Гибка труб — это любой процесс формовки металла , используемый для постоянного формирования труб или трубок . Гибка труб может быть связана с формой или использовать процедуры гибки свободной формы, а также может использовать процедуры формовки с поддержкой тепла или холодной формовки.
Процедуры гибки с фиксированной формой, такие как «прессовая гибка» или «ротационная гибка», используются для придания заготовке формы штампа . Прямая трубная заготовка может быть сформирована с помощью гибочной машины для создания различных одиночных или множественных изгибов и придания заготовке желаемой формы. Эти процессы могут использоваться для формирования сложных форм из различных типов пластичных металлических труб. [1] Процессы гибки свободной формы, такие как трехвалковая гибка с выталкиванием, формируют заготовку кинематически, поэтому контур гибки не зависит от геометрии инструмента.
Обычно при гибке труб используется круглый прокат. Однако квадратные и прямоугольные трубы и трубки также могут быть согнуты в соответствии с требованиями к работе. Другими факторами, участвующими в процессе гибки, являются толщина стенки, инструменты и смазочные материалы, необходимые трубогибу для наилучшего формования материала, а также различные способы использования трубки (трубка, трубная проволока).
Трубку можно сгибать в разных направлениях и под разными углами. Обычные простые изгибы состоят из формирования колен, которые являются изгибами на 90°, и U-образных изгибов, которые являются изгибами на 180°. Более сложные геометрии включают несколько двумерных (2D) изгибов и трехмерных (3D) изгибов. Двумерная трубка имеет отверстия на одной плоскости; трехмерная имеет отверстия на разных плоскостях.
Двухплоскостной изгиб или составной изгиб определяется как составной изгиб, который имеет изгиб в плане и изгиб в фасаде. При расчете двухплоскостного изгиба необходимо знать угол изгиба и поворот (двугранный угол).
Одним из побочных эффектов изгиба заготовки является изменение толщины стенки; стенка вдоль внутреннего радиуса трубки становится толще, а внешняя стенка — тоньше. Чтобы уменьшить это, трубка может поддерживаться изнутри и/или снаружи, чтобы сохранить поперечное сечение . В зависимости от угла изгиба, толщины стенки и процесса изгиба внутренняя часть стенки может сморщиться.
Гибка труб как процесс начинается с загрузки трубы в трубогиб и зажима ее между двумя матрицами, зажимным блоком и формовочной матрицей. Труба также свободно удерживается двумя другими матрицами, матрицей-очистителем и матрицей-нажимом.
Процесс гибки труб включает в себя использование механической силы для прижимания трубы или трубки из исходного материала к штампу, заставляя трубу или трубку соответствовать форме штампа. Часто исходная трубка прочно удерживается на месте, пока ее конец вращается и прокатывается вокруг штампа. Другие формы обработки включают проталкивание заготовки через ролики, которые сгибают ее в простую кривую. [2] Для некоторых процессов гибки труб оправка помещается внутрь трубы, чтобы предотвратить ее смятие. Труба удерживается в натяжении с помощью штампа-очистителя, чтобы предотвратить образование складок во время напряжения. Штамп-очиститель обычно изготавливается из более мягкого сплава, такого как алюминий или латунь, чтобы избежать царапин или повреждения сгибаемого материала.
Большая часть инструмента изготовлена из закаленной стали или инструментальной стали для поддержания и продления срока службы инструмента. Однако, когда есть опасения поцарапать или выдолбить заготовку, используется более мягкий материал, такой как алюминий или бронза. Например, зажимной блок, вращающийся блок формы и нажимная матрица часто изготавливаются из закаленной стали, поскольку трубка не движется мимо этих частей машины. Нажимная матрица и протирочная матрица изготавливаются из алюминия или бронзы для поддержания формы и поверхности заготовки при ее скольжении.
Трубогибочные станки обычно работают под управлением человека, пневматического или гидравлического привода , а также с гидравлическим приводом или электрическим серводвигателем.
Гибка прессом, вероятно, является первым процессом гибки, используемым для холодных труб и трубок. [ необходимо разъяснение ] В этом процессе штамп в форме изгиба прижимается к трубе, заставляя трубу соответствовать форме изгиба. Поскольку труба не поддерживается изнутри, происходит некоторая деформация формы трубы, в результате чего получается овальное поперечное сечение. Этот процесс используется там, где не требуется постоянное поперечное сечение трубы. Хотя один штамп может производить различные формы, он работает только для труб одного размера и радиуса.
Гибка с вращающейся вытяжкой (RDB) является точной технологией, поскольку она гнется с использованием инструмента или «штампов», которые имеют постоянный радиус центральной линии (CLR), альтернативно обозначаемый как средний радиус изгиба (Rm). Гибочные машины с вращающейся вытяжкой могут быть запрограммированы для хранения нескольких заданий на гибку с различной степенью изгиба. Часто к гибочной машине присоединяется таблица индексов позиционирования (IDX), позволяющая оператору воспроизводить сложные изгибы, которые могут иметь несколько изгибов и различные плоскости.
Ротационные гибочные станки являются наиболее популярными машинами для гибки труб, труб и твердых тел для таких применений, как: поручни , рамы, каркасы безопасности автомобилей , ручки, линии и многое другое. Ротационные гибочные станки создают эстетически приятные изгибы, когда правильный инструмент соответствует применению. Ротационные гибочные станки с ЧПУ могут быть очень сложными и использовать сложную оснастку для производства сложных изгибов с высокими требованиями к качеству.
Полный набор инструментов требуется только для высокоточной гибки трудносгибаемых труб с относительно большим отношением OD/t (диаметр/толщина) и относительно малым отношением среднего радиуса изгиба Rm к OD. [3] Использование осевого усиления либо на свободном конце трубы, либо на пресс-форме полезно для предотвращения чрезмерного утончения и смятия внешней поверхности трубы. Оправка с шариком или без него со сферическими звеньями в основном используется для предотвращения морщин и овализации. Для относительно простых процессов гибки (то есть по мере уменьшения фактора сложности BF) инструмент может быть постепенно упрощен, что исключает необходимость в осевом вспомогательном устройстве, оправке и матрице-очистителе (которая в основном предотвращает морщины). Кроме того, в некоторых особых случаях стандартный инструмент должен быть модифицирован для того, чтобы соответствовать конкретным требованиям продукции.
В процессе гибки труба, экструзия или твердое тело пропускается через ряд роликов (обычно три), которые оказывают давление на трубу, постепенно изменяя радиус изгиба трубы. Пирамидальные роликовые гибочные машины имеют один подвижный ролик, обычно верхний ролик. Двойные роликовые гибочные машины имеют два регулируемых ролика, обычно нижние ролики, и фиксированный верхний ролик. Этот метод гибки вызывает очень малую деформацию поперечного сечения трубы. Этот процесс подходит для производства рулонов трубы, а также длинных плавных изгибов, таких как те, которые используются в ферменных системах.
Трехвалковая гибка с нажимом (TRPB) является наиболее часто используемым процессом свободной гибки для изготовления гибочных геометрий, состоящих из нескольких плоских кривых гибки. Тем не менее, возможно 3D-формование. Профиль направляется между гибочным роликом и опорным роликом(ами), проталкиваясь через инструменты. Положение формовочного ролика определяет радиус гибки. Точка гибки является точкой касания между трубой и гибочным роликом. Чтобы изменить плоскость гибки, толкатель вращает трубу вокруг ее продольной оси. Как правило, набор инструментов TRPB может применяться на обычной ротационной гибочной машине. Процесс очень гибкий, поскольку с помощью уникального набора инструментов можно получить несколько значений радиуса гибки Rm, хотя геометрическая точность процесса несопоставима с ротационной гибкой. [4] Можно изготавливать контуры гибки, определяемые как сплайновые или полиномиальные функции. [5]
Трехвалковая гибка труб и открытых профилей может также выполняться на более простых машинах, часто полуавтоматических и не управляемых ЧПУ, способных подавать трубу в зону гибки посредством трения. Такие машины часто имеют вертикальную компоновку, т. е. три валика лежат в вертикальной плоскости.
Индукционная катушка размещается вокруг небольшого участка трубы в точке изгиба. Затем она нагревается индукцией до температуры от 800 до 2200 градусов по Фаренгейту (от 430 до 1200 градусов по Цельсию). Пока труба горячая, на нее оказывается давление, чтобы согнуть ее. Затем трубу можно закалить воздухом или распылением воды или охладить против окружающего воздуха.
Индукционная гибка используется для изготовления изгибов для широкого спектра применений, таких как (тонкостенные) трубопроводы для нефтехимической промышленности как на начальном, так и на конечном этапе, а также на суше и на море, конструкционные детали большого радиуса для строительной отрасли, толстостенные изгибы малого радиуса для электрогенерирующей промышленности и городских систем отопления.
Большими преимуществами индукционной гибки являются:
Трубка заполняется водным раствором, замораживается и изгибается в холодном состоянии. Раствор (можно использовать мыло) делает лед гибким. Эта техника используется для изготовления тромбонов. [6]
Ранее применялась похожая технология с использованием смолы, но она была прекращена, поскольку смолу было трудно очистить без чрезмерного нагрева. [6]
В процессе уплотнения песком труба заполняется мелким песком, а концы закрываются. Заполненная труба нагревается в печи до 1600 °F (870 °C) или выше. Затем она помещается на плиту с установленными в ней штифтами и сгибается вокруг штифтов с помощью лебедки, крана или какой-либо другой механической силы. Песок в трубе минимизирует искажение поперечного сечения трубы.
Оправка представляет собой стальной стержень или связанный шар, вставленный в трубку во время ее изгиба, чтобы придать трубке дополнительную поддержку для уменьшения образования складок и разрыва трубки во время этого процесса. Ниже приведены различные типы оправок.
При производстве продукции, где изгиб не имеет решающего значения, можно использовать оправку-заглушку. Форма сужает конец оправки, чтобы обеспечить большую поддержку при изгибе трубки. Когда требуется точный изгиб, следует использовать шаровую оправку (или шаровую оправку со стальным тросом). Соединенные шарообразные диски вставляются в трубку, чтобы обеспечить изгиб, сохраняя при этом одинаковый диаметр по всей длине. Другие стили включают использование песка, cerrobend или замороженной воды. Они позволяют получить относительно постоянный диаметр, предоставляя недорогую альтернативу вышеупомянутым стилям.
Оправка широко применяется в производстве выхлопных труб автомобилей и мотоциклов .
Это прочные, но гибкие пружины, вставляемые в трубу для поддержки стенок трубы во время ручного изгиба. Их диаметр лишь немного меньше внутреннего диаметра изгибаемой трубы. Они подходят только для изгиба мягкой медной трубы (обычно используемой в сантехнике) или ПВХ-трубы диаметром 15 и 22 мм (0,6 и 0,9 дюйма).
Пружина вставляется в трубу до тех пор, пока ее центр не окажется примерно там, где должен быть изгиб. К концу пружины можно прикрепить отрезок гибкой проволоки, чтобы облегчить ее снятие. Труба обычно удерживается напротив согнутого колена, а концы трубы вытягиваются вверх, чтобы создать изгиб. Чтобы облегчить извлечение пружины из трубы, хорошей идеей будет согнуть трубу немного больше, чем требуется, а затем немного ослабить ее. Пружины менее громоздки, чем поворотные трубогибы, но не подходят для гибки коротких отрезков труб, когда сложно получить необходимое усилие на концах трубы.
Изгибающие пружины для труб меньшего диаметра (медная труба 10 мм) скользят по трубе, а не внутри нее.