Het buigproces met doorn begint. De doorn wordt in de binnendiameter van de buis gestoken. De buigmatrijs (links) bepaalt de radius. De klemmatrijs (rechts) geleidt de buis rond de buigmatrijs om de hoek te bepalen.
In alle sectoren blijft de behoefte aan complexe buigbewerkingen onverminderd groot. Of het nu gaat om constructieonderdelen, mobiele medische apparatuur, frames voor ATV's of bedrijfsvoertuigen, of zelfs metalen veiligheidsbeugels in badkamers, elk project is anders.
Het behalen van de gewenste resultaten vereist goede apparatuur en vooral de juiste expertise. Net als elke andere productiediscipline begint efficiënt buigen met de kern, de fundamentele concepten die aan elk project ten grondslag liggen.
Een aantal essentiële factoren bepalen de omvang van een pijp- of pijpbuigproject. Factoren zoals het materiaalsoort, het uiteindelijke gebruik en het geschatte jaarlijkse verbruik hebben direct invloed op het productieproces, de kosten en de levertijden.
De eerste cruciale factor is de krommingsgraad (DOB), oftewel de hoek die de bocht vormt. Vervolgens is er de hartlijnradius (CLR), die zich uitstrekt langs de hartlijn van de te buigen pijp of buis. Doorgaans is de strakst haalbare CLR tweemaal de diameter van de pijp of buis. Verdubbel de CLR om de hartlijndiameter (CLD) te berekenen. Dit is de afstand van de hartlijn van de pijp of buis tot de hartlijn van een andere pijp of buis in een bocht van 180 graden.
De binnendiameter (ID) wordt gemeten op het breedste punt van de opening in de buis. De buitendiameter (OD) wordt gemeten over het breedste gedeelte van een buis, inclusief de wand. Ten slotte wordt de nominale wanddikte gemeten tussen de buiten- en binnenkant van de buis.
De industriestandaard voor de tolerantie van de buighoek is ±1 graad. Elk bedrijf hanteert een interne standaard die afhankelijk kan zijn van de gebruikte apparatuur en de ervaring en kennis van de machineoperator.
Buizen worden gemeten en geprijsd op basis van hun buitendiameter en gauge (d.w.z. wanddikte). Gangbare gauges zijn 10, 11, 12, 13, 14, 16, 18 en 20. Hoe lager de gauge, hoe dikker de wand: 10-ga. De buis heeft een wanddikte van 0,134 inch, en 20-ga. De buis heeft een wanddikte van 0,035 inch. 1½” en 0,035″ OD buizen. De wanddikte wordt op de tekening aangeduid als “1½-inch”. 20-ga. buis.
Pijpen worden gespecificeerd door een nominale pijpmaat (NPS), een dimensieloos getal dat de diameter (in inches) beschrijft, en een wanddiktetabel (of Sch.). Pijpen zijn verkrijgbaar in verschillende wanddiktes, afhankelijk van hun toepassing. Populaire schema's zijn onder andere Sch.5, 10, 40 en 80.
Een pijp met een buitendiameter van 1,66 inch en een wanddikte van 0,140 inch (NPS) is aangegeven op de tekening, gevolgd door de maataanduiding – in dit geval “1¼”.Shi.40 tubes.” De pijpplangrafiek specificeert de buitendiameter en wanddikte van de bijbehorende NPS en het bijbehorende plan.
De wanddikte, oftewel de verhouding tussen de buitendiameter en de wanddikte, is een andere belangrijke factor voor bochten. Bij gebruik van dunwandige materialen (gelijk aan of kleiner dan 18 gauge) kan meer ondersteuning in de buigboog nodig zijn om rimpeling of doorbuiging te voorkomen. In dit geval zijn voor een goede buiging doornen en ander gereedschap nodig.
Een ander belangrijk element is de buigingshoek D, de diameter van de buis in verhouding tot de buigradius, vaak aangeduid als de buigradius die vele malen groter is dan de waarde van D. Bijvoorbeeld: een buigradius van 2D is 3 inch - de buitendiameter van een buis is 6 inch. Hoe groter de D van de buiging, hoe gemakkelijker de bocht te vormen is. En hoe lager de wandcoëfficiënt, hoe gemakkelijker het buigen is. Deze correlatie tussen de wandcoëfficiënt en de buigingshoek D helpt bepalen wat er nodig is om een ​​pijpbuigproject te starten.
Figuur 1. Om het percentage ovaliteit te berekenen, deel je het verschil tussen de maximale en minimale OD door de nominale OD.
Sommige projectspecificaties vereisen dunnere buizen of leidingen om de materiaalkosten te drukken. Dunnere wanden kunnen echter meer productietijd vergen om de vorm en consistentie van de buis in bochten te behouden en rimpelvorming te voorkomen. In sommige gevallen wegen deze hogere arbeidskosten niet op tegen de materiaalbesparing.
Wanneer een buis buigt, kan deze in en rond de bocht 100% van zijn ronde vorm verliezen. Deze afwijking wordt ovaliteit genoemd en wordt gedefinieerd als het verschil tussen de grootste en kleinste afmeting van de buitendiameter van de buis.
Een buis met een buitendiameter van 2 inch kan bijvoorbeeld na het buigen een diameter van maximaal 1,975 inch hebben. Dit verschil van 0,025 inch is de ovaliteitsfactor, die binnen acceptabele toleranties moet vallen (zie figuur 1). Afhankelijk van het uiteindelijke gebruik van het onderdeel kan de tolerantie voor ovaliteit tussen 1,5% en 8% liggen.
De belangrijkste factoren die de ovaliteit beïnvloeden zijn de kromming van de bocht (D) en de wanddikte. Het buigen van kleine radii in dunwandige materialen kan lastig zijn om de ovaliteit binnen de tolerantie te houden, maar het is wel mogelijk.
De ovaliteit wordt gecontroleerd door de doorn tijdens het buigen in de buis te plaatsen, of, in sommige specificaties, door (DOM) buizen te gebruiken die vanaf het begin op de doorn getrokken zijn. (DOM-buizen hebben zeer nauwe toleranties voor de binnen- en buitendiameter.) Hoe kleiner de ovaliteitstolerantie, hoe meer gereedschap en potentiële productietijd er nodig is.
Bij het buigen van buizen wordt gebruikgemaakt van gespecialiseerde inspectieapparatuur om te controleren of de gevormde onderdelen aan de specificaties en toleranties voldoen (zie afbeelding 2). Eventuele noodzakelijke aanpassingen kunnen naar behoefte worden overgebracht naar de CNC-machine.
Rolbuigen is ideaal voor het maken van bochten met een grote radius. Bij rolbuigen wordt de buis of pijp door drie rollen in een driehoekige configuratie gevoerd (zie figuur 3). De twee buitenste rollen, meestal vast, ondersteunen de onderkant van het materiaal, terwijl de binnenste, verstelbare rol op de bovenkant van het materiaal drukt.
Compressiebuigen. Bij deze vrij eenvoudige methode blijft de buigmatrijs stationair, terwijl de tegenmatrijs het materiaal rond de mal buigt of comprimeert. Deze methode maakt geen gebruik van een doorn en vereist een nauwkeurige afstemming tussen de buigmatrijs en de gewenste buigradius (zie figuur 4).
Draaien en buigen. Een van de meest voorkomende vormen van buizenbuigen is rotatiebuigen (ook wel doornbuigen genoemd), waarbij buig- en drukmatrijzen en doornen worden gebruikt. Doornen zijn metalen staven of kernen die de buis ondersteunen tijdens het buigen. Het gebruik van een doorn voorkomt dat de buis inklapt, plat wordt of rimpelt tijdens het buigen, waardoor de vorm van de buis behouden blijft en beschermd wordt (zie figuur 5).
Deze techniek omvat buigen met meerdere radii voor complexe onderdelen die twee of meer hartlijnradii vereisen. Buigen met meerdere radii is ook zeer geschikt voor onderdelen met grote hartlijnradii (waarbij hard gereedschap mogelijk geen optie is) of complexe onderdelen die in één volledige cyclus gevormd moeten worden.
Afbeelding 2. Gespecialiseerde apparatuur biedt realtime diagnostiek om operators te helpen de specificaties van onderdelen te controleren of eventuele noodzakelijke correcties tijdens de productie aan te brengen.
Om dit type buiging uit te voeren, wordt een roterende buigmachine voorzien van twee of meer gereedschapssets, één voor elke gewenste radius. Met aangepaste instellingen op een dubbele kantbank – één voor buigen naar rechts en de andere voor buigen naar links – kunnen zowel kleine als grote radii op hetzelfde onderdeel worden gerealiseerd. De overgang tussen linker- en rechterbochten kan zo vaak als nodig worden herhaald, waardoor complexe vormen volledig kunnen worden gevormd zonder de buis te verwijderen of andere machines te gebruiken (zie figuur 6).
Om te beginnen stelt de technicus de machine in volgens de buisgeometrie zoals vermeld in het buiggegevensblad of de productietekening. Hierbij worden de coördinaten van de tekening, samen met de lengte-, rotatie- en hoekgegevens, ingevoerd of geüpload. Vervolgens wordt de buigsimulatie uitgevoerd om te controleren of de buis de machine en gereedschappen tijdens het buigproces kan passeren. Als de simulatie een botsing of interferentie aangeeft, past de operator de machine indien nodig aan.
Hoewel deze methode doorgaans vereist is voor onderdelen van staal of roestvrij staal, kunnen de meeste industriële metalen, wanddiktes en lengtes ermee worden verwerkt.
Vrij buigen. Een interessantere methode is vrij buigen, waarbij een matrijs wordt gebruikt die dezelfde afmetingen heeft als de te buigen buis (zie afbeelding 7). Deze techniek is uitstekend geschikt voor hoekige of meerradiusbochten van meer dan 180 graden met weinig rechte stukken tussen de bochten (traditionele rotatiebuigingen vereisen enkele rechte stukken waar het gereedschap grip op kan krijgen). Bij vrij buigen is klemmen niet nodig, waardoor de kans op beschadiging van buizen of pijpen wordt uitgesloten.
Dunwandige buizen – die vaak worden gebruikt in machines voor de voedingsmiddelen- en drankenindustrie, meubelonderdelen en medische apparatuur – zijn ideaal om vrij te buigen. Onderdelen met dikkere wanden zijn daarentegen mogelijk minder geschikt.
Voor de meeste pijpbuigprojecten zijn gereedschappen nodig. Bij roterend strekbuigen zijn de drie belangrijkste gereedschappen buigmatrijzen, drukmatrijzen en klemmatrijzen. Afhankelijk van de buigradius en wanddikte kunnen ook een doorn en een afstrijkmatrijs nodig zijn om acceptabele bochten te verkrijgen. Onderdelen met meerdere bochten vereisen een spantang die de buis vastgrijpt en voorzichtig sluit, indien nodig roteert en de buis naar de volgende bocht verplaatst.
De kern van het proces is het buigen van de matrijs om de middellijnradius van het onderdeel te vormen. De concave matrijs past op de buitendiameter van de buis en helpt het materiaal vast te houden tijdens het buigen. Tegelijkertijd houdt de drukmatrijs de buis vast en stabiliseert deze terwijl deze om de buigmatrijs wordt gewikkeld. De klemmatrijs werkt samen met de drukmatrijs om de buis tegen het rechte gedeelte van de buigmatrijs te houden tijdens de beweging. Tegen het einde van de buigmatrijs wordt, indien nodig, een rakelmatrijs gebruikt om het oppervlak van het materiaal glad te maken, de buiswanden te ondersteunen en rimpeling en bandvorming te voorkomen.
Doornen zijn inzetstukken van bronslegering of verchroomd staal die pijpen of buizen ondersteunen, het inzakken of knikken van de buis voorkomen en ovaliteit minimaliseren. Het meest voorkomende type is de kogeldoorn. Ideaal voor bochten met meerdere radii en voor werkstukken met standaard wanddiktes. De kogeldoorn wordt gebruikt in combinatie met de wisser, de mal en de drukmal; samen verhogen ze de druk die nodig is om de bocht vast te houden, te stabiliseren en glad te maken. De plugdoorn is een massieve staaf voor bochten met een grote radius in dikwandige buizen die geen wisser nodig hebben. Vormdoornen zijn massieve staven met gebogen (of gevormde) uiteinden die worden gebruikt om de binnenkant van dikwandige buizen of buizen die tot een gemiddelde radius zijn gebogen te ondersteunen. Daarnaast vereisen projecten met vierkante of rechthoekige buizen speciale doornen.
Voor nauwkeurig buigen zijn de juiste gereedschappen en instellingen essentieel. De meeste pijpbuigbedrijven hebben de benodigde gereedschappen op voorraad. Indien deze niet beschikbaar zijn, moeten er gereedschappen worden aangeschaft die geschikt zijn voor de specifieke buigradius.
De initiële kosten voor het maken van een buigmatrijs kunnen sterk variëren. Deze eenmalige kosten dekken de materialen en de productietijd die nodig zijn om de benodigde gereedschappen te maken, die doorgaans ook voor volgende projecten worden gebruikt. Als het ontwerp van het onderdeel flexibel is wat betreft de buigradius, kunnen productontwikkelaars hun specificaties aanpassen om gebruik te maken van de bestaande buiggereedschappen van de leverancier (in plaats van nieuwe gereedschappen te gebruiken). Dit helpt de kosten te beheersen en de doorlooptijden te verkorten.
Afbeelding 3. Ideaal voor het produceren van bochten met een grote radius: rolbuigen om een ​​buis of pijp te vormen met drie rollen in een driehoekige configuratie.
Specifieke gaten, sleuven of andere kenmerken in of nabij de buiging voegen een extra bewerking toe aan het werk, aangezien lasersnijden pas na het buigen van de buis kan plaatsvinden. Toleranties hebben ook invloed op de kosten. Zeer veeleisende opdrachten vereisen mogelijk extra doornen of matrijzen, wat de insteltijd kan verlengen.
Er zijn veel variabelen waarmee fabrikanten rekening moeten houden bij het inkopen van op maat gemaakte bochten of ellebogen. Factoren zoals gereedschap, materialen, hoeveelheid en arbeid spelen allemaal een rol.
Hoewel de technieken en methoden voor het buigen van pijpen in de loop der jaren zijn verbeterd, blijven veel basisprincipes hetzelfde. Inzicht in deze basisprincipes en overleg met een deskundige leverancier helpen u de beste resultaten te behalen.
FABRICATOR is het toonaangevende tijdschrift voor de metaalbewerkingsindustrie in Noord-Amerika. Het tijdschrift biedt nieuws, technische artikelen en casestudies waarmee fabrikanten hun werk efficiënter kunnen uitvoeren. FABRICATOR bedient de industrie al sinds 1970.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van The FABRICATOR, heeft u eenvoudig toegang tot waardevolle branchebronnen.
De digitale editie van The Tube & Pipe Journal is nu volledig toegankelijk en biedt gemakkelijke toegang tot waardevolle branchebronnen.
Geniet van volledige toegang tot de digitale editie van STAMPING Journal, met de nieuwste technologische ontwikkelingen, beste praktijken en branchenieuws voor de metaalstempelmarkt.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van The Fabricator en Español, gemakkelijk toegang tot waardevolle branchebronnen.