Гибка шины на ребро против гибки плашмя

Гибка плашмя и гибка на ребро — не две настройки одной операции. Это разные задачи формообразования с разными предельными механизмами разрушения, разной оснасткой и, на большинстве станков, разными паспортными возможностями. Терминология меняется от региона к региону: гибку плашмя называют также лёгкой, плоской или горизонтальной; гибку на ребро — трудной, кромочной или вертикальной. Механика при этом не меняется.

Гиб плашмя складывает шину поперёк её толщины, поэтому определяющим оказывается малый размер. Гиб на ребро складывает её поперёк ширины, и определяющим становится большой размер. Всё остальное вытекает из этой одной замены.

Момент сопротивления сечения объясняет всё

Для прямоугольной шины шириной w и толщиной t упругий момент сопротивления относительно двух главных осей равен:

• Плашмя: Z = w·t² / 6
• На ребро: Z = t·w² / 6

Пластические моменты сопротивления сохраняют то же соотношение, w·t²/4 и t·w²/4, а при формообразовании значение имеет именно пластическая величина. Так или иначе отношение между ними равно просто w/t.

Это одно число и есть множитель для изгибающего момента. Несколько конкретных случаев:

Внимательно прочитайте зависимость от ширины — именно она обычно и удивляет. Момент сопротивления при гибке плашмя линеен по ширине: удвойте ширину, и усилие удвоится. Момент сопротивления при гибке на ребро идёт с квадратом ширины: удвойте ширину, и усилие вырастет вчетверо. Шину шириной 200 mm согнуть на ребро не вдвое труднее, чем шину 100 mm. Вчетверо труднее.

С толщиной всё наоборот. Усилие при гибке плашмя идёт с t², при гибке на ребро — лишь линейно с t. Поэтому тонкая широкая шина — худший из возможных кандидатов на гибку на ребро сразу по обоим показателям: она требует высокого усилия и при этом хуже всего сопротивляется механизму разрушения, описанному ниже. Если вам нужны величины усилия для конкретного сечения, калькулятор усилия гибки шины посчитает их по геометрии.

Предел задаёт устойчивость, а не усилие

Станки ограничены по моменту. Заготовки ограничены по устойчивости, и при гибке на ребро предел заготовки наступает первым.

На наружной стороне гиба на ребро волокно отстоит от нейтральной линии на половину ширины шины, а не на половину толщины. Инженерная деформация наружного волокна:

ε = 1 / (2·(R/w) + 1)

При внутреннем радиусе, равном ширине шины, это 33 %. При двух ширинах — 20 %. При четырёх ширинах — 11 %. Сопоставьте их со значениями относительного удлинения для состояний поставки по EN 13601, где для полутвёрдой R240 задано не менее 8 %, а для твёрдой R290 — 4 %, и станет ясно, почему радиусы при гибке на ребро приводят кратно ширине, а не кратно толщине. Допустимая деформация при гибе действительно превышает относительное удлинение при растяжении, по причинам, изложенным в материале «Состояние поставки меди и минимальный радиус гиба», но запаса не хватает, чтобы сделать R/w ниже примерно 2 безопасным общим правилом.

На внутренней стороне гиба задача другая, и обычно именно она оказывается определяющей. Внутреннее волокно сжато вдоль дуги, а материал, несущий это сжатие, — полоса толщиной всего t и глубиной w. Это тонкая пластина, нагруженная в собственной плоскости, а тонкие пластины при сжатии теряют устойчивость из плоскости. Критическое напряжение падает с квадратом гибкости, поэтому с ростом w/t внутреннюю кромку становится всё легче сморщить. Видимый результат — волнистая или гребенчатая внутренняя кромка, иногда с заваливанием всего сечения из перпендикулярности.

Именно поэтому паспортные возможности при гибке на ребро настолько уже, чем при гибке плашмя. У SMART-603CNC-S гибка плашмя заявлена до 260 × 20 mm, а на ребро — до 125 × 15 mm. Снижаются оба размера, а не только ширина, и та же картина видна по шиногибочному оборудованию в целом. Паспортное значение отмечает точку, за которой оснастка уже не удерживает сечение без перекоса на протяжении гиба.

Практические пределы

Совмещение расчёта деформации с обычной цеховой практикой даёт рабочий диапазон. Принимайте приведённое как ориентировочные отправные точки, подлежащие подтверждению на первой детали, а не как нормативные пределы.

Внутренний радиус не менее 2 ширин шины для мягкой и полутвёрдой меди и от 3 ширин для твёрдого состояния. Отношение ширины к толщине ниже примерно 10 для устойчивого результата без специальной поддержки; выше 12–15 ждите сморщивания внутренней кромки независимо от радиуса. Ширина шины в пределах примерно половины паспортного значения станка для гибки плашмя. Твёрдое состояние в широких сечениях — сочетание, которое отказывает чаще всего, потому что одновременно ужесточаются и предел по деформации наружного волокна, и предел по устойчивости.

Пружинение тоже ведёт себя иначе. Геометрия пластической зоны, стеснение со стороны оснастки и действительное R/t — всё отличается от случая гибки плашмя, поэтому поправку для гибки на ребро нельзя вывести из поправки для гибки плашмя. Держите два набора записей раздельно в таблице компенсации пружинения.

Оснастка и поддержка

Гиб на ребро приходится стеснять всюду, куда сечение может уйти, и оснастка, которая это делает, — не та оснастка, которой гнут плашмя.

Шину нужно прижимать по обеим широким граням на протяжении всей дуги гиба, а не только на входе. Неподдержанные широкие грани позволяют сечению заваливаться, а заваленное сечение даёт гиб, который выходит и из плоскости, и из угла.

Внутренней кромке нужен следящий прижим или прижимной сухарь, который движется вместе с гибом и удерживает сжатую кромку от потери устойчивости. Именно этот узел отличает станок, который умеет гнуть на ребро, от станка, у которого просто есть режим гибки на ребро.

Гибочному ручью нужен паз, подогнанный под толщину шины. Универсальный V-образный ручей, который работает в диапазоне толщин при гибке плашмя, не удержит сечение при гибке на ребро, потому что зазор, дающий ему универсальность, — это ровно тот зазор, в который сечению и нужно завалиться.

Смазка здесь важнее, чем при гибке плашмя, потому что контактные давления по рабочей поверхности выше, а шина за время гиба проскальзывает по инструменту дальше.

Прямой заход тоже должен быть длиннее. Длина зажима — это размерное ограничение на компоновку детали и распространённая причина конструкции, гибкой в принципе, но не на том станке, который будет её изготавливать. Держите отверстия и соединения внахлёст в стороне от зоны гиба; оставлять не менее 10 mm между гибом и соединением внахлёст и 20 mm между гибом и точкой опоры — обычная практика щитового производства.

Конструктивные альтернативы

Когда гиб на ребро не укладывается в диапазон, обойти его можно тремя способами, и они не взаимозаменяемы.

Скрутка и гиб плашмя

Скрутите шину на 90° вокруг её собственной оси, чтобы широкая грань повернулась в плоскость требуемого изменения направления, а затем выполните это изменение обычным гибом плашмя. Формообразование простое, оснастка стандартная, деформацию наружного волокна в гибе задаёт толщина, а не ширина, и шина приходит к месту назначения уже в той плоскости, которой требует вывод. Платить приходится длиной: скрутке нужен собственный прямой участок, как правило не менее двух ширин шины, а часто и больше. Руководство по скручиванию шины разбирает геометрию и достижимые углы, а скручивание — штатная операция гибочных головок для шины, а не отдельный станок.

Стык в углу

Выполните изменение направления двумя прямыми шинами и болтовым соединением внахлёст. Предела по формообразованию здесь нет вовсе, поэтому это работает при любой ширине и любом состоянии поставки. Платить приходится стыком в токовом пути, а это переходное сопротивление, требование по моменту затяжки, обязанность по обслуживанию и точка контроля. В практике щитового производства нахлёст подбирают так, чтобы площадь контакта была не менее пяти площадей поперечного сечения шины. Стык — ещё и тепловая неоднородность, поэтому он должен находиться там, где проверка превышения температуры способна его принять.

Составная деталь или вырезка из листа

Вырежьте угол одной фигурной деталью из листа, тогда изменение направления происходит в плоскости материала и формообразование не требуется. Это даёт наименьшее сопротивление из трёх вариантов, отсутствие стыка и полную свободу в геометрии угла. Платить приходится выходом годного, поскольку вырезка внутри угла уходит в отходы, и тем, что деталь на чертеже перестаёт быть стандартным сечением.

Как выбирать между ними

Правило выбора, которое выдерживает практику:

Если шина укладывается в паспортный диапазон станка по гибке на ребро и чертёж допускает внутренний радиус не менее двух ширин шины, гните на ребро. Это наименьшее число операций и наименьшее число деталей.

Если ширина или отношение ширины к толщине выходят за этот диапазон, но на трассе есть достаточный прямой участок перед изменением направления, скручивайте и гните плашмя. Для широких тонких шин это вариант по умолчанию, и он обычно дешевле, чем принято думать, потому что обе операции выполняются на одной и той же гибочной головке.

Если длины под скрутку нет, а угол и так является естественным местом для стыка, делайте болтовой угол. Угол, которому и без того нужны ответвление, переход между сечениями или разрыв для обслуживания, — это угол, в котором стык должен быть в любом случае.

Если плотность тока или геометрия оболочки исключают стык, а места под скрутку нет, вырезайте угол из листа.

Порядок важен. Каждый шаг вниз по списку добавляет либо детали, либо операции, либо отходы, поэтому идите по нему сверху вниз, а не начинайте снизу.

Где это всплывает при рассмотрении конструкции

Большинство проблем с гибкой на ребро решается задолго до того, как шина попадёт в цех. Трасса, вычерченная в 3D с углом 90° не в той плоскости, на шине 160 × 10 и с радиусом 100 mm, — это не производственная задача, решаемая добавлением усилия. Это геометрия, которую никакое усилие не получит без сморщенной внутренней кромки.

Дешёвое вмешательство — проверить при рассмотрении конструкции три числа: ширину шины против паспортного значения станка для гибки на ребро, внутренний радиус против ширины шины и ширину против толщины. Если два из трёх не проходят, трассу нужно менять. Станки вроде EMAC-BB-H12, которые читают 3D- и 2D-геометрию напрямую, позволяют легко автоматизировать эту проверку, потому что список гибов уже есть в файле, а рабочий диапазон уже заложен в управление.