Поведение металлических листов при многократной гибке: как выбрать подходящую марку

16.07.2025

При выполнении повторяющихся гибочных операций на листовом металле критичными становятся характеристики пластичности, предел выносливости и структура материала. При подборе заготовки важно оценивать не только химический состав, но и термообработку, толщину, зернистость и состояние поверхности.

На результат сильно влияет радиус гиба: чем он меньше, тем выше нагрузка в зоне деформации.

Если лист подвергается множественным изгибам, особенно при малом радиусе, предпочтение отдают сталям с высокой способностью к холодной деформации. Углеродистые холоднокатаные марки, например Ст08пс, допускают до 6–10 циклов без трещин при толщине до 2 мм и радиусе гиба от 1 до 1,5 толщин.

При увеличении толщины более 3 мм уже требуется подогрев или увеличение радиуса в 1,5–2 раза. Использование горячекатаного проката в таких условиях ограничено из-за низкой пластичности и риска образования надрывов.

Для нержавеющих сплавов аустенитной группы (AISI 304, 321) при повторной гибке критичны температурные напряжения и деформация границ зерен. Их допускают к использованию при гибке с радиусом не менее 1,5 толщин, с обязательной шлифовкой зоны гиба.

В случае с мартенситными нержавеющими (AISI 430) гибка ограничена одним циклом, после чего наблюдается хрупкое разрушение при последующих нагрузках.

Если по технологии требуется 4–6 кратное повторение гибов, лучше выбирать полуторапроцентные низколегированные сплавы, такие как 09Г2С или 10ХСНД. Эти марки обладают равномерным распределением напряжений при нагрузке и устойчивы к образованию микротрещин.

Допускается гибка без подогрева при радиусе 2–2,5 толщины для листов до 4 мм. При толщине выше 5 мм нагрузка резко возрастает, особенно при поперечной ориентации проката. Здесь важно учитывать анизотропию — вдоль волокна сопротивление выше, поперек оно резко снижается.

Алюминиевые сплавы группы 5ххх, в том числе АМг3, при обработке требуют плавного радиуса. Их гибкость зависит от степени наклепа — после третьего цикла наблюдается упрочнение с последующим растрескиванием по контуру гиба.

Чтобы избежать этого, применяют термический отжиг в интервале 300–350 °C перед повторной операцией. Без него устойчивость к множественной деформации резко падает.

При выборе марки стоит опираться на справочные значения предела текучести. Для многоцикловой гибки оптимально, чтобы он не превышал 300–350 МПа.

При превышении этого значения материал становится чувствителен к усталостной нагрузке, что ускоряет процесс разрушения. Для оценки пригодности используют расчет по формуле K = R / s, где R — радиус гиба, а s — толщина. При K < 1.2 возрастает риск разлома, особенно при повторной деформации в одной зоне.

Цинковое покрытие при многократной гибке становится критическим фактором. При сгибе 3–4 раза цинк начинает отслаиваться, особенно в случае с ГОСТовскими оцинкованными листами по ГОСТ 14918-80.

Для таких задач стоит выбирать электролитически оцинкованные варианты с пассивацией — они дольше сохраняют целостность. В случае с алюминизированными покрытиями, как у листов по ГОСТ Р 52246-2004, наблюдается образование микротрещин уже после второго изгиба.

На производстве применяют штампы с радиусом пуансона не менее 1,5 толщины для стали и 2 толщины для алюминия. Если использовать пуансон меньшего радиуса, как 0,8 толщины, возможен выход за предел текучести и образование трещин.

Для продления ресурса применяют последовательное чередование гибов с разными направлениями, чтобы снизить нагрузку на одну и ту же линию.

Продукция по ГОСТ 19903-2015, включающая листы из конструкционных сталей, должна иметь удлинение не менее 20% при толщине до 3 мм. Если этот параметр ниже, следует ожидать повышенной склонности к образованию трещин при многократной гибке.

У аустенитных сплавов удлинение выше — до 40%, но при этом они склонны к образованию межкристаллитной коррозии при воздействии нагрева в зоне гиба, особенно после третьего цикла.

Углеродистые марки с содержанием выше 0,25% С теряют пластичность быстрее и требуют предварительной нормализации при температуре 870–910 °C. Без этого появляется локальное закалочное упрочнение, что сводит к минимуму число допустимых гибов.

В случае с 45 сталью после второй деформации наблюдается появление микротрещин вдоль границ фаз, особенно при гибе по длине.

Дополнительную информацию дает расчет предела усталости по формуле σу = 0.4 * σв, где σв — временное сопротивление разрыву. Если этот параметр ниже 200 МПа, материал не пригоден для деформаций более двух циклов.

Чаще всего такие значения характерны для легированных сталей с высоким содержанием марганца или ванадия.

Чугунные сплавы, независимо от типа, не применяются для операций с повторными изгибами из-за хрупкости и слабого сопротивления ударной нагрузке. Если требуется гибка с высокой повторяемостью, используют материалы с мелким зерном.

Для получения такой структуры прокат подвергается нормализации с последующим старением.

На практике при выборе материала ориентируются на удлинение при разрыве, предел текучести и соотношение между прочностью и пластичностью. Для легированной стали 15ХСНД удлинение составляет 22–24%, что позволяет выдерживать 4–5 циклов без разрушения.

У стали 20 этот параметр ниже — 17–19%, что ограничивает число допустимых операций до трех при радиусе 1,5 толщины.

Если гибка идет вдоль прокатного направления, допустим больший радиус. При поперечном — рекомендуется увеличить R в 1,3–1,5 раза.

При гибке под углом 90° через один и тот же участок, минимальное значение радиуса составляет 1,2 толщины для холоднокатаных и 2 толщины для горячекатаных листов.

Если используется пресс с усилием свыше 80 тонн и гибка повторяется, зона контакта должна быть обработана антиприхватным составом или смазана пастой на графитовой основе. Это снижает риск задира и разрушения кромки в точке касания с пуансоном.

При автоматизированной гибке роботизированными машинами контролируется перемещение с точностью ±0,1 мм, но из-за микросдвигов в металле при третьем цикле может наблюдаться деформация вне расчетной зоны.

Для деталей, работающих при вибрационных нагрузках, материал после многократной гибки должен иметь остаточную пластичность не менее 8%. Если параметр ниже, происходит накопление усталостных повреждений с последующим разрушением.

Поэтому для таких задач используют низкоуглеродистые стали с контролируемым зерном и ограниченным содержанием серы и фосфора не выше 0,035%.

Рассказать друзьям:

Комментарии

Пока нет комментариев