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 todos los sectores, la necesidad de realizar curvaturas complejas de tubos continúa sin cesar. Ya se trate de componentes estructurales, equipos médicos móviles, chasis para vehículos todoterreno o utilitarios, o incluso barras de seguridad metálicas en baños, cada proyecto es diferente.
Para lograr los resultados deseados se requiere buen equipo y, sobre todo, la experiencia adecuada. Como cualquier otra disciplina de fabricación, el doblado eficiente de tubos comienza con la esencia, los conceptos fundamentales que sustentan cualquier proyecto.
Ciertos factores esenciales ayudan a determinar el alcance de un proyecto de tuberías o de curvado de tuberías. Factores como el tipo de material, el uso final y el consumo anual estimado afectan directamente al proceso de fabricación, a los costes implicados y a los plazos de entrega.
El primer núcleo crítico es el grado de curvatura (DOB), o el ángulo formado por la curva. A continuación está 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. Por lo general, 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, incluyendo 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 denomina “1½-in” en el plano de la pieza. Tubo de 20-ga.
Las tuberías se especifican mediante un tamaño nominal (NPS), un número adimensional que describe el diámetro (en pulgadas) y una tabla de espesores de pared (o Sch.). Las tuberías vienen en una variedad de espesores de pared, según su uso. Los programas más comunes incluyen Sch. 5, 10, 40 y 80.
Un tubo de 1,66″ de diámetro exterior y 0,140 pulgadas de NPS marcaron la pared en el dibujo de la pieza, seguido del programa, en este caso, “1¼”.Shi.40 tubos”. El diagrama del plano de tuberías especifica el diámetro exterior y el espesor de 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 pared delgada (igual o inferior a 18 ga.) puede requerir más soporte en el arco de curvatura para evitar arrugas o deformaciones. En este caso, un doblado de calidad requerirá mandriles y otras herramientas.
Otro elemento importante es el radio de curvatura 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 y un diámetro exterior de tubería es de 6 pulgadas. Cuanto mayor sea el D de la curvatura, más fácil será formarla. Y cuanto menor sea el coeficiente de pared, más fácil será doblarla. Esta correlación entre el factor de pared y el D de la curvatura ayuda a determinar lo que se requiere para comenzar un proyecto de curvado de tuberías.
Figura 1. Para calcular el porcentaje de ovalidad, divida la diferencia entre el diámetro exterior máximo y mínimo por el diámetro exterior nominal.
Algunas especificaciones de proyectos exigen el uso de tubos o tuberías más delgadas para controlar los costos de los materiales. Sin embargo, las paredes más delgadas pueden requerir más tiempo de producción para mantener la forma y la uniformidad del tubo en las curvas y eliminar la posibilidad de arrugas. En algunos casos, estos mayores costos laborales superan el ahorro de materiales.
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 la dimensión mayor y la menor del diámetro exterior del tubo.
Por ejemplo, un tubo de 2″ de diámetro exterior puede medir hasta 1,975″ después de doblarlo. Esta diferencia de 0,025 pulgadas es el factor de ovalidad, que debe estar dentro de las tolerancias aceptables (véase la 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 a la ovalidad son el radio del codo D y el espesor de la pared. Doblar radios pequeños en materiales de paredes delgadas puede dificultar mantener la ovalidad dentro de los límites de tolerancia, pero es posible.
La ovalidad se controla colocando el mandril dentro del tubo durante el doblado o, en algunas especificaciones de piezas, utilizando tubos DOM estirados en el mandril desde el principio. (Los tubos DOM tienen tolerancias internas y externas muy estrictas). Cuanto menor sea la tolerancia de ovalidad, mayor será la cantidad de herramientas y el tiempo de producción potencial necesarios.
Las operaciones de doblado de tubos utilizan equipos de inspección especializados para verificar que las piezas formadas cumplan con las especificaciones y tolerancias (véase la figura 2). Cualquier ajuste necesario se puede transferir a la máquina CNC según se requiera.
Laminado. Ideal para producir curvas de gran radio, el laminado consiste en alimentar el tubo o la tubería a través de tres rodillos en una configuración triangular (véase la figura 3). Los dos rodillos exteriores, generalmente fijos, soportan la parte inferior del material, mientras que el rodillo interior ajustable presiona la parte superior del material.
Doblado por compresión. En este método bastante sencillo, la matriz de doblado permanece fija mientras que 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 curvatura deseado (véase la figura 4).
Doblar y torcer. 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 varilla metálica que sostienen el tubo cuando se dobla. El uso de un mandril evita que el tubo colapse, se aplane o se arrugue durante el doblado, manteniendo y protegiendo así la forma del tubo (véase la figura 5).
Esta disciplina incluye el doblado de radios múltiples para piezas complejas que requieren dos o más radios de línea central. El doblado de radios múltiples también es ideal para piezas con radios de línea central grandes (el utillaje rígido puede no ser una opción) o piezas complejas que necesitan ser conformadas en un ciclo completo.
Figura 2. Los equipos especializados proporcionan diagnósticos en tiempo real para ayudar a los operarios a confirmar las especificaciones de las piezas o a realizar las correcciones necesarias durante la producción.
Para realizar este tipo de doblado, se utiliza una dobladora rotativa equipada con dos o más juegos de herramientas, uno para cada radio deseado. Las configuraciones personalizadas en una prensa plegadora de doble cabezal (una para doblar hacia la derecha y otra para doblar hacia la izquierda) permiten obtener 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 figuras complejas sin necesidad de retirar el tubo ni utilizar ninguna otra maquinaria (véase la figura 6).
Para comenzar, el técnico configura la máquina según la geometría del tubo que figura en la hoja de datos de doblado o en el plano de producción, introduciendo o cargando las coordenadas del plano junto con los datos de longitud, rotación y ángulo. A continuación, se realiza la simulación de doblado para garantizar que el tubo pueda pasar libremente por la máquina y las herramientas durante el ciclo de doblado. Si la simulación muestra una colisión o interferencia, el operador ajusta la máquina según sea necesario.
Si bien este método suele ser necesario para piezas fabricadas en acero o acero inoxidable, se puede 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 del mismo tamaño que el tubo que se está doblando (véase la figura 7). Esta técnica es ideal para curvas angulares o de radio múltiple mayores de 180 grados con pocos segmentos rectos entre cada curva (las curvas de estiramiento rotacional tradicionales requieren algunos segmentos rectos para que la herramienta pueda sujetarla). 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 para la industria alimentaria y de bebidas, componentes de muebles y equipos médicos o sanitarios, son ideales para doblarlos libremente. Por el contrario, las piezas con paredes más gruesas pueden no ser candidatas viables.
Para la mayoría de los proyectos de doblado de tuberías se requieren herramientas. En el doblado rotatorio por estiramiento, 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 ser necesarios un mandril y una matriz limpiadora para lograr curvaturas aceptables. Las piezas con múltiples curvaturas requieren una pinza que sujete y se cierre suavemente hacia el exterior del tubo, gire según sea necesario y mueva el tubo a la siguiente curvatura.
El núcleo del proceso consiste en doblar la matriz para formar el radio de la línea central de la pieza. El canal cóncavo de la matriz se ajusta al diámetro exterior del tubo y ayuda a sujetar el material mientras se dobla. Al mismo tiempo, la matriz de presión sujeta y estabiliza el tubo mientras se enrolla alrededor de la matriz de doblado. La matriz de sujeción trabaja en conjunto con la matriz de presión para mantener el tubo contra el segmento recto de la matriz de doblado mientras se mueve. Cerca del final de la matriz de doblado, utilice una matriz rascadora cuando sea necesario para 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 soportar tuberías o tubos, evitar el colapso o la torsión 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 junto con el rascador, el accesorio y la matriz de presión; juntos aumentan la presión necesaria para sujetar, estabilizar y alisar la curva. El mandril de tapón es una varilla sólida para codos de radio grande en tuberías de pared gruesa que no requieren rascadores. Los mandriles de conformación son varillas sólidas con extremos doblados (o conformados) que se utilizan para soportar el interior de tubos de pared más gruesa o tubos doblados a un radio promedio. Además, los proyectos que requieren tubos cuadrados o rectangulares requieren mandriles especializados.
Para doblar tubos con precisión se requieren las herramientas y la configuración adecuadas. La mayoría de las empresas de doblado de tubos tienen las herramientas en stock. Si no están disponibles, se deben conseguir las herramientas necesarias para adaptarse al radio de curvatura específico.
El coste inicial para la creación de una matriz de doblado puede variar considerablemente. Este pago único cubre los materiales y el tiempo de producción necesarios para crear las herramientas requeridas, que normalmente se utilizan en proyectos posteriores. Si el diseño de la pieza es flexible en cuanto al 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 gestionar los costes y a acortar los plazos de entrega.
Figura 3. Ideal para la producción de curvas de gran radio, curvado por rodillos para formar un tubo o tubo con tres rodillos en una configuración triangular.
Los orificios, ranuras u otras características específicas en la curvatura o cerca de ella añaden una operación auxiliar al trabajo, ya que el corte por láser debe realizarse después de doblar el tubo. Las tolerancias también afectan al coste. Los trabajos muy exigentes pueden requerir mandriles o matrices adicionales, lo que puede aumentar el tiempo de preparación.
Los fabricantes deben tener en cuenta muchas variables a la hora de adquirir codos o curvas a medida. Factores como las herramientas, los materiales, la cantidad y la mano de obra influyen en este proceso.
Aunque las técnicas y los métodos de doblado de tuberías han avanzado con los años, muchos de los principios fundamentales del doblado de tuberías siguen siendo los mismos. Comprender estos principios y consultar con un proveedor experto le ayudará a obtener los mejores resultados.
FABRICATOR es la revista líder en Norteamérica para la industria de la conformación y fabricación de metales. La revista ofrece noticias, artículos técnicos y estudios de casos que permiten a los fabricantes realizar su trabajo de manera más eficiente. FABRICATOR lleva sirviendo a la industria desde 1970.
Ahora, con acceso completo a la edición digital de The FABRICATOR, tendrá fácil acceso a valiosos recursos de la industria.
La edición digital de The Tube & Pipe Journal ya está disponible en su totalidad, lo que facilita el acceso a valiosos recursos del sector.
Disfrute de acceso completo a la edición digital de STAMPING Journal, que ofrece los últimos avances tecnológicos, las mejores prácticas y las noticias del sector del estampado de metales.
Ahora, con acceso completo a la edición digital de The Fabricator en Español, tendrá fácil acceso a valiosos recursos de la industria.