A operação de dobra do mandril inicia seu ciclo. O mandril é inserido no diâmetro interno do tubo. A matriz de dobra (esquerda) determina o raio. A matriz de fixação (direita) guia o tubo ao redor da matriz de dobra para determinar o ângulo.
Em todos os setores, a necessidade de dobradura de tubos complexos continua inabalável. Sejam componentes estruturais, equipamentos médicos móveis, estruturas para quadriciclos ou veículos utilitários, ou até mesmo barras de segurança de metal em banheiros, cada projeto é diferente.
Alcançar os resultados desejados exige bons equipamentos e, principalmente, a experiência certa. Como qualquer outra disciplina de fabricação, a dobra eficiente de tubos começa com a vitalidade central, os conceitos fundamentais que fundamentam qualquer projeto.
Alguns dados vitais essenciais ajudam a determinar o escopo de um projeto de tubulação ou de dobra de tubulação. Fatores como tipo de material, uso final e uso anual estimado afetam diretamente o processo de fabricação, os custos envolvidos e os prazos de entrega.
O primeiro núcleo crítico é o grau de curvatura (DOB), ou o ângulo formado pela curvatura. Em seguida, vem o raio da linha central (CLR), que corre ao longo da linha central do tubo ou cano a ser dobrado. Normalmente, o CLR mais apertado que pode ser alcançado é o dobro do diâmetro do tubo ou cano. Duplique o CLR para calcular o diâmetro da linha central (CLD), que é a distância do eixo da linha central do tubo ou cano até outra linha central de uma curva de retorno de 180 graus.
O diâmetro interno (ID) é medido no ponto mais largo da abertura dentro do cano ou tubo. O diâmetro externo (DE) é medido na área mais larga de um cano ou tubo, incluindo a parede. Por fim, a espessura nominal da parede é medida entre as superfícies externa e interna do cano ou tubo.
A tolerância padrão da indústria para ângulo de curvatura é de ±1 grau. Cada empresa tem um padrão interno que pode ser baseado no equipamento usado e na experiência e conhecimento do operador da máquina.
Os tubos são medidos e cotados de acordo com seu diâmetro externo e bitola (ou seja, espessura da parede). As bitolas comuns incluem 10, 11, 12, 13, 14, 16, 18 e 20. Quanto menor a bitola, mais espessa a parede: 10-ga. O tubo tem uma parede de 0,134 pol. e 20-ga. O tubo tem uma parede de 0,035 pol. Tubulações de 1½” e 0,035” OD. A parede é chamada de “1½ pol.” na impressão da peça. Tubo de 20-ga.
Os tubos são especificados por um tamanho nominal de tubo (NPS), um número adimensional que descreve o diâmetro (em polegadas) e uma tabela de espessura de parede (ou Sch.). Os tubos vêm em uma variedade de espessuras de parede, dependendo de seu uso. As tabelas populares incluem Sch.5, 10, 40 e 80.
Um tubo de 1,66″ OD e 0,140 polegadas NPS marcaram a parede no desenho da peça, seguido pelo cronograma – neste caso, “1¼”.Shi.40 tubos.”O gráfico do plano de tubulação especifica o diâmetro externo e a espessura da parede do NPS associado e do plano.
O fator de parede, que é a razão entre o diâmetro externo e a espessura da parede, é outro fator importante para cotovelos. Usar materiais de paredes finas (iguais ou inferiores a 18 ga.) pode exigir mais suporte no arco de curvatura para evitar enrugamento ou queda. Nesse caso, uma dobra de qualidade exigirá mandris e outras ferramentas.
Outro elemento importante é a curvatura D, o diâmetro do tubo em relação ao raio de curvatura, geralmente chamado de raio de curvatura, muitas vezes maior que o valor de D. Por exemplo, um raio de curvatura 2D é de 3 pol. O diâmetro externo do tubo é de 6 polegadas. Quanto maior o D da curvatura, mais fácil será formar a curvatura. E quanto menor o coeficiente de parede, mais fácil será dobrá-la. Essa correlação entre o fator de parede e a curvatura D ajuda a determinar o que é necessário para iniciar um projeto de curvatura de tubo.
Figura 1. Para calcular a ovalização percentual, divida a diferença entre o DE máximo e mínimo pelo DE nominal.
Algumas especificações de projeto exigem tubos ou encanamentos mais finos para gerenciar os custos de material. No entanto, paredes mais finas podem exigir mais tempo de produção para manter o formato e a consistência do tubo nas curvas e eliminar a chance de enrugamento. Em alguns casos, esses custos maiores de mão de obra superam a economia de material.
Quando o tubo se curva, ele pode perder 100% de sua forma redonda perto e ao redor da curva. Esse desvio é chamado de ovalização e é definido como a diferença entre as maiores e menores dimensões do diâmetro externo do tubo.
Por exemplo, um tubo de 2″ OD pode medir até 1,975″ após a dobra. Essa diferença de 0,025 polegada é o fator de ovalização, que deve estar dentro das tolerâncias aceitáveis ​​(veja a Figura 1). Dependendo do uso final da peça, a tolerância para ovalização pode estar entre 1,5% e 8%.
Os principais fatores que afetam a ovalização são o cotovelo D e a espessura da parede. Pode ser difícil dobrar raios pequenos em materiais de paredes finas para manter a ovalização dentro da tolerância, mas isso pode ser feito.
A ovalização é controlada colocando-se o mandril dentro do tubo ou cano durante a dobra, ou em algumas especificações de peças, usando tubos (DOM) desenhados no mandril desde o início. (Os tubos DOM têm tolerâncias de DI e DE muito estreitas.) Quanto menor a tolerância de ovalização, mais ferramentas e tempo potencial de produção são necessários.
As operações de dobra de tubos usam equipamentos de inspeção especializados para verificar se as peças formadas atendem às especificações e tolerâncias (veja a Figura 2). Quaisquer ajustes necessários podem ser transferidos para a máquina CNC, conforme necessário.
rolo. Ideal para produzir curvas de raio grande, a dobra por rolo envolve a alimentação do tubo ou tubo por meio de três rolos em uma configuração triangular (veja a Figura 3). Os dois rolos externos, geralmente fixos, sustentam a parte inferior do material, enquanto o rolo interno ajustável pressiona a parte superior do material.
Dobramento por compressão. Neste método bastante simples, a matriz de dobra permanece estacionária enquanto a contramatriz dobra ou comprime o material ao redor do dispositivo. Este método não usa um mandril e requer uma correspondência precisa entre a matriz de dobra e o raio de curvatura desejado (veja a Figura 4).
Torcer e dobrar. Uma das formas mais comuns de dobrar tubos é a dobra por estiramento rotacional (também conhecida como dobra por mandril), que usa matrizes de dobra e pressão e mandris. Mandris são inserções ou núcleos de hastes metálicas que dão suporte ao tubo quando dobrado. O uso de um mandril evita que o tubo colapse, fique achatado ou enrugue durante a dobra, mantendo e protegendo assim o formato do tubo (veja a Figura 5).
Esta disciplina inclui dobra multirraio para peças complexas que exigem dois ou mais raios de linha central. A dobra multirraio também é ótima para peças com grandes raios de linha central (ferramentas rígidas podem não ser uma opção) ou peças complexas que precisam ser formadas em um ciclo completo.
Figura 2. Equipamentos especializados fornecem diagnósticos em tempo real para ajudar os operadores a confirmar especificações de peças ou lidar com quaisquer correções necessárias durante a produção.
Para executar esse tipo de dobra, uma dobradeira rotativa é fornecida com dois ou mais conjuntos de ferramentas, um para cada raio desejado. Configurações personalizadas em uma prensa dobradeira de cabeça dupla – uma para dobrar para a direita e a outra para dobrar para a esquerda – podem fornecer raios pequenos e grandes na mesma peça. A transição entre os cotovelos esquerdo e direito pode ser repetida quantas vezes forem necessárias, permitindo que formas complexas sejam totalmente formadas sem remover o tubo ou envolver qualquer outra máquina (veja a Figura 6).
Para começar, o técnico configura a máquina de acordo com a geometria do tubo listada na folha de dados de dobra ou na impressão de produção, inserindo ou carregando as coordenadas da impressão junto com os dados de comprimento, rotação e ângulo. Em seguida, vem a simulação de dobra para garantir que o tubo consiga passar pela máquina e pelas ferramentas durante o ciclo de dobra. Se a simulação mostrar uma colisão ou interferência, o operador ajusta a máquina conforme necessário.
Embora esse método seja normalmente necessário para peças feitas de aço ou aço inoxidável, a maioria dos metais industriais, espessuras de parede e comprimentos podem ser acomodados.
Dobramento livre. Um método mais interessante, o dobramento livre, usa uma matriz que tem o mesmo tamanho do tubo ou cano a ser dobrado (veja a Figura 7). Essa técnica é ótima para dobras angulares ou de múltiplos raios maiores que 180 graus com poucos segmentos retos entre cada dobra (as dobras rotacionais tradicionais exigem alguns segmentos retos para a ferramenta agarrar). O dobramento livre não requer fixação, eliminando assim qualquer possibilidade de marcar tubos ou canos.
Tubos de paredes finas, frequentemente usados ​​em máquinas de alimentos e bebidas, componentes de móveis e equipamentos médicos ou de saúde, são ideais para dobra livre. Por outro lado, peças com paredes mais grossas podem não ser candidatas viáveis.
Ferramentas são necessárias para a maioria dos projetos de dobra de tubos. Na dobra rotativa por estiramento, as três ferramentas mais importantes são matrizes de dobra, matrizes de pressão e matrizes de fixação. Dependendo do raio de curvatura e da espessura da parede, um mandril e uma matriz de limpeza também podem ser necessários para obter curvas aceitáveis. Peças com múltiplas curvas exigem uma pinça que prenda e feche suavemente na parte externa do tubo, gire conforme necessário e mova o tubo para a próxima curva.
O cerne do processo é dobrar a matriz para formar o raio da linha central da peça. A matriz de canal côncavo da matriz se ajusta ao diâmetro externo do tubo e ajuda a segurar o material enquanto ele dobra. Ao mesmo tempo, a matriz de pressão segura e estabiliza o tubo enquanto ele é enrolado ao redor da matriz de dobra. A matriz de fixação trabalha em conjunto com a matriz de prensagem para segurar o tubo contra o segmento reto da matriz de dobra enquanto ele se move. Próximo ao final da matriz de dobra, use uma matriz de raspagem quando for necessário alisar a superfície do material, dar suporte às paredes do tubo e evitar enrugamento e formação de faixas.
Mandris, inserções de liga de bronze ou aço cromado para suportar tubos ou tubulações, evitar o colapso ou torção do tubo e minimizar a ovalização. O tipo mais comum é o mandril de esfera. Ideal para curvas de múltiplos raios e para peças de trabalho com espessuras de parede padrão, o mandril de esfera é usado em conjunto com o limpador, o acessório e a matriz de pressão; juntos, eles aumentam a pressão necessária para segurar, estabilizar e suavizar a curva. O mandril de plugue é uma haste sólida para cotovelos de grande raio em tubos de paredes espessas que não requerem limpadores. Mandris de conformação são hastes sólidas com extremidades dobradas (ou formadas) usadas para suportar o interior de tubos de paredes mais espessas ou tubos dobrados em um raio médio. Além disso, projetos que exigem tubos quadrados ou retangulares exigem mandris especializados.
Uma dobra precisa requer ferramentas e configuração adequadas. A maioria das empresas de dobra de tubos tem ferramentas em estoque. Se não estiverem disponíveis, é necessário obter ferramentas que se adaptem ao raio de curvatura específico.
O custo inicial para criar uma matriz de dobra pode variar bastante. Essa taxa única cobre os materiais e o tempo de produção necessários para criar as ferramentas necessárias, que normalmente são usadas em projetos subsequentes. Se o design da peça for flexível em termos de raio de curvatura, os desenvolvedores de produtos podem ajustar suas especificações para aproveitar as ferramentas de dobra existentes do fornecedor (em vez de usar ferramentas novas). Isso ajuda a gerenciar custos e reduzir os prazos de entrega.
Figura 3. Ideal para a produção de curvas de grande raio, dobra por rolo para formar um tubo ou tubo com três rolos em configuração triangular.
Furos, ranhuras ou outros recursos específicos na curvatura ou próximos a ela adicionam uma operação auxiliar ao trabalho, pois o laser deve ser cortado após a curvatura do tubo. As tolerâncias também afetam o custo. Trabalhos muito exigentes podem exigir mandris ou matrizes adicionais, o que pode aumentar o tempo de configuração.
Há muitas variáveis ​​que os fabricantes precisam considerar ao adquirir cotovelos ou curvas personalizados. Fatores como ferramentas, materiais, quantidade e mão de obra desempenham um papel.
Embora as técnicas e métodos de dobra de tubos tenham avançado ao longo dos anos, muitos fundamentos da dobra de tubos permanecem os mesmos. Entender os fundamentos e consultar um fornecedor experiente ajudará você a obter os melhores resultados.
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