Усилие гибки: как рассчитать и какой листогибочный пресс нужен

Коротко. Усилие гибки растёт пропорционально квадрату толщины листа и длине гиба, падает с ростом раскрытия матрицы и растёт вместе с прочностью металла. Для конструкционной стали 3 мм на матрице 24 мм нужно около 25 т на каждый метр гиба. К расчёту добавляют запас не меньше 20 % — получается минимальное усилие пресса для ваших деталей.

Для воздушной гибки в V-образной матрице американский отраслевой журнал The Fabricator приводит классическую формулу: усилие на дюйм длины гиба = 575 × t² / V / 12, где t — толщина листа, V — раскрытие матрицы в дюймах, результат — в американских тоннах. Константа 575 рассчитана на сталь с пределом прочности 60 000 psi (около 414 МПа). Для другого металла результат умножают на отношение его предела прочности к 414 МПа. Автор статьи пишет, что она хорошо работает для сталей средней прочности.

В миллиметрах и метрических тоннах та же формула выглядит так:

Из формулы видны три правила. Толщина входит в квадрате: лист вдвое толще требует вчетверо большего усилия. Узкая матрица требует большего усилия, широкая — меньшего. Усилие на всю длину гиба складывается: деталь 2 м требует вдвое больше, чем деталь 1 м. Посчитать усилие для своей детали можно в калькуляторе.

Для высокопрочных и износостойких сталей шведский производитель стали SSAB даёт свою формулу, в которой учтены радиусы пуансона и матрицы: P = b × t² × Rm / ((W − Rd − Rp) × 9800), где b — длина гиба, W — раскрытие матрицы, Rd и Rp — радиусы входа матрицы и пуансона, всё в миллиметрах. По данным SSAB, формула проверена испытаниями гибки на 90°. Для мягких и средних сталей, по той же статье, формула SSAB работает хуже классической.

Расчёт по классической формуле для матрицы в восемь толщин листа. Коэффициенты для нержавеющей стали AISI 304 (1,246) и алюминия 5052-H32 (0,55) — из той же статьи.

Цифры в таблице — усилие на 1 м гиба. Для детали длиной 2,5 м умножьте на 2,5, затем добавьте запас 20 %: по той же статье, паспортное усилие пресса должно превышать расчётное хотя бы на 20 %.

Классическое правило — раскрытие матрицы от 6 до 12 толщин листа, оптимум — 8 толщин (статья Стива Бенсона, 2004). Нидерландский производитель гибочного инструмента WILA для стали до 3 мм рекомендует 6–8 толщин и предупреждает: матрица уже шести толщин для стали слишком мала, усилие резко растёт.

Что меняется, если взять другую матрицу для той же стали 3 мм:

При воздушной гибке внутренний радиус получается долей раскрытия матрицы: около 15 % для холоднокатаной стали, 12 % для горячекатаной стали и алюминия 5052-H32, 20 % для нержавеющей стали AISI 304 (там же). Полка должна быть немного больше половины раскрытия матрицы, иначе заготовка соскользнёт в ручей — так это объясняет тот же производитель инструмента.

Отсюда практический выбор: широкая матрица снижает усилие, но даёт больший радиус и не позволяет гнуть короткие полки. Узкая матрица даёт малый радиус и короткую полку, но требует большего усилия.

Пресс выбирают по самой тяжёлой детали: самая толстая заготовка из самого прочного металла на самой длинной линии гиба. Порядок такой:

Пример на прессе RAYMARK — WC67K 80/2500 с ЧПУ TP10S: усилие 80 т, длина гиба 2500 мм, расстояние между стойками 1900 мм, вырез в стойках 320 мм. Что он гнёт из конструкционной стали на матрице в восемь толщин:

Деталь длиннее расстояния между стойками — у этого пресса 1900 мм — гнут, только если полка помещается в вырез стоек. Пресс стоит в демозале RAYMARK в Москве, на ул. 4-я Магистральная, д. 5, стр. 3: можно привезти свою заготовку и посмотреть гибку. Пусконаладку проводят инженеры RAYMARK, она занимает 15–20 минут, оператора обучают при поставке. Гарантия — до 5 лет, листогибочные прессы ремонтирует сервисный центр RAYMARK с выездом по России и СНГ. Заготовки под гибку часто вырезают на станке лазерной резки металла — о выборе такого станка есть отдельная статья.

Когда пресс гнёт длинную деталь, усилие прогибает балку и стол. Пуансон в середине входит в матрицу на меньшую глубину, чем по краям, и угол в середине получается более открытым — у гибщиков это называют эффектом «каноэ» (WILA).

Бомбирование — компенсация прогиба: стол заранее выгибают навстречу, чтобы пуансон по всей длине входил на одинаковую глубину. Системы бывают гидравлические — цилиндры в нижней балке, их встраивают при производстве пресса, — и механические, на клиньях (там же). Прогиб растёт с нагрузкой, поэтому запас по усилию помогает выдержать угол по всей длине.

Главная опасность — зона между пуансоном и матрицей: руки оператора держат заготовку рядом с ней. Требования безопасности к конструкции гидравлических и кривошипных листогибочных прессов в России задаёт ГОСТ 12.2.017.4-2003 «Прессы листогибочные. Требования безопасности», в Европе — стандарт EN 12622 для гидравлических листогибочных прессов, в котором отдельно описаны лазерные защитные устройства.

Немецкое страхование от несчастных случаев на производстве DGUV для прессов с маркировкой CE называет защитные устройства, которые движутся вместе с пуансоном (например, камерные), а также работу с трёхпозиционной педалью на каждого оператора при медленной скорости подвода и гибки — не больше 10 мм/с. Конкретные защитные устройства и порядок работы на вашем прессе описаны в его паспорте и руководстве.

Умножьте 67,4 на квадрат толщины в миллиметрах и разделите на раскрытие матрицы в миллиметрах — получите тонны на метр для стали с пределом прочности около 414 МПа. Для стали 2 мм на матрице 16 мм это 16,8 т/м.

Обычно с раскрытием около восьми толщин: для 2 мм — 16 мм, для 3 мм — 24 мм. Уже шести толщин для стали брать не стоит: усилие резко растёт.

У нержавеющей стали выше предел прочности. Для AISI 304 усилие примерно в 1,25 раза больше, чем для конструкционной стали той же толщины.

На матрице 32 мм — для деталей длиной почти до 2 м. Для более длинных деталей нужен пресс с бо́льшим усилием или более широкая матрица, если допустим больший радиус.

Компенсация прогиба балки и стола под нагрузкой. Без неё угол в середине длинной детали получается больше, чем по краям.

Пришлите чертёж детали, толщину, марку металла и длину гиба — инженеры RAYMARK проверят, хватит ли пресса WC67K 80/2500, и покажут гибку вашей заготовки в демозале. Подобрать пресс под вашу деталь →