Человечество начало применять трубу очень давно — ее прототипом были тростник и бамбук, из которых сооружались первые водоводы. Еще в древнем Риме научились изготавливать трубы из бронзы. Первые методы промышленного производства таких металлических изделий возникли в начале 19 века. В настоящее время выпускаются миллионы и миллионы тонн продукта, без которого не могут обойтись огромное количество отраслей хозяйственной деятельности человека.
При производстве жестких металлоконструкций из цельной заготовки в качестве альтернативы сварке и резьбовому соединению все чаще применяется гибка труб. Это объясняется целым рядом причин:
- снижение материалоемкости, так как нет ввариваемых патрубков;
- уменьшение трудоемкости при создании конструкций по сравнению со сварными и резьбовыми соединениями;
- лучшие гидроаэродинамические показатели прохода;
- отсутствие неблагоприятного воздействия на структуру металла по сравнению со сваркой;
- преимущество в герметизации относительно резьбовых соединений;
- лучший внешний вид конечного изделия.
Гнутье труб осуществляется различными методами. Применение той или иной технологии определяется следующими основными факторами:
- материал изготовления;
- толщина стенок;
- профиль;
- размер сечения (диаметр или высота профиля);
- радиус сгиба;
- необходимая точность гнутья;
- допустимые пределы деформации гнутой конструкции;
- качественные показатели прочности и долговечности в месте изгиба.
Горячая гибка труб
Гнутье труб с предварительным разогревом применяют в случаях,
когда нет возможности применить трубогибочные устройства и приспособления для гиба холодным способом. Процесс гибки труб с предварительным разогревом весьма трудоемок и производится с наполнителем. В этом качестве используют сеяный речной песок без органических включений и слишком мелких фракций, которые при термическом воздействии могут спекаться и пригорать к стенкам. Песок не должен быть влажным, чтобы исключить возникновение высокого давления пара в трубе при ее нагреве.
Гибка стальных труб производится при температуре порядка 900 оС без пережога и с одним нагревом — иначе ухудшается качество продукции. Размер разогреваемого участка определяется сечением и радиусом гибки. По окончании процесса удаляют заглушки, извлекают песок, очищают и промывают полость трубы.
Способы сгибания труб
Исходя из требуемого угла загиба, материала и диаметра трубы, гибку можно осуществить вручную или с применением специального оборудования. Различают также горячую и холодную гибку, с наполнением полости трубы и без ее наполнения.
Здесь схема и рекомендации по расчету параметров гибки труб, следование которым является гарантией хорошего результата. После прекращения воздействия нагрузки возникает такое явление, как пружинение, прямо пропорциональное модулю упругости материала. Величина возможной деформации также зависит от примененного метода гибки и геометрии объекта
Специфика горячей технологии
Выбирают этот метод, когда нужно согнуть трубу диаметром от 10 см. Деформируют трубы горячим способом как вручную, так и с применением механизмов. Существует такое понятие, как минимальный радиус изгиба. Протяженность зоны трубы, которую необходимо нагреть, определяют исходя из диаметра трубы и угла изгиба. При этом закругление не может быть меньшим, чем диаметр трубы, умноженный на 3.
Находят длину нагреваемого участка по формуле:
L = α х d / 15
В формуле: L — искомая длина в мм, α — угол изгиба в градусах, d — диаметр трубы снаружи в мм, 15 — коэффициент. Допустим, трубу диаметром 200 мм нужно изогнуть под углом 60⁰, тогда L = 60 х 200/15 = 800 мм, т.е. 4 диаметра.
Минимально допустимую величину радиуса изгиба для водогазопроводных труб в соответствии с требованиями ГОСТ 3262-92 можно взять из таблицы
Чтобы согнуть трубу, ее нужно нагреть до 900⁰. Оптимальная температура для начала гибки 760⁰, а на конец — 720⁰С. При пережоге ухудшаются прочностные характеристики материала. В процесс горячего изгиба входит несколько операций:
- изготовление шаблона;
- набивка песком;
- разметка участка;
- нагрев;
- изгибание.
Чтобы не деформировалось сечение трубы и на внутренней ее части в месте изгиба не образовывались сладки, внутреннее пространство набивают кварцевым песком. Предварительно его сушат и прокаливают, с целью удалить органические примеси при температуре от 150 до 500⁰, а после пропускают через мелкое решето с размером ячеек 3,3 х 3,3 мм. Перед тем как начать набивку трубы, нужно заглушить один ее конец.
В качестве заглушек применяют деревянные или металлические пробки, имеющие отверстие для выхода газов. Мелкий и влажный песок использовать нельзя, т.к. первый при термическом воздействии спекается и крепко пристает к стенкам труб. Второй, в результате образования пара, способствует возникновению высокого внутреннего давления, что может стать причиной вылета пробки. Недопустимо наличие в набивке камешков, они могут продавить стенку трубы.
Процесс набивки трубы очень трудоемкий, поэтому ее транспортируют к вышке и придают ей слегка наклонное или вертикальное положение. Так как качество изгиба находится в прямой зависимости от уплотнения набивки, трубу на протяжении процесса непрерывно обстукивают. Глухой звук свидетельствует о хорошем наполнении заготовки.
Перед тем как приступить непосредственно к главной операции, на набитой песком трубе прорисовывают участки будущих изгибов, приложив шаблон. Нагревают трубы в печах или горнах. Сгибают как вручную, так и механизированным способом.
В последнем случае используют специальные плиты, оснащенные упорными стойками, с помощью которых фиксируется нагретый участок трубы и прижимами, служащими для удержания конца трубы на плите. На противоположный торец трубы надевают трос, натяжение которого с помощью лебедки или шпиля и заставляет трубу изгибаться.
Чтобы стенки трубы не деформировались, в пространство стойка-труба помещают прокладки — прямые или изогнутые. Свободный конец с надетым на него тросом подстраховывается при помощи подставки. Во время процесса осуществляют контроль геометрии трубы, периодически прикладывая к ней шаблон.
Изогнув трубу под нужным углом, из нее удаляют пробки путем выжигания или просто выбивают их. Песок высыпают, трубу очищают и промываю. Выполняют окончательную проверку изгиба при помощи шаблона.
Гибка холодным методом
Для изменения конфигурации труб небольших диаметров используют различные ручные приспособления, для больших — механизированные трубогибы. В домашних условиях чаще всего требуется гибка труб водопроводных, для системы отопления. Гибка трубы под 90⁰ называется отводом, 180⁰ — калач, с образованием уступа — утка, в виде петли — скоба.
На таком приспособлении выполняют гибку труб диаметром до 2 см. Его крепят к верстаку посредством плиты (1) и ступицы. Ролик-шаблон (6) закреплен на общей оси плиты и ступицы. Подвижный ролик (2) зафиксирован скобой (4), имеющей рукоятку (3).Трубу размещают между роликами с таким расчетом, чтобы конец ее вошел в хомут (7). Скобу посредством рукоятки поворачивают вокруг шаблона до получения нужного угла загиба
Для ручной гибки существуют и другие приспособления. В домашних условиях для изготовления змеевика для нагрева воды, трубку из нержавейки диаметром около 20 мм просто наматывают на отрезок трубы большого диаметра. Предварительно на большую трубу наваривают скобу, укладывают ее на опоры и зажимают.
Трубку плотно набивают песком и закрывают пробками, затем вставляют в скобу и начинают навивку. Трубу, используемую в качестве шаблона, нужно прокручивать, поэтому потребуются усилия как минимум двух человек. Закончив навивку, змеевик ровняют.
На таком приспособлении сгибают трубы диаметром до 2 см. Его крепят к верстаку посредством плиты (1) и ступицы. Ролик-шаблон (6) закреплен на общей оси плиты и ступицы. Подвижный ролик (2) зафиксирован скобой (4), имеющей рукоятку (3).Трубу размещают между роликами с таким расчетом, чтобы конец ее вошел в хомут (7). Скобу посредством рукоятки поворачивают вокруг шаблона до получения нужного угла загиба
Гибку трубы из нержавеющей стали или другого материала в домашних условиях можно выполнить и на самом простом приспособлении. Его целесообразно применять при небольших объемах работ. Для изготовления примитивного трубогибочного приспособления нужна плита из бетона, штыри из металла и перфоратор. Плиту делят на клетки 40 х 40 или 50 х 50 мм. По углам клеток просверливают при помощи перфоратора отверстия и вставляют в них штыри.
Трубное изделие вставляют межу штырями и, прилагая усилие, загибают. Точность при таком способе гибки не идеальная, но для использования заготовки в домашних условиях вполне достаточная. Для гибки с более высокой точностью можно использовать приспособление, изготовленное на основе домкрата.
Для изготовления такого приспособления нужен домкрат, выдерживающий 5-тонную нагрузку, крепкое основание и штыри. Трубы сгибают при помощи башмаков. Размер этих элементов должен соответствовать параметрам изгибаемой трубы
Чтобы внутренний просвет трубы не деформировался, применяют средства, противодействующие этому процессу изнутри. В качестве внутренних ограничителей чаще всего используют песок. При этом в один конец трубы вставляют заглушку, а через второй насыпают песок, затем и его забивают пробкой. Далее, выполняют изгиб.
Иногда ограничителем служит пружина, специально изготовленная для этой цели. Для навивки используют проволоку диаметром от 1 до 4 мм. Пружина должна свободно войти в трубу в точке сгиба, снаружи оставляют часть проволоки. После выполнения изгиба пружину удаляют, потянув проволоку. В случае работы с трубой, имеющей в сечении квадрат, для изготовления пружины подбирают проволоку с таким же сечением.
Подойдет для этой цели и пучок проволоки, состоящий из отдельных отрезков, которые по одному заталкивают вовнутрь до места будущего сгиба. После завершения операции отрезки также по одному извлекают. Вручную можно согнуть нержавеющую трубу сечением до 4 см и толщине стенки 0,3 см.
На фото — существующие методы ручной гибки труб: с обкаткой, путем наматывания, на двух опорах, путем гибки с волочением. Последний метод применяется для цельнотянутого тонкостенного трубного материала. Таким способом сгибают трубы малой длины на небольшой угол
Для работы с большими диаметрами необходимо профессиональное оборудование. Есть трубогибочные станки, укомплектованные дорном. Этот конструктивный элемент — обыкновенный металлический прут.
На станках-трубогибах можно изгибать трубы с различной геометрией сечения. Это универсальное оборудование, т.к. возможна гибка изделий с большим диапазоном диаметров и из разных материалов начиная с углеродистой стали и заканчивая трубами из цветных металлов. Наиболее сложные станки имеют электронное управление
Перед тем как начать процесс гибки, его помещают внутрь, чтобы предупредить деформацию стенок трубы. Дорны, входящие в комплект, имеют разное сечение, поэтому можно подобрать нужный для определенного диаметра трубной продукции.
Холодная гибка труб
Технология гибки металлических труб холодным способом обладает существенными преимуществами по сравнению с горячим. Этот метод более технологичен и в несколько раз производительнее, что ведет к снижению себестоимости. Холодным способом производится и операция по сгибанию труб из цветных пластичных металлов. Медь и алюминий отличаются высокой ковкостью, что позволяет согнуть изделия без разогрева.
Строго говоря, гибка труб отрицательно влияет на характеристики их качества. Возникают заметные дефекты, основными из которых являются:
- уменьшение толщины стенки на внешней стороне изгиба;
- появление гофровых складок на внутренней стороне изгиба;
- искажение формы прохода трубы — из круглой она превращается в овальную.
Особенно подвержены деформациям трубы из мягких металлов и с тонкими стенками. Поэтому гибка тонкостенных труб требует применения механического стабилизатора — им служит дорн.
Дорном называют специальный элемент оснастки, который в процессе гибки располагается в полости трубы по месту ее изгиба. Он предназначен для предотвращения деформаций стенок трубы в гибочном процессе. Дорн может быть жесткой или гибкой конструкции.
Жесткий дорн — это направляющий элемент, выполненный из твердого металла, с закругленным торцом с рабочей стороны. Его заправляют непосредственно в точку изгиба. Гибкий дорн также состоит из твердого стержня. На одном его краю находятся один или несколько изгибающихся сегментов, выполненных в виде шаров или полусфер особой формы.
Эти конструкции, находясь в месте изгиба, обеспечивают неизменность формы прохода. По завершении процесса дорн выталкивается из гибочной зоны, а шарики дополнительно калибруют внутреннюю поверхность. Использование гибкого дорна достаточно сложно. Для его применения в трубогибе должно быть устройство автоматического управления дорном.
Трубогибы с использованием дорна, в силу своей специфики, бывают только стационарными. Они производятся для работы как в полуавтоматическом, так и в полностью автоматическом режиме. Работа высокопроизводительных дорогостоящих трубогибов контролируется системой ЧПУ, которая отслеживает все текущие параметры технологического процесса.
Переносные трубогибы
Процесс изгибания труб непосредственно на месте возведения конструкции удобнее всего производить с помощью переносных трубогибов различного исполнения:
- Трубогибы рычажные. За счет большого плеча возможно совершать необходимые действия исключительно мышечным усилием человека. В изделиях из пластичного металла, включая нержавеющую сталь сечением до 3/4 дюйма, они позволяют делать загиб до 180о.
- Трубогибы арбалетного типа. Изделие размещают на двух опорных точках, вращающихся вокруг собственных осей. Гибочный башмак, соединенный с перемещающимся штоком, прилагает усилие к той части трубы, которая расположена между опорами. Такие легко переносимые трубогибы способны согнуть трубу из нержавейки диаметром до 100 мм на угол до 90о. Шток, создающий давление, может быть выполнен как:
ПОСМОТРЕТЬ Переносные трубогибы на AliExpress →
- механический винтовой;
- гидравлический с ручным приводом;
- гидравлический с электроприводом.
- Электрические трубогибы. В них гибка труб производится на сменных гибочных сегментах различного радиуса. Здесь с помощью поворотной оправки заготовку загибают под определенным углом.
Положительные свойства этого инструмента:
- универсальность, которую обеспечивает сменный набор сегментов и поворотных оправок для разных сечений труб;
- угол изгиба до 180о;
- автоматическая работа без дополнительных действий;
- плавное изменение скорости, присутствие обратного хода;
- фактическое отсутствие деформации изгиба, благодаря безукоризненному согласованию всех элементов оснастки и необходимой динамики подачи;
- простота использования, легкая замена насадок;
- высокая производительность;
- компактность и малый вес, благодаря большой приведенной мощности привода.
При отсутствии электросети такие трубогибы обеспечиваются приводом, работающим от встроенного аккумулятора.
Станочная гибка труб
Самый распространенный вид трубогибочного станка — классический трехроликовый (трехвалковый) вальцевый трубогиб. Он использует способ холодного деформирования металла, который называют вальцовкой. Станок такого типа может работать с любыми металлами, от цветных до титановых сплавов. Он может легко управиться с гибкой круглых и овальных трубных изделий, но при этом отлично гнет и заготовки квадратного, прямоугольного и даже треугольного сечения. ПОСМОТРЕТЬ Станок для гибки труб на AliExpress →
Гибка профиля из металла не представляет для такого станка никакой проблемы, так же как и гибка профильной трубы. Универсальность оборудования данного типа обусловлена тем, что вальцовка по сути — это деформация материала по некоторому направлению. Этот метод можно отнести к самому общему виду гибки металла. Изгиб профильной трубы обеспечивается установкой необходимой формы (калибра) роликов или валков.
К достоинствам такого станка следует отнести возможность получения гнутого профиля большой длины — более 5 метров, что бывает часто необходимо в строительстве. Кроме того, заготовку можно гнуть на угол до 360 градусов — на полный круг. Гибку труб большого диаметра производят на электрических станках со следующим принципом изгиба: сначала один конец заготовки устанавливается в специальный захват, а затем наматывается на колодку нужного радиуса.
Такие станки позволяют реализовать точный угол загиба (до одного градуса). Это обеспечивается либо простым механическим путем, либо заданием параметров в цифре с контролем всего процесса на мониторе на высокоавтоматизированных комплексах. Станки используются только в заводских условиях.
Факторы, влияющие на выбор технологии гибки труб
Сгибание трубной заготовки представляет собой процедуру изменения направленности трубы, в том числе – геометрии отрезка. Данный процесс выполняется на трубогибочных станках разными технологиями, использование которых во многом зависит от:
- Материала трубопровода
- Величины наружного и внутреннего диаметра
- Толщины стенки трубы
- Требуемой точности гибки
- Сложности конструкции
- Величины радиуса сгибания
- Допустимых величин деформации заготовки
- Качественных показателей прочности
- Срока эксплуатации конструкции, в том числе на отрезке изгиба.
Выбирая трубогибочный инструмент, необходимо определить для каких целей он будет использоваться, так как от правильного выбора зависит принцип работы, производительность оборудования, метод гнутья и объемы задействованных ресурсов. В настоящее время существует два варианта гибки труб на профилегибах и трубогибочных машинах – метод холодной или горячей гибки.
