить результат гнуття листового металу: 10 факторів

Чому кут «гуляє», звідки тріщини на згині і чому деталь не збирається. Десять факторів, які я перевіряю першими, коли розбираю брак у цеху.

Назарій Кравець · · 9 хв читання

Кут «гуляє» від партії до партії, на згині з'являються тріщини, деталь не збирається, хоча розгортка «правильна». За 12 років у цеху я переконався: причина браку майже ніколи не одна. Результат гнуття — це сума кількох факторів, і кожен із них можна виміряти й врахувати.

Нижче — десять факторів, які я перевіряю першими, коли розбираю проблему на виробництві. По кожному в базі знань вийде окрема детальна стаття.

ФакторНа що впливає найбільше
Матеріал (Rm, Rp0,2)Сила згинання, пружинення, ризик тріщин
Товщина та її допускСила (у квадраті), стабільність кута
Напрям прокатуТріщини, мінімальний радіус
Розкриття матриці VСила, внутрішній радіус, мінімальна полиця
ПуансонРадіус, колізії, слід на деталі
Метод гнуттяТочність кута, потрібний тоннаж
ПружиненняФактичний кут після розвантаження
Прогин траверси і столуРізниця кута по довжині деталі
Розгортка і K-факторРозміри полиць, збирання
Стан інструменту і пресаПовторюваність, кут по довжині

01Матеріал: межа міцності і межа текучості

Межа міцності Rm прямо входить у формулу сили згинання. Межа текучості разом із модулем пружності визначає, наскільки кут «відіграє» назад після зняття навантаження: чим міцніший метал, тим сильніше пружинення.

Важливий момент, про який часто забувають: марка сталі — це не одне число. Наприклад, для S235 за стандартом допускається межа міцності приблизно від 360 до 510 Н/мм². Це означає, що два листи «тієї ж» сталі можуть потребувати сили, яка відрізняється майже на 40%, і пружинити по-різному. Тому для стабільного кута я завжди прошу сертифікат на метал і, за можливості, працюю з одним постачальником.

Нержавіюча сталь AISI 304 — окрема історія: вона не лише міцніша за конструкційну, а й зміцнюється під час деформації. Звідси більша сила, більший радіус і помітно сильніше пружинення.

02Товщина листа та її допуск

Товщина входить у формулу сили в квадраті. Лист на 10% товщий потребує приблизно на 21% більшої сили:

F = (1 + 4·S/V) · Rm · S² · L / V

Але для точності кута важливіше інше. При повітряному гнутті кут задається глибиною входу пуансона в матрицю. Якщо лист товщий у межах допуску, при тій самій глибині він згинається на гостріший кут. Саме тому кут може відрізнятися між листами однієї партії — особливо на вузьких матрицях. Перед налагодженням я заміряю фактичну товщину, а не беру номінал з креслення.

03Напрям прокату

Метал після прокатки має волокнисту структуру. Лінія згину поперек напрямку прокату — безпечніший варіант: менший ризик тріщин на зовнішній поверхні. Якщо лінія згину йде вздовж прокату, потрібен більший внутрішній радіус.

Найчутливіші до цього високоміцні сталі, алюмінієві сплави в твердих станах і товстий лист. Тому розкрій деталей на листі — це теж технологія гнуття, а не лише економія металу. Детально — у статті «Напрям прокату».

04Розкриття матриці V

Матриця — головний «важіль» повітряного гнуття. Від її розкриття V залежать одразу три речі:

  • Сила. Вужча матриця — більша сила. При V менше ~6·S сила різко зростає, і можна перевантажити інструмент.
  • Внутрішній радіус. При повітряному гнутті він формується приблизно як частка від V: для конструкційної сталі близько 0,16·V, для нержавіючої — близько 0,21·V.
  • Мінімальна полиця. Полиця має дістати до плечей матриці: bmin = V / (2·sin(α/2)). Для 90° це ≈ 0,7·V, а для гострих кутів — значно більше.

Типовий вибір — V ≈ 8·S, з робочим діапазоном приблизно від 6·S до 12·S. Усі три величини можна одразу порахувати в калькуляторі сили згинання — там же схема покаже, як лист лягає на плечі матриці. Повний розбір — у статті «Як вибрати V-матрицю».

05Пуансон: радіус, кут, профіль

Поки радіус пуансона менший за «природний» радіус, який формує матриця, внутрішній радіус деталі задає матриця. Коли радіус пуансона більший — радіус задає вже пуансон, і розрахунок кута та розгортки змінюється.

Кут пуансона має бути меншим за кут деталі з урахуванням пружинення, інакше дотиснути кут не вийде. А профіль пуансона (прямий, «шиєподібний» тощо) вирішує питання колізій: для П-подібних і коробчастих деталей неправильно обраний пуансон просто не дасть виконати наступний згин. Чому занадто гострий пуансон дає тріщини — у статті «Радіус пуансона».

06Метод гнуття: повітряне, з притиском, карбування

  • Повітряне гнуття (air bending) — лист торкається лише плечей матриці і пуансона. Кут задається глибиною ходу, одним інструментом можна отримати різні кути, сила найменша. Але результат найбільш чутливий до матеріалу і товщини.
  • Штампування, або гнуття з притиском (bottoming) — лист дотискається до стінок матриці. Кут стабільніший, пружинення менше, але потрібна значно більша сила і матриця під конкретний кут.
  • Карбування (coining) — пуансон продавлює метал у зоні згину. Пружинення практично зникає, але сила зростає в рази, а інструмент і прес працюють на межі.

Більшість сучасних цехів працює повітряним гнуттям — тому всі інші фактори з цього списку для них особливо важливі.

07Пружинення (springback)

Після зняття навантаження пружна частина деформації повертається, і кут розкривається. Величина пружинення залежить від матеріалу, відношення радіуса до товщини і розкриття матриці: чим більший радіус відносно товщини, тим сильніше пружинення.

На практиці його компенсують перегином — згинають трохи гостріше, ніж потрібно. Сучасні преси з ЧПК мають таблиці компенсації або системи вимірювання кута. Але якщо метал «гуляє» за міцністю і товщиною, жодна таблиця не дасть стабільного результату без контролю вхідного матеріалу. Детально — у статті «Пружне повернення».

08Прогин траверси і столу (бомбування)

Під навантаженням траверса прогинається вгору, а стіл — униз. Посередині довгої деталі пуансон заходить у матрицю трохи менше, ніж по краях, і кут у центрі виходить більш відкритим — деталь стає схожою на «човник».

Для компенсації використовують системи бомбування: механічні клини в столі або гідравлічні циліндри. Ефект найпомітніший на довгих деталях і при великій силі, тому розрахунок сили на метр довжини — це не формальність, а питання точності. Реальний приклад — кейс 6-метрового преса, що гне «літерою W».

09Розгортка і K-фактор

Деталь може бути зігнута ідеально за кутом, але не збиратися, бо неправильно розрахована розгортка. K-фактор показує, де в товщині листа проходить нейтральний шар, довжина якого під час згину не змінюється.

Найпоширеніша помилка — брати K-фактор окремо від радіуса. K працює лише в парі з тим радіусом, з яким його визначили. Детально з прикладом реального досліду — у статті «K-фактор при гнутті: як визначити свій і чому він не сходиться».

10Стан інструменту і преса

Зношені плечі матриці змінюють фактичне розкриття V і точку контакту — кут починає відрізнятися на різних ділянках. Сегменти інструменту різної висоти або з різних комплектів дають різний кут по довжині. Сюди ж — паралельність траверси і столу, точність заднього упора і посадка інструменту в системі кріплення.

Системи кріплення — Promecam-Amada (європейський тип, найпоширеніша), Wila-Trumpf, Bystronic та інші — відрізняються точністю посадки і швидкістю переналагодження. Змішувати інструмент різних систем через перехідники можна, але кожен перехідник — це ще одна похибка.

Висновок

Коли брак повторюється, я йду від простого до складного: матеріал і товщина → матриця і пуансон → метод і компенсація пружинення → прогин і стан обладнання → розгортка. У більшості випадків причина знаходиться на перших трьох кроках — і її можна усунути без купівлі нового обладнання.

Порада: перш ніж міняти програму на пресі, запишіть фактичні дані: сертифікат металу, заміряну товщину, матрицю, пуансон, кут на краях і посередині. Без цих цифр пошук причини перетворюється на вгадування.

Брак повторюється, а причину не видно?

Надішліть креслення або фото деталі — розберу вашу задачу на конкретних цифрах.