В чем разница между гибкой прессом и гибкой валком?

Принципиальная разница между пресс-гибка и гибка валков заключается в как применяется сила и какую геометрию создает этот процесс . При гибке прессом используется пуансон (верхняя матрица), который опускается на листовой металл, опирающийся на нижнюю матрицу, чтобы создать один дискретный изгиб под определенным углом — деформация концентрируется в одной точке. Вальцовая гибка пропускает металл через набор роликов, которые постепенно и непрерывно изгибают материал по дуге, радиусу или полному цилиндру — деформация распределяется по длине. Проще говоря: гибка пресса дает резкие или наклонные изгибы; валковая гибка позволяет получить изогнутые или круглые формы .

Оба являются важными процессами обработки металлов давлением, но они служат совершенно разным геометрическим результатам. Листогибочный пресс сгибает лист под углом 90° для изготовления коробчатой ​​панели; листовой валик изгибает лист в отрезок трубы или цилиндрический сосуд. Неправильный выбор между ними приводит либо к невозможному результату (попытка прокатать острый угол), либо к расточительному результату (сгибание десятков дополнительных точек для аппроксимации кривой, которую прокатный станок мог бы создать за один проход). В этой статье подробно объясняются оба процесса, сравниваются их по всем ключевым параметрам и предоставляются рекомендации по выбору правильного процесса для каждого приложения.

Как работает гибка прессом: принцип и процесс

Гибка в прессе, выполняемая на листогибочном или штамповочном станке, представляет собой точечный деформационный процесс . Листовой металл помещается на нижнюю матрицу (матрицу), а верхняя матрица (пуансон) опускается под действием гидравлической, механической или сервоэлектрической силы, вдавливая металл в полость матрицы. Металл пластически деформируется на линии контакта кончика пуансона с листом, создавая угол изгиба, определяемый геометрией оснастки и глубиной хода пуансона.

Основные компоненты листогибочного пресса

• Каркас и рабочий стол: Жесткий структурный корпус, поддерживающий все компоненты машины. Нижняя матрица установлена ​​на рабочем столе и должна оставаться неподвижной и точно совмещенной с верхней матрицей на протяжении всего хода.
• Верхняя матрица (пуансон): Опускающийся инструмент, который контактирует с металлической поверхностью и вдавливает ее в нижнюю геометрию матрицы. Профили пуансонов варьируются от остроугольных V-образных наконечников (для острых изгибов) до закругленных кончиков (для более плавных изгибов) и профилей «гусиная шея» (для формирования глубоких коробок).
• Нижняя матрица (матрица): Стационарный V-образный паз или другой профилированный блок, в который запрессовывают металл. Ширина V-образного отверстия (отверстия матрицы) относительно толщины материала существенно влияет на требуемую силу изгиба и получаемый радиус изгиба.
• Система привода: Гидравлический привод наиболее распространен для крупнотоннажных листогибочных прессов (до 1000 тонн и более ), обеспечивая плавное, контролируемое усилие на протяжении всего хода. Механические (эксцентриковые) приводы обеспечивают высокую скорость. Сервоэлектрические приводы обеспечивают высочайшую точность позиционирования (±0,01 мм) и энергоэффективность.
• Задний упор с ЧПУ: Программируемая система остановки, которая точно позиционирует металл перед каждым изгибом, обеспечивая повторяемость геометрии детали в течение всего производственного цикла без ручных измерений.
• Система управления: В современных листогибочных прессах используются контроллеры с ЧПУ с графическим программированием последовательности изгиба, автоматической компенсацией пружинения и измерением угла с обратной связью с помощью лазерных или контактных датчиков.
• Устройства безопасности: Световые завесы, коврики безопасности, двуручное управление и аварийная остановка являются обязательными для промышленных листогибочных прессов, чтобы защитить операторов от движения закрытия между верхней и нижней матрицами.

Четыре метода гибки прессом

Гибка прессом — это не один метод, а семейство связанных методов, каждый из которых дает разные результаты:

• Воздушный изгиб: Пуансон опускается в V-образное отверстие матрицы, при этом металл не касается дна матрицы. Угол изгиба контролируется глубиной удара пуансона — более глубокое проникновение создает более острый угол. Гибка воздухом требует наименьшего усилия и является наиболее гибким методом, поскольку с помощью одного набора инструментов можно получить различные углы. Это доминирующий метод в современной работе листогибочного пресса с ЧПУ. Упругость необходимо компенсировать небольшим перегибом.
• Днище (загиб днища): Пуансон полностью прижимает металл ко дну полости штампа, устраняя большую часть пружинения за счет пластического прилегания металла к геометрии штампа. Требуется В 3–5 раз больше силы, чем изгиб воздуха но создает более последовательные и точные углы. Для каждого угла обычно требуются отдельные инструменты.
• Чеканка: Метод наивысшей силы, при котором пуансон сжимает металл до 25–30% от первоначальной толщины в зоне изгиба, полностью устраняя пружинение и обеспечивая очень малый радиус изгиба. Требует высочайшего тоннажа, но обеспечивает наиболее точные по размерам изгибы. Обычно используется для прецизионных компонентов аэрокосмической и электронной корпусов.
• Протрите изгиб: Листовой металл удерживается зажимом, а вытирающая матрица проводит по краю, чтобы согнуть его. Используется для очень коротких фланцев и операций подшивки, которые невозможно выполнить с помощью стандартной установки V-образной штамповки.

Рабочая последовательность операции гибки на прессе

1. Позиционирование: Листовой металл помещается на нижнюю матрицу и стыкуется с задним упором ЧПУ, совмещая намеченную линию изгиба с осевой линией инструмента.
2. Зажим (если применимо): Ножная педаль или двуручное управление инициирует контролируемое опускание верхней матрицы к заготовке.
3. Применение давления: Пуансон контактирует с металлом и вдавливает его в полость штампа. Пик изгибающей силы приходится на точку максимальной деформации — при изгибе в воздухе это происходит вблизи заданного угла.
4. Формирование: Металл пластически деформируется вдоль линии сгиба между острием пуансона и двумя точками контакта плеч штампа, создавая нужный угол.
5. Обратный ход: Пуансон втягивается в открытое положение, металл слегка пружинит (компенсируется перегибом), и формованная деталь удаляется или перемещается для следующего изгиба.

Как работает гибка валков: принцип и процесс

Гибка валков, выполняемая на вальце, профилегибочном или трубопрокатном станке, представляет собой непрерывный процесс прогрессивной деформации . Вместо приложения силы в одной точке, валковая гибка распределяет изгибающее напряжение по длине материала, пропуская его через набор роликов, расположенных в геометрической конфигурации, вызывающей кривизну. Металл выходит из роликов постоянно изогнутым, и несколько проходов позволяют постепенно увеличивать радиус до тех пор, пока не будет достигнута желаемая дуга или полный цилиндр.

Основные типы гибочных машин

• Трехвалковый листопрокатный станок (симметричный/несимметричный): Самая распространенная конфигурация. Три ролика расположены в форме пирамиды или прижимного ролика. Два нижних (боковых) ролика поддерживают материал, а верхний ролик опускается, создавая изгибающую силу. Симметричные трехвалковые машины оставляют плоские отогнутые участки с обоих концов; асимметричные конструкции (начальное защемление) сводят к минимуму плоский конец за счет зажима передней кромки перед первым проходом.
• Четырехвалковый листопрокатный станок: Добавлен четвертый ролик, который зажимает переднюю кромку листа, полностью устраняя проблему с плоским концом на трехвалковых машинах. Самая производительная конфигурация для крупносерийного производства цилиндрических корпусов, позволяющая изготавливать полный цилиндр за один проход без повторного позиционирования.
• Профилегибочный станок (профилегиб): Имеет профилированные роликовые канавки, соответствующие поперечному сечению структурных профилей — двутавров, двутавров, швеллеров, уголков, труб и труб. Используется для изгиба секций конструкционной стали для архитектурных фасадов, изогнутых крыш и ребер жесткости колец резервуаров.
• Трубогибочные валки: Специализированные ролики с рифлеными профилями, которые поддерживают окружность трубы при изгибе, предотвращая овализацию (деформацию поперечного сечения) стенки трубы.

Рабочая последовательность операции гибки валков

1. Настройка и калибровка: Верхний ролик устанавливается на исходную высоту, которая создает легкую пластическую деформацию металла при его прохождении. Зазор между роликами рассчитывается на основе толщины, ширины материала, предела текучести и заданного радиуса.
2. Первый проход: Металлическая пластина или профиль подается между роликами. Приводные ролики вращаются, протягивая материал, в то время как верхний (изгибающий) ролик прилагает направленную вниз силу, создавая постоянный радиус кривизны, когда материал проходит через зазор между роликами.
3. Прогрессивные пасы: Для узких радиусов верхний ролик постепенно опускается с каждым проходом, постепенно сужая кривую. Для плавных кривых или больших радиусов одного прохода может быть достаточно.
4. Проверка радиуса: После каждого прохода оператор проверяет достигнутый радиус по шаблону или измерительному инструменту, при необходимости регулируя положение ролика до тех пор, пока целевой радиус не будет достигнут в пределах допуска.
5. Закрытие цилиндра (если применимо): Для цельноцилиндрических корпусов два конца изогнутой пластины соединяются вместе и прихватываются перед сваркой шва, чтобы завершить цилиндрическую форму.

Основные технические различия: прямое сравнение

В следующей таблице представлены ключевые технические различия между пресс-гибка и гибка валков по всем основным параметрам:

Геометрический результат: что может и не может производить каждый процесс

Самым фундаментальным различием между этими двумя процессами является создаваемая ими геометрия. Понимание этого предотвращает распространенную ошибку, связанную с определением неправильного процесса для конкретной конструкции детали.

Что производит гибка прессом

Гибка на прессе позволяет получать детали с прямые участки, разделенные дискретными линиями изгиба . Каждый изгиб представляет собой одну определенную угловую деформацию. Выполняя несколько последовательных изгибов одной и той же детали, листогибочный пресс может создавать сложные профили, такие как:

• Корпуса, коробки и лотки из листового металла (шкафы, электрошкафы, распределительные коробки)
• Структурные швеллеры, уголки, Z-образные профили, шляпные профили и нестандартные профили.
• Кронштейны, фланцы и монтажные пластины с точно наклоненными гранями
• Дверные рамы, оконные рамы и кромочные профили облицовочных панелей
• Подшивка панелей (загибание необработанного края на себя для создания безопасного, готового края)

Что пресс-гибка не может эффективно производить — это любая форма, требующая непрерывно изогнутой поверхности без прямых участков — труба, цилиндрический корпус резервуара, арочная балка или конический бункер. Попытка аппроксимировать кривую с помощью гибки прессом (метод, называемый «ударным изгибом» или «постепенным изгибом прессом») требует десятков близко расположенных линий изгиба, которые вместе образуют фасетную аппроксимацию кривой. Это трудоемкий и трудоемкий процесс, в результате которого получается поверхность с видимыми плоскими гранями, а не с гладкой дугой.

Что Roll Bending Produces

Вальцовая гибка позволяет получать детали с непрерывно изогнутые поверхности с постоянным или переменным радиусом . Диапазон возможных результатов включает в себя:

• Цилиндрические корпуса для сосудов под давлением, резервуаров для хранения и силосов.
• Секции труб и трубок (замена сварных изделий на меньшие диаметры)
• Конические секции (путем установки роликов под углом относительно направления подачи материала)
• Изогнутые конструкционные балки, арочные прогоны крыши и изогнутые архитектурные элементы фасада.
• Кольцевые ребра жесткости и фланцы для сосудов и башен
• Спиральные секции (за счет подачи материала под углом к роликам)

Что roll bending не может эффективно производить — это любая форма с острым, дискретным углом изгиба — угол 90°, V-образный паз, кромка или кромка с отбортовкой. Попытка создать острый угол за счет сильного чрезмерного изгиба листового валка либо повреждает ролики, непредсказуемо перегибает материал, либо просто не может обеспечить малый радиус, поскольку геометрия трех или четырех роликов не может концентрировать напряжение на одной линии, как это может сделать пуансон листогибочного тормоза.

Springback: как каждый процесс решает эту ключевую задачу

Упругое восстановление — упругое восстановление, которое заставляет изогнутую деталь слегка раскрываться до исходной формы после устранения изгибающей силы — влияет как на изгиб прессом, так и на изгиб валком, но в каждом процессе решается по-разному.

Пружинное возвращение при изгибе в прессе

При гибке прессом пружинение предсказуемо и может быть точно компенсировано. Для воздушной гибки контроллер ЧПУ рассчитывает необходимый угол перегиба на основе предела текучести, толщины и отверстия матрицы, а затем программирует пуансон на опускание под немного больший угол, чем заданный. Когда пуансон втягивается, металл возвращается под правильный угол. Современные листогибочные прессы с ЧПУ автоматически компенсируют пружинение. , часто включающий измерение угла в реальном времени с помощью лазерных датчиков, которые регулируют глубину пуансона в середине хода для достижения заданного угла с точностью ± 0,1 ° независимо от изменений партии материала.

При чеканке пружинение полностью исключается: чрезмерное сжатие в зоне изгиба (уменьшение толщины на 25–30%) полностью пластически закрепляет металл, практически не оставляя упругого восстановления. Это достигается за счет очень большого усилия — для изгиба стали толщиной 3 мм может потребоваться В 5–10 раз больше силы того же угла изгиба в воздухе. .

Упругое сопротивление при изгибе валком

Упругим возвратом при гибке валков управлять сложнее, поскольку он влияет на всю длину изогнутой детали, а не на один отдельный угол. Величина упругого возврата зависит от предела текучести материала, толщины и целевого радиуса — более прочные материалы и больший радиус обеспечивают пропорционально большую упругость . При гибке валками пружинение обычно устраняется за счет:

• Чрезмерный изгиб (перекат на более узкий радиус, чем целевой): Оператор настраивает ролики на получение радиуса меньше заданного. После высвобождения материала упругая отдача открывает его примерно до заданного радиуса. Опыт и эмпирические испытания позволяют установить правильный коэффициент перегиба для каждой комбинации марки материала и толщины.
• Несколько прогрессивных проходов: При каждом проходе применяется небольшой дополнительный изгиб за пределы предыдущего положения упругого возврата, постепенно приближая материал к целевому радиусу, пока упругое отклонение от последнего прохода не приведет его точно к заданному значению.
• Управление рулоном с ЧПУ: Усовершенствованные вальцы с ЧПУ измеряют выходной радиус с помощью лазерных или контактных датчиков и автоматически регулируют положение роликов для компенсации. Это особенно важно для высокопрочных материалов (предел текучести более 355 МПа), где пружинение может представлять собой опасность. 5–15% радиуса цели .

Диапазон материалов и толщина

Оба процесса позволяют обрабатывать широкий спектр металлов, но их практические пределы существенно различаются.

Критическое наблюдение: При валковой гибке обрабатывается значительно более толстый лист, чем при прессовой гибке. для тяжелых применений. Крупнейшие в мире листопрокатные машины могут сгибать стальные листы толщиной более 100 мм и шириной 4 метра в цилиндрические корпуса для резервуаров для хранения нефти, корпусов ядерных реакторов и морских сооружений. Ни один листогибочный пресс не может сравниться с этой способностью, поскольку изгибающая сила, необходимая для такой толщины, потребует инструментов и рам непрактичного размера и веса.

Допуски и точность размеров

Точность размеров часто является решающим фактором при выборе между двумя процессами для прецизионных применений. Эти два процесса имеют принципиально разные профили точности:

Точность гибки пресса

Современные листогибочные прессы с ЧПУ достигают угловая точность от ±0,1° до ±0,3° на стандартных материалах с использованием измерения угла с обратной связью в реальном времени. Точность позиционирования заднего упора обычно составляет ±0,1 мм , что обеспечивает очень одинаковую длину фланцев для всей производственной партии. Повторяемость гибки на прессе делает ее идеальной для крупносерийного производства идентичных деталей — автомобильный конструктивный кронштейн, панель электрического шкафа или компонент мебели можно производить с жесткими допусками партия за партией с минимальными отклонениями в процессе.

Ключевым ограничением точности гибки пресса является изменение материала внутри партии : если предел текучести или толщина входящего листа различаются в зависимости от партии (что является нормальным в пределах стандартных допусков материала), угол упругого возврата будет незначительно отличаться. Вот почему измерение угла с обратной связью, которое регулируется для каждого изгиба в реальном времени, является стандартом для прецизионных листогибочных прессов.

Точность гибки рулонов

Гибка валков обеспечивает допуски на радиус ±1–5 мм на ручных машинах, затянутых до ±0,5–1 мм на станках с ЧПУ с обратной связью по радиусу. Эти допуски полностью подходят для сосудов, резервуаров, труб и арочных элементов конструкций, где допустимо отклонение радиуса в несколько миллиметров в пределах общего допуска детали. Однако гибка валками не может обеспечить такую ​​угловую точность, как гибка на прессе, для деталей, требующих точного определения угла в определенных местах.

Эффект «плоского конца» — разгибание участков на переднем и заднем концах листа на трехвалковой машине — представляет собой особую проблему точности при гибке валков. Этот плоский участок обычно измеряет половина расстояния между двумя нижними валками . Для машины с межосевым расстоянием между нижними валками 400 мм на каждом конце будет примерно 200 мм плоского материала. Управление этим путем предварительной гибки, дополнительного припуска материала (обрезанного после прокатки) или использования четырехвалкового станка является частью планирования процесса изготовления цилиндрических оболочек.

Производительность и время настройки

Экономика производства существенно различается между этими двумя процессами в зависимости от размера партии и сложности детали.

Производительность гибки прессов

Современный листогибочный пресс с ЧПУ может выполнять 3–8 изгибов в минуту на стандартных деталях из листового металла, в зависимости от размера детали, требований к обращению и количества смен штампов между операциями. Для простых крупносерийных деталей (один изгиб на 90° листа 1 м × 0,5 м) достижима производительность 60–120 деталей в час. Для сложных деталей с множеством изгибов, требующих смены инструмента и перемещения, эффективная скорость значительно падает. Время настройки новой программы обработки детали составляет 5–20 минут на современном станке с ЧПУ против 30–90 минут на ручных станках.

Производительность гибки валков

Гибка валком — это более медленный процесс на деталь, чем гибка прессом для простых операций, но при этом материал обрабатывается непрерывно — 6-метровую пластину можно свернуть в цилиндр за несколько минут прокатки, тогда как для приближения к этому цилиндру гибкой в прессе потребуются десятки отдельных изгибов. Настройка прокатного станка на новый радиус включает регулировку положения роликов и калибровку по испытательному образцу — обычно 10–30 минут для опытных операторов на ручных станках меньше на валках с ЧПУ с сохраненными программами. Для крупносерийных изделий, изготовленных по индивидуальному заказу (корпус сосуда под давлением, секция зернохранилища), гибка валками происходит значительно быстрее, чем любая альтернатива на основе пресса.

Типичные промышленные применения: где доминирует каждый процесс

Конкретные отрасли и приложения, в которых каждый процесс является стандартным выбором, отражают их геометрические возможности и экономику производства:

Объединение обоих процессов: когда производство требует обоих

Многие готовые сборки требуют обоих пресс-гибка и гибка валков на разных стадиях их изготовления. Признание этой комбинации позволяет избежать ошибочного представления о том, что эти два процесса всегда являются альтернативами друг другу — они часто дополняют друг друга.

Классические примеры комбинированного производства включают в себя:

• Головки сосудов под давлением: Цилиндрическая оболочка сосуда изогнута из плоской пластины. Торцевые крышки (выпуклые головки) штампуются на отдельной операции. Фланцевые соединения патрубка сгибаются прессованием для создания плоской поверхности фланца, а затем привариваются к прокатанному корпусу.
• Шкафы электроуправления с изогнутыми верхними секциями: Основные панели кузова (боковые, верхняя, передняя дверь) прессованы в прецизионные прямоугольные профили с отбортованными краями. Изогнутую эстетичную верхнюю крышку можно согнуть отдельно и собрать с помощью сварки или крепления к изогнутому корпусу.
• Трубопроводная арматура и колена: Стандартные изгибы труб производятся путем прокатки труб или гибки на оправке. Фланцы, приваренные к концам труб, прессованы из плоских дисков. В готовом узле фланца и трубы используются как изогнутые (прокатные), так и плоские/угловые (прессованные) элементы.
• Изогнутые структурные фасадные системы: Основные элементы конструкции каркаса (двутавровые балки, полые профили) прокатываются в дуги. Панели облицовки, крепящиеся к изогнутому каркасу, изготовлены прессованием из плоского листового металла с линиями сгиба, образующими профили раскрытия панели и крепежные фланцы.

В этих ситуациях инженер-конструктор определяет, какие функции необходимы для каждого процесса на основе геометрии этого элемента. Круглые, цилиндрические или непрерывно изогнутые детали идут на прокатку; фланцы, уголки, уголки и профили поступают на листогибочный пресс. Производственные цеха, обслуживающие различные отрасли промышленности, обычно обслуживают оба типа машин именно потому, что для наиболее сложных производств требуются обе возможности.

Руководство по принятию решений: какой процесс выбрать

Используйте следующие критерии, чтобы определить, какой процесс гибки подходит для данной детали или применения:

1. Имеет ли деталь дискретные углы или непрерывные кривые? Если деталь имеет определенные углы изгиба (45°, 90°, 135° и т.д.) с плоскими участками между ними, применяют гибку прессом. Если деталь требует плавной непрерывной дуги или цилиндра без плоских участков, применяют гибку валками.
2. Что is the required minimum inside radius? Если внутренний радиус должен быть менее чем в 3–5 раз больше толщины материала, единственным приемлемым вариантом является гибка прессом. Если больший радиус (10-кратная толщина материала или больше) приемлем или необходим, для криволинейной геометрии предпочтительна гибка валками.
3. Насколько толстый материал? Для листового металла толщиной до 12–15 мм вполне по силам гибка прессом. Для листов толщиной более 25 мм, требующих изогнутых форм, стандартным промышленным подходом является гибка валками, поскольку мощность листогибочного пресса становится ограниченной.
4. Что production volume is expected? Для крупносерийного производства одинаковых угловых деталей гибка на прессе с использованием заднего упора с ЧПУ обеспечивает превосходную повторяемость и производительность. Для небольших объемов или разовых крупных изогнутых изделий (одиночный корпус сосуда под давлением, архитектурная арка) минимальные требования к инструментам для гибки валков делают ее более экономичной.
5. Что angular precision is required? Для углов, которые должны поддерживаться в пределах ±0,5° или выше, правильным процессом является гибка на прессе с измерением угла на станке с ЧПУ. При гибке валками невозможно достичь такой же угловой точности таким же образом, хотя при этом можно обеспечить достаточные допуски на радиус для сосудов и конструкций.
6. Является ли деталь полным цилиндром, дугой или конусом? Если да, то гибка валками – это правильный процесс. Цилиндр, дугу или конус невозможно эффективно и точно изготовить только путем гибки на прессе, независимо от того, сколько дополнительных изгибов будет выполнено.
7. Является ли материал структурным профилем (двутавр, труба, швеллер), а не плоской пластиной? Гибка профилей на валковом станке является подходящим процессом для изгиба конструкционных профилей. Гибка прессом не позволяет согнуть секцию конструкции без специализированного и дорогостоящего инструмента; Специально для этой цели созданы сортопрокатные станки с профилированными валками.