Гибка и формовка стального листа: радиус, направление прокатки и пружинение

Что происходит при гибке

При гибке внешняя сторона изгиба растягивается, а внутренняя сжимается. Растрескивание начинается, когда деформация внешних волокон превышает то, что сталь может обеспечить при данной толщине, — именно поэтому каждое правило гибки выражается как минимальный внутренний радиус по отношению к толщине (r/t).

Минимальный радиус: решает марка стали

Ориентировочная практика гибки на листогибочном прессе (решающее значение имеют паспорта заводов; значения растут с толщиной):

Material	Typical minimum inside radius
Конструкционный лист S355	~1–2 × толщины (ось изгиба поперек направления прокатки — на нижнем конце)
Высокопрочная S690	~2–3 × толщины
Износостойкий лист NM400 / AR400	~3–4 × толщины
Износостойкий лист NM500 / AR500	~4–6 × толщины или более

Радиусы для износостойкого листа удивляют изготовителей, привыкших к конструкционной стали: твердость и способность к гибке прямо противоположны друг другу, и радиус, который S355 принимает легко, растрескает NM500. Толщина усугубляет ситуацию — та же марка требует большего r/t при 40 mm, чем при 10 mm, потому что деформация концентрируется, а запасы качества по толщине уменьшаются.

Направление прокатки

Катаный лист анизотропен: пластичность наименьшая в направлениях по толщине и коротком поперечном, наилучшая вдоль направления прокатки. Отсюда следует правило:

• Линия гиба, перпендикулярная направлению прокатки (ось изгиба поперек направления прокатки), допускает самые малые радиусы — внешние волокна растягиваются вдоль направления прокатки.
• Линия гиба, параллельная направлению прокатки, требует большего радиуса, обычно на ступень выше примерно на 50–100% по r/t, и именно в этой ориентации зарождаются кромочные трещины.

Добавьте два правила для кромок: используйте лист с качественными, зачищенными кромками в зоне гиба (трещины и надрезы от термической резки на кромках являются инициаторами трещин, особенно на твердой стали) и располагайте отверстия и вырезы далеко от линии гиба — обычно не менее ~2 × толщины плюс радиус, — поскольку они искажаются и концентрируют деформацию.

Пружинение

Когда пуансон отводится, упругое восстановление раскрывает угол гиба. Пружинение:

• Возрастает с прочностью: S355 может отпружинить на несколько градусов; износостойкие и высокопрочные листы — заметно больше. Оно также возрастает при больших отношениях радиуса к толщине и более широких раскрытиях матрицы.
• Компенсируется перегибом — продвижением за целевой угол, чтобы восстановление попало в него, — дожимом/чеканкой (при высокой стоимости по тоннажу) или измерением угла и коррекцией на ЧПУ на современных листогибочных прессах.
• Варьируется внутри партии листа из-за разброса предела текучести, поэтому проверка первого изделия и корректировка по партии являются нормой для листа после закалки и отпуска (Q&T).

Диагностика трещин

Трещины на внешней поверхности при гибе почти всегда означают одно из следующего: радиус слишком мал для марки/толщины, ось изгиба параллельна направлению прокатки, дефектная или закаленная резаная кромка в зоне гиба или гибка ниже минимальной температуры, рекомендованной изготовителем (холодная погода усиливает риск — многие изготовители хотят, чтобы твердая сталь была как минимум при комнатной температуре, а для самой тяжелой работы линию гиба предварительно нагревают). Горячая формовка износостойкого листа — не полевая импровизация: нагрев выше исходной температуры отпуска навсегда разупрочняет его.