L'opération de cintrage du mandrin commence son cycle. Le mandrin est inséré dans le diamètre intérieur du tube. La matrice de cintrage (à gauche) détermine le rayon. La matrice de serrage (à droite) guide le tube autour de la matrice de cintrage pour déterminer l'angle.
Dans tous les secteurs, le besoin de cintrage de tubes complexes ne faiblit pas. Qu'il s'agisse de composants structurels, d'équipements médicaux mobiles, de châssis pour VTT ou véhicules utilitaires, ou même de barres de sécurité métalliques dans les salles de bains, chaque projet est différent.
Pour obtenir les résultats souhaités, il faut un bon équipement et surtout une expertise adéquate. Comme toute autre discipline de fabrication, un cintrage efficace des tubes commence par la vitalité de base, les concepts fondamentaux qui sous-tendent tout projet.
Certaines caractéristiques essentielles aident à déterminer la portée d'un projet de tuyau ou de cintrage de tuyau. Des facteurs tels que le type de matériau, l'utilisation finale et l'utilisation annuelle estimée affectent directement le processus de fabrication, les coûts impliqués et les délais de livraison.
Le premier élément critique est le degré de courbure (DOB), ou l'angle formé par le coude. Vient ensuite le rayon de la ligne centrale (CLR), qui longe la ligne centrale du tuyau ou du tube à cintrer. En règle générale, le CLR le plus serré réalisable est le double du diamètre du tuyau ou du tube. Doublez le CLR pour calculer le diamètre de la ligne centrale (CLD), qui est la distance entre l'axe de la ligne centrale du tuyau ou du tuyau et une autre ligne centrale d'un coude de retour à 180 degrés.
Le diamètre intérieur (ID) est mesuré au point le plus large de l'ouverture à l'intérieur du tuyau ou du tube. Le diamètre extérieur (OD) est mesuré sur la zone la plus large d'un tuyau ou d'un tube, y compris la paroi. Enfin, l'épaisseur nominale de la paroi est mesurée entre les surfaces extérieure et intérieure du tuyau ou du tube.
La tolérance standard de l'industrie pour l'angle de pliage est de ± 1 degré. Chaque entreprise dispose d'une norme interne qui peut être basée sur l'équipement utilisé et sur l'expérience et les connaissances de l'opérateur de la machine.
Les tubes sont mesurés et cotés en fonction de leur diamètre extérieur et de leur calibre (c'est-à-dire l'épaisseur de la paroi). Les calibres courants comprennent 10, 11, 12, 13, 14, 16, 18 et 20. Plus le calibre est bas, plus la paroi est épaisse : 10 ga. Le tube a une paroi de 0,134 pouce et 20 ga. Le tube a une paroi de 0,035 pouce. Tubes de 1½" et 0,035" de diamètre extérieur. La paroi est appelée « 1½ po » sur l'impression de la pièce. Tube de 20 ga.
Le tuyau est spécifié par une taille nominale de tuyau (NPS), un nombre sans dimension décrivant le diamètre (en pouces) et un tableau d'épaisseur de paroi (ou Sch.). Les tuyaux sont disponibles dans une variété d'épaisseurs de paroi, en fonction de leur utilisation. Les programmes populaires incluent Sch.5, 10, 40 et 80.
Un tuyau de 1,66″ de diamètre extérieur et de 0,140 pouce de NPS marquait la paroi sur le dessin de la pièce, suivi du programme – dans ce cas, « 1¼″.Shi.40 tubes. » Le tableau du plan de tuyauterie spécifie le diamètre extérieur et l'épaisseur de la paroi du NPS et du plan associés.
Le facteur de paroi, qui est le rapport entre le diamètre extérieur et l'épaisseur de la paroi, est un autre facteur important pour les coudes. L'utilisation de matériaux à parois minces (égales ou inférieures à 18 ga) peut nécessiter davantage de soutien au niveau de l'arc de courbure pour éviter les plis ou l'affaissement. Dans ce cas, un pliage de qualité nécessitera des mandrins et d'autres outils.
Un autre élément important est le coude D, le diamètre du tube par rapport au rayon de courbure, souvent appelé rayon de courbure plusieurs fois plus grand que la valeur de D. Par exemple, un rayon de courbure 2D est de 3 pouces - le diamètre extérieur d'un tuyau est de 6 pouces. Plus le D du coude est élevé, plus le coude est facile à former. Et plus le coefficient de paroi est faible, plus il est facile à plier. Cette corrélation entre le facteur de paroi et le coude D aide à déterminer ce qui est nécessaire pour démarrer un projet de pliage de tuyau.
Figure 1. Pour calculer le pourcentage d'ovalité, divisez la différence entre le diamètre extérieur maximal et minimal par le diamètre extérieur nominal.
Certaines spécifications de projet nécessitent des tubes ou des tuyauteries plus minces pour gérer les coûts des matériaux. Cependant, des parois plus minces peuvent nécessiter plus de temps de production pour maintenir la forme et la consistance du tube au niveau des coudes et éliminer les risques de plis. Dans certains cas, ces coûts de main-d'œuvre accrus l'emportent sur les économies de matériaux.
Lorsque le tube se plie, il peut perdre 100 % de sa forme ronde à proximité et autour du coude. Cet écart est appelé ovalisation et est défini comme la différence entre les dimensions les plus grandes et les plus petites du diamètre extérieur du tube.
Par exemple, un tube de 2″ de diamètre extérieur peut mesurer jusqu’à 1,975″ après pliage. Cette différence de 0,025 pouce est le facteur d’ovalité, qui doit être dans les tolérances acceptables (voir la figure 1). Selon l’utilisation finale de la pièce, la tolérance d’ovalité peut être comprise entre 1,5 % et 8 %.
Les principaux facteurs affectant l'ovalisation sont le coude D et l'épaisseur de la paroi. La courbure de petits rayons dans des matériaux à parois minces peut être difficile à maintenir dans la tolérance de l'ovalisation, mais cela peut être fait.
L'ovalisation est contrôlée en plaçant le mandrin à l'intérieur du tube ou du tuyau pendant le cintrage, ou dans certaines spécifications de pièces, en utilisant un tube (DOM) tiré sur le mandrin dès le départ. (Le tube DOM a des tolérances ID et OD très serrées.) Plus la tolérance d'ovalisation est faible, plus l'outillage et le temps de production potentiel sont nécessaires.
Les opérations de cintrage de tubes utilisent un équipement d'inspection spécialisé pour vérifier que les pièces formées répondent aux spécifications et aux tolérances (voir la figure 2). Tous les ajustements nécessaires peuvent être transférés à la machine CNC selon les besoins.
Idéal pour produire des courbes à grand rayon, le cintrage par roulage consiste à faire passer le tuyau ou le tube à travers trois rouleaux dans une configuration triangulaire (voir figure 3). Les deux rouleaux extérieurs, généralement fixes, soutiennent le bas du matériau, tandis que le rouleau intérieur réglable appuie sur le dessus du matériau.
Pliage par compression. Dans cette méthode assez simple, la matrice de pliage reste stationnaire tandis que la contre-matrice plie ou comprime le matériau autour du dispositif. Cette méthode n'utilise pas de mandrin et nécessite une correspondance précise entre la matrice de pliage et le rayon de pliage souhaité (voir Figure 4).
Torsion et pliage. L'une des formes les plus courantes de cintrage de tubes est le cintrage par étirement rotatif (également connu sous le nom de cintrage au mandrin), qui utilise des matrices et des mandrins de cintrage et de pression. Les mandrins sont des inserts ou des noyaux de tige métallique qui soutiennent le tuyau ou le tube lorsqu'il est plié. L'utilisation d'un mandrin empêche le tube de s'effondrer, de s'aplatir ou de se froisser pendant le cintrage, maintenant et protégeant ainsi la forme du tube (voir Figure 5).
Cette discipline comprend le pliage multi-rayons pour les pièces complexes nécessitant deux rayons d'axe ou plus. Le pliage multi-rayons est également idéal pour les pièces avec de grands rayons d'axe (l'outillage dur peut ne pas être une option) ou les pièces complexes qui doivent être formées en un seul cycle complet.
Figure 2. L’équipement spécialisé fournit des diagnostics en temps réel pour aider les opérateurs à confirmer les spécifications des pièces ou à apporter les corrections nécessaires pendant la production.
Pour réaliser ce type de pliage, une cintreuse rotative est équipée de deux ou plusieurs jeux d'outils, un pour chaque rayon souhaité. Des configurations personnalisées sur une presse plieuse à double tête - une pour le pliage à droite et l'autre pour le pliage à gauche - peuvent fournir des rayons petits et grands sur la même pièce. La transition entre les coudes gauche et droit peut être répétée autant de fois que nécessaire, ce qui permet de former entièrement des formes complexes sans retirer le tube ni impliquer d'autres machines (voir Figure 6).
Pour commencer, le technicien configure la machine en fonction de la géométrie du tube répertoriée dans la fiche de données de pliage ou dans l'impression de production, en saisissant ou en téléchargeant les coordonnées de l'impression ainsi que les données de longueur, de rotation et d'angle. Vient ensuite la simulation de pliage pour garantir que le tube pourra dégager la machine et les outils pendant le cycle de pliage. Si la simulation montre une collision ou une interférence, l'opérateur ajuste la machine selon les besoins.
Bien que cette méthode soit généralement requise pour les pièces en acier ou en acier inoxydable, la plupart des métaux industriels, des épaisseurs de paroi et des longueurs peuvent être pris en charge.
Pliage libre. Une méthode plus intéressante, le pliage libre utilise une matrice de la même taille que le tuyau ou le tube à plier (voir Figure 7). Cette technique est idéale pour les pliages angulaires ou multi-rayons supérieurs à 180 degrés avec peu de segments droits entre chaque pliage (les pliages rotatifs traditionnels nécessitent quelques segments droits pour que l'outil puisse les saisir). Le pliage libre ne nécessite pas de serrage, il élimine donc toute possibilité de marquage des tubes ou des tuyaux.
Les tubes à parois minces, souvent utilisés dans les machines pour l'industrie alimentaire et les boissons, les composants de meubles et les équipements médicaux ou de santé, sont idéaux pour le pliage libre. À l'inverse, les pièces à parois plus épaisses peuvent ne pas être des candidats viables.
Des outils sont nécessaires pour la plupart des projets de cintrage de tuyaux. Dans le cintrage par étirement rotatif, les trois outils les plus importants sont les matrices de cintrage, les matrices de pression et les matrices de serrage. Selon le rayon de courbure et l'épaisseur de la paroi, un mandrin et une matrice d'essuyage peuvent également être nécessaires pour obtenir des courbures acceptables. Les pièces avec plusieurs courbures nécessitent une pince qui saisit et se ferme doucement à l'extérieur du tube, tourne selon les besoins et déplace le tube vers le cintrage suivant.
Le cœur du processus est le pliage de la matrice pour former le rayon de la ligne centrale de la pièce. La matrice à canal concave de la matrice s'adapte au diamètre extérieur du tube et aide à maintenir le matériau pendant qu'il se plie. En même temps, la matrice de pression maintient et stabilise le tube lorsqu'il est enroulé autour de la matrice de pliage. La matrice de serrage fonctionne en conjonction avec la matrice de pressage pour maintenir le tube contre le segment droit de la matrice de pliage pendant son déplacement. Près de l'extrémité de la matrice de pliage, utilisez une matrice de docteur lorsqu'il est nécessaire de lisser la surface du matériau, de soutenir les parois du tube et d'éviter les plis et les bandes.
Mandrins, inserts en alliage de bronze ou en acier chromé pour soutenir les tuyaux ou les tubes, empêcher l'affaissement ou le pliage des tubes et minimiser l'ovalisation. Le type le plus courant est le mandrin à bille. Idéal pour les coudes à rayons multiples et pour les pièces à épaisseurs de paroi standard, le mandrin à bille est utilisé en tandem avec le racleur, le dispositif de fixation et la matrice de pression ; ensemble, ils augmentent la pression nécessaire pour maintenir, stabiliser et lisser le coude. Le mandrin à bouchon est une tige solide pour les coudes à grand rayon dans les tuyaux à parois épaisses qui ne nécessitent pas de racleurs. Les mandrins de formage sont des tiges solides avec des extrémités pliées (ou formées) utilisées pour soutenir l'intérieur des tubes à parois plus épaisses ou des tubes pliés à un rayon moyen. De plus, les projets nécessitant des tubes carrés ou rectangulaires nécessitent des mandrins spécialisés.
Un pliage précis nécessite un outillage et une configuration appropriés. La plupart des entreprises de cintrage de tuyaux ont des outils en stock. S'ils ne sont pas disponibles, l'outillage doit être acheté pour s'adapter au rayon de courbure spécifique.
Le coût initial de création d'une matrice de pliage peut varier considérablement. Ces frais uniques couvrent les matériaux et le temps de production nécessaires à la création des outils requis, qui sont généralement utilisés pour les projets ultérieurs. Si la conception de la pièce est flexible en termes de rayon de courbure, les développeurs de produits peuvent ajuster leurs spécifications pour tirer parti de l'outillage de pliage existant du fournisseur (plutôt que d'utiliser un nouvel outillage). Cela permet de gérer les coûts et de raccourcir les délais.
Figure 3. Idéal pour la production de coudes à grand rayon, le cintrage par roulage pour former un tube ou un tube à trois rouleaux dans une configuration triangulaire.
Les trous, fentes ou autres caractéristiques spécifiés au niveau ou à proximité du coude ajoutent une opération auxiliaire au travail, car le laser doit être coupé après le pliage du tube. Les tolérances affectent également le coût. Les travaux très exigeants peuvent nécessiter des mandrins ou des matrices supplémentaires, ce qui peut augmenter le temps de configuration.
Les fabricants doivent prendre en compte de nombreuses variables lors de l'approvisionnement en coudes ou en courbes personnalisés. Des facteurs tels que les outils, les matériaux, la quantité et la main-d'œuvre jouent tous un rôle.
Bien que les techniques et méthodes de cintrage de tuyaux aient progressé au fil des ans, de nombreux principes fondamentaux du cintrage de tuyaux restent les mêmes. Comprendre les principes fondamentaux et consulter un fournisseur compétent vous aidera à obtenir les meilleurs résultats.
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