Дорны для гибки труб: как подобрать оснастку под радиус и стенку

Дорн в трубогибочном процессе часто воспринимают как второстепенную деталь: «лишь бы был». На практике именно он решает, будет ли труба держать геометрию или превратится в овал с гофрой по внутренней стенке. Даже современный станок с числовым программным управлением не компенсирует ошибочно подобранную оснастку. Поэтому выбор правильного типа дорна для конкретной задачи критичен и для качества, и для себестоимости партии.

В реальных проектах МСК МЕТАЛЛ, где мы выполняем дорновую гибку труб, мы видим один и тот же сценарий: там, где дорн выбран «на глаз», процент брака растёт, время настройки увеличивается, а повторяемость деталей страдает. Разберёмся, чем реально отличаются типы дорнов и как их считать под конкретный диаметр, толщину и радиус гиба.

Чем дорны отличаются в работе — не по картинке, а по делу

На фотографиях все дорны похожи: длинный хвост и рабочая часть. Но в процессе гибки они ведут себя по-разному. Сплошной дорн ограничивает деформацию трубы за счёт жёсткости, шариковый сопровождает трубу вдоль дуги, а сегментный позволяет пройти сложные участки и пространственные переходы.

Сплошной дорн: когда хватает «классики»

Сплошной дорн представляет собой цельный цилиндр с рабочей частью, подобранной по внутреннему диаметру трубы. Его задача — поддержать сечение в зоне гиба и не дать внутренней стенке «сложиться гармошкой». Это простая и надёжная оснастка, но у неё есть границы применения.

Сплошного дорна обычно достаточно, когда:

• толщина стенки относительно велика: толщина / наружный диаметр t/D ≳ 0,08;
• радиус гиба средний: R/D ≳ 2,0–2,5;
• угол гиба не превышает 90–120°;
• материал трубы — обычная конструкционная сталь или нержавеющая сталь с неэкстремальными требованиями по овальности.

Пример. Труба диаметром 40 мм со стенкой 3 мм: t/D = 3 / 40 ≈ 0,075. При радиусе гиба R = 3D = 120 мм и угле 90° сплошной дорн, как правило, обеспечивает приемлемую овальность и отсутствие гофры, если правильно выставлена длина вылета и подобрана смазка.

Основное достоинство сплошного дорна — жёсткость и предсказуемость. Он меньше «прощает» ошибки по соосности, но если станок и оснастка настроены корректно, обеспечивает стабильный результат на типовых задачах.

Шариковый для малых R и длинной дуги

Шариковый дорн — это хвостовая часть с цепочкой шариков (или цилиндрических элементов), которые свободно поворачиваются относительно друг друга. Такая конструкция позволяет рабочей части дорна «подстраиваться» под дугу гиба и сопровождать трубу по длине.

Шариковый дорн незаменим, когда:

• требуется малый радиус: R/D ≲ 1,5 при той же толщине стенки;
• угол гиба достигает 180–270° (длинные дуги, витки);
• высоки требования по овальности и отсутствию морщин на внутренней стенке;
• материал — тонкостенная нержавеющая сталь, медь, алюминиевые сплавы.

За счёт шариков рабочая часть фактически движется вместе с трубой, поддерживая её на всём протяжении дуги. Давление распределяется мягче, чем у жёсткого дорна, а риск локального смятия стенки ниже. Но при этом возрастает чувствительность к смазке и чистоте внутренней поверхности трубы: сухой участок быстро даёт задиры и задиристый износ шариков.

Сегментный для сложных участков и 3D-переходов

Сегментный дорн — развитие идеи шарикового. Вместо шариков применяются вытянутые сегменты сложной формы, иногда с переменным сечением. Они соединены между собой так, что могут отклоняться в пределах заданного угла, сохраняя поддержку трубы в нескольких плоскостях.

Такие дорны используют там, где геометрия контура сложная:

• последовательность гибов в разных плоскостях с малыми расстояниями между ними;
• локальные утолщения, отбортовки, сварные швы в зоне гиба;
• сложная трасса трубопровода в ограниченном пространстве (например, в машиностроении и энергетике).

Сегментный дорн более дорогой и чувствителен к настройке: важно выдержать не только длину вылета, но и положение сегментов относительно зоны гиба. Однако на серийных изделиях с пространственной геометрией он часто оказывается единственным способом стабильно уложиться в допуски по овальности и геометрии.

Как «считать» дорн под вашу задачу

Интуитивный выбор «возьмём, что есть в инструменталке» работает только на простых деталях. Для ответственных трубопроводов лучше опираться на расчётные ориентиры и опыт настроек на реальных партиях.

Толщина стенки и R/D — где порог необходимости

Ключевой показатель — относительная толщина стенки и соотношение радиуса к диаметру. Упрощённо можно ориентироваться на следующие пороги:

• если t/D ≥ 0,1 и R/D ≥ 2,5, во многих случаях возможно обойтись без дорна или ограничиться сплошным;
• если t/D ≈ 0,07–0,1 и R/D ≈ 2,0–2,5, сплошной дорн уже желателен для стабильного результата;
• если t/D ≲ 0,07 или R/D ≲ 1,5–2,0, практически всегда требуется шариковый или сегментный дорн.

Пример. Труба диаметром 30 мм со стенкой 2 мм: t/D = 2 / 30 ≈ 0,067. Требуемый радиус гиба — R = 1,5D = 45 мм. Это зона, где без дорна труба почти гарантированно даст сильную овальность и гофру. Здесь оптимален шариковый дорн с тщательно подобранной длиной вылета и качественной смазкой.

Важно понимать: приведённые значения — не строгие нормы, а рабочие ориентиры. Конкретное решение всегда учитывает материал, качество исходной трубы и возможности станка. В рамках технологических маршрутов по чпу-гибке труб мы дополнительно учитываем стабильность партии и требования по допускам заказчика.

Материал: алюминий vs нержавейка

Материал трубы радикально влияет на выбор дорна и режимы. Алюминий пластичен, но легко «смазывается» и чувствителен к задиру. Нержавеющая сталь более жёсткая, склонна к пружинению, но лучше держит форму при малых радиусах.

Для алюминиевых труб обычно:

• при тех же t/D и R/D дорн обязателен раньше, чем для стали;
• материал дорна выбирают более мягкий или с высококачественным покрытием, чтобы минимизировать риск задиров;
• особое внимание уделяется смазке по всей длине дуги.

Для нержавеющей стали дорн чаще нужен из-за малых радиусов и высоких требований по геометрии. Однако здесь критично выдержать размер рабочей части: из-за пружинения попытка «пережать» трубу слишком плотным дорном приводит к росту усилий, лишней нагрузке на станок и ускоренному износу оснастки.

Длина вылета: поддержка без задиров

Длина вылета — это расстояние, на которое рабочая часть дорна выступает за линию касания трубы с гибочной матрицей. Если вылет слишком мал, дорн не поддерживает трубу в зоне максимальной деформации, и на внутренней стенке появляются морщины. Если слишком велик — растёт трение, увеличивается риск задиров и зависания трубы на дорне.

В качестве отправной точки часто используют диапазон:

• для сплошных дорнов: вылет порядка 0,5–1,0 толщины стенки за линию касания;
• для шариковых: вылет первой шариковой секции может быть несколько больше, но важнее, чтобы рабочая часть «шла» за зоной максимальной деформации без провала и без перетяжки.

Далее вылет уточняют опытным путём: по характеру морщин, силе вытяжки и состоянию внутренней поверхности. При переходе на новый диаметр, материал или радиус гиба эти настройки обязательно пересматриваются, а не переносятся автоматически.

Ошибки подбора, из-за которых растёт брак

Даже правильно выбранный тип дорна можно «убить» неверной настройкой. Несколько типичных ошибок, которые мы регулярно встречаем на уже действующих производствах.

Слишком короткий дорн = морщины и гофра

Самая частая проблема — недовыставленный вылет. Визуально кажется, что дорн «там, где надо», но фактически рабочая часть заканчивается до зоны максимальной деформации. На внутренней стенке появляется цепочка морщин, иногда переходящая в выраженную гофру.

Характерный признак: морщины начинаются не сразу в начале дуги, а ближе к середине, и резко усиливаются по мере увеличения угла гиба. Удлинение вылета на несколько миллиметров часто радикально снижает брак без изменения остальной оснастки.

Жёсткий наконечник на мягкой трубе

Вторая типичная ошибка — слишком жёсткий материал дорна при работе с мягкой трубой (алюминий, отожжённая медь, мягкие низкоуглеродистые стали). В попытке «удержать геометрию» используют закалённый инструмент или сильно завышают посадку по диаметру. В результате на внутренней поверхности появляются продольные задиры и локальные утонения стенки.

В таких случаях лучше перейти на дорн из более мягкого материала или с высококачественным покрытием, слегка ослабить посадку и компенсировать потерю жёсткости подбором радиуса и режимов. Избыточная жёсткость оснастки в сочетании с мягким материалом трубы почти всегда приводит к скрытым дефектам, которые проявляются уже в эксплуатации.

Смазка «по точкам», а не по дуге

Ещё одна проблема — избирательная смазка. Оператор наносит смазку только у входа трубы на дорн, а далее надеется на её «растяжение». В результате в начале дуги трение нормальное, а ближе к середине и концу — сухой контакт, рост усилия, локальные задиры и нестабильная вытяжка.

Правильный подход — обеспечить равномерную плёнку смазки по всей длине контакта трубы с дорном. На серийных задачах это часто реализуется дозирующими устройствами и контролем расхода. Перерасход смазки так же вреден: избыточная смазка приводит к нестабильному захвату и проскальзыванию, а иногда и к загрязнению заготовки до уровня, неприемлемого для последующей сварки или окраски.

Контроль после гибки

Выбор дорна и его настройка подтверждаются не только «красивой картинкой» детали, но и измерениями. Контроль после гибки позволяет вовремя заметить износ оснастки и нарастающие отклонения геометрии.

Как понять, что дорн «отработал» — чек-лист

Практичный набор критериев после гибки:

• отсутствие трещин и надрывов на наружной стенке;
• внутренняя стенка без выраженной гофры; допустимы только мелкие морщины глубиной не более 0,3–0,5 толщины стенки (в зависимости от требований к изделию);
• овальность в пределах допуска; для ответственных трубопроводов часто ориентируются на δ = (D_max − D_min) / D_ном · 100% ≤ 5–8%;
• отсутствие глубоких продольных задиров от дорна;
• повторяемость размеров и формы от детали к детали в серии.

Если хотя бы один из пунктов системно не выдерживается, имеет смысл вернуться к выбору типа дорна, длине вылета, смазке и параметрам программы на станке с числовым управлением.

Признаки износа дорна на серии

Дорн изнашивается постепенно, и далеко не всегда это заметно невооружённым глазом. Но по косвенным признакам можно вовремя понять, что оснастку пора проверять:

• качество гиба ухудшается при неизменных режимах;
• появляются новые дефекты (лёгкая гофра, задиры), которых не было в начале серии;
• для достижения прежнего качества приходится увеличивать смазку или корректировать программу;
• на самом дорне появляются полированные участки необычной формы, задиры, микровыкрашивание.

Плановый контроль геометрии дорнов и их состояния — нормальная часть технологического регламента, а не «лишняя работа». Затраты на своевременную ревизию обычно многократно окупаются снижением брака и простоев.

Когда менять геометрию наконечника

Иногда достаточно восстановить размер и чистоту поверхности дорна. Но бывают случаи, когда сама геометрия рабочей части перестаёт соответствовать задачам:

• изменился минимальный радиус гиба по новому проекту;
• перешли на новую серию труб с другими допусками по овальности;
• изменился материал (например, с обычной стали на более жёсткую нержавеющую или, наоборот, на мягкий алюминий);
• к существующей детали добавили новый гиб в непосредственной близости от уже имеющегося.

В этих ситуациях имеет смысл пересчитать посадку по диаметру, длину вылета, количество шариков или сегментов и, при необходимости, изготовить новый дорн. Попытка «дотянуться» старой оснасткой до новых требований заканчивается скрытыми дефектами и непредсказуемой геометрией.

Грамотно подобранный и настроенный дорн делает процесс гибки управляемым, а результат — повторяемым. Это особенно важно, когда речь идёт не о разовых работах, а о серийном производстве сложных контуров. В таких задачах оснастка для дорновой гибки и сам процесс гибки труб должны рассматриваться как единая система: материал, станок, программа, дорн и контроль качества работают вместе, обеспечивая нужный результат без лишнего брака и переделок.