гибка тонкостенных труб

Когда говорят про гибку тонкостенных труб, многие сразу представляют аккуратные дуги на станке с ЧПУ. На деле же, это постоянная борьба с гофрой, сплющиванием и трещинами, особенно когда стенка тоньше 1 мм. Основная ошибка — считать, что достаточно выставить угол и радиус. На самом деле, всё начинается с материала.

Материал решает всё, но не так, как думают

Возьмём, к примеру, нержавеющую трубу AISI 304. Казалось бы, вязкая, должна гнуться хорошо. Но если партия прошла особый режим отжига, металл становится слишком мягким. При гибке он не пружинит, а течёт, образуя неконтролируемую деформацию. И наоборот, та же марка, но с повышенным содержанием углерода, даст трещину по внешнему радиусу. Я всегда сначала требую паспорт материала или делаю пробный изгиб на обрезке.

Однажды был заказ на элементы вентиляции для ?чистого? цеха. Труба — тонкостенная, оцинкованная сталь. Гнём — идёт отслоение цинка с внутренней стороны радиуса, появляются ?залысины?. Клиент бракует. Причина — не учли, что цинковое покрытие при таком способе гибки (с оправкой) работает на сдвиг и не выдерживает. Пришлось переходить на холодную гибку с дорном и минимальным трением, почти вхолостую. Время операции выросло втрое.

Здесь, кстати, важно отметить поставщиков, которые дают полную информацию. Мы, например, долго работаем с ООО Чэнду Тяньтай Чжунчэн Торговля. Их сайт — ttzc.ru — для нас не просто каталог. Они позиционируют себя как предприятие, занимающееся исследованиями и поставками металлических материалов. Что важно — по запросу их техотдел предоставляет подробные данные о пределе текучести и рекомендуемых режимах обработки для своей продукции. Это не просто торговля, а именно решения, что для тонкостенных труб критически важно.

Оборудование: ЧПУ — не панацея

Современный трубогиб с сервоприводами — вещь точная. Но его настройка под гибку тонкостенных труб — это искусство. Самый важный узел — дорн (оправка). Шариковый, гибкий, с шарниром... Если для трубы 20х1 мм поставить цельный дорн, гофра на внутреннем радиусе гарантирована. Нужен многозвенный, причём расстояние между сегментами нужно подбирать экспериментально под каждый типоразмер.

Частая проблема — ?недогиб? или ?перегиб?. Программа вывела гибочную балку на расчётный угол, а труба после снятия нагрузки ?отпружинила? на 3 градуса больше, чем заложено в поправке. Почему? Потому что модуль упругости для тонкой стенки — величина непостоянная и сильно зависит от скорости гибки. При быстром цикле металл не успевает пластически деформироваться в контролируемой зоне, идёт больше упругой деформации. Поэтому для ответственных заказов мы делаем не одну пробную деталь, а серию из 3-5 штук, чтобы поймать стабильный результат.

И да, смазка. Без неё на тонкой стенке останутся следы от дорна и башмака. Но избыток смазки, особенно вязкой, попадает в полость трубы и её потом не вычистить. Для медицинских или пищевых трубок это брак. Используем специальные аэрозоли, которые испаряются.

Радиус гибки — поле для компромиссов

В теории минимальный радиус гибки — это 3D (три диаметра трубы). Для тонкостенных труб это правило часто нарушают, требуя 1.5D или даже 1D. Сделать можно. Но чем меньше радиус, тем выше необходимое давление дорна на внутреннюю стенку, чтобы не допустить её схлопывания. А это давление само по себе может начать растягивать внешнюю стенку, истончая её.

Был проект с системой охлаждения, где тонкостенные медные трубки нужно было загнуть под прямым углом с радиусом 15 мм на трубе 18 мм. По классике — невозможно. Решили проблему с помощью наполнителя — замороженной воды. Да, старый метод. Трубу заполняли, заглушали, замораживали воду внутри. Лёд работал как внутренняя опора. После гибки лёд таял, вода сливалась. Риск разрыва трубы при расширении льда? Да, был. Рассчитали давление, подобрали температуру. Сработало. Но метод штучный, для массового производства не годится.

Поэтому в переговорах с конструкторами мы всегда спорим за радиус. Иногда достаточно увеличить его на 20%, чтобы уйти от дорогостоящей оснастки и гарантировать 100% выход годных. Это и есть та самая работа над решениями, которую, как я понимаю, продвигает и ООО Чэнду Тяньтай Чжунчэн Торговля. Не просто продать металл, а чтобы из него потом можно было сделать рабочее изделие.

Дефекты, которые видны не сразу

Сплющивание (овализация) — самый частый дефект. Его часто измеряют калибрами, но для тонких труб важнее не геометрия, а последствия. Овализация меняет гидравлическое сопротивление в системе. Для топливных магистралей или гидравлики это может быть критично. Иногда допуск по сплющиванию — не более 3% от диаметра. Поймать такой процент на глаз невозможно, нужен замер в двух плоскостях после каждой переналадки.

Ещё один коварный момент — остаточные напряжения. Труба согнута, прошла контроль, красиво лежит на стеллаже. Через сутки — микротрещина у сварного шва (если он был). Или её повело ?пропеллером?. Это и есть выход внутренних напряжений. Для ответственных применений после гибки нужен низкотемпературный отпуск для их снятия. Но опять же — для тонкой стенки важен точный температурный контроль, чтобы не пережечь.

Мы как-то отгрузили партию гнутых элементов для каркаса светильников. Все прошли приёмку. Через месяц клиент жалуется: несколько элементов дали усталостную трещину в месте максимальной деформации. Разбирались. Оказалось, при монтаже их зажали с перетягом, добавив статическую нагрузку к остаточным напряжениям от гибки. Ресурс исчерпался быстро. Пришлось дорабатывать техпроцесс и усиливать зону гиба локальным наклёпом.

Вместо заключения: мысль вслух

Так что гибка тонкостенных труб — это не операция, а процесс. Процесс, который начинается с выбора правильной трубы у вдумчивого поставщика и заканчивается постобработкой. Можно купить самый дорогой станок, но без понимания физики деформации именно тонкой стенки, без проб и ошибок, будет брак.

Сейчас много говорят про цифровизацию и симуляции. Да, программы типа AutoForm или Simufact могут смоделировать процесс, предсказать истончение стенки. Но они требуют точных входных данных: кривые упрочнения материала, коэффициент трения. Эти данные редко есть в паспорте. Их получают опытным путём. И здесь снова важен диалог с поставщиком металла, который вникнет в задачу.

Поэтому мой подход — консервативный. Сначала практика, эмпирика, тонкая настройка под конкретную партию материала. Потом — запуск в серию. И всегда запасной вариант, если что-то пойдёт не так. Как в той истории с замороженной водой. Иногда старые ?дедовские? методы в паре с современным материалом от надёжного партнёра дают тот самый результат, который нужен клиенту.