L'operazione di piegatura del mandrino inizia il suo ciclo. Il mandrino viene inserito nel diametro interno del tubo. La matrice di piegatura (sinistra) determina il raggio. La matrice di serraggio (destra) guida il tubo attorno alla matrice di piegatura per determinare l'angolo.
In tutti i settori, la necessità di piegare tubi complessi continua incessantemente. Che si tratti di componenti strutturali, apparecchiature mediche mobili, telai per quad o veicoli utilitari o persino barre di sicurezza metalliche nei bagni, ogni progetto è diverso.
Per ottenere i risultati desiderati sono necessarie buone attrezzature e soprattutto le giuste competenze. Come qualsiasi altra disciplina manifatturiera, la piegatura efficiente dei tubi inizia con la vitalità del nucleo, i concetti fondamentali che sono alla base di qualsiasi progetto.
Alcuni aspetti vitali del nucleo aiutano a determinare la portata di un progetto di tubazione o di curvatura di tubazioni. Fattori quali il tipo di materiale, l'uso finale e la stima del consumo annuo influiscono direttamente sul processo di produzione, sui costi coinvolti e sui tempi di consegna.
Il primo elemento fondamentale è il grado di curvatura (DOB), ovvero l'angolo formato dalla curva. Il successivo è il raggio della linea centrale (CLR), che si estende lungo la linea centrale del tubo da piegare. In genere, il CLR più stretto ottenibile è il doppio del diametro del tubo. Raddoppiare il CLR per calcolare il diametro della linea centrale (CLD), ovvero la distanza dall'asse della linea centrale del tubo attraverso un'altra linea centrale di una curva di ritorno di 180 gradi.
Il diametro interno (ID) viene misurato nel punto più ampio dell'apertura all'interno del tubo. Il diametro esterno (OD) viene misurato sull'area più ampia del tubo, compresa la parete. Infine, lo spessore nominale della parete viene misurato tra le superfici esterna e interna del tubo.
La tolleranza standard del settore per l'angolo di piegatura è di ±1 grado. Ogni azienda ha uno standard interno che può essere basato sull'attrezzatura utilizzata e sull'esperienza e la conoscenza dell'operatore della macchina.
I tubi vengono misurati e quotati in base al loro diametro esterno e al calibro (ovvero lo spessore della parete). I calibri più comuni sono 10, 11, 12, 13, 14, 16, 18 e 20. Più basso è il calibro, più spessa è la parete: 10 ga. Il tubo ha una parete di 0,134 pollici e 20 ga. Il tubo ha una parete di 0,035 pollici. Tubi con diametro esterno di 1½" e 0,035". La parete è chiamata "1½-in" sulla dicitura del pezzo. Tubo 20 ga.
I tubi sono specificati da una dimensione nominale del tubo (NPS), un numero adimensionale che descrive il diametro (in pollici) e una tabella degli spessori delle pareti (o Sch.). I tubi sono disponibili in diversi spessori di parete, a seconda del loro utilizzo. Le tabelle più diffuse includono Sch. 5, 10, 40 e 80.
Un tubo da 1,66" di diametro esterno e 0,140 pollici di NPS ha contrassegnato la parete sul disegno del pezzo, seguito dalla programmazione, in questo caso "tubi da 1¼".Shi.40". La tabella del piano dei tubi specifica il diametro esterno e lo spessore della parete del NPS e del piano associati.
Un altro fattore importante per i gomiti è il fattore parete, ovvero il rapporto tra il diametro esterno e lo spessore della parete. L'uso di materiali con pareti sottili (uguali o inferiori a 18 ga.) potrebbe richiedere un maggiore supporto nell'arco di piegatura per evitare pieghe o cedimenti. In questo caso, una piegatura di qualità richiederà mandrini e altri utensili.
Un altro elemento importante è il raggio di curvatura D, ovvero il diametro del tubo in relazione al raggio di curvatura, spesso definito raggio di curvatura, molte volte maggiore del valore di D. Ad esempio, un raggio di curvatura 2D è di 3 pollici - il diametro esterno di un tubo è di 6 pollici. Maggiore è il D della curvatura, più facile è formarla. E più basso è il coefficiente di parete, più facile è piegarla. Questa correlazione tra il coefficiente di parete e il raggio di curvatura D aiuta a determinare i requisiti per avviare un progetto di curvatura di tubi.
Figura 1. Per calcolare la percentuale di ovalità, dividere la differenza tra OD massimo e minimo per l'OD nominale.
Alcune specifiche di progetto richiedono tubi o condutture più sottili per gestire i costi dei materiali. Tuttavia, pareti più sottili potrebbero richiedere più tempo di produzione per mantenere la forma e la consistenza del tubo nelle curve ed eliminare il rischio di pieghe. In alcuni casi, questi maggiori costi di manodopera superano il risparmio di materiali.
Quando il tubo si piega, può perdere il 100% della sua forma rotonda in prossimità e attorno alla curva. Questa deviazione è chiamata ovalità ed è definita come la differenza tra la dimensione maggiore e quella minore del diametro esterno del tubo.
Ad esempio, un tubo con diametro esterno di 2" può misurare fino a 1,975" dopo la piegatura. Questa differenza di 0,025 pollici è il fattore di ovalizzazione, che deve rientrare in tolleranze accettabili (vedere Figura 1). A seconda dell'uso finale del pezzo, la tolleranza per l'ovalizzazione può essere compresa tra l'1,5% e l'8%.
I principali fattori che influiscono sull'ovalizzazione sono il gomito D e lo spessore della parete. Piegando piccoli raggi in materiali con pareti sottili può risultare difficile mantenere l'ovalizzazione entro la tolleranza, ma è possibile farlo.
L'ovalizzazione viene controllata posizionando il mandrino all'interno del tubo durante la piegatura o, in alcune specifiche dei pezzi, utilizzando tubi (DOM) disegnati sul mandrino fin dall'inizio. (I tubi DOM hanno tolleranze di diametro interno ed esterno molto strette). Minore è la tolleranza di ovalizzazione, maggiore sarà il tempo di lavorazione e di produzione potenziale richiesti.
Le operazioni di piegatura dei tubi utilizzano apparecchiature di controllo specializzate per verificare che i pezzi formati soddisfino le specifiche e le tolleranze (vedere Figura 2). Qualsiasi modifica necessaria può essere trasferita alla macchina CNC secondo necessità.
rullo. Ideale per produrre curve di ampio raggio, la curvatura a rullo prevede l'inserimento del tubo attraverso tre rulli in una configurazione triangolare (vedere Figura 3). I due rulli esterni, solitamente fissi, sostengono la parte inferiore del materiale, mentre il rullo interno regolabile preme sulla parte superiore del materiale.
Piegatura a compressione. In questo metodo piuttosto semplice, la matrice di piegatura rimane ferma mentre la contromatrice piega o comprime il materiale attorno al dispositivo di fissaggio. Questo metodo non utilizza un mandrino e richiede una corrispondenza precisa tra la matrice di piegatura e il raggio di piegatura desiderato (vedere Figura 4).
Torsione e piegatura. Una delle forme più comuni di piegatura dei tubi è la piegatura con stiramento rotazionale (nota anche come piegatura con mandrino), che utilizza stampi di piegatura e pressione e mandrini. I mandrini sono inserti o anime in barre metalliche che sostengono il tubo quando viene piegato. L'uso di un mandrino impedisce al tubo di collassare, appiattirsi o raggrinzirsi durante la piegatura, mantenendo e proteggendo così la forma del tubo (vedere Figura 5).
Questa disciplina comprende la piegatura multiraggio per parti complesse che richiedono due o più raggi centrali. La piegatura multiraggio è ottima anche per parti con raggi centrali ampi (la lavorazione con utensili duri potrebbe non essere un'opzione) o parti complesse che devono essere formate in un ciclo completo.
Figura 2. Le apparecchiature specializzate forniscono una diagnostica in tempo reale per aiutare gli operatori a confermare le specifiche dei pezzi o ad apportare eventuali correzioni necessarie durante la produzione.
Per eseguire questo tipo di piegatura, una piegatrice rotante è dotata di due o più set di utensili, uno per ogni raggio desiderato. Le configurazioni personalizzate su una pressa piegatrice a doppia testa, una per la piegatura a destra e l'altra per la piegatura a sinistra, possono fornire raggi sia piccoli che grandi sullo stesso pezzo. La transizione tra i gomiti sinistro e destro può essere ripetuta tutte le volte che è necessario, consentendo di realizzare forme complesse senza rimuovere il tubo o utilizzare altri macchinari (vedere Figura 6).
Per iniziare, il tecnico imposta la macchina in base alla geometria del tubo indicata nella scheda dati di piegatura o nella stampa di produzione, inserendo o caricando le coordinate dalla stampa insieme ai dati di lunghezza, rotazione e angolo. Successivamente avviene la simulazione di piegatura per garantire che il tubo possa superare la macchina e gli utensili durante il ciclo di piegatura. Se la simulazione mostra una collisione o un'interferenza, l'operatore regola la macchina secondo necessità.
Sebbene questo metodo sia solitamente richiesto per parti realizzate in acciaio o acciaio inossidabile, è possibile utilizzare la maggior parte dei metalli industriali, degli spessori delle pareti e delle lunghezze.
Piegatura libera. Un metodo più interessante, la piegatura libera utilizza una matrice delle stesse dimensioni del tubo da piegare (vedere Figura 7). Questa tecnica è ottima per piegature angolari o multiraggio superiori a 180 gradi con pochi segmenti dritti tra ogni piegatura (le tradizionali piegature con stiramento rotazionale richiedono alcuni segmenti dritti da afferrare per l'utensile). La piegatura libera non richiede serraggio, quindi elimina qualsiasi possibilità di marcare tubi.
I tubi a parete sottile, spesso utilizzati nei macchinari per alimenti e bevande, nei componenti di mobili e nelle apparecchiature mediche o sanitarie, sono ideali per la piegatura libera. Al contrario, le parti con pareti più spesse potrebbero non essere candidati adatti.
Per la maggior parte dei progetti di curvatura dei tubi sono necessari degli utensili. Nella curvatura rotativa, i tre utensili più importanti sono le matrici di curvatura, le matrici di pressione e le matrici di serraggio. A seconda del raggio di curvatura e dello spessore della parete, potrebbero essere necessari anche un mandrino e una matrice di pulizia per ottenere curvature accettabili. Le parti con più curvature richiedono una pinza che afferra e si chiude delicatamente all'esterno del tubo, ruota secondo necessità e sposta il tubo alla curvatura successiva.
Il cuore del processo è la piegatura della matrice per formare il raggio della linea centrale del pezzo. La matrice concava della matrice si adatta al diametro esterno del tubo e aiuta a tenere fermo il materiale mentre si piega. Allo stesso tempo, la matrice di pressione tiene fermo e stabilizza il tubo mentre viene avvolto attorno alla matrice di piegatura. La matrice di serraggio funziona insieme alla matrice di pressione per tenere fermo il tubo contro il segmento dritto della matrice di piegatura mentre si muove. Vicino alla fine della matrice di piegatura, utilizzare una matrice raschiatrice quando è necessario levigare la superficie del materiale, sostenere le pareti del tubo ed evitare grinze e bande.
Mandrini, inserti in lega di bronzo o acciaio cromato per supportare tubi, prevenire il collasso o la piegatura dei tubi e ridurre al minimo l'ovalizzazione. Il tipo più comune è il mandrino a sfera. Ideale per curve multiraggio e per pezzi con spessori di parete standard, il mandrino a sfera viene utilizzato insieme al puliscitubo, al dispositivo di fissaggio e alla matrice di pressione; insieme aumentano la pressione necessaria per mantenere, stabilizzare e levigare la curvatura. Il mandrino a spina è un'asta solida per gomiti a raggio ampio in tubi con pareti spesse che non richiedono puliscitubo. I mandrini di formatura sono aste solide con estremità piegate (o formate) utilizzate per supportare l'interno di tubi con pareti più spesse o tubi piegati a un raggio medio. Inoltre, i progetti che richiedono tubi quadrati o rettangolari richiedono mandrini specializzati.
Per una curvatura precisa sono necessari utensili e una configurazione adeguati. La maggior parte delle aziende di curvatura di tubi ha gli utensili in magazzino. Se non sono disponibili, è necessario procurarsi gli utensili adatti allo specifico raggio di curvatura.
Il costo iniziale per la creazione di uno stampo di piegatura può variare notevolmente. Questa tariffa una tantum copre i materiali e il tempo di produzione richiesti per creare gli utensili richiesti, che vengono in genere utilizzati per progetti successivi. Se la progettazione del componente è flessibile in termini di raggio di piegatura, gli sviluppatori di prodotti possono adattare le loro specifiche per sfruttare gli utensili di piegatura esistenti del fornitore (anziché utilizzare nuovi utensili). Ciò aiuta a gestire i costi e a ridurre i tempi di consegna.
Figura 3. Ideale per la produzione di curve ad ampio raggio, la curvatura a rulli per formare un tubo o un tubo con tre rulli in una configurazione triangolare.
Fori, fessure o altre caratteristiche specifiche sulla curvatura o in prossimità della stessa aggiungono un'operazione ausiliaria al lavoro, poiché il taglio laser deve essere eseguito dopo aver piegato il tubo. Anche le tolleranze incidono sui costi. I lavori molto impegnativi potrebbero richiedere mandrini o matrici aggiuntivi, che possono aumentare i tempi di preparazione.
Sono numerose le variabili che i produttori devono considerare quando si riforniscono di gomiti o curve personalizzati. Fattori quali utensili, materiali, quantità e manodopera giocano tutti un ruolo.
Sebbene le tecniche e i metodi di curvatura dei tubi siano migliorati nel corso degli anni, molti principi fondamentali della curvatura dei tubi rimangono gli stessi. Comprendere i principi fondamentali e consultare un fornitore esperto ti aiuterà a ottenere i migliori risultati.
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