Гибка вальцовка листового металла

Обновлено: 02.05.2024

За последнее время ко мне было несколько обращений от читателей блога за помощью в решении одной и той же задачи: как при работе на трехвалковых листогибочных вальцах и профилегибах определить окончательное местоположение среднего ролика (валка).

. относительно положения крайних роликов (валков), которое обеспечит гибку (вальцовку) заготовки с определенным заданным необходимым радиусом? Ответ на этот вопрос позволит повысить производительность труда при гибке металла за счет уменьшения количества прогонов заготовки до момента получения годной детали.

В этой статье вы найдете теоретическое решение поставленной задачи. Сразу оговорюсь – на практике я этот расчет не применял и, соответственно, не проверял результативность предлагаемого метода. Однако я уверен, что в определенных случаях гибка металла может быть выполнена гораздо быстрее при использовании этой методики, чем обычно.

Чаще всего в обычной практике окончательное местоположение подвижного центрального ролика (валка) и количество проходов до получения годной детали определяется «методом тыка». После длительной (или не очень) отработки технологического процесса на пробной детали определяют координату положения центрального ролика (валка), которую и используют при дальнейших перенастройках вальцев, изготавливая партию этих деталей.

Метод удобен, прост и хорош при значительном количестве одинаковых деталей – то есть при серийном производстве. При единичном или «очень мелкосерийном» производстве, когда необходимо гнуть разные профили или листы разной толщины разными радиусами, потери времени на настройку «методом тыка» становятся катастрофически огромными. Особенно эти потери заметны при гибке длинных (8…11м) заготовок! Пока сделаешь проход…, пока проведешь замеры…, пока перестроишь положение ролика (валка)… — и все сначала! И так десяток раз.

Расчет в Excel местоположения подвижного среднего ролика.

Запускаем программу MS Excel или программу OOo Calc, и начинаем работу!

С общими правилами форматирования электронных таблиц, которые применяются в статьях блога, можно ознакомиться здесь .

Прежде всего, хочу заметить, что листогибочные вальцы и профилегибы разных моделей могут иметь подвижные крайние ролики (валки), а могут — подвижный средний ролик (валок). Однако для нашей задачи это не имеет принципиального значения.

На рисунке, расположенном ниже изображена расчетная схема к задаче.

Вальцуемая деталь в начале процесса лежит на двух крайних роликах (валках), имеющих диаметр D . Средний ролик (валок) диаметром d подводится до касания с верхом заготовки. Далее средний ролик (валок) опускается вниз на расстояние равное расчетному размеру H , включается привод вращения роликов, заготовка прокатывается, производится гибка металла, и на выходе получается деталь с заданным радиусом изгиба R ! Осталось дело за малым – правильно, быстро и точно научиться рассчитывать размер H . Этим и займемся.

Исходные данные:

1. Диаметр подвижного верхнего ролика (валка) /справочно/ d в мм записываем

в ячейку D3: 120

2. Диаметр опорных с приводом вращения крайних роликов (валков) D в мм пишем

в ячейку D4: 150

3. Расстояние между осями опорных крайних роликов (валков) A в мм вводим

в ячейку D5: 500

4. Высоту сечения детали h в мм заносим

в ячейку D6: 36

5. Внутренний радиус изгиба детали по чертежу R в мм заносим

в ячейку D7: 600

Расчеты и действия:

6. Вычисляем расчетную вертикальную подачу верхнего ролика (валка) H_расч в мм без учета пружинения

в ячейке D9: =D4/2+D6+D7- ((D4/2+D6+D7)^2- (D5/2)^2)^(½) =45,4

H_расч = D /2+ h + R — (( D /2+ h + R )^2- ( A /2)^2)^(½)

7. Настраиваем вальцы на этот размер H_расч и делаем первый прогон заготовки. Измеряем или высчитываем по хорде и высоте сегмента получившийся в результате внутренний радиус, который обозначим R₀ и записываем полученное значение в мм

в ячейку D10: 655

8. Вычисляем какой должна была бы быть расчетная теоретическая вертикальная подача верхнего ролика (валка) H_0расч в мм для изготовления детали с радиусом R₀ без учета пружинения

в ячейке D11: =D4/2+D6+D10- ((D4/2+D6+D10)^2- (D5/2)^2)^(½) =41,9

H_0расч = D /2+ h + R₀ — (( D /2+ h + R₀ )^2- ( A /2)^2)^(½)

9. Но деталь с внутренним радиусом изгиба R₀ получилась при опущенном верхнем валке на размер H_расч, а не H_0расч. Считаем поправку на обратное пружинение x в мм

в ячейке D12: =D9-D11 =3,5

x = H_расч — H_0расч

10. Так как радиусы R и R₀ имеют близкие размеры, то можно с достаточной степенью точности принять эту же величину поправки x для определения окончательного фактического расстояния H , на которое необходимо подать вниз верхний ролик (валок) для получения на вальцованной детали внутреннего радиуса R .

Вычисляем окончательную расчетную вертикальную подачу верхнего ролика (валка) H в мм c учетом пружинения

в ячейке D13: =D9+D12 =48,9

H = H_расч+ x

Задача решена! Первая деталь из партии изготовлена за 2 прохода! Найдено местоположение среднего ролика (валка).

Особенности и проблемы гибки металла на вальцах.

Да, как было бы всё красиво и просто – надавил, прогнал – деталь готова, но есть несколько «но»…

1. При вальцовке деталей с малыми радиусами в целом ряде случаев нельзя получить необходимый радиус R за один проход по причине возможности возникновения деформаций, гофр и надрывов в верхних (сжимаемых) и нижних (растягиваемых) слоях сечения заготовки. В таких случаях назначение технологом нескольких проходов обусловлено технологической особенностью конкретной детали. И это не исключительные случаи, а весьма распространенные!

2. Одномоментная без прокаток подача среднего ролика (валка) на большое расстояние H может быть недопустимой из-за возникновения значительных усилий, перегружающих сверх допустимой нормы механизм вертикального перемещения вальцев. Это может вызвать поломку станка. В аналогичной ситуации перегрузки при этом оказаться может и привод вращения роликов (валков)!

3. Концы заготовки, если их предварительно не подогнуть, например, на прессе, останутся прямолинейными участками при гибке на трехвалковых вальцах! Длина прямолинейных участков L чуть больше половины расстояния между нижними роликами А /2.

4. При движении среднего ролика (валка) вниз в сечении заготовки, подверженном изгибу, постепенно нарастают нормальные напряжения, которые вызывают вначале пружинную деформацию. Как только напряжения в крайних верхних и нижних волокнах сечения достигнут предела текучести материала детали σт , начнется пластическая деформация – то есть начнется процесс гибки. Если средний ролик (валок) отвести обратно вверх до начала возникновения пластической деформации, то заготовка отпружинит следом и сохранит свое первоначальное прямолинейное состояние! Именно эффект обратного пружинения вынуждает увеличить размер вертикальной подачи H_расч на величину x , так как участки заготовки отпружинивают и частично распрямляются, выходя из зоны гибки, расположенной между роликами (валками).

Мы нашли эту поправку x опытным путем. Обратное пружинение или остаточную кривизну детали можно рассчитать, но это непростая задача. Кроме величины предела текучести материала σт значимую роль при решении этого вопроса играет момент сопротивления изгибу поперечного сечения вальцуемого элемента Wx . А так как часто профили особенно из алюминиевых сплавов имеют весьма замысловатое поперечное сечение, то расчет момента сопротивления Wx выливается в отдельную непростую задачу. К тому же и фактическое значение предела текучести σт часто значительно колеблется даже у образцов, вырезанных для испытаний из одного и того же листа или одного и того же куска профиля.

В предложенной методике сделана попытка уйти от определения обратного пружинения «методом научного тыка». Для пластичных материалов, например алюминиевых сплавов, значение x будет очень небольшим. Для сталей – в зависимости от марки, конечно, немного больше.

Вопросы, касающиеся гибки металла, рассматриваются так же в целом ряде весьма популярных у читателей этого блога статей: «Расчет усилия листогиба», «Расчет длины развертки», «Изготовление гнутого швеллера», «Всё о гнутом швеллере», «Всё о гнутом уголке».

Для получения информации о новых статьях и для скачивания рабочих файлов программ прошу Вас подписаться на анонсы в окне, расположенном в конце каждой статьи или в окне вверху страницы.

Не забывайте подтвердить подписку кликом по ссылке в письме, которое тут же придет к вам на указанную почту (может прийти в папку «Спам»).

Прошу уважающих труд автора скачивать файл с расчетом после подписки на анонсы статей!

Ссылка на скачивание файла: raschet-mestopolozheniia-rolika (xls 32,0KB).

Что такое вальцовка металла

Вальцовка листового металла - это формоизменяющая операция холодной штамповки, которая производится вращающимся непрофилированным инструментом.

Вальцовка листового металла (реже упоминается термин «вальцевание») относится к числу формоизменяющих операций холодной штамповки, которая производится вращающимся непрофилированным инструментом. Для вальцевания сплошного объемного проката используется предварительный нагрев заготовок, в остальных случаях деформирующей обработке подвергается холодный металл.

Область применения листовой вальцовки

Вальцовка листовой стали — удобный и малоэнергоемкий способ получения пространственных изделий типа конусов или незамкнутых цилиндров из плоских исходных заготовок. По сравнению с иными технологиями производства изделий типа тел вращения (в частности, прессованием или вытяжкой) процессы вальцовки листового металла обеспечивают:

Снижение эксплуатационных расходов на оборудование и оснастку.
Повышение долговечности инструмента и станков.
Сокращение времени на переналадку.
Возможность эффективного использования в условиях мелкосерийного и единичного производства.
Упрощение регламентных и ремонтных работ.
Управление производительностью оборудования.
Резкое снижение потерь от брака.

Внедрение процессов вальцовки металла с использованием в качестве исходных заготовок листа или полосы доступно не только небольшим производствам, но даже ремонтным мастерским, а также домашним мастерам. Как будет показано далее, кинематические схемы и конструкция вальцовочных станков для обработки листового материала весьма просты, а для их привода в некоторых случаях не требуется наличие внешних источников энергии.

Принципиальной особенностью вальцовки листового металла является то, что деформирование происходит не одновременно по всей контактной поверхности инструмента. Это хоть и вызывает некоторое снижение производительности оборудования, на самом деле способствует повышению стойкости рабочих прокатных валков. Дело в том, что во время вальцовки деформирующее усилие концентрируется не в точке или прямой (как, например, при вытяжке), а равномерно распространяется по всей поверхности соприкосновения валков с металлом. Поэтому удельные усилия процесса весьма невелики, а для изготовления инструмента не требуется применения дорогих инструментальных сталей.

Любая вальцовочная машина по стоимости существенно меньше гидравлического или механического пресса, а потому окупается уже в течение полугода своего активного использования. Одновременно увеличивается и долговечность: усилие вальцовки нарастает плавно и постепенно, по мере вхождения в зону деформации все новых и новых участков заготовки. Поэтому ударного характера возникновения рабочих нагрузок при вальцовке (даже в холодном состоянии) не наблюдается.

В практике эксплуатации вальцовочных станков никогда не возникает проблем с износом инструмента, поскольку поверхность валков имеет гладкий характер. Соответственно переналадка может сводиться лишь к замене валков на оснастку с иным значением диаметра.

Важно, что в процессе выполнения вальцовки оператор может изменять скорость деформирования металла, что не всегда возможно при других формовочных операциях листовой штамповки. Такое изменение снижает потери от брака.

Таким образом, вальцовка — это экономически выгодная технология обработки давлением листовых заготовок из высокопластичных металлов и сплавов.

Основные характеристики процесса

В продольном направлении подачи заготовки.
В поперечном направлении подачи заготовки.
При винтовой (спиральной) подаче.

Соответственно, в первом случае вальцовка металла применяется для получения длинных незамкнутых труб, а во втором — коротких. Результатом винтовой вальцовки является свертка труб, не требующих впоследствии сварной герметизации стыка.

Вальцовка стальных изделий исходной толщиной до 4…6 мм обычно производится без нагрева исходного металла. Однако при формообразовании деталей из толстолистового материала, а также сплавов с низкой пластичностью (в частности, на основе титана), применяется предварительный подогрев до температур 250…300 0 С. В таких случаях вальцовочная машина устанавливается рядом с нагревательной печью. Нагревательная атмосфера в таких печах — безокислительная, что снижает процессы образования поверхностной окалины. Впрочем, при малых радиусах вальцовки окалина частично осыпается уже в процессе деформирования на вальцовочном оборудовании.

Типовой процесс вальцовки листового металла включает в себя следующие переходы:

Подачу листа в захватную зону рабочего инструмента.
Выставление значений рабочего зазора между валками.
Прокатку плоской заготовки между инструментом в заданном направлении деформирования.
Извлечение полуфабриката из рабочих валков и закатку одной из кромок обрабатываемой заготовки (выполняется для того, чтобы значение радиуса кривизны детали было одинаковым по всему ее диаметру).

При деформации горячекатаного листового проката перед вальцовкой производится правка листа. Это связано с увеличенными значениями допусков на неплоскостность поверхности такого металлопроката, что специально оговаривается техническими требованиями ГОСТ 16523. Правка обязательна также для холоднокатаного проката, если его толщина превышает 4 мм.

Силовые характеристики процесса листовой вальцовки определяются следующими особенностями:

Деформирование производится не усилием, а крутящим моментом, значения которого зависят от физико-механических характеристик обрабатываемого материала, диаметра рабочих валков и условий контактного трения;
Скорость вальцовки практически не оказывает влияние на энергетические затраты при выполнении операции; более того, повышение скорости вращения валков даже несколько снижает рабочее усилие процесса.;
Трение между валками зависит от состояния их поверхности: при снижении шероховатости оно также снижается. Поэтому при постоянной эксплуатации вальцовочных машин требуется периодическая шлифовка поверхности оснастки (особенно, если вальцуется горячекатаный прокат, либо толстолистовые изделия);
Вальцевание высокоуглеродистых сталей, а также сплавов алюминия с марганцем часто сопровождается явлением упругого пружинения материала. Относительно вальцовки оно не так заметно, как при гибке, однако во многих случаях требует повторного деформирования.

Диапазон технологических возможностей листовой вальцовки следующий:

Длина вальцуемого проката, мм — до 12000.
Толщина, мм — до 60.
Частота вращения рабочих валков (для приводного оборудования), мин -1 — до 40.
Практически достигаемая скорость непрерывной вальцовки, м/мин — до 8…10.
Диаметр рабочих валков, мм — до 500.

Возможности вальцовочных станков с ручным приводом скромнее, но также достаточны для единичного производства операций свертки листа по необходимым значениям радиусов готовых деталей.

Машины для листовой вальцовки

Практическое применение нашли два исполнения вальцовочного оборудования — станки с нажимным валком (он обычно располагается посредине) и с эксцентрично размещенным инструментом. Первый тип применяется для толстолистовой вальцовки, а второй — для ротационного деформирования заготовок толщиной не более 2…2,5 мм.

Конструктивно такие станки различаются также по количеству рабочих валков. Обычно они устанавливаются горизонтально, хотя в некоторых неприводных моделях для деформирования небольших по размеру заготовок возможны и вертикальные машины, не требующие много места для своей установки.

Существенным различием в рассматриваемом оборудовании является и взаимное расположение рабочих валков: оно может быть симметричным и асимметричным. Асимметричные вальцовочные машины считаются более универсальными, поскольку с их помощью можно получать не только свертку цилиндров, но и разнообразное оформление их кромок (в частности, изгиб краев у детали). Именно на листогибочных вальцах с симметрично размещенными валками деформируют толстолистовые заготовки. Тем не менее, схема с тремя симметрично расположенными валками более технологична при обслуживании, а потому на практике применяется чаще.

Такой вальцовочный станок с внешним приводом включает в себя следующие узлы:

Электродвигатель (для особо мощных типоразмеров применяются приводы на основе двигателей постоянного тока).
Редуктор или клиноременную передачу (применительно к вальцам с регулируемой скоростью вращения в схему дополнительно встраивается вариатор).
Вал, на котором размещается основной (нажимной) валок.
Боковые стойки с подшипниковыми узлами. Для мощного оборудования используются подшипники скольжения, а в быстроходных вальцах — качения.
Два нижних приводных валка. При симметричной схеме их оси с торца образуют с осью нажимного валка равносторонний треугольник, при асимметричной схеме ось одного из нижних валков располагается с небольшим смещением относительно оси верхнего валка, а нижняя устанавливается на расстояние, несколько превышающее межосевое. Этим исключается прогиб заготовки при ее вальцевании.
Станину, на которой устанавливаются две опорные стойки.
Защитный кожух, который при работе станка выполняет также функцию приемки полуфабриката, выходящего из технологического зазора между валками.
Систему управления вальцами.

Регулировка технологических параметров оборудования для вальцовки листов производится изменением величины зазора между валками. В автоматических станках это выполняется программно, в процессе предварительной настройке, а в ручных моделях — при помощи храпового или винтового механизма, смонтированного в одной из боковых стоек.

Любая вальцовочная машина отечественного производства, предназначенная для работ с листовым металлом, маркируется начальной буквой И, и четырьмя цифрами. Две первые указывают на тип привода подвижного валка (механический или гидравлический), а две вторых — на основные технологические параметры оборудования: ширину и толщину листа.

Основные технические характеристики некоторых типоразмеров данного оборудования сведены в таблицу:

Виды вальцов для листового металла

В основном вальцы для гибки листового металла применяют для придания заготовкам форм: круглой, цилиндрической, овальной, конической, полицентрической.

Вальцовочные станки применяют для работы с металлопрокатом, осуществляя с их помощью контролируемую продольную или поперечную деформацию для изготовления широкого ассортимента изделий. В основном они используются, как вальцы для листового металла, но также могут обрабатывать практически все профильные заготовки с плоской формой поверхности.

В зависимости от типа и назначения, вальцовый станок способен сгибать заготовки с различными габаритами и большим диапазоном толщины исходного материала. Поэтому станки для вальцовки листового металла могут иметь конструкцию от самого простого ручного листогиба с двумя валами, до сложной прокатной машины с ЧПУ, в которой могут располагаться до девяти рабочих валов.

Сфера применения

В основном вальцы для гибки листового металла применяют для придания заготовкам следующих видов форм:

круглой,
цилиндрической,
овальной,
конической,
полицентрической.

Небольшой вальцегибочный станок, к примеру, может изготавливать из оцинкованной жести практически все элементы:

дымоходов,
воздуховодов,
вентиляционных систем,
водостоков.

Ограничения сферы использования вальцов для листового металла определяется только их техническими параметрами:

размеры и отношение диаметров основного и вспомогательных валов, которые непосредственно влияют на минимальный и максимальный радиус гиба;
длина рабочих валов, определяющая максимальную ширину обрабатываемого листа;
вид привода валов, от которого зависит величина толщины будущего изделия.

А также технологические возможности вальцегибочных станков определяют их конструктивные особенности. К примеру, изготовление изделий конической и полицентрической формы напрямую зависит от способности изменять местоположение рабочих валов относительно друг друга.

Виды вальцовочных станков

Основная классификация вальцегибочных станков для листового металла определяется в соответствии с их технологическими возможностями, что напрямую зависит от количества рабочих валов и их технических параметров. Так можно выделить три наиболее широко представленных на рынке металлообрабатывающего оборудования вида листогибочных станков, имеющих в своей основе вальцы:

двухвалковые,
трехвалковые,
четырехвалковые.

Еще различают вальцовый станок по виду привода на:

механические вальцы с ручным приводом,
вальцы электромеханические,
вальцы гидравлические.

Двухвалковые вальцы

Двухвалковые вальцы для изготовления простых цилиндрических форм изделий стали применять сравнительно не так давно и связано это, прежде всего, с конструктивными особенностями и технологическими новшествами, применяемыми при их изготовлении.

Двухвалковые листогибочные станки состоят из прочного каркаса и двух рабочих валов, расположенных параллельно один над другим строго по вертикали. Верхний представляет собой полированный стальной вал и имеет меньший диаметр. Нижний вал, как правило, вдвое большего диаметра, состоит из стального сердечника, на который нанесено относительно мягкое покрытие из износостойкой резины или полиуретана.

При работе нижний вал, способный перемещаться в вертикальной плоскости, прижимает с определенным усилием лист заготовки к верхнему валу и прокручивает его, тем самым и придает ему форму изгиба. Получается так, что минимальный радиус определяется диаметром верхнего вальца, а максимальный радиус гиба — усилием прижима нижнего вала.

Настройка такого станка заключается в механической регулировке силы прижатия валов, тем самым позволяя устанавливать необходимый размер радиуса цилиндрической формы готового изделия.

Двухвалковые вальцы имеют ряд существенных преимуществ таких, как:

простота конструкции;
при работе не повреждается материал заготовки;
возможность сгибать без лишней деформации листовой материал, имеющий на своей поверхности штамповку, гравировку или перфорацию;
способность обрабатывать от мягких до жестких листовых материалов;
отсутствие не загнутых прямых участков на краях готового изделия.

Удачность сочетания простоты и технологичности сделало возможным изготавливать на базе двухвалковой конструкции универсальные станки с ЧПУ. Это, в свою очередь, позволило полностью автоматизировать процесс регулировки и центровки сжимания рабочих валов. Таким образом, современные технологии в сочетании с программным обеспечением на двухвалковых листогибочных станках с ЧПУ сделали возможным массовый выпуск широкого ассортимента сложных конических и полицентрических форм готовых изделий.

Как работает двухвалковый листогибочный станок можно посмотреть на данном видео:

Трехвалковые вальцы

Трехвалковые вальцы наиболее массово из всех моделей представлены на рынке листогибочного оборудования. Причем они, в свою очередь, делятся на:

Вальцы ручные трехвалковые имеют, как правило, простую и легкую конструкцию, работающую по симметричной схеме. Поэтому их часто применяют для изготовления элементов вентиляции или водостоков непосредственно на месте монтажа.

Работает трехвалковый вальцегибочный станок по принципу обкатки заготовки вокруг верхнего валка. Он является основным рабочим валом и его диаметр определяет минимальный радиус гиба. Настройка и максимальный диаметр радиуса цилиндрического изделия производится регулировкой высоты верхнего вала относительно нижних вальцов. Последние располагаются статически при симметричной схеме, то есть закреплены на одинаковых расстояниях относительно основного вала.

По такой же схеме работают вальцы трехвалковые электромеханические, с той лишь разницей, что их конструкция более массивна и способна, в отличие от ручного оборудования, обрабатывать листовой металлопрокат с пределом прочности свыше 50 кг/мм2, позволяя изготавливать изделия промышленных масштабов.

Ручные вальцы трехвалковые используют для обработки медных и алюминиевых листов, а также оцинкованной жести или тонколистовых материалов с максимальной предельной прочностью до 50 кг/мм2.

При всех своих достоинствах конструкция как серийных, так и самодельных моделей трехвалковых гибочных станков имеет один существенный недостаток — при обкатке на краях заготовки остаются пусть и не очень большие, но прямые участки. Если на относительно маленьких по размерам станках это можно нивелировать, подкладывая в место разрыва дополнительную полоску жести, то на больших гибочных станках для листового металла приходиться прокатывать заготовку.

Отчасти, чтобы свести к минимуму имеющийся недостаток, а также для того, чтобы расширить ассортимент выпускаемой продукции, и стали применять несимметричную схему расположения нижних боковых вальцов. Есть более простые конструкции трехвалковых гибочных станков с одним регулируемым нижним валом, а есть достаточно сложные в устройстве с двумя подвижными нижними валами. Конструктивной особенностью такой схемы является то, что нижний вал может смещаться относительно основного рабочего вала под определенным углом к вертикальной и горизонтальной плоскостям. Такая схема регулировки позволяет за счет неравномерной регулировки нижнего вала получать детали с конической формой.

Стоит отметить, что в основном народные умельцы как раз самостоятельно изготавливают именно ручной вальцовочный станок по симметричной схеме с тремя валами. Как устроен и как работает самодельный трехвалковый листогибочный станок можно на следующем видео:

Четырехвалковые вальцы

Четырехвалковые вальцовочные станки имеют в своей конструкции нижний дополнительный вал, который не только упрощает гибочные процессы и позволяет выпускать весь ассортимент продукции, но и лишен недостатков трехвалкового предшественника.

В основном, применяются вальцы четырехвалковые гидравлические для промышленной обработки металлопроката толщиной от 1,5 мм до 75 мм, при этом, независимо от толщины листа, возможно изготовление как простых цилиндрических и овальных форм, так и сложных полицентрических изделий.

Все современные четырехвалковые вальцовочные станки оснащены числовым программным управлением, поэтому все рабочие процессы, а также регулировки и настройки, полностью автоматизированы, что практически лишает их производственных недостатков.

Работу четырехвалкового вальцовочного станка можно посмотреть, открыв видео:

Способы вальцовки и развальцовки труб

Одним из методов деформирования металла в определенном, заданном направлении является вальцовка. Поговорим об основных способах процесса.

В процессе металлообработки изделие подвергают деформированию, изгибанию, скручиванию и т. д. Эти операции применяют как к листовому металлу, так и к трубным заготовкам. Результатом их выполнения является изменение первоначальной геометрии объекта для его дальнейшего использования — либо в составе сборной конструкции, либо в качестве обособленного элемента. Одним из методов деформирования металла в определенном, заданном направлении является вальцовка (или вальцевание).

Этот технологический процесс часто используют при изготовлении трубных заготовок из листового металла, но и уже готовые трубы также вальцуют, если возникает необходимость задать им новые параметры. Вальцовка труб — это деформирование их стенок без снятия металла. Наиболее распространенными вальцовочными операциями при работе с трубными изделиями (как круглыми, так и профильными) являются:

изгиб трубы вальцеванием;
развальцовка с целью увеличения сечения;
завальцовка как способ уменьшения сечения.

Изгиб трубы вальцеванием

Вальцовка труб является одним из способов холодной гибки. Один из самых распространенных типов профилегибочных станков, работающих по данному принципу — это классический трехроликовый вальцевый трубогиб, который способен управляться с профилями из любого материала:

жесть;
сталь, в том числе и коррозионностойкая (нержавеющая);
цветные металлы;
сплавы;
полимеры.

Основным действующим механизмом вальцовочного станка такого типа служит конструктивный узел из трех вращающихся роликов (валков). Из них ведущим может быть один средний, либо два крайних ролика. Цилиндрическая или профильная заготовка, заправленная в станок для вальцовки труб, последовательно прокатывается между валками и изгибается для получения необходимого радиуса кривизны (рис.1).

В ходе прокатки заготовки на таком станке можно согнуть небольшой отрезок трубы, а можно изготовить и длинный гнутый профиль, протяженностью 5 и более метров, что востребовано, например, в строительной отрасли. Путем перемещения через валки заготовка изгибается под определенным углом по всей заданной длине. Еще одним важным достоинством такого станка является возможность гнуть трубу на полный круг, то есть на угол 360 градусов.

Во время вальцовки трубы происходит процесс ее механического деформирования, который можно разделить на две стадии:

Сначала создается предварительный натяг для придания необходимого радиуса изгиба. Это реализуется созданием усилия центральным двигающимся роликом на трубу, упирающуюся в два других ролика, либо посредством прикладывания усилия к двум боковым двигающимся роликам на трубу, упирающуюся в неподвижный центральный ролик.
Собственно изгиб трубы происходит благодаря силе трения, возникающей между крутящими роликами станка и обрабатываемой трубой. Изделие, захватываемое усилием трения по ходу вращения крутящих роликов, гнется на величину предварительно установленного радиуса натяга трубы.

Если необходимый радиус изгиба не удается сформировать за один ход, то действия обеих стадий производятся повторно — до получения необходимой кривизны изгиба. Чем больше толщина стенки, тем большую кривизну изгиба можно реализовать. Для таких станков наименьший радиус гиба в единицах, кратных диаметру трубы, составляет:

для очень толстой стенки — 6;
для толстой стенки — 10;
для тонкой стенки — более 10.

От числа ведущих роликов, а также силы трения между ними и поверхностью стенки, зависит формирование усилия, возникающего в процессе изгиба трубы вальцеванием. Вальцовочный агрегат работает с высокой производительностью; он способен обрабатывать трубы квадратного, прямоугольного, овального и даже треугольного профиля.

Вальцовка профильной трубы — это, в сущности, ее деформация, при которой производится изгиб материала по некоторому направлению.

По этому признаку такую технологическую операцию можно отнести к одному из видов гибки металла. Поэтому отдельные специалисты заменяют словосочетание «вальцевание труб» термином «вальцевая гибка». Вальцы для профильной трубы при использовании данного типа профилегибов отличаются только формой (калибром) роликов или валков (рис.2).

Промышленные гибочные станки для труб по способу управления делятся на четыре группы:

ручные;
гидравлические;
электрические с механикой;
электрические с гидравликой.

Их выбор определяется производственными задачами, объемом серийно выпускаемой продукции и финансовым состоянием предприятия.

Развальцовка с целью увеличения сечения трубы

При монтаже сборных конструкций очень часто требуется достичь прочного соединения двух соседних фрагментов труб с разным диаметром. Чтобы плотно и без зазоров вставить одну трубу в другую, нужно либо расширить конец одного трубного отрезка, либо сузить конец другого. В вальцевании это называется «раздача торца наружу» и «торцевой обжим». После такой обработки изделий качество состыковки приближается к идеальному, что особенно важно при изготовлении котельного оборудования и трубопроводов различного назначения.

Еще одно широко распространенное применение развальцовки — это установка кондиционера, при которой приходиться сочленять одну медную трубу с другой без пайки, а затем присоединять полученную сборную конструкцию к внутреннему и внешнему блокам кондиционера. Для этого надо расширить конец одной трубы в виде «юбки». При подключении к кондиционеру перед развальцовкой на трубу надевают гайку, которую затягивают с юбочной частью к приемнику блока. Это можно сделать с применением инструмента для ручной вальцовки. Сам инструмент также принято называть «вальцовкой».

Простейшие инструменты–вальцовки состоят из струбцины со стандартными отверстиями для зажима трубы и упора в виде конуса, который при ввинчивании расширяет конец трубы, создавая так называемую «юбку». Существует несколько типов ручных вальцовок для труб из меди:

вальцовка с конусом без эксцентрики и струбциной с одним универсальным держателем под все типоразмеры труб и без трещотки;
вальцовка без трещотки и конусом без эксцентрики и струбциной с набором отверстий под стандартные сечения трубы;
вальцовка с конусом–эксцентриком, с трещоткой и струбциной с набором отверстий под стандартные сечения труб.

Наилучший результат производит реверсивная вальцовка труб с эксцентричным конусом и трещоточным механизмом (рис. 3).

Конус такой вальцовки устанавливается эксцентрично и действует по принципу валка, распределяя давление при прокатке равномерно по всей плоскости материала, давая на выходе практически зеркальную поверхность. Это позволяет по максимуму пригнать развальцованный фрагмент к отверстию штуцера или соединительной гайки, обеспечивая наивысшее качество соединения.

Стоит отметить, что благодаря эксцентричному конусу и наличию трещотки снижаются затраты на усилие при вальцовке, что облегчает и ускоряет работу мастера. Такой инструмент для обработки труб из меди рассчитан на диаметры 4–22 мм (или в дюймовом исчислении — от 3/16 до 3/4 дюйма). Применение этого устройства возможно и для тонкостенных алюминиевых и стальных труб, которые можно увидеть в спортинвентаре, в мебельных конструкциях и т. д.

С помощью еще одного приспособления (экстендера) можно расширить диаметр в одно действие. Это рычажный инструмент со сменными расширительными насадками различного диаметра (рис. 4). Это как патрон у дрели, только лапки такой головки расширяются, а не сжимаются. Усилие создается с помощью рычагов со значительным плечом.

Развальцовка широко используется в качестве способа сочленения труб с решетками теплообменных устройств, обеспечивая высокую прочность и герметичность соединений.

Инструмент, применяемый для этой операции, представляет собой полноценные вальцы — конусообразные валики, которые, катаясь по внутренней плоскости заготовки, проход за проходом, увеличивают ее сечение (рис. 5).

Приводом служат реверсивные машины. В них контроль крутящего момента автоматизирован, чтобы обеспечить стабильность качества соединений. Глубина вальцевания может быть фиксированной или регулируемой, в зависимости от исполнения вальцовки.

Завальцовка как метод уменьшения сечения

Необходимость уменьшать сечение требуется при изготовлении элементов трубопровода с целью их дальнейшего соединения. В этом случае приходится обжимать конец трубы, который вставляется в гильзу. Уменьшить диаметр концевой части бывает нужно перед тем, как ручным способом нарезать на ней резьбу, или создать неразъемное плотное соединение трубы со штуцером. Для этого могут применяться обыкновенные клещи, хотя нередко используются специальные тиски, сконструированные особым образом (рис. 6).

В качестве ручного инструмента для завальцовки труб из мягких металлов могут выступать клещи с увеличенным рычажным плечом или малоразмерные вальцы, сочлененные с винтовой подачей. Стоит отметить, что для завальцовки водопроводной трубы из стали до сих пор нередко используют уникальное по простоте устройство — обыкновенный молоток. Однако эта работа требует предельной аккуратности, так как по неопытности можно получить совсем не ту степень деформации, на который рассчитывали изначально.

Способы гибки и вальцовки различных видов металлопроката Оставить комментарий

Гибка металлопроката – вид деформации материала различной толщины, во время которого материалу придают нужную форму и конфигурацию. В ходе этого процесса сжимаются и растягиваются слои металла, за счет чего достигается нужный результат. Таким образом, из листового металла получается объемное изделие без швов и соединений. Вальцовка металлопроката – еще один способ воздействия на листовой металл, при котором плоский лист металла приобретает цилиндрическую форму.

Какие бывают способы гибки различных видов металлопроката

В ходе гибки металлопроката растягиваются внешние слои материала до необходимых размеров. Одновременно с этим процессом внутренние слои сжимаются. Именно благодаря этому заготовка приобретает необходимую форму. В практической деятельности применяются два способа гибки металлопроката:

Холодная гибка материала. Такой метод воздействия на металл осуществляется без предварительного нагрева заготовки. Холодную гибку применяют для изготовления кровельных материалов, комплектующих, металлопрофилей, цилиндров, деталей обшивки транспортных средств, промышленного оборудования и многих других целей.
Горячая гибка материала. Этот метод обработки осуществляется с нагревом. Данный способ гибки металлопроката используется, когда требуется изготовить детали особо сложной формы. Такие изделия невозможно выполнить при помощи холодной гибки. Кроме того, горячая гибка позволяет гнуть трубы и профили в случае уменьшенных радиусов и опасности гофрообразования.

Также в зависимости от того, какое оборудование применяется для гибки деталей, выделяют два способа:

Гибка листового металлопроката.
Гибка профильного проката (швеллер, уголок, труба круглая и труба профильная).

Гибку листовых деталей выполняют на оборудовании следующего типа:

Вальцы (валковые листогибочные машины);
Гидравлический пресс;
ЛГС (листогибочный станок валкового типа);
Фланцегибочный станок;
Кромкогибочный пресс.

Условная простота форм отличает гибку профильного металлопроката от гибки листового материала, так как изгиб профиля, как правило, производят в одной плоскости, которая повторяет плоскость обшивки.

Какие бывают способы вальцовки различных видов металлопроката

Вальцовка металла – не менее популярный в сравнении с гибкой способ обработки металлопроката. Способы вальцовки различаются в зависимости от используемого оборудования. Так в зависимости от типа используемого привода выделяют три типа вальцовочных станков:

Ручные. Этот тип оборудования имеет очень простую конструкцию. Кроме того, такой станок отличается надежностью, компактностью и мобильностью, невысокой стоимостью, простотой обслуживания и эксплуатации. Однако есть несколько недостатков, сказывающихся на продуктивности работы с таким оборудованием:

На таком станке нельзя обрабатывать металлические заготовки толщиной более двух миллиметров.
Имеет низкую производительность.
Необходимость прилагать большие физические усилия.

Электрические. Отличаются от станков с ручным приводом куда большей эффективностью и производительностью. Такое оборудование позволяет осуществлять вальцовку металлопроката значительно большей толщины.
Гидравлические. Самые мощные среди трех видов вальцовочных станков. Однако такое оборудование имеет крупные габариты, из-за чего, как правило, такие станки подходят для вальцовки на промышленных предприятиях.

Существуют также различные способы подачи материала. В зависимости от техники вальцовка делится на три вида:

При поперечном направлении. Такой вид вальцовки используется для изготовления труб небольшой длины.
При продольном направлении. Этот вид вальцовки необходим для изготовления длинных труб.
При винтовой подаче. Данный вид вальцовки применяется для изготовления труб, стыки которых не требуют сварочной герметизации.

Однако помимо различных способов деформации металла важную роль также играет выбор заготовки. Структура материала, толщина и гладкость листового металла – основные критерии при выборе заготовки. Конечный результат зависит также и от оборудования. Изделие, соответствующее всем нужным критериям, получится при использовании качественного металла и высококачественного гибочного оборудования.

Читайте также: