Гибка с оправкой и без оправки: какой метод устраняет внутренние морщины?

Внутренние морщины могут стать настоящей проблемой при гибке труб. Они выглядят неэстетично на готовой детали, уменьшают толщину стенки трубы и создают сужения в линиях подачи жидкости. Чтобы избежать этого, применяются два распространённых метода устранения внутренних морщин в трубах: гибка с использованием оправки и гибка без оправки. Оба метода имеют свою область применения, однако их эффективность в предотвращении морщин на внутреннем радиусе принципиально различна. В данной статье рассматриваются оба метода с целью окончательно определить, какой из них действительно устраняет внутренние морщины.

Понимание причин образования внутренних морщин

Фактически, при изгибе трубы наружная стенка должна растягиваться, а внутренняя — сжиматься. Тонкие стенки многих труб или трубы, изогнутые слишком малым радиусом, не обладают достаточной прочностью для противодействия сжимающим усилиям, поэтому внутренняя стенка складывается и теряет устойчивость. Именно эта потеря устойчивости приводит к образованию морщин. Более тонкие стенки, резкие изгибы и материалы, такие как нержавеющая сталь (которая по своей природе довольно твёрдая), усугубляют эту проблему. Любое решение данной проблемы должно либо обеспечивать поддержку внутренней стенки трубы, либо находить способ изменить величину сжимающего усилия. Ниже приведены два метода, направленных на решение этой задачи двумя разными путями.

Изгиб без оправки: простота с ограничениями

Существует несколько методов гибки без использования внутренней опоры, простейшим из которых является гибка без оправки (или гибка без mandrel). При таком виде гибки труба деформируется только с помощью матрицы гибки, прижимной матрицы и упорной матрицы (а иногда — и очистительной матрицы). Внутрь трубы никакой инструмент не вводится. Этот метод хорошо работает для труб с толстой стенкой, изгибаемых по разумному радиусу. Труба со стенкой толщиной 2,5 мм, изогнутая по радиусу 3D, прекрасно формуется без оправки. Упорная матрица, продвигающая трубу вперёд, совместно с вращающейся матрицей гибки создаёт растягивающие напряжения на внешней поверхности, заставляя материал «сжиматься» внутрь для противодействия этим силам. Однако при толщине стенки менее 1,5 мм и радиусе изгиба внутри дуги более 2D полностью избежать морщин на внутренней поверхности не удастся, поскольку внутри трубы не будет ничего, что поддерживало бы её круглую форму. Основное преимущество гибки без оправки заключается в её высокой скорости и значительно меньшем количестве необходимого инструмента по сравнению с гибкой с оправкой; однако компромиссом является то, что данный метод не решает проблему образования морщин на внутренней поверхности.

Гибка на оправке: внутренняя поддержка для получения безморщинных результатов

Для данного процесса используется гибка с оправкой, при которой в трубу помещается вставка. Обычно это сплошной стержень, содержащий один или несколько шарнирно соединённых шариков; оправка поддерживает внутреннюю стенку трубы точно в том месте, где происходит сжатие. По мере изгиба трубы оправка просто предотвращает её внутреннюю стенку от продавливания внутрь. Самые шарики выполнены шарнирными, поэтому при протягивании их через трубу во время её изгиба каждый из них способен адаптироваться к изгибам, образуемым стенкой трубы. Это, безусловно, наиболее эффективный метод решения таких задач, как гибка тонкостенных труб, изгиб с малым радиусом и обработка трудногибких материалов, например нержавеющей стали. Для того же сценария, описанного в предыдущем разделе (труба из нержавеющей стали диаметром 25 мм, толщиной стенки 1,2 мм, изгиб радиусом 1,8D), двухшариковая шарнирная оправка обеспечит полное отсутствие морщин на тысячах труб. Как видно из приведённых схем, улучшение по сравнению с гибкой без оправки чрезвычайно заметно. Основные недостатки гибки с оправкой: значительно более высокая стоимость оснастки и большая трудоёмкость при небольших партиях изделий; кроме того, для всех деталей требуется смазка, предотвращающая «задиры» (адгезионное разрушение) поверхности трубы из нержавеющей стали при контакте с поверхностью оправки.

Сравнение производительности на реальных приложениях

Рассмотрим типичную автомобильную деталь — трубу диаметром 25 мм с толщиной стенки 1,2 мм и радиусом изгиба по осевой линии 1,8D. При гибке без оправки внутренняя поверхность трубы почти неизбежно будет иметь морщины; примерно 30 % детали будут покрыты морщинами. В зависимости от назначения детали морщины могут быть едва заметны и не критичны для функционирования изделия, однако они определённо ухудшают эстетический вид и могут ограничивать поток жидкости. Если же ту же трубу изогнуть с использованием хорошо спроектированной двухшариковой оправки, проблема полностью устраняется: десятки тысяч труб проходят процесс гибки без единой морщины. Медицинские компоненты зачастую выпускаются только с толщиной стенки около 1 мм и изгибаются с применением оправки, поскольку это просто единственный технически осуществимый способ получения приемлемого результата.

Когда гибка без оправки является правильным выбором

Тем не менее, использование гибки без оправки действительно оправдано при работе с трубами очень большой толщины стенки (2 мм и более) и большим радиусом изгиба (3D и более) или когда время и стоимость изготовления прототипов важнее качества поверхности. На практике нередко наблюдается, что небольшие производители обходятся без оправок, тщательно рассчитывая радиус изгиба на основе толщины стенки для труб очень большой толщины и просто избегая производства труб, для которых при внутреннем радиусе изгиба потребовалась бы оправка. Однако если на ваших деталях уже образуются морщины, а вы используете гибку труб без оправки, то добавление оправки в установку — это действительно единственный очевидный выход.

Практические соображения при гибке труб с оправкой

Важно помнить, что при гибке труб с использованием оправки необходимо применять правильный комплект матриц для достижения оптимальных результатов. Общепринято, что для получения оптимальных результатов зазор между стенкой трубы и внутренней поверхностью внешней матрицы не должен превышать 0,1–0,2 мм. Кроме того, положение шариков относительно точки касания трубы с матрицей гибки имеет решающее значение: если оправка установлена слишком далеко вперёд, она застревает внутри трубы; если слишком далеко назад — труба снова сплющивается. Современные ЧПУ-гидравлические трубогибы оснащены программным управлением отводом оправки, что упрощает её настройку.

Заключение

Если вы хотите устранить внутренние морщины — будь то гибка тонкостенной трубы с малым радиусом изгиба или внешний вид детали имеет критическое значение, — то гибка с использованием оправки (мандреля) определённо является правильным выбором. Гибка без оправки может быть полезна в определённых случаях, однако не решает саму корневую проблему. Все наши станки для гибки труб компании Baorui спроектированы так, чтобы обеспечивать оба метода гибки. Выбор между ними всегда зависит от конкретного применения, однако если вам необходима труба без морщин, то гибка с оправкой не имеет себе равных.