Способы гибки и применяемое оборудование

В самолетостроении для изготовления деталей одинарной кривизны из листов, профилированных плит, профилей и тонкостенных труб наи­более широко применяют методы свободной гибки и гибки профилированным инструментом.

В последнем случае получаемая деталь по форме соответствует деформирующему инструменту. При свободной гибке фор­мообразование детали осуществляется путем пластической деформации заготовки системой сил и создаваемая форма не зависит от инструмента.

Свободная гибка практически осущест­вляется в двух вариантах: гибка универсально-ги­бочным штампом (рис. 69, а—г) и гибка прокат­кой на валковых или ро­ликовых станках (рис. 69, д—ж).

Гибкой универсально-гибочным штампом преи­мущественно изготовляют детали с малым относи­тельным радиусом изгиба (обычно g≤ 8÷ 10). Фор­му таких деталей в основ­ном характеризует угол изгиба φ ₀, являющийся сопрягаемые параметром при установке деталей в узлах и агрегатах. Ра­диус кривизны при вер­шине угла в большинстве случаев не является со­прягаемым параметром; его величина назначает­ся из условий необхо­димой жесткости деталей и возможности формооб­разования при данных пластических свойствах деформируемого металла.

Угол φ (рис. 69, а), на который необходимо изогнуть заготовку, чтобы с учетом его последующего изменения вследствие пружинения получить заданный угол детали φ ₀, а также потребное для гибки усилие Р со стороны пуансона можно определить по формулам

Где q_min- минимальный относительный радиус кривизны (при вершине угла);

C_p и C_φ - коэффициенты, зависящие от механических свойств металла. Например, для Д16AММ m = 0, 265.A=49, С_φ =0, 06; коэффи­циент Ср при изгибе широких заготовок равен 4, 50, а при из­гибе узких заготовок (полосок) —3, 77.

По известным значениям q_min и φ определяют ширину L ручья мат­рицы и ход Н пуансона (рис. 69, а).

Универсально-гибочные штампы используют в единичном и серий­ном производстве для изготовления из листового материала за несколько переходов или операций профилей различного сечения (рис. 69, б, в). Штамп устанавливают на специальный гибочный пресс И-135 (рис. 69, г) с узкой станиной длиной 5050 мм и эксцентриковым приводом подвижной траверсы.

Гибка прокаткой на валковых и роликовых станках по силовому воздействию на заготовку (рис. 69, д) не отличается от гибки универ­сально-гибочным штампом. Процесс гибки прокаткой заключается в не­прерывном изменении формы заготовки при приложении к ней через вращающиеся валки (или ролики) изгибающего усилия, обеспечиваю­щего требуемую пластическую деформацию.

Гибка прокаткой может быть осуществлена на станках, выполненных по трех- или четырехвалковой схеме. В процессе гибки прокаткой тремя симметрично расположенными валками на входной и выходной зонах заготовки остаются прямолинейные концы (рис. 69, д), длина которых равна расстоянию между точками касания заготовки со сред­ним и крайними валками. Для уменьшения длины прямолинейных участков следует применять асимметричную схему расположения валков (рис. 69, е). В этом случае можно почти полностью изогнуть заготовку от кромки до кромки. Для подгибки кромок заготовку вставляют между валками так, чтобы край ее перекрывал задний нижний валок, и подъемом переднего нижнего валка подгибают первую кромку (рис. 69, е). Затем заготовку кантуют, вставляют между валками второй кромкой и подгибают ее. Обычно заготовки всей партии предварительно проходят операцию подгибки кромок, а затем подвергаются гибке по заданному радиусу.

Станки, изготовленные по асимметричной схеме, должны обладать повышенной жесткостью, так как в процессе гибки на валках возника­ют усилия значительно большие, чем на станках, выполненных по сим­метричной схеме. Поэтому гибку листов большой толщины производят на станках с симметричным расположением валков.

Четырехваликовые машины сочетают в себе преимущества трехвалковых, выполненных по симметричной и асимметричной схемам.

Рис. 69. Схемы процессов свободной гибки

В каж­дом конкретном случае работают лишь три валка из четырех (рис. 9, 3, ж). При подгибке заготовку входной кромкой подают справа (по схеме) на валки так, чтобы она перекрыла второй валок; затем, подни­мая правый гибочный валок, полностью изгибают кромку. После этого гибочный правый валок опускают в исходное положение и заготовку пропускают через валки влево. Затем так же подгибают выходную кром­ку левым гибочным валком и последующей прокаткой полностью изги­бают заготовку (рис. 69, ж).

Четырехвалковые машины особенно целесообразны для формообра­зования крупногабаритных тяжелых деталей, так как во время подгибки кромок отпадает необходимость кантовать заготовку.

Заготовка при вращении валков перемещается под действием сил трения, возникающих на поверхностях контакта и являющихся в трехвалковых симметричных схемах функцией усилия гибки Р. С увеличением кривизны сопротивление заготовки перемещению возрастает. При оп­ределенной для данных условий стреле прогиба сила трения может ока­заться недостаточной для перемещения заготовки. Это накладывает су­щественные ограничения на процесс изгиба заготовки тремя симметрич­но расположенными валками, что вынуждает либо осуществлять изгиб в несколько переходов с постепенным увеличением стрелы прогиба, либо предусматривать в конструкции станка толкающее устройство. Например, профиль высотой h за один переход можно изогнуть на радиус не менее чем 30h. При σ =δ /h < 30 ролики относительно профиля будут проскальзывать.

Усилие подачи Рх, потребное для гибки прокаткой листовой заго­товки толщиной δ и шириной b без проскальзывания, может быть опре­делено по формуле

При четырехвалковой схеме (рис. 69, ж) за один переход можно получить большую кривизну, создав дополнительное давление на заго­товку, зажатую между верхним и нижним центральными валками.

Оснастка, используемая при свободной гибке, является универсаль­ной и позволяет путем подбора параметров настройки L и Н (рис 69, а, д) получать детали необходимой формы. Благодаря этому сво­бодная гибка экономически наиболее целесообразна для деталей боль­ших габаритов (например обшивок крыла, оперения, различных профи­лей из листового материала).

Наиболее распространенный вид оборудования для гибки прокаткой — трехвалковые станки («трехвалки») с ручным и механизирован­ным приводом, у которых положение гибочного валка в процессе гибки не изменяется. Основным типом трехвалковых станков является станок ЦБКМ, позволяющий изгибать листы толщиной до 10 мм и длиной 6200 мм. Верхний валок регулируется по высоте и может быть установ­лен в наклонное положение по отношению к нижним.

В авиационной промышленности для получения деталей цилиндри­ческой и конической формы (длиной до 7 м) из листов (толщиной до 12 мм) и профилированных плит широко применяют станки типа КГЛ с тремя симметрично расположенными валками и верхней траверсой (рис. 9.4. а, б), гибочно-листовые станки типа ГЛС и агрегатные прессы типа АГЛ.

Копировально-гибочные станки КГЛ-1М и КГЛ-2 снабжены соот­ветственно механическим и гидравлическим копировальным устройст­вом. Этим устройством изменяют расстояние между гибочным и опор­ными валками в процессе гибки прокаткой, в результате чего обшивки изготавливаются как с постоянной, так и с переменной одинарной кри­визной по сечению. Гибка по радиусу, меньшему половины высоты тра­версы, возможна только по дуге до 120—150°. Станок КГЛ-3 предназна­чен для изготовления малых партий деталей, и копировальная система в нем отсутствует.

Гибочно-листовые станки ГЛС-0, 5К и ГЛС-2, 5, выполненные по асимметричной трахвалковой, а ГЛС-2К и ГЛС-4 — по четырехвалковой схеме, позволяют изготовлять замкнутые обечайки с подгибкой входной и выходной кромок.

Три валка станка ГЛС-0.5К — конические. Одним комплектом вал­ков можно изготовлять обечайки различной конусности с наименьшим диаметром 80 мм и длиной образующей до 500 мм.

Станок ГЛС-2К в основном предназначен для изготовления кониче­ских обечаек с наименьшим диаметром 500 мм при длине образующей до 2000 мм. Два его средних приводных валка цилиндрические, целиковые, а два боковых, которые можно устанавливать под заданным углом к средним валкам, выполнены из набора шарикоподшипников (рис. 9. 4. в).

На агрегатных гибочно-листовых прессах АГЛ-5, АГЛ-10 и АГЛ-15 формообразование из цветных сплавов крупногабаритных листовых обшивок и монолитных панелей толщиной до 12 мм и длиной соответст­венно до 5, 10 и 15 м выполняют двумя методами: гибкой универсально-гибочным штампом впередвижку (рис. 70, г) и прокаткой симметрично расположенными тремя валками.

Пресс АГЛ-10 скомпонован из двух, а пресс АГЛ-15 — из трех гидравлических прессов АГЛ-5. Управление синхронным перемещением траверс секционного пресса осуществляется посредством гидромеханических копировальных устройств.

Детали из прессованных и катаных профилей с постоянной кривиз­ной и наименьшим внутренним радиусом изгиба 100—250 мм изготовля­ют прокаткой на профилегибочных четырехроликовых станках И-620. ПГ-3 и ПГ-4.

Рис. 70. Схемы гибки на гибочно-листовых станках:

а—гибка листовой заготовки на КГЛ (1—верхний и нижний валки, 2—опорные ролики); б—гибка профилированной плиты на КГЛ-3; в—гибка конической обечайка на ГЛС 2К: г—гибка профилированной плиты в передвижку на АГЛ.

Особенностью гидравлического профилегибочного станка ПГ-2М. выполненного по трехроликовой асимметричной схеме, является наличие копировальной системы, позволяющей производить гибку деталей с пе­ременной кривизной.

Для профилей сложных сечений применяют профилегибочный ста­нок ПГ-5А с тремя роликами, обеспечивающими возможность гибки про­каткой по симметричной и асимметричной схеме. Станок снабжен допол­нительной роликовой головкой, полностью охватывающей многополочное сечение профиля при его изгибе и предотвращающей потерю устойчиво­сти полок. Однако несимметричность сечения профиля и несовпадение главных осей моментов инерции сечения с плоскостью изгиба все же вы­зывают деформацию закрутки, которая приводит к необходимости вы­полнять трудоемкие ручные доводочные работы, особенно при изготов­лении деталей из стальных или титановых профилей.

При совмещении операции изгиба с нагревом узкой зоны профиля токами высокой частоты резко уменьшаются или устраняются совсем за­крутка и потеря устойчивости. Это обусловливается тем, что узкий нагре­тый участок профиля в зоне индуктора (рис. 71) обладает значительно меньшим сопротивлением деформированию, чем окружающий металл, поэтому здесь сосредоточивается вся деформация; холодная же часть профиля, находящаяся в направляющем зазоре роликов, не позволяет

развиваться искажающим деформациям. Правильный подбор высокоча­стотного оборудования, конструкции индуктора и режима нагрева позво­ляет устранить доводочные работы и автоматизировать процесс изгиба профилей применением копировальных устройств или гибки — про­катки по программе.

Гибка профилированным инструментом. В качестве такого ин­струмента применяют спе­циальные штампы, оправки и фильеры.

Гибка специальными гибочными штампами может осуществляться без прижи­ма и с прижимом заготовки. В штампах без прижима (рис. 72, а) пуансон приближается к неподвижной матрице, и оконча­тельное формообразование детали между ними происходит лишь в конце хода. В штампах с прижимом (рис. 72, б) часть заготовки зажимается между пуансоном и подвижным прижимом еще до начала гибки; незажатые части заготовки подвергаются деформации изгиба в течение всего процесса и окончательную форму приобретают также к концу хода инструмента. В штампах с прижимом заготовки обеспечивается более точное взаимное положение элементов детали относительно друг друга, чем без прижима. Поэтому для точных работ применяют штам­пы с прижимом. При этом штамп должен быть изготовлен с уче­том погрешностей, вызываемых пружинением. Например, при гибке П-образных деталей из упругих материалов предусматри­вают обратный выгиб дна (рис. 72, в). После раскрытия штампа дно распрямляется и компенсирует распружинивание в углах.

Детали сложной формы (замкнутые типа обойм и петель, коробчатые и др.) обычно полу­чают последовательной гибкой не­сколькими простыми по конструкции штампами или одним штампом, состоящим из несколь­ких секций, в каждой из которых выполняется отдельный переход.

При гибке с подчеканкой, т.е. с местным перераспределе­нием части металла заготовки (рис. 72, г), получается форма детали, точно соответствующая форме инструмента, но требуется при­ложение к заготовке усилий, значительно больших, чем при обычной гибке.

С помощью специальных гибочных штампов, устанавливаемых на прессах, из листовых и профильных заготовок обычно изготовляют дета­ли относительно небольших габаритов.

Рис. 71 Схема гибки прокаткой с местным нагревом ТВЧ:

1 – гибочный ролик, 2 и 4 – ведущие ролики, 3 – направляющий ролик, 5 - индикотор

Рис. 72 Схема гибки специальными гибочными штампами

Гибка обтягиванием по оправке (гибка с растяжением) применяет­ся для изготовления деталей переменной кривизны из гнутых и прессо­ванных профилей симметричного и несимметричного сечения обычно на профилегибочных растяжных станках ПГР-6, ПГР-7 и ПГР-8. Станки ПГР-6 и ПГР-8 предназначены для получения деталей однозначной кривизны с углом изгиба 180—220° из заготовок длиной 1000—9000 мм. Схемы процесса гибки с растяжением деталей однозначной кривизны и станка типа ПГР приведены на рис. 73, а и б.

Рис. 73. Схемы гибки профилей обтягиванием по оправке (а, б, в) и вталкиванием в фильер (г, д):

1—стол; 2—сменная оправка; 3—поворотная платформа: 4—цилиндр поворота платформы; 5—за­готовка; 6—цанговый зажим; 7—цилиндр растяжения заготовки.

На станке ПГР-7 с передней передвижной установкой, выполнен­ной в виде самостоятельного отъемного агрегата, изготовляют по при­веденной на рис. 73, в схеме детали знакопеременной кривизны с наи­большей стрелой вогнутости до 600 мм.

Гибка обтягиванием по пуансону на профилегибочных растяжных станках обеспечивает высокую производительность и достаточную точ­ность изготовляемых деталей. Область применения способа ограничи­вается возможностью получения деталей из профилей с углом изгиба 180—220° и относительным радиусом изгиба не менее 10 вследствие до­полнительного нагружения профиля растягивающим усилием при его изгибе.

Гибка вталкиванием в фильер (рис. 73, г) заключается в деформи­ровании заготовки реактивными усилиями со стороны формообразующе­го ручья, возникающими в результате приложения к ней продольного усилия вталкивания. Кривизна ручья фильера должна соответствовать кривизне детали, а его окно — форме и размерам сечения деформируе­мого профиля.

Возможность полного охвата контура профиля деформирующим ин­струментом позволяет подвергать гибке профили самых разнообразных сечений. Нагрев заготовки в зоне деформирования (рис. 73, д) в про­цессе гибки позволяет устранить или свести к минимуму закрутку про­филей сложных несимметричных сечений. Достаточная надежность про­цесса и стабильность параметров изготовляемых деталей обеспечивается при соответствующем качестве формообразующих поверхностей фильера и смазки.

Оборудование для гибки профилей вталкиванием в фильер отлича­ется простотой и малой мощностью по сравнению с другими видами ги­бочного оборудования. Снижение усилия рабочих органов оборудования в этом случае объясняется тем, что главное усилие изгиба заготовки яв­ляется реактивным и воспринимается фильерным блоком.