La operación de doblado con mandril comienza su ciclo. El mandril se inserta en el diámetro interior del tubo. La matriz de doblado (izquierda) determina el radio. La matriz de sujeción (derecha) guía el tubo alrededor de la matriz de doblado para determinar el ángulo.
En todas las industrias, la necesidad de doblar tubos complejos continúa sin disminuir. Ya sean componentes estructurales, equipos médicos móviles, marcos para vehículos todo terreno o vehículos utilitarios, o incluso barras de seguridad de metal en baños, cada proyecto es diferente.
Para lograr los resultados deseados se necesita un buen equipamiento y, sobre todo, los conocimientos adecuados. Como cualquier otra disciplina de fabricación, el doblado eficiente de tubos comienza con la vitalidad central, los conceptos fundamentales que sustentan cualquier proyecto.
Algunos factores vitales básicos ayudan a determinar el alcance de un proyecto de doblado de tuberías o tubos. Factores como el tipo de material, el uso final y el uso anual estimado afectan directamente el proceso de fabricación, los costos involucrados y los plazos de entrega.
El primer núcleo crítico es el grado de curvatura (DOB), o el ángulo formado por la curva. El siguiente es el radio de la línea central (CLR), que se extiende a lo largo de la línea central de la tubería o tubo que se va a doblar. Normalmente, el CLR más ajustado que se puede lograr es el doble del diámetro de la tubería o tubo. Duplique el CLR para calcular el diámetro de la línea central (CLD), que es la distancia desde el eje de la línea central de la tubería o tubo a través de otra línea central de una curva de retorno de 180 grados.
El diámetro interior (DI) se mide en el punto más ancho de la abertura dentro de la tubería o tubo. El diámetro exterior (DE) se mide en el área más ancha de una tubería o tubo, incluida la pared. Finalmente, el espesor nominal de la pared se mide entre las superficies exterior e interior de la tubería o tubo.
La tolerancia estándar de la industria para el ángulo de curvatura es de ±1 grado. Cada empresa tiene un estándar interno que puede basarse en el equipo utilizado y en la experiencia y el conocimiento del operador de la máquina.
Los tubos se miden y cotizan según su diámetro exterior y calibre (es decir, espesor de pared). Los calibres comunes incluyen 10, 11, 12, 13, 14, 16, 18 y 20. Cuanto menor sea el calibre, más gruesa será la pared: 10-ga. El tubo tiene una pared de 0,134 pulgadas y 20-ga. El tubo tiene una pared de 0,035 pulgadas. Tubos de 1½” y 0,035″ de diámetro exterior. La pared se llama “1½ pulg.” en la impresión de la pieza. Tubo de 20 ga.
La tubería se especifica mediante un tamaño nominal de tubería (NPS), un número adimensional que describe el diámetro (en pulgadas) y una tabla de espesor de pared (o Sch.). Las tuberías vienen en una variedad de espesores de pared, dependiendo de su uso. Los programas populares incluyen Sch.5, 10, 40 y 80.
Una tubería de 1,66″ de diámetro exterior y 0,140 pulgadas de NPS marcó la pared en el plano de la pieza, seguido del programa, en este caso, “1¼”.Shi.40 tubos”. El cuadro del plano de la tubería especifica el diámetro exterior y el espesor de la pared del NPS y el plano asociados.
El factor de pared, que es la relación entre el diámetro exterior y el espesor de la pared, es otro factor importante para los codos. El uso de materiales de paredes delgadas (igual o menor a 18 ga.) puede requerir más soporte en el arco de curvatura para evitar arrugas o hundimientos. En este caso, un doblado de calidad requerirá mandriles y otras herramientas.
Otro elemento importante es la curva D, el diámetro del tubo en relación con el radio de curvatura, a menudo denominado radio de curvatura muchas veces mayor que el valor de D. Por ejemplo, un radio de curvatura 2D es de 3 pulgadas; el diámetro exterior de la tubería es de 6 pulgadas. Cuanto mayor sea el D de la curva, más fácil será formar la curva. Y cuanto menor sea el coeficiente de pared, más fácil será doblar. Esta correlación entre el factor de pared y la curva D ayuda a determinar lo que se requiere para iniciar un proyecto de curvatura de tuberías.
Figura 1. Para calcular el porcentaje de ovalidad, divida la diferencia entre el OD máximo y mínimo por el OD nominal.
Algunas especificaciones de proyectos requieren tuberías o cañerías más delgadas para controlar los costos de material. Sin embargo, las paredes más delgadas pueden requerir más tiempo de producción para mantener la forma y la consistencia del tubo en las curvas y eliminar la posibilidad de arrugas. En algunos casos, estos mayores costos de mano de obra superan los ahorros de material.
Cuando el tubo se dobla, puede perder el 100% de su forma redonda cerca y alrededor de la curva. Esta desviación se llama ovalidad y se define como la diferencia entre las dimensiones más grande y más pequeña del diámetro exterior del tubo.
Por ejemplo, un tubo de 2″ de diámetro exterior puede medir hasta 1,975″ después de doblarse. Esta diferencia de 0,025 pulgadas es el factor de ovalidad, que debe estar dentro de tolerancias aceptables (ver Figura 1). Dependiendo del uso final de la pieza, la tolerancia de ovalidad puede estar entre el 1,5% y el 8%.
Los principales factores que afectan la ovalidad son el codo D y el espesor de la pared. Doblar radios pequeños en materiales de paredes delgadas puede resultar difícil para mantener la ovalidad dentro de la tolerancia, pero se puede hacer.
La ovalidad se controla colocando el mandril dentro del tubo o tubería durante el doblado o, en algunas especificaciones de piezas, utilizando tubos (DOM) dibujados en el mandril desde el principio. (Los tubos DOM tienen tolerancias de diámetro interior y exterior muy ajustadas). Cuanto menor sea la tolerancia de ovalidad, más herramientas y más tiempo de producción potencial se requieren.
Las operaciones de doblado de tubos utilizan equipos de inspección especializados para verificar que las piezas formadas cumplan con las especificaciones y tolerancias (ver Figura 2). Cualquier ajuste necesario se puede transferir a la máquina CNC según sea necesario.
Rodillo. Ideal para producir curvas de radio grande, el doblado con rodillos implica alimentar el tubo o tubería a través de tres rodillos en una configuración triangular (ver Figura 3). Los dos rodillos externos, generalmente fijos, sostienen la parte inferior del material, mientras que el rodillo interno ajustable presiona la parte superior del material.
Doblado por compresión. En este método bastante simple, la matriz de doblado permanece estacionaria mientras la contramatriz dobla o comprime el material alrededor del accesorio. Este método no utiliza un mandril y requiere una coincidencia precisa entre la matriz de doblado y el radio de doblado deseado (ver Figura 4).
Torcer y doblar. Una de las formas más comunes de doblado de tubos es el doblado por estiramiento rotacional (también conocido como doblado con mandril), que utiliza matrices de doblado y presión y mandriles. Los mandriles son insertos o núcleos de varillas de metal que sostienen el tubo o la tubería cuando se dobla. El uso de un mandril evita que el tubo se colapse, se aplane o se arrugue durante el doblado, manteniendo y protegiendo así la forma del tubo (ver Figura 5).
Esta disciplina incluye el plegado multiradio para piezas complejas que requieren dos o más radios de línea central. El plegado multiradio también es ideal para piezas con radios de línea central grandes (las herramientas duras pueden no ser una opción) o piezas complejas que necesitan formarse en un ciclo completo.
Figura 2. El equipo especializado proporciona diagnósticos en tiempo real para ayudar a los operadores a confirmar las especificaciones de las piezas o abordar cualquier corrección necesaria durante la producción.
Para realizar este tipo de doblado, se proporciona una dobladora rotatoria con dos o más juegos de herramientas, uno para cada radio deseado. Las configuraciones personalizadas en una prensa plegadora de cabezal doble (una para doblar hacia la derecha y otra para doblar hacia la izquierda) pueden proporcionar radios pequeños y grandes en la misma pieza. La transición entre los codos izquierdo y derecho se puede repetir tantas veces como sea necesario, lo que permite formar completamente formas complejas sin quitar el tubo ni involucrar otra maquinaria (ver Figura 6).
Para comenzar, el técnico configura la máquina de acuerdo con la geometría del tubo que figura en la hoja de datos de curvatura o en la impresión de producción, ingresando o cargando las coordenadas de la impresión junto con los datos de longitud, rotación y ángulo. Luego viene la simulación de curvatura para garantizar que el tubo pueda pasar por la máquina y las herramientas durante el ciclo de curvatura. Si la simulación muestra una colisión o interferencia, el operador ajusta la máquina según sea necesario.
Si bien este método generalmente se requiere para piezas hechas de acero o acero inoxidable, se pueden adaptar a la mayoría de los metales industriales, espesores de pared y longitudes.
Doblado libre. Un método más interesante, el doblado libre utiliza una matriz que es del mismo tamaño que el tubo o tubería que se va a doblar (ver Figura 7). Esta técnica es excelente para curvas angulares o de radio múltiple mayores a 180 grados con pocos segmentos rectos entre cada curva (las curvas de estiramiento rotacional tradicionales requieren algunos segmentos rectos para que la herramienta los agarre). El doblado libre no requiere sujeción, por lo que elimina cualquier posibilidad de marcar tubos o tuberías.
Los tubos de paredes delgadas, que se utilizan a menudo en maquinaria de alimentos y bebidas, componentes de muebles y equipos médicos o de atención médica, son ideales para la curvatura libre. Por el contrario, las piezas con paredes más gruesas pueden no ser candidatas viables.
Se requieren herramientas para la mayoría de los proyectos de doblado de tubos. En el doblado por estiramiento rotatorio, las tres herramientas más importantes son las matrices de doblado, las matrices de presión y las matrices de sujeción. Dependiendo del radio de curvatura y el espesor de la pared, también pueden requerirse un mandril y una matriz limpiadora para lograr curvas aceptables. Las piezas con múltiples curvas requieren una pinza que sujete y cierre suavemente el exterior del tubo, gire según sea necesario y mueva el tubo a la siguiente curva.
El corazón del proceso es doblar la matriz para formar el radio de la línea central de la pieza. La matriz de canal cóncavo de la matriz se ajusta al diámetro exterior del tubo y ayuda a sujetar el material a medida que se dobla. Al mismo tiempo, la matriz de presión sostiene y estabiliza el tubo a medida que se enrolla alrededor de la matriz de doblado. La matriz de sujeción trabaja en conjunto con la matriz de presión para sujetar el tubo contra el segmento recto de la matriz de doblado a medida que se mueve. Cerca del final de la matriz de doblado, use una matriz doctor cuando sea necesario alisar la superficie del material, sostener las paredes del tubo y evitar arrugas y bandas.
Mandriles, insertos de aleación de bronce o acero cromado para sostener tuberías o tubos, evitar el colapso o la torcedura del tubo y minimizar la ovalidad. El tipo más común es el mandril de bola. Ideal para curvas de radio múltiple y para piezas de trabajo con espesores de pared estándar, el mandril de bola se utiliza en tándem con el limpiador, el accesorio y la matriz de presión; juntos aumentan la presión necesaria para sostener, estabilizar y suavizar la curva. El mandril de tapón es una varilla sólida para codos de radio grande en tuberías de paredes gruesas que no requieren limpiadores. Los mandriles de formación son varillas sólidas con extremos doblados (o formados) que se utilizan para sostener el interior de tubos de paredes más gruesas o tubos doblados a un radio promedio. Además, los proyectos que requieren tubos cuadrados o rectangulares requieren mandriles especializados.
Para realizar un doblado preciso se requieren herramientas y una configuración adecuadas. La mayoría de las empresas de doblado de tubos tienen herramientas en stock. Si no están disponibles, se deben conseguir herramientas que se adapten al radio de curvatura específico.
El cargo inicial para crear una matriz de doblado puede variar ampliamente. Esta tarifa única cubre los materiales y el tiempo de producción necesarios para crear las herramientas necesarias, que normalmente se utilizan para proyectos posteriores. Si el diseño de la pieza es flexible en términos de radio de curvatura, los desarrolladores de productos pueden ajustar sus especificaciones para aprovechar las herramientas de doblado existentes del proveedor (en lugar de utilizar herramientas nuevas). Esto ayuda a administrar los costos y acortar los plazos de entrega.
Figura 3. Ideal para la producción de curvas de gran radio, doblado por rodillos para formar un tubo o tubo con tres rodillos en configuración triangular.
Los orificios, ranuras u otras características específicas en la curva o cerca de ella agregan una operación auxiliar al trabajo, ya que el corte por láser debe realizarse después de doblar el tubo. Las tolerancias también afectan el costo. Los trabajos muy exigentes pueden requerir mandriles o matrices adicionales, lo que puede aumentar el tiempo de configuración.
Hay muchas variables que los fabricantes deben tener en cuenta al adquirir codos o curvas personalizados. Factores como las herramientas, los materiales, la cantidad y la mano de obra juegan un papel importante.
Aunque las técnicas y métodos de doblado de tuberías han avanzado a lo largo de los años, muchos fundamentos del doblado de tuberías siguen siendo los mismos. Comprender los fundamentos y consultar con un proveedor experto le ayudará a obtener los mejores resultados.
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