Гибка спиралей из круглой и профильной трубы на трубогибе с ЧПУ

Гибка труб в спираль на многовалковом трубогибе: особенности работы с круглым, профильным, черным и нержавеющим прокатом
Намотка труб в спираль (производство змеевиков, теплообменников, элементов несущих конструкций и декора) — это один из самых сложных процессов в обработке металлопроката. Наиболее качественный результат при создании спиралей с большим или переменным радиусом дает многовалковый трубогиб методом вальцовки.
В этой статье мы разберем, как форма сечения и химический состав металла влияют на процесс гибки, и с какими нюансами сталкивается мастер.

1. Круглая труба против профильной: геометрия деформации

Форма сечения трубы определяет характер распределения внутренних напряжений при изгибе.

Круглая труба. Наиболее технологичная форма для гибки в спираль. Напряжения распределяются равномерно по всей окружности. Главная задача при вальцовке круглой трубы — избежать чрезмерного сплющивания (овализации) поперечного сечения, которое обязательно возникнет при гибке. Для этого профиль роликов должен строго соответствовать наружному диаметру трубы, охватывая ее как можно плотнее.

Профильная труба (квадратная, прямоугольная). Изгибаться в спираль «не любит» из-за наличия плоских граней и жестких ребер. При вальцовке профильной трубы в спираль возникает выраженный эффект скручивания (винтовой деформации самой заготовки). Внутренняя грань трубы стремится сжаться и пойти «волной» (гофрой), а внешняя — критически истончается. 

2. Черная сталь против нержавеющей: физика материала

Химический состав и механические свойства сплава кардинально меняют поведение заготовки на станке.

Черный металлопрокат (углеродистые стали типа Ст3, Сталь 20). Обладает хорошей пластичностью и предсказуемым поведением. Черная труба прощает небольшие ошибки в настройке станка. Она имеет относительно невысокий коэффициент отпружинивания, активного возврата в исходную форму после снятия нагрузки, по сравнению с нержавейкой и это облегчает расчет радиуса спирали.

Нержавеющая сталь (AISI 304, AISI 316, 12Х18Н10Т). Главная сложность нержавейки — высокое склонность к нагартовке. В процессе деформации металл стремительно твердеет. Нержавеющая труба требует значительно больших усилий при гибке и обладает колоссальным эффектом отпружинивания. Заготовку приходится «перегибать» сильнее, чем черную трубу, чтобы получить нужный итоговый диаметр спирали. 

3. Технология гибки в спираль на многовалковом станке

Многовалковый (вальцовочный) трубогиб работает по принципу регулируемого трехточечного изгиба. Труба проходит между приводными, толкающими роликами и загибается нажимным роликом, постепенно приобретая заданный радиус.

Процесс создания спирали состоит из следующих этапов:

Настройка шага спирали. Чтобы труба не просто сворачивалась в плоское кольцо, а уходила вверх, формируя витки, на станке устанавливается специальный боковой упор. Он принудительно уводит выходящую из валков трубу в сторону под углом, задавая шаг спирали.

Контроль геометрии. Первые витки обязательно проверяются аркометром. Из-за разности партий металла, даже одной марки, коэффициент отпружинивания может отличаться, поэтому оператор станка корректирует положение нажимного ролика в процессе гибки.

4. Где применяется труба, согнутая в спираль: сферы использования изделий из черного и нержавеющего проката

Трубная спираль (или змеевик) — это уникальный геометрический элемент, который позволяет компактно разместить максимальную площадь поверхности в ограниченном объеме пространства. Благодаря этому свойству спирали из труб стали незаменимым компонентом в теплообменных процессах, машиностроении, тяжелой промышленности и даже в архитектурной среде, для декора строений или в качестве велосипедных парковок.

Выбор материала — черная углеродистая сталь или нержавеющая сталь — жестко разграничивает сферы применения таких спиралей из-за разницы в цене, коррозионной стойкости и гигиенических требованиях. Змеевики из нержавейки охлаждают сусло в пивоваренных танках, нагревают молоко при пастеризации, циркулируют хладагенты в производстве соков и кондитерских масс. Нержавеющая сталь не выделяет токсичных веществ и не меняет вкус продукта. В дистилляторах для получения сверхчистой воды, реакторах для синтеза лекарств и системах стерилизации медицинского инструмента используются только нержавеющие спирали.

Черные бесшовные трубы, согнутые в многовитковые змеевики, являются основой для твердотопливных, газовых и паровых котлов. По ним циркулирует теплоноситель (вода или пар), который нагревается топочными газами.