Гнутая профильная труба — металлопрокат для создания каркасов и опор. Конструкции применяют при строительстве легких сооружении, сборке технических средств. Категория включает пустотелые изделия всех форм, кроме круглого сечения.
Для прокладки коммуникаций фигурные отводы используют редко. В углах сечения скапливаются инородные частицы, сложно сгибать и сваривать профиль. Нельзя нарезать резьбу. По сравнению с конструкциями круглого сечения, цена больше.
Основные свойства профильной трубы
Характеристики продукции закладывают на этапе проектирования и разработки технологического процесса.
Для производства профильных труб используют заготовки из цельных и сварных прямошовных конструкций. Отводы деформируют на прокатном стане в холодном состоянии и после разогрева до температуры пластичности (1100-1150 0C, в зависимости от сплава).
Чтобы изменить форму сечения, металл пропускают через профилирующие вальцы. Изделия, полученные из круглых труб, применяют в ответственных конструкциях. Опоры устанавливают в местах действия повышенных нагрузок и на производствах с жесткими требованиями к безопасности.
Оптимальное соотношение цены и качества — у трубного проката, полученного деформированием штрипсов. Чтобы обеспечить нужную конфигурацию, тонкую стальную полосу (s < 4 мм) фиксируют в барабане и пропускают через вальцы. Края соединяют высокочастотной сваркой.
Чтобы снять внутренние напряжения, металлический профиль направляют на операцию отпуска. После нагревания в печи проверяют целостность сварного шва. Используют неразрушающий (ультразвуковой) метод.
Преимущества вальцовки — низкая цена, получение «непрерывной» заготовки. Длина пустотелого проката зависит от параметров штрипса.
Сварные профильные трубы предназначены для работы в условиях, когда нет больших внутренних нагрузок. Цельные конструкции выдерживают усилия на 10-15% больше, чем отводы из штрипсов.
При подготовке проката к гибке учитывают месторасположение зажимной колодки и габариты изделия.
В соответствии с профильными стандартами, устанавливают мерную длину:
- бесшовных холоднодеформированных конструкций — 4,5-11,0 м;
- электросварных труб: 5,0-9,0 м;
- бесшовных горячекатаных изделий — 4,0-12,5 м.
Важный показатель, который учитывают при изгибе отводов, — толщина стенок (s): 1,0-18,0 мм. Важно знать: стандарт не указывает численные значения, которые позволяют обозначить категорию: тонкостенные или толстостенные конструкции.
Регламент определяет параметр как отношение «s» к внешнему диаметру сгиба (Dн). Толстостенным считают прокат с коэффициентом Кт > 0,1.
Способность трубы изгибаться в нужном направлении зависит от формы профиля в разрезе. Больше других востребованы сечения в виде квадрата, прямоугольника и овала. Основные нормативные документы: № 8639-82, № 8645-68, № 8642-68 (соответственно).
Для изготовления профильных труб применяют материал:
- низколегированные стали: 17ГС, 09Г2С;
- конструкционные, качественные и простые углеродистые сплавы:
- Ст4, Ст08кп, Ст2;
- марки: 10–45.
Как изменяются пропорции пустотелых конструкций при изгибании?
Когда разрабатывают процесс, учитывают направление изгиба и расположение нейтральной оси. Срединная линия проходит внутри пустотелого профиля.
Минимально допустимый радиус изгиба зависит от совокупности параметров:
- толщины стенки;
- площади поперечного сечения;
- размеров сечения: радиусов, ширины, длины;
- характеристик металла;
- расположение зажатого конца.
Когда к детали прикладывают усилия, наружная часть профильной трубы растягивается, а внутренняя сторона сжимается. Толщина внешней стенки уменьшается, на прокат действуют усилия растяжения. Если нагрузка превышает предел прочности металла, внешняя сторона разрывается.
Внутренняя часть профильной трубы испытывает сжимающие напряжения. Когда величина минимально допустимого радиуса изгиба приближается к пределу, уменьшается локальная жесткость металла. Если прилагать усилия дальше, на внутренней части отвода образуются складки (гофра).
Когда планируют работу, учитывают изменение пропорций сечения.
Особенности изгибания квадратных и прямоугольных профильных труб
Величина минимально допустимого радиуса изгиба зависит от формы сечения. Из-за недостаточно равномерного распределения напряжений сложно деформировать отвод с прямоугольным или квадратным профилем:
- Внутренние и наружные стенки испытывают максимальные напряжение сжатия и растяжения. Мастеру трудно контролировать процесс.
- Когда к профилю прилагают нагрузку, внутренняя часть сминается. Сечение меняет форму. Углы отличаются от 900, квадрат или прямоугольник становится трапецией. В момент приложения усилий происходят процессы:
- Внутренняя сторона изгиба испытывает напряжения вдавливания. «Лишний» металл распределяется вдоль торца.
- Часть стали течет по вертикальным стенкам.
- Когда нагрузка возрастает, боковые стороны перестают быть параллельными и сминаются.
- Профиль квадратного и прямоугольного сечения требователен к настройкам. Важно правильно подбирать расстояние между зажимающей и изгибочной колодкой.
- Вначале операции наибольшие усилия возникают в месте зажима. Профильная труба стремится выскользнуть из колодки. Из-за трения в точке соприкосновения металла с зажимом образуется выемка. Оснастка изнашивается и требует замены.
Сложности изменения формы профильных труб овального сечения
Процесс отличается от деформирования квадратных и прямоугольных отводов. При изгибании профильной трубы округлого сечения напряжения распределяются более равномерно. Металл течет в разных направлениях. Специалист видит, как ведет себя профиль в точке приложения максимальной нагрузки.
Особенности изгибания:
- Места максимального и наименьшего напряжения расположены на одной плоскости. Металлический профиль изгибается в направлении по касательной осевой линии к поперечному сечению.
- Профильная труба с овалом хорошо передает усилие между зажимающей и изгибочной колодкой.
- Нагрузка возрастает равномерно. Вначале процесса отвод прочно зафиксирован в колодке (без проскальзывания). Все части инструмента изнашиваются в равной степени.
Оборудование для изгибания профильной трубы
Для изменения формы отводов выпускают ручные, электромеханические и гидравлические устройства. После операции получают дугу или кольцо (с незамкнутыми торцами).
В устройствах устанавливают разные изгибающие механизмы:
- роликовые;
- дорновые;
- обкаточные;
- арбалетного типа.
Основные характеристики оборудования — мощность, минимальный угол изгиба и профиль проката.
Для выполнения единичных работ с малым усилием применяют простые трубогибы. Подача и изгибание происходит за счет силы мускулов. Вальцы ручного механизма связаны с приводом цепной передачей.
В условиях массового производства используют электромеханические трубогибы или ротационные машины. Усилие производит электродвигатель. Механизм передает крутящий момент приводам и вальцам. Оператор регулирует усилие прижима с помощью рычага.
При использовании ротационного пресса усилием зажима управляет гидропривод. Оператор заранее устанавливает параметр.
Производители выпускают стационарное и переносное оборудование. Для оснащения аварийных бригад покупают мобильные роликовые установки типа ПГ-1 или ПГ-2:
- Основные параметры оборудования ПГ-1: профиль до 40*40 мм, изгиб Rmin— 180 мм.
- Станок ПГ-2 обладает большей мощностью: профиль до 60*60 мм, изгиб Rmin — 220 мм.
Расчет минимально допустимого радиуса изгиба профильной трубы
Чтобы согнуть отвод под углом, используют холодный или горячей метод. При нагреве металл увеличивает пластичность, поэтому второй способ применяют при больших усилиях деформации.
Для вычисления радиуса изгиба применяют формулу: Rmin=20*s:
- s — толщина стенки пустотелого проката;
- Rmin — минимально возможный радиус изгиба.
Чтобы узнать параметр по срединной линии, прибавляют половину условного диаметра (Dу). Расчет производят по формуле: R = Rmin+ ½ Dу.
При определении радиуса изгиба учитывают коэффициент тонкостенности: Кт = s/Dн.
Если соединить три формулы вместе, радиус изгиба получают так: R = 20∙Кт*Dн + ½ Dу.
Когда требуемый радиус меньше расчетного, выбирают холодную технологию. Если чертежный параметр больше R, место деформирования предварительно разогревают.
Это краткая информация об изгибании профильных труб.
