Гибка толстолистового металла: трещины, усилие и точная геометрия

Толстый лист «звучит» иначе на прессе: металл упруго сопротивляется, стремится разогнуть деталь, требует аккуратного подбора пуансона и матрицы, уверенной фиксации заготовки и холодной головы оператора. Тут нет места догадкам — только расчёт и технологическая дисциплина. В «МСК МЕТАЛЛ» мы ежедневно работаем с толщинами от 5 до 12+ мм: под каждую задачу подбираем радиус, раскрытие V, усилие и схему контроля, чтобы форма совпала с конструкторским замыслом, а ресурс детали не пострадал. Если требуется цилиндрическая оболочка, подключаем смежную операцию — вальцовка металла — и выстраиваем маршрут без лишней деформации.

Что происходит при гибке листа от 5 мм

Поведение толстого металла на гибочном прессе

При воздушной гибке лист упруго изгибается вокруг вершины пуансона, а после разгрузки даёт «пружинение» (угол раскрывается, радиус чуть увеличивается). Чем больше толщина и предел прочности, тем заметнее возврат. На толстом металле упругая часть деформации выше, поэтому:

• растягивающие напряжения по наружному радиусу быстрее достигают порога пластичности;

• нейтральный слой смещается к внутренней поверхности;

• радиус формируется главным образом геометрией инструмента и раскрытием V, а не «силой нажима».

Когда возникает трещина или надрыв

Трещина стартует по внешней зоне растяжения, обычно у вершины пуансона или на переходе к кромке с заусенцем. Критические факторы: слишком малый радиус относительно толщины, холодная гибка высокопрочных сталей и нержавеек, продольные риски от резки, старение материала. Ранние признаки — матовый поясок растяжения, «игла» микротрещины под увеличением, локальная шейка.

Как определить критическую толщину для гиба без прогрева

Практически ориентируются на отношение R/S и пластичность (удлинение A%). Для низкоуглеродистой стали при S=5–8 мм безопасно R≈1,5–2,0·S; для S=10–12 мм — ближе к 2,0–2,5·S. Если радиус по КД меньше, оценивают материал: для S355 и нержавеек при S≥10 мм нередко требуется предварительный подогрев зоны гиба 120–200 °C и/или переход на осадку (коининг) с повышенным усилием — строго по расчёту и под контролем дефектов.

Как рассчитать минимальный радиус гибки

Таблица допустимых значений R для S=5–12 мм

Рекомендации для низкоуглеродистой стали (воздушная гибка, качественная кромка, без прогрева):

Это ориентир. На реальном изделии радиус «садится» от связки: марка, тепловая история, способ резки, направление проката, V-матрица и состояние инструмента. Если требуется меньший R — см. следующий пункт.

Когда допустим радиус меньше нормы

Сократить радиус можно тремя путями:

1. Осадка (коининг) — малое раскрытие V и повышенное усилие. Плюсы: точный угол без пружинения и малый R. Минусы: кратный рост нагрузки, риск микронадрывов у высокопрочных сталей, требования к прессу и оснастке.

2. Локальный подогрев зоны гиба — снижает предел текучести. Важно контролировать температуру и не допускать отпуск хрупких фаз. Обязателен визуальный и капиллярный контроль.

3. Технологический подрез/проточ­ка изнутри (там, где допустимо по прочности) — фактически формирование «шарнира» под гиб.

Для ответственных деталей безопаснее пересогласовать радиус, чем «выжимать» материал за гранью пластичности.

Как влияет металл: сталь, нержавейка, алюминий

• Низкоуглеродистая сталь (S235/S355) — базовый случай; держим R≈1,5–2,5·S.

• Нержавеющая сталь (AISI 304/316) — пластичность ниже, пружинение выше. Радиус обычно R≈2–3·S; усилие и износ инструмента выше. Если задача — гибка нержавейки с малым радиусом, заранее планируем коининг и контроль трещин.

• Алюминий — сильно зависит от состояния. Мягкие серии (1050/3003) часто гнутся при R≈1,0–1,5·S; у закалённых (6061-T6) разумнее R≈2–4·S или отжиг зоны.

Подбор оборудования и усилий

Сколько тонн нужно для гибки 8 мм?

Усилие зависит от прочности материала, квадрата толщины и выбранного раскрытия матрицы. В практических расчётах пользуются эмпирическими диаграммами. Для ориентировки:

• сталь S235, S=8 мм, V≈8·S → порядка 70–90 т на метр;

• сталь S355 при тех же условиях → около 85–110 т на метр.

При длине 2 м усилие удваивается. Коининг увеличивает потребность в тоннах кратно. Для длинных деталей учитывают компенсацию прогиба балки и систему «кроунинга».

Гибка на прессе vs вальцовка: когда что выгоднее

• Пресс-гиб рационален для острых и ломаных профилей, коробов, площадок под сварку, когда нужен чёткий угол и базирование по полкам. Точен, быстр на серии, хорошо вписывается в маршрут «резка — гибка — сверловка».

• Вальцовка выигрывает при цилиндрах, секторах, конусах, когда нужен непрерывный радиус и минимальный градиент напряжений. Толстый металл проще «раскатывать» на валках, чем сближать множеством ступеней на прессе. В типичной задаче обечайки верное решение — гибка кромок на прессе и далее вальцовка металла до нужного диаметра.

Надёжная фиксация габаритных заготовок

Толстая длинномерная полоса стремится «клюнуть», сорваться с баз и скрутиться. Используем:

• усиленные прижимы и быстрозажимные траверсы;

• дополнительные опоры/консоли и щёточные столы, чтобы не поцарапать поверхность;

• синхронизацию осей заднего упора, включение «анти-скрутки» (если доступно);

• кроунинг для выравнивания угла по длине;

• распознавание и компенсацию пружинения по партии материала.

Как избежать распространённых дефектов

Заломы по внешнему радиусу

Причины: малый R относительно S, тупая кромка пуансона, слишком узкое V, риски от резки. Профилактика:

• подбираем R пуансона ≥ требуемого внутреннего радиуса;

• раскрытие V берём ≈6–10·S с отладкой на образцах;

• снимаем заусенцы и фаску перед гибом;

• согласуем направление гиба относительно проката (поперёк — безопаснее).

Утолщение на внутреннем изгибе

В зоне сжатия металл «набегает», даёт волну. Сильно проявляется при коининге и малом V. Решения:

• перейти на воздушную гибку с большим V;

• увести часть деформации в распределённую вальцовку или выполнить предварительную подгибку ступенями;

• контролировать припуск под механическую обработку после гиба, если требуется чистовая посадка.

Овальность, скручивание и утяжка

На длинных профилях возможны: овальность полок, скручивание относительно оси, «утяжка» кромок. Боремся:

• симметризуем схему гибов (дзеркальная последовательность);

• уменьшаем длину свободных плеч — используем промежуточные упоры;

• работаем на отлаженном кроунинге, проверяем параллельность матрицы;

• для лицевых поверхностей применяем защитные прокладки и щёточные столы.

Контроль и приёмка изделий

Как замерить радиус и угол гибки

• Угол — контактные электронные угломеры/датчики на прессе либо эталон-калибр. В серии — автоматический контроль угла с обратной связью по усилию/перемещению.

• Радиус — шаблоны-радиусники или геометрический метод по хорде и стрелке прогиба:
  R=c28h+h2R=\dfrac{ c^2 }{ 8h }+\dfrac{ h }{ 2 }R=8hc2+2h, где c — хорда дуги, h — стрелка. На ключевых деталях — координатное измерение.

• Размер по полкам — глубиномер/скоба, в серии — кондуктор.

Визуальный контроль кромки и трещин

Перед приёмкой обязательно:

• осмотр зоны растяжения под увеличением, поиск микротрещин;

• капиллярный контроль на тонких кромках и у отверстий, примыкающих к гибу;

• проверка на заусенцы и забоины, оценка качества поверхности (особенно для нержавейки).

Точность повторяемости при серии

Повторяемость держится не только на прессе. Важна стабильность материала по партии, чистая режущая кромка, неизменное раскрытие V и система кроунинга. Мы фиксируем технологические карты: номер оснастки, V, радиус пуансона, длину баз, корректировки угла. На серии действует входной контроль ленты/листа и первый-оформленный образец; дальше — выборочный контроль с протоколом.

Если вам нужна деталь с «жёстким» радиусом и углом без доработок, мы предложим технологию под задачу: от пробных гибов и контроля трещин до комбинированных маршрутов с вальцовкой. Для изделий из нержавеющей стали и ответственных конструкций применяем щадящие режимы и усиленный контроль. Узнать возможности именно под вашу геометрию можно на странице услуги — гибка толстого металла — или в диалоге с технологом «МСК МЕТАЛЛ».