A operación de curvatura do mandril comeza o seu ciclo. O mandril insírese no diámetro interior do tubo. A matriz de curvatura (esquerda) determina o raio. A matriz de suxeición (dereita) guía o tubo arredor da matriz de curvatura para determinar o ángulo.
En todas as industrias, a necesidade de curvar tubos complexos continúa sen cesar. Xa sexan compoñentes estruturais, equipos médicos móbiles, bastidores para vehículos todo terreo ou vehículos utilitarios, ou mesmo barras de seguridade metálicas en baños, cada proxecto é diferente.
Conseguir os resultados desexados require un bo equipamento e, sobre todo, a experiencia axeitada. Como calquera outra disciplina de fabricación, o curvado eficiente de tubos comeza coa vitalidade central, os conceptos fundamentais que subxacen a calquera proxecto.
Algunha vitalidade fundamental axuda a determinar o alcance dun proxecto de tubos ou de curvado de tubos. Factores como o tipo de material, o uso final e o uso anual estimado afectan directamente o proceso de fabricación, os custos implicados e os prazos de entrega.
O primeiro núcleo crítico é o grao de curvatura (DOB) ou o ángulo formado pola curva. A continuación está o raio da liña central (CLR), que percorre a liña central da tubaxe ou tubo que se vai curvar. Normalmente, o CLR máis axustado que se pode conseguir é o dobre do diámetro da tubaxe ou tubo. Duplique o CLR para calcular o diámetro da liña central (CLD), que é a distancia desde o eixe da liña central da tubaxe ou tubo a través doutra liña central dunha curva de retorno de 180 graos.
O diámetro interior (DI) mídese no punto máis ancho da abertura dentro do tubo ou tubaxe. O diámetro exterior (DE) mídese sobre a área máis ancha dun tubo ou tubaxe, incluíndo a parede. Finalmente, o grosor nominal da parede mídese entre as superficies exterior e interior do tubo ou tubaxe.
A tolerancia estándar da industria para o ángulo de curvatura é de ±1 grao. Cada empresa ten un estándar interno que pode basearse no equipo utilizado e na experiencia e coñecementos do operador da máquina.
Os tubos mídense e cótanse segundo o seu diámetro exterior e calibre (é dicir, o grosor da parede). Os calibres comúns inclúen 10, 11, 12, 13, 14, 16, 18 e 20. Canto menor sexa o calibre, máis grosa será a parede: calibre 10. O tubo ten unha parede de 0,134 polgadas e calibre 20. O tubo ten unha parede de 0,035 polgadas. Tubo de 1½” e 0,035″ de diámetro exterior. A parede chámase "1½ polgadas" na impresión da peza. Tubo de calibre 20.
As tubaxes especifícanse mediante un tamaño nominal de tubaxe (NPS), un número adimensional que describe o diámetro (en polgadas) e unha táboa de espesores de parede (ou Sch.). As tubaxes veñen nunha variedade de espesores de parede, dependendo do seu uso. Os programas populares inclúen Sch.5, 10, 40 e 80.
Un tubo de 1,66 polgadas de diámetro exterior e 0,140 polgadas de NPS marcou a parede no debuxo da peza, seguido da programación; neste caso, tubos de "1¼".Shi 0,40". O gráfico do plano de tubos especifica o diámetro exterior e o grosor da parede do NPS e o plano asociados.
O factor de parede, que é a relación entre o diámetro exterior e o grosor da parede, é outro factor importante para os cóbados. O uso de materiais de parede fina (igual ou inferior a 18 calibre) pode requirir máis soporte no arco de curvatura para evitar engurras ou afundimentos. Neste caso, unha curvatura de calidade requirirá mandriles e outras ferramentas.
Outro elemento importante é a curvatura D, o diámetro do tubo en relación co radio de curvatura, a miúdo denominado radio de curvatura moitas veces maior que o valor de D. Por exemplo, un radio de curvatura 2D é de 3 polgadas. O diámetro exterior dunha tubaxe é de 6 polgadas. Canto maior sexa o D da curvatura, máis fácil será de formar. E canto menor sexa o coeficiente da parede, máis fácil será de dobrar. Esta correlación entre o factor de parede e a curvatura D axuda a determinar o que se require para iniciar un proxecto de curvatura de tubaxes.
Figura 1. Para calcular a porcentaxe de ovalidade, divida a diferenza entre o diámetro exterior máximo e mínimo polo diámetro exterior nominal.
Algunhas especificacións de proxectos requiren tubos ou canalizacións máis delgados para xestionar os custos dos materiais. Non obstante, as paredes máis delgadas poden requirir máis tempo de produción para manter a forma e a consistencia do tubo nas curvas e eliminar a posibilidade de engurras. Nalgúns casos, este aumento dos custos laborais supera o aforro de materiais.
Cando o tubo se curva, pode perder o 100 % da súa forma redonda preto e arredor da curva. Esta desviación chámase ovalidade e defínese como a diferenza entre a dimensión maior e a menor do diámetro exterior do tubo.
Por exemplo, un tubo de 2″ de diámetro exterior pode medir ata 1,975″ despois de dobralo. Esta diferenza de 0,025 polgadas é o factor de ovalidade, que debe estar dentro das tolerancias aceptables (véxase a Figura 1). Dependendo do uso final da peza, a tolerancia para a ovalidade pode estar entre o 1,5 % e o 8 %.
Os principais factores que afectan á ovalidade son o cóbado D e o grosor da parede. Pode ser difícil manter a ovalidade dentro da tolerancia en materiais de parede fina con raios de curvatura pequenos, pero pódese facer.
A ovalidade contrólase colocando o mandril dentro do tubo ou tubaxe durante a curvatura ou, nalgunhas especificacións de pezas, usando tubos (DOM) debuxados no mandril desde o principio (os tubos DOM teñen tolerancias de diámetro interior e exterior moi axustadas). Canto menor sexa a tolerancia de ovalidade, máis ferramentas e tempo de produción potencial se requiren.
As operacións de curvado de tubos empregan equipos de inspección especializados para verificar que as pezas conformadas cumpren as especificacións e tolerancias (véxase a Figura 2). Calquera axuste necesario pódese transferir á máquina CNC segundo sexa necesario.
rolo. Ideal para producir curvas de radio grande, a curvatura por rolos implica alimentar o tubo ou a tubaxe a través de tres rolos nunha configuración triangular (ver Figura 3). Os dous rolos exteriores, xeralmente fixos, soportan a parte inferior do material, mentres que o rolo interior axustable presiona a parte superior do material.
Flexión por compresión. Neste método bastante sinxelo, a matriz de flexión permanece estacionaria mentres que a contramatriz flexiona ou comprime o material arredor da fixación. Este método non usa un mandril e require unha coincidencia precisa entre a matriz de flexión e o radio de flexión desexado (véxase a Figura 4).
Torsión e dobra. Unha das formas máis comúns de dobrado de tubos é o dobrado por estiramento rotacional (tamén coñecido como dobrado por mandril), que utiliza matrices e mandriles de dobrado e presión. Os mandriles son insercións ou núcleos de varas metálicas que soportan o tubo ou a tubaxe cando se dobra. O uso dun mandril impide que o tubo se colapse, se aplane ou se engurre durante o dobrado, mantendo e protexendo así a forma do tubo (véxase a Figura 5).
Esta disciplina inclúe a flexión multirraio para pezas complexas que requiren dous ou máis raios de liña central. A flexión multirraio tamén é ideal para pezas con raios de liña central grandes (a ferramenta dura pode non ser unha opción) ou pezas complexas que precisan ser formadas nun ciclo completo.
Figura 2. Os equipos especializados proporcionan diagnósticos en tempo real para axudar aos operadores a confirmar as especificacións das pezas ou a abordar calquera corrección necesaria durante a produción.
Para realizar este tipo de dobrado, unha dobradora rotativa está equipada con dous ou máis conxuntos de ferramentas, un para cada radio desexado. As configuracións personalizadas nunha prensa dobradora de dobre cabezal (unha para dobrar á dereita e a outra para dobrar á esquerda) poden proporcionar radios pequenos e grandes na mesma peza. A transición entre os cóbados esquerdo e dereito pódese repetir tantas veces como sexa necesario, o que permite que se formen completamente formas complexas sen retirar o tubo nin implicar ningunha outra maquinaria (véxase a Figura 6).
Para comezar, o técnico configura a máquina segundo a xeometría do tubo que aparece na folla de datos de curvatura ou na impresión de produción, introducindo ou cargando as coordenadas da impresión xunto cos datos de lonxitude, rotación e ángulo. A continuación, realízase a simulación de curvatura para garantir que o tubo poida pasar por diante da máquina e das ferramentas durante o ciclo de curvatura. Se a simulación mostra unha colisión ou interferencia, o operador axusta a máquina segundo sexa necesario.
Aínda que este método adoita requirirse para pezas feitas de aceiro ou aceiro inoxidable, pódese usar na maioría dos metais industriais, grosores de parede e lonxitudes.
Curva libre. Un método máis interesante, a curva libre, emprega unha matriz do mesmo tamaño que o tubo ou a tubaxe que se vai curvar (véxase a Figura 7). Esta técnica é ideal para curvas angulares ou de radio múltiple superiores a 180 graos con poucos segmentos rectos entre cada curva (as curvas tradicionais de estiramento rotacional requiren algúns segmentos rectos para que a ferramenta os agarre). A curva libre non require fixación, polo que elimina calquera posibilidade de marcar tubos ou tubaxes.
Os tubos de parede fina, que se empregan a miúdo en maquinaria para alimentos e bebidas, compoñentes de mobles e equipos médicos ou sanitarios, son ideais para a flexión libre. Pola contra, as pezas con paredes máis grosas poden non ser candidatas viables.
A maioría dos proxectos de curvado de tubos requiren ferramentas. No curvado por estiramento rotatorio, as tres ferramentas máis importantes son as matrices de curvado, as matrices de presión e as matrices de suxeición. Dependendo do radio de curvado e do grosor da parede, tamén poden ser necesarios un mandril e unha matriz de raspador para conseguir curvas aceptables. As pezas con varias curvas requiren unha pinza que agarre e se peche suavemente ao exterior do tubo, xire segundo sexa necesario e mova o tubo á seguinte curva.
O corazón do proceso é dobrar a matriz para formar o raio da liña central da peza. A matriz de canal cóncavo da matriz axústase ao diámetro exterior do tubo e axuda a suxeitar o material mentres se dobra. Ao mesmo tempo, a matriz de presión suxeita e estabiliza o tubo mentres se enrola arredor da matriz de dobrado. A matriz de suxeición funciona en conxunto coa matriz de prensado para suxeitar o tubo contra o segmento recto da matriz de dobrado mentres se move. Preto do final da matriz de dobrado, use unha matriz de rasqueta cando sexa necesario alisar a superficie do material, suxeitar as paredes do tubo e evitar a formación de engurras e bandas.
Mandriles, insercións de aliaxe de bronce ou aceiro cromado para soportar tubos ou tubos, evitar o colapso ou a torsión do tubo e minimizar a ovalidade. O tipo máis común é o mandril de bóla. Ideal para curvas de varios radios e para pezas con grosores de parede estándar, o mandril de bóla úsase en conxunto co raspador, a fixación e a matriz de presión; xuntos aumentan a presión necesaria para suxeitar, estabilizar e alisar a curva. O mandril de tapón é unha vara sólida para cóbados de radio grande en tubos de parede grosa que non requiren raspadores. Os mandriles de conformado son varas sólidas con extremos curvados (ou formados) que se usan para soportar o interior de tubos de parede grosa ou tubos curvados a un radio medio. Ademais, os proxectos que requiren tubos cadrados ou rectangulares requiren mandriles especializados.
Un dobrado preciso require ferramentas e unha configuración axeitadas. A maioría das empresas de dobrado de tubos teñen ferramentas en stock. Se non están dispoñibles, débese obter ferramentas que se axusten ao radio de dobrado específico.
O custo inicial para crear unha matriz de curvatura pode variar moito. Esta tarifa única cobre os materiais e o tempo de produción necesarios para crear as ferramentas requiridas, que normalmente se usan para proxectos posteriores. Se o deseño da peza é flexible en termos de radio de curvatura, os desenvolvedores de produtos poden axustar as súas especificacións para aproveitar as ferramentas de curvatura existentes do provedor (en lugar de usar ferramentas novas). Isto axuda a xestionar os custos e a acurtar os prazos de entrega.
Figura 3. Ideal para a produción de curvas de gran radio, curvado por rolos para formar un tubo ou tubo con tres rolos nunha configuración triangular.
Os orificios, as ranuras ou outras características especificadas na curva ou preto dela engaden unha operación auxiliar ao traballo, xa que o láser debe cortarse despois de dobrar o tubo. As tolerancias tamén afectan o custo. Os traballos moi esixentes poden requirir mandriles ou matrices adicionais, o que pode aumentar o tempo de configuración.
Hai moitas variables que os fabricantes deben ter en conta ao obter cóbados ou curvas personalizadas. Factores como as ferramentas, os materiais, a cantidade e a man de obra inflúen.
Aínda que as técnicas e os métodos de curvado de tubos avanzaron ao longo dos anos, moitos dos fundamentos do curvado de tubos seguen sendo os mesmos. Comprender os fundamentos e consultar cun provedor experto axudarache a obter os mellores resultados.
FABRICATOR é a revista líder da industria de conformado e fabricación de metais en América do Norte. A revista ofrece noticias, artigos técnicos e casos prácticos que permiten aos fabricantes facer o seu traballo de forma máis eficiente. FABRICATOR leva servindo á industria desde 1970.
Agora, con acceso completo á edición dixital de The FABRICATOR, acceso sinxelo a recursos valiosos da industria.
A edición dixital de The Tube & Pipe Journal xa é totalmente accesible, o que proporciona un acceso sinxelo a valiosos recursos do sector.
Goza de acceso completo á edición dixital de STAMPING Journal, que ofrece os últimos avances tecnolóxicos, as mellores prácticas e as novidades do sector para o mercado da estampación de metais.
Agora, con acceso completo á edición dixital de The Fabricator en Español, tes acceso doado a recursos valiosos da industria.