Процесс гибки труб из нержавеющей стали: методы, инструменты и применение

1.0 Введение в процесс гибки труб из нержавеющей стали

1.1 Характеристики материала из нержавеющей стали и его гибкость

Нержавеющая сталь является важнейшим материалом в промышленном производстве благодаря своей высокой прочности, коррозионной стойкости и превосходной пластичности.

Твердый, но формуемый: При соблюдении правильных технологических процессов нержавеющую сталь можно сгибать в сложные формы, что делает ее пригодной для изготовления индивидуальных прототипов и прецизионных компонентов.

Преимущества отрасли:

• Прочность: Устойчивость к коррозии и окислению делает его идеальным для суровых условий.
• Эластичность и прочность: Обеспечивает как структурную стабильность, так и гибкость формовки.

1.2  Основные области применения гибки труб из нержавеющей стали в промышленности

2.0 Проблемы и решения при гибке труб из нержавеющей стали

2.1 Характеристики материала и трудности гибки

• Высокая прочность и пластичность:Нержавеющая сталь сочетает в себе высокую прочность и хорошую пластичность, подходит для изготовления конструкционных деталей и промышленного оборудования.
• Вызовы:Высокая прочность → требует большего усилия изгиба, что увеличивает нагрузку на машину. Высокая пластичность → склонен к пружинению, что влияет на точность формовки
• Коррозионная стойкость:Повреждения поверхности при изгибе (например, царапины, вмятины) могут снизить коррозионную стойкость, поэтому следует избегать чрезмерного трения.

2.2 Различия в обработке различных марок нержавеющей стали

3.0 Обзор методов гибки

Гибка труб из нержавеющей стали может осуществляться различными методами, каждый из которых подходит для определенных размеров труб, свойств материала и требований к точности. Выбор правильного процесса напрямую влияет на точность формовки, качество поверхности и надежность конструкции.

В этом разделе представлены пять распространенных методов гибки — ручная, гидравлическая, с ЧПУ, гибка вальцами и горячая гибка — с указанием их подходящих областей применения, типов оборудования и стандартных рабочих этапов.

3.1 Ручная гибка труб (Ручной трубогиб)

Применимые сценарии:Небольшие партии, трубы малого диаметра (обычно ≤25 мм), низкие требования к точности.

Оборудование:Ручной трубогиб (с плашками разных размеров).

Этапы работы:

• Выберите кубик:Выберите подходящую гибочную плашку в зависимости от наружного диаметра трубы (OD).
• Починить трубу:Вставьте трубу в трубогиб, убедившись, что один конец упирается в позиционирующий блок, а начальная точка гибки совпадает с центром штампа.
• Отметьте положение изгиба:Используйте маркер, чтобы обозначить место начала изгиба.
• Ручное управление:Медленно потяните за ручку, чтобы согнуть трубу вокруг матрицы под нужным углом (см. угловую шкалу).
• Компенсация отскока:Так как нержавеющая сталь эластична, слегка согните ее (на 2°–5°), чтобы компенсировать упругое отклонение.
• Снимите трубу:Ослабьте зажим и проверьте угол изгиба и округлость.

3.2 Гидравлический трубогиб (Гидравлический трубогибочный станок)

Применимые сценарии:Трубы среднего и большого размера (DN15–DN150), требования к точности средние и высокие.

Оборудование:Гидравлический трубогибочный станок (с гидравлическим насосом, штампами, зажимным устройством).

Этапы работы:

• Установить штампы:Установите соответствующие гибочную плашку, зажимную плашку и нажимную плашку в соответствии с диаметром трубы.
• Установить параметры:Установите угол изгиба (например, 90°) и скорость (более низкая скорость помогает избежать образования складок).
• Починить трубу:Поместите трубу в машину и закрепите ее зажимной плашкой, убедившись, что конец трубы совмещен с гибочной плашкой.
• Пусковой гидравлический насос:Нажмите кнопку, чтобы активировать гидравлический цилиндр, который вращает гибочную матрицу вокруг своей оси, чтобы согнуть трубу.
• Удерживать давление:Удерживайте давление в течение 2–3 секунд, чтобы уменьшить отдачу.
• Сброс и удаление трубы:Освободите гидравлическую систему, снимите трубу и проверьте ее на наличие вмятин или овальной деформации.

3.3 Гибка труб с ЧПУ (трубогибочный станок с ЧПУ)

Применимые сценарии:Сложные 3D-гибы, крупносерийное производство, высокая точность (например, автомобильные выхлопные системы).

Оборудование:Трубогибочный станок с ЧПУ (привод от серводвигателя с системой управления ПЛК).

Этапы работы:

• Программирование: Введите параметры гибки (угол, радиус, скорость подачи) через панель управления или импортируйте чертежи САПР.
• Зажмите трубу: Загрузите трубу в загрузочную стойку; машина автоматически зажмет и выровняет ее.
• Автоматическая гибка:
  • Зажимная матрица удерживает трубу на месте, а гибочная матрица вращается в соответствии с программой.
  • Оправка предотвращает смятие трубы, а усилитель — образование складок.
  • После каждого изгиба подающий узел перемещает трубу к следующей точке изгиба.
• Мониторинг в реальном времени: Лазерные датчики отслеживают фактические углы изгиба и автоматически компенсируют упругое отклонение.
• Выход продукта: После гибки труба автоматически выгружается для проверки качества (например, для проверки проходным калибром).

3.4 Изгиб рулона

3-валковая гибочная машина

Конструктивные особенности: Трёхроликовая компоновка: Один верхний ролик (активный прижимной ролик) + два нижних ролика (фиксированные опорные ролики).

Метод регулировки: Верхний ролик движется вертикально, нижние ролики имеют фиксированное или регулируемое расстояние.

Применимые сценарии:

• Типы труб: Круглая труба из нержавеющей стали, квадратная труба, плоская сталь и т. д. (средняя толщина стенки).
• Радиус изгиба: Подходит для дуг большого радиуса (например, перила, поручни, круглые конструкции).

Этапы работы:

• Отрегулируйте давление верхнего ролика: Установите давление верхнего ролика в зависимости от диаметра трубы и толщины стенки.
• Подача и выравнивание трубы: Пропустите трубу между тремя роликами, убедившись, что начальный конец трубы совмещен с роликами.
• Начальный предварительный изгиб:
  • Запустите машину; верхний ролик нажимает вниз, и труба прокатывается, образуя начальный изгиб.
  • Если концы труб не согнуты (из-за эффекта прямолинейности), при необходимости выполните предварительную гибку с помощью штампа.
• Прогрессивный изгиб:
  • Повторяйте прокатку, постепенно регулируя давление верхнего ролика, пока не будет достигнута желаемая дуга.
• Проверьте округлость: Для проверки равномерности гибки используйте дуговой шаблон или лазерный измерительный прибор.

5-валковая гибочная машина

Пятикальковая компоновка: Два неподвижных нижних ролика (опорные) + два боковых ролика (направляющие) + один верхний ролик (активный прижимной).

Преимущества: Более устойчивая, чем конструкция с 3 роликами; подходит для высокоточной сложной дуговой гибки.

Применимые сценарии:

• Требования к высокой точности: Например, автомобильные выхлопные трубы, авиационные воздуховоды, прецизионные механические детали.
• Предотвращение образования складок на тонкостенных трубах: Боковые ролики уменьшают деформацию и предотвращают появление вмятин.

Этапы работы:

• Отрегулируйте расстояние между роликами:
  • Установите положение нижних и боковых роликов в соответствии с диаметром трубы, чтобы обеспечить центральное выравнивание.
• Предварительно изогнутые концы (опционально):
  • Если необходимо согнуть концы труб, используйте штампы или гидравлический пресс для предварительной гибки.
• Подача и выравнивание трубы:
  • Вставьте трубу в 5-роликовую систему, обеспечив равномерный контакт со всеми роликами.
• Прогрессивная прокатка:
  • Верхний ролик давит, боковые ролики направляют, и труба формируется путем многократной прокатки.
• Динамическая регулировка:
  • Контролируйте радиус изгиба в режиме реального времени; точно настраивайте давление боковых роликов для управления пружинением.
• Окончательная проверка: Проверьте округлость, гладкость дуги и допуски размеров.

7-валковая гибочная машина

Семироликовая компоновка:

Три нижних ролика (основные опорные) + два боковых ролика (направляющие) + два верхних ролика (прижимные).

Преимущества: Идеально подходит для труб очень большого диаметра (>300 мм) или толстостенных труб (>10 мм) с высокой эффективностью.

Применимые сценарии:

• Крупные конструктивные детали: Например, нефтепроводы, каркасы судов, стальные конструкции мостов.
• Контроль деформации толстостенных труб: Несколько роликов распределяют давление, чтобы избежать локального напряжения.

Этапы работы:

• Позиция тяжелой трубы:
  • Используйте подъемное оборудование для подачи трубы в 7-роликовую систему, обеспечивая горизонтальное выравнивание.
• Распределите давление ролика:
  • Отрегулируйте гидравлическое давление для каждого ролика, чтобы избежать перегрузки или сплющивания трубы.
• Сегментная прокатка:
  • Выполните начальную гибку, затем постепенно увеличивайте давление и завершите формовку с большим радиусом за несколько проходов.
• Синхронизированное управление:
  • Все семь роликов работают синхронно через систему ПЛК, что обеспечивает равномерное движение и предотвращает скручивание.
• Снятие стресса:
  • После гибки может потребоваться отжиг (нагрев до ~600°C и медленное охлаждение) для снижения остаточного напряжения.

Сводка сравнения

Рекомендации по выбору

• Малая партия/простая дуга→ Использовать 3-х валковая машина (рентабельно и практично)
• Высокоточная/тонкостенная труба→ Использовать 5-валковая машина (лучшая устойчивость к деформации)
• Сверхбольшой диаметр / тяжелая промышленность→ Использовать 7-роликовая машина (многороликовая конструкция равномерно распределяет давление)

3.5 Горячая гибка (индукционная трубогибочная машина)

Применимые сценарии:Толстостенные трубы (≥6 мм), большого диаметра (≥200 мм) или специальные сплавы.

Оборудование:Среднечастотный индукционный трубогибочный станок (включает индукционную катушку и систему охлаждения).

Этапы работы:

• Отметьте зону нагрева: Отметьте участок изгиба (ширина ≈ 3 диаметра трубы).
• Локальное отопление: Включите индукционную катушку, чтобы нагреть зону до 900–1100°C (оранжево-красный цвет).
• Изгиб: Гидравлический рычаг проталкивает нагретую секцию вокруг неподвижной матрицы, в то время как водяное охлаждение затвердевает.
• Отжиг (при необходимости): Нагрейте всю трубу до ~500°C и медленно охладите, чтобы снять внутреннее напряжение.

4.0 Соображения относительно гибки труб из нержавеющей стали

При планировании процесса гибки труб из нержавеющей стали необходимо учитывать несколько ключевых факторов для обеспечения точности размеров и структурной целостности. Наиболее важными соображениями являются:

4.1 Процесс контроля ключей

Оценка материала→Рассчитать минимальный радиус изгиба→Выбрать оборудование и штампы →Установить параметры процесса (скорость/температура) →Применить меры по предотвращению деформации →Пробный изгиб и регулировка →Последующая обработка и осмотр

4.2 Характеристики материала

1. Марки нержавеющей стали:

аустенитный (например, 304, 316): Склонен к упрочнению при обработке; контролируйте скорость гибки, чтобы предотвратить растрескивание.

Мартенситный (например, 410): Высокая твердость; может потребоваться предварительный нагрев (рекомендуется горячая гибка).

2. Отношение диаметра к толщине (D/t):

Тонкостенная труба (D/t ≥ 20): Легко разрушается; поддерживайте оправкой или заполните песком.

Толстостенная труба (D/t ≤ 10): Требуется большее изгибающее усилие.

Таблица радиусов изгиба труб из нержавеющей стали

4.3 Радиус изгиба

Минимальный радиус изгиба (R):

Холодная гибка: R ≥ 1,5 × диаметр трубы

Горячая гибка: R ≥ 1,0 × диаметр трубы

Меньшие радиусы могут привести к истончению или образованию складок.

Эмпирическая формула:R = K × D (K — константа материала; для нержавеющей стали 304 K ≈ 2–3)

4.4 Скорость и температура изгиба

Холодная гибка:Рекомендуется низкая скорость (гидравлическая: 5–10°/с), чтобы избежать растрескивания из-за упрочнения при обработке.

Горячая гибка:

• Температура нагрева: 900–1100°C для аустенитной нержавеющей стали
• Обеспечьте равномерный нагрев, чтобы предотвратить локальный перегрев.
• Достаточное время замачивания для толстостенных труб

4.5 Меры по предотвращению деформации

Выбор оправки:

Жесткая оправка (сталь): Для высокоточных изгибов

Гибкая оправка (типа шариковой цепи): Для сложных локтей

Кончик оправки должен располагаться на 1–2 мм впереди точки изгиба, чтобы компенсировать упругое отклонение.

Методы поддержки:

Заполнить тонкостенные трубы канифолью, легкоплавким сплавом или песком (особенно при горячей гибке)

Используйте штампы, подавляющие складки (нажимные подушки), для контроля образования складок на внутренней стенке

4.6 Параметры штампа и оборудования

Соответствие штампов:

• Радиус канавки гибочной плашки должен соответствовать наружному диаметру трубы (допуск ±0,1 мм)
• Чрезмерный зазор может привести к овальной деформации

Сила зажима:Давление гидравлического зажима ≥ 1,5× предел текучести трубы

Компенсация отскока:

• Упругость из нержавеющей стали: обычно 2–5°
• Изгиб с помощью пресс-формы или коррекции программы ЧПУ

4.7 Смазка и защита поверхности

Смазка:

• Высоковязкая смазка или паста на основе MoS₂ для снижения трения
• Избегайте использования хлорсодержащих смазочных материалов (вызывает коррозию под напряжением)

Защита поверхности:Наносите полиэтиленовую пленку или высокотемпературное антиокислительное покрытие во время горячей гибки, чтобы избежать царапин и окалины.

4.8 Требования к постобработке

Снятие стресса:Холодногнутую нержавеющую сталь следует отжигать при температуре 300–400°C (особенно для толстостенных труб).

Коррекция округлости:Если овальность >5%, используйте механический расширитель или гидравлическую формовку для восстановления круглой формы.

5.0 Распространенные проблемы и решения

Ссылки: