Podstawy gięcia rur stalowych

Podstawowe informacje o gięciu rur.

Jak uzyskać idealne ugięcie? Temat sprowadza się do czterech zmiennych: materiału rury, oprzyrządowania, smarowania i maszyny.

Chociaż technologia gięcia rur ewoluowała znacząco przez lata, proces ten nadal sprowadza się do czterech czynników: materiału, maszyny, oprzyrządowania i smarowania.

W rzeczywistości podstawowe zasady pozostają takie same przez dziesięciolecia. Technologia wykorzystywana do gięcia rurowych przedmiotów znacznie się rozwinęła, ale cała mechaniczna magia nie może zmienić fizyki.

Niezależnie od tego, czy pracujesz z rurą czy profilem, a także niezależnie od procesu gięcia, idealne zginanie sprowadza się do zaledwie czterech czynników: materiału, maszyny, narzędzia i smarowania.

Wyginanie rur

Podstawowe warunki

Gięcie rozpoczyna się od poznania właściwości rury, z którą pracujesz. Rury, zwykle używane do transportu płynu lub powietrza, są określone przez nominalną wielkość rury. Ale kiedy określasz maszynę do gięcia, promień linii środkowej, średnica zewnętrzna i grubość ściany są krytycznymi zmiennymi.

Ponadto każdy harmonogram rur ma nominalną grubość ścianki. Istnieje tolerancja, a grubość ścianki może się nieznacznie różnić. Należy uwzględnić tę zmianę, szczególnie w przypadku procesów gięcia za pomocą precyzyjnego, ściśle dopasowanego oprzyrządowania na małych promieniach zgięcia.

Inne zmienne gięcia obejmują wewnętrzny promień zgięcia (czasami nazywany intrado); zewnętrzny promień zgięcia (lub extrados); oraz promień linii środkowej lub linię neutralną, gdzie nie występuje ani kompresja, ani rozciąganie. Kąt zgięcia odnosi się do komplementarnego kąta zgięcia. Więc jeśli rura jest zgięta do "45 stopni", to jest 45 stopni komplementarny lub kąt zakrętu 135 stopni. Odległość pomiędzy zgięciami jest dokładnie tym. Dokładniej, jest to odległość między dwoma punktami stycznymi, gdzie prosty odcinek zaczyna się zakrzywiać, a wygięcie zaczyna się lub kończy.

Podobnie jak w przypadku formowania z prasą, rury doświadczają sprężynowania po zgięciu, tworząc zgięcie, które ulega promieniowemu wzrostowi. Mówiąc ogólnie, im twardsza jest rura i im mniejszy jest promień linii środkowej zgięcia, tym większe jest sprężynowanie i powstający promieniowy wzrost. Miedź ulega mniej promieniowemu wzrostowi niż stal, która ma mniej sprężynowania niż stal nierdzewna.

Chociaż niektóre są bez szwu, większość rur jest wytwarzana ze spoiną wzdłużną. W przypadku gięcia rurowego jakość, rozmiar i konsystencja tego szwu spawalniczego są istotne. Jeśli dwie krawędzie stawu nie są idealnie wyrównane, lub jeśli ścieg spoiny jest zbyt duży lub niespójny, te nieciągłości będą miały wpływ na okrągłość rurki. To stwarza problemy, jeśli chcesz stworzyć idealne zgięcie.

Wydłużenie występuje podczas zginania, a promień zewnętrzny rozciąga się (powodując ścieńczenie ścianek), któremu materiał się opiera. Powoduje to, że zewnętrzna powierzchnia zakrętu zapada się, powodując owalność lub zniekształcenie przekroju od pierwotnego okrągłego kształtu. Pewna owalność jest akceptowalna dla pewnych zastosowań, ale niedopuszczalna w przypadku pracy precyzyjnej. Dzieje się tak, ponieważ w miarę rozciągania się na zewnątrz promień wewnętrzny kompresuje się i w pewnym momencie zaczyna się marszczyć.

Jak każda inna technologia produkcji, wymagania aplikacji napędzają wybraną metodę produkcji. Specjalne procesy gięcia rur są liczne, niektóre stare i nowe. Większość rur jest jednak zaginana na jeden z czterech sposobów: zginanie ramowe, gięcie rolkowe, zginanie kompresyjne lub gięcie obrotowe.

Gięcie ramowe

Odwiedź dowolny sklep z tłumikami i prawdopodobnie zobaczysz giętarkę w stylu ramki. Jest to jedna z najstarszych i najprostszych metod zginania rur. Wykorzystuje on hydraulicznie napędzany siłownik, który wymusza użycie rury na rolkach lub blokach obrotowych. Generalnie można osiągnąć promień linii środkowej, który jest trzy do czterech razy większy od średnicy przedmiotu obrabianego.

Identyfikator obrabianego przedmiotu nie jest obsługiwany, a znaczne rozciągnięcie występuje na zewnątrz zakrętu. Ta metoda jest popularna w zastosowaniach z rurami czworokątnymi, dla których wiele konstrukcji narzędzia taranowego celowo ściska i nieznacznie odkształca promień gięcia wewnętrznego. Zapobiega to marszczeniu się i wypycha zewnętrzną powierzchnię zagięcia do wewnątrz, tworząc wklęsłą powierzchnię i zapobiegając nadmiernemu rozciągnięciu na zewnątrz zakrętu.

Ten proces jest zdecydowanie najtańszym sposobem na zginanie rur, ale nie jest tak sterowalny, jak inne metody. Jeśli kosmetyki przedmiotów obrabianych są ważne lub aplikacja ma ścisłe tolerancje na zginanie, metoda ta może nie być najlepszym wyborem.

Roll Gending

Powszechnie stosowane do dużych przedmiotów w budowie, gięcie na rolkach zazwyczaj obejmuje trzy rolki umieszczone w piramidzie, zorientowane pionowo lub, dla większych sekcji, w poziomie. Rolki przesuwają się, aby wytworzyć określone, zwykle bardzo duże promienie. Które rolki poruszają się w zależności od maszyny. W niektórych przypadkach górna rolka przesuwa się w górę i w dół, aby uzyskać pożądany kąt; na innych dwie dolne rolki poruszają się, a górna rolka pozostaje nieruchoma.

Innym typem maszyny jest dwuwalcowa zgniatająca rolka. W tym systemie rura przesuwa się między górną i dolną rolką, podczas gdy po obu stronach dwie regulowane prowadnice przesuwają się, aby uzyskać pożądany kąt zgięcia.

Wiele z nich wykorzystuje gięcie walcowe do wytwarzania spiral. Jeśli obrabiany przedmiot ma podziałkę o jednej średnicy i duży promień, operator może podnieść rurę po jednym obrocie, aby wytworzyć ciągłą cewkę. Niektóre zastosowania, w tym te o większym skoku cewki, wymagają dodatkowego walca, który prowadzi rurę na zewnątrz podczas formowania cewki.

Gięcie kompresji

Gięcie kompresyjne wykorzystuje wałek lub matrycę ściskającą (czasami nazywaną blokiem ślizgowym) w celu wygięcia przedmiotu obrabianego wokół stacjonarnej matrycy gięcia (rysunek 6). System zaciska element obrabiany tuż za tylnym stycznym punktem. Wałek skutecznie "ściska" rurkę względem środkowej matrycy zginania. Ta metoda jest najczęstsza w symetrycznych elementach - tych z identycznymi zagięciami po obu stronach - często wygiętych w jednym ustawieniu na maszynie z dwoma głowicami gnącymi. Ta metoda sprawdza się w przypadku rur wygiętych do CLR, które są co najmniej trzy razy większe od średnicy rury.

Zewnętrzna powierzchnia zagięcia może się lekko spłaszczyć, ponieważ identyfikator rury nie jest obsługiwany. Nie jest zalecany do detali o CLR mniejszej niż trzykrotność średnicy rury. Ta metoda jest używana głównie do produkcji artykułów gospodarstwa domowego i produktów komercyjnych. Jeśli zobaczysz wieszak na ręczniki z dwoma identycznymi zagięciami z każdej strony, był prawdopodobnie uformowany z wygięciem ściskania.

Rotary Draw Bending

W przypadku prac precyzyjnych, gięcie z naciąganiem rotacyjnym dominuje w krajobrazie gięcia rur, zwłaszcza w przypadku zastosowań obejmujących ciasne promienie - czasami w dół do CLR, który jest zaledwie 0,7 razy większy niż OD rury (lub jak nazywają to procesory rurowe, mniej niż 1 × D). Ten proces zapewnia maksymalną kontrolę nad przerzedzaniem i owalnością ścian. Gięcie z obrotowym ciągnięciem wspomaga przepływ materiału podczas gięcia za pomocą trzpienia w ID tuby i precyzyjnego oprzyrządowania na zewnątrz.

Obrotowy układ przeciągania pociąga za sobą matrycę ciśnieniową, która utrzymuje prostą sekcję (czasami nazywaną styczną) rury; matrycę zaciskową, która obraca przedmiot wokół okrągłej matrycy zginanej; trzpień, czasem z szeregiem przegubowych kulek na końcu, aby podtrzymywać wnętrze rury wokół zakrętu; oraz matrycę wycieraczki, która styka się z obrabianym przedmiotem tuż przed punktem stycznym wewnętrznego promienia, wycierając materiał, aby zapobiec powstawaniu zmarszczek, które mogą tworzyć się na wewnętrznym promieniu zgięcia.

Kąt zgięcia w gięciu rur zwykle oblicza się z zewnątrz - dopełniający kąt zgięcia. Innymi krytycznymi wymiarami są grubość ścianki (która pogrubia się na promieniu wewnętrznym i grubościach na promieniu zewnętrznym) i średnicy zewnętrznej.

Matryca ciśnieniowa (zwana również suwakiem ciśnieniowym) wspiera promień zewnętrzny podczas gięcia. Ciśnieniowa matryca może być nieruchoma; może podążać za obrabianym przedmiotem, ślizgając się na rolkach z tą samą prędkością, z jaką przedmiot jest wciągana do zakrętu; lub może być "podbijany", popychany hydrauliką lub (bardziej powszechnym dzisiaj) serwomotorami elektrycznymi, co dodatkowo zmniejsza ścieńczenie ścianek. Wszystkie te elementy skutecznie kontrolują zarówno ID rury jak i OD podczas gięcia.

Dobre oprzyrządowanie

Aby uzyskać idealne wygięcie, potrzebujesz dobrego ustawienia oprzyrządowania, a nigdzie nie ma to większego znaczenia niż przy gięciu obrotowym. Weźmy pod uwagę trzpień - jego twardość ma znaczenie. Jeśli masz twardą rurkę i twardy trzpień, lub miękką rurkę i miękki trzpień, trzpień będzie sklejał się wewnątrz rurki i siać spustoszenie w procesie. Zasadniczo upewnij się, że masz połączenie twardego i miękkiego materiału. Jeśli masz twardy przedmiot, potrzebujesz miękkiego trzpienia; jeśli masz miękki przedmiot, musisz użyć twardego trzpienia.

Twoje narzędzia również powinny uwzględniać wzrost radialny. Jeśli wzrost radialny jest nadmierny, charakter procesu obrotowego polega na tym, że po zwolnieniu matrycy zaciskowej promień na początku zakrętu będzie wyraźnie różnił się od promienia na końcu zakrętu. Aby uwzględnić wzrost radialny, szczególnie jeśli dotyczy on twardego materiału i 3 × D CLR lub więcej, może być konieczne użycie matrycy zginanej o mniejszym promieniu.

Gięcie Draw wymaga również dobrej rury z dobrymi spawami. Niespójny ścieg spoiny wystający w wewnętrzną lub zewnętrzną powierzchnię rury spowoduje siać spustoszenie na trzpieniu, matrycy ciśnieniowej i matrycy wycieraczki.

Jeśli chodzi o matrycę wycieraczki, jej pozycja jest krytyczna. Matryca powinna być lekko nachylona (trochę równolegle do rury) tak, aby jej koniec stykał się z rurą tuż przed punktem stycznej promienia wewnętrznego - przejście, które jest najsłabszym punktem przedmiotu podczas zginania. Istotny jest również stan styku wycieraczki. Powinien być ostry w dotyku. Wycieraczka może się z czasem zużywać, dlatego w przypadku niektórych prac dobrą praktyką jest przechowywanie zapasowej matrycy wycieraczek.

Jeśli chodzi o matrycę mocującą, jego długość powinna być trzy razy większa niż średnica rury. Czasami niektórzy technicy skracają tę długość do dwukrotności OD rury, ale zazwyczaj nie jest to zalecane. Zacisk zaciskowy dociska obrabiany przedmiot do zaginanej matrycy i utrzymuje rurę podczas jej przeciągania. Im krótszy jest zacisk, tym większy nacisk kładzie na krótki odcinek obrabianego przedmiotu, co zwiększa ryzyko jego deformacji. Cęgi zaciskowe, które mają co najmniej trzykrotność średnicy przedmiotu obrabianego, rozkładają nacisk na większy obszar.

Takie wymaganie matrycy zaciskowej może stwarzać wyzwania podczas formowania przedmiotu obrabianego na niewielkich odległościach pomiędzy zakrętami, ale specjalne narzędzia mogą przezwyciężyć to. Zazwyczaj występuje w układach wielowarstwowych, wspólnych w niektórych dzisiejszych systemach gięcia CNC. W tym układzie masz stos dwóch lub trzech (lub nawet więcej) zacisków. Jednym z nich jest tradycyjna matryca dociskowa służąca do przytrzymywania prostych odcinków, a druga - zwana matrycą formującą - jest obrabiana do określonego kształtu, tak aby można ją było zaciskać na wcześniej uformowanych zagięciach. (Te zaawansowane systemy mogą również mieć stosy giętych matryc dla różnych promieni rury, więc operator nie musi zmieniać narzędzi między różnymi zadaniami).

Niektóre rury, szczególnie te o cienkich ściankach, wymagają serii kulek, które mogą wygiąć się na końcu trzpienia, podpierając identyfikator rury w samym zagięciu. Pozycjonowanie tych kulek ma znaczenie podczas ustawiania maszyny. Zwykle powinieneś umieścić trzpień tak, aby seria piłek zaczynała się od początkowego punktu zagięcia; następnie przesuwaj trzpień powoli do przodu, aż osiągniesz dobre wygięcie, ale nie za daleko - szczególnie w przypadku rur o ultracienkich ściankach. Jeśli trzpień zostanie przesunięty zbyt daleko do przodu, niektóre z kulek rzeczywiście mogą odłamać się wewnątrz rurki podczas zginania.

Gięcie okręgów

Czynniki smarujące

Trzpień z przegubowymi kulkami pasuje ciasno do ID probówki. Prześwit pomiędzy trzpieniem trzpienia a rurką ID wynosi tylko około 0,009 cala; prześwit między kulkami i ID probówki może być trochę większy, ale nie za dużo. Takie ścisłe dopasowanie powodowałoby znaczne tarcie bez odpowiedniego smarowania.

Syntetyczne smary na bazie innych niż naftowe stają się coraz bardziej popularne. Często dostarczane w postaci pasty lub żelu, mogą być rozcieńczane do konsystencji wymaganej przez aplikację. Mówiąc ogólnie, cięższe gięcie z grubymi ściankami i ciasnymi promieniami wymaga bardziej skoncentrowanego smarowania. Również matryce wycieraczek muszą być odpowiednio smarowane w punkcie styku, aby zapobiec przedwczesnemu zużyciu.

Dobra maszyna

W przypadku gięcia rotacyjnego więcej maszyn elektrycznych znajduje mieszkania na podłogach w hutach. A dzięki takim maszynom dostępne są bardziej dostępne osie sterowania - wszystkie ważne przy określaniu maszyny. Centrum obróbcze CNC może mieć pięć osi. W przypadku gięcia rur CNC, czasami trzeba wziąć pod uwagę 10 osi (patrz rysunek 12). Niektóre z najczęściej spotykanych osi to:

Y: Odległość między zakrętami

B: Płaszczyzna obrotu zakrętu

C: Kąt zgięcia

X: Przesunięcie poziome przedmiotu obrabianego

Z: Przesunięcie pionowe przedmiotu obrabianego

XR: Suwak reakcji

XC: ruch zaciskowy

YB: Zwiększenie ruchu

YM: Ruch trzpienia

YSFO: Ruch kostki prowadzącego nacisku

Podczas obróbki oczywiście osie mogą poruszać się jednocześnie, ale w zginaniu rur maszyny pracują z "zablokowanymi osiami", co oznacza, że ​​każda oś zatrzymuje się na chwilę przed przejściem do następnej. Na przykład w jednym złożonym zastosowaniu obrabiany przedmiot może zostać przesunięty do przodu dla pierwszego zagięcia (Y); trzpień przesunął się w pozycję (YM), zaciśnięty (XC), a następnie wygięty (C, YB, YSFO). Następnie jest on odpinany (C) i ponownie przeniesiony na pozycję (Y). Obrabiany przedmiot można obracać, zmieniając płaszczyznę zgięcia (B). Kolejne zakręty mogą wymagać przesunięcia pozostałej, niezwiązanej sekcji rurki (X, Z).

Niektóre nowsze maszyny mają faktycznie miejsce na narzędzia do łączenia procesów gięcia. Na przykład powiedzmy, że masz część, która ma kilka wygiętych promieni, a także jedno zakrzywienie o dużym promieniu. Budowa giętkiej matrycy, która jest duża do rotacyjnego gięcia, nie będzie praktyczna. Dlatego niektóre maszyny oferują gięcie na rolkach wraz z obrotowym gięciem w jednym urządzeniu.

Zawias wymaga od różnych czynników, w tym gatunku materiału, grubości ścianki, obrabianego przedmiotu i CLR, które należy osiągnąć. Jak zawsze, powinieneś używać informacji od swoich maszyn i dostawców materiałów, aby określić wymagania specyficzne dla aplikacji.

Od sztuki do nauki

Zdolność nowoczesnych maszyn w połączeniu z najnowszym oprogramowaniem i sterownikami pokazuje, jak precyzyjne jest gięcie rur. To prawda, że ​​zmienność materiału i pewne wyzwania związane z konkretną aplikacją uniemożliwiają pewien poziom nieprzewidywalności. Niemniej jednak, mając odpowiedni materiał, oprzyrządowanie, smarowanie i maszynę, masz znacznie większą szansę na osiągnięcie idealnego zakrętu - za każdym razem.