Curvatura tubi è spesso definita un'"arte oscura", un processo misterioso pieno di tentativi ed errori. Ma i principi fondamentali alla base piegatura del tubo sono rimasti sostanzialmente invariati per decenni. Sebbene la tecnologia abbia compiuto notevoli progressi nei metodi utilizzati per piegare i pezzi tubolari, la fisica alla base del processo è rimasta invariata. Che si lavori con tubi o condutture, la chiave per ottenere la piega perfetta si riduce a quattro fattori critici: materiale, macchina, utensili e lubrificazione.
Sommario
Comprensione delle basi delle tecniche di piegatura dei tubi metallici
La curvatura inizia con la comprensione delle proprietà del tubo o della condotta. I tubi, tipicamente utilizzati per il trasporto di fluidi o aria, sono specificati in base alla loro dimensione nominale (Figura 1). Tuttavia, quando si specifica una macchina piegatrice, il raggio della linea centrale, il diametro esterno e lo spessore della parete del materiale sono parametri cruciali da considerare.
Inoltre, ogni schema di tubo ha uno spessore nominale di parete, ma questo può variare leggermente. Queste variazioni devono essere prese in considerazione, soprattutto nei processi di piegatura che utilizzano utensili a tenuta stagna su raggi di curvatura ridotti. Altre variabili importanti di piegatura includono il raggio di curvatura interno (noto anche come intradosso), il raggio di curvatura esterno (l'estradosso) e il raggio della linea centrale (noto anche come linea neutra, dove non si verificano né compressione né allungamento). L'angolo di curvatura si riferisce all'angolo complementare della curvatura. Ad esempio, quando un tubo viene piegato a "45 gradi", si parla di curvatura complementare a 45 gradi o curvatura inclusa a 135 gradi (Figura 2). La distanza tra le curve (DBB) è semplicemente la distanza tra due punti tangenti, dove una sezione dritta inizia a curvare e dove la curva inizia o finisce.
Come nella piegatura a pressa, i tubi subiscono un ritorno elastico dopo la piegatura, che causa la dilatazione radiale della curva. Più il tubo è duro e più piccolo è il raggio centrale della curva, maggiori saranno il ritorno elastico e la dilatazione radiale. Ad esempio, il rame subisce una dilatazione radiale inferiore rispetto all'acciaio, e l'acciaio subisce un ritorno elastico inferiore rispetto all'acciaio inossidabile.
Sebbene alcuni tubi siano senza saldatura, la maggior parte viene prodotta con una saldatura longitudinale. Nella piegatura dei tubi, la qualità, le dimensioni e l'uniformità del cordone di saldatura sono fattori cruciali. Se i due bordi del giunto sono disallineati o se il cordone di saldatura è troppo grande o non uniforme, queste imperfezioni possono compromettere la rotondità del tubo, causando problemi quando si cerca di creare una piega perfetta.
Durante la piegatura, si verifica un allungamento dovuto all'allungamento del raggio esterno, che causa l'assottigliamento delle pareti. Il materiale oppone resistenza a questo allungamento e, allungandosi, la superficie esterna della piega può deformarsi, creando ovalizzazione o una variazione della forma della sezione trasversale. Una certa ovalizzazione può essere accettabile per alcune applicazioni, ma per lavori di precisione anche lievi distorsioni possono essere inaccettabili. Questo perché, allungandosi, il raggio interno si comprime e, a un certo punto, la parte interna inizia a raggrinzirsi.
Processi comuni di piegatura dei tubi
I requisiti dell'applicazione spesso dettano la scelta di piegatura del tubo Processo. I processi di piegatura dei tubi speciali variano per età e complessità. Tuttavia, la maggior parte dei tubi viene piegata utilizzando uno dei quattro metodi principali: piegatura a stantuffo, piegatura del rullo, flessione di compressionee piegatura a trazione rotativa.
Piegatura a pistone
La piegatura a pistone è uno dei metodi più antichi e semplici, spesso utilizzato nelle officine di produzione di marmitte. Il processo utilizza un pistone azionato idraulicamente per spingere il tubo contro rulli o blocchi di articolazione, ottenendo un raggio di curvatura centrale (CLR) pari a circa tre o quattro volte il diametro esterno (OD) del pezzo.Figura 3).
Questo metodo non fornisce supporto per il diametro interno (ID) del tubo, con conseguente allungamento significativo all'esterno della curva. Questo metodo è spesso utilizzato per tubi quadrati, dove l'utensile di pressatura è intenzionalmente progettato per comprimere e deformare leggermente il raggio di curvatura interno (Figura 4). Questa compressione aiuta a prevenire la formazione di pieghe e spinge la superficie esterna della curva verso l'interno, creando una superficie concava e riducendo al minimo l'allungamento sulla parte esterna della curva.
Sebbene la piegatura a stantuffo sia economica e comunemente utilizzata, non è il metodo più preciso. Se l'estetica del pezzo o le tolleranze di piegatura ristrette sono importanti, questo metodo potrebbe non essere adatto.
Piegatura del rotolo
La piegatura a rulli è solitamente utilizzata per pezzi di grandi dimensioni in settori come l'edilizia. Il processo prevede tre rulli disposti a piramide (Figura 5). I rulli si adattano per formare raggi specifici, spesso ampi, rendendoli ideali per la creazione di spirali e bobine. Una variante della piegatura a rulli, la piegatrice a due rulli "pink-style", utilizza un rullo superiore e uno inferiore con guide regolabili per piegare il tubo. La piegatura a rulli offre un'eccellente versatilità per la creazione di bobine lunghe e continue, soprattutto in applicazioni come tubazioni o elementi strutturali.
Piegatura a compressione
La piegatura a compressione prevede la piegatura del tubo attorno a una matrice fissa utilizzando un rullo o una matrice di compressione (chiamata anche blocco di trascinamento). Il tubo viene bloccato appena dietro il punto di tangenza posteriore e il rullo "comprime" efficacemente il tubo contro la matrice di piegatura centrale (Figura 6). La piegatura a compressione è indicata per pezzi simmetrici, spesso utilizzata per creare prodotti con piegature identiche su entrambi i lati. Questo metodo è comune per la produzione di articoli come i portasciugamani e funziona al meglio per tubi piegati con un CLR (diametro esterno) pari ad almeno tre volte il diametro esterno (OD) del tubo.
Questo metodo può causare un leggero appiattimento della superficie esterna dei tubi, poiché il diametro interno non è supportato. Pertanto, la piegatura a compressione è generalmente sconsigliata per tubi con un CLR inferiore a tre volte il diametro esterno, in particolare per parti che richiedono tolleranze ristrette (Figura 7).
Piegatura rotatoria
Per lavori di precisione, la piegatura a trazione rotativa è il metodo preferito, soprattutto per applicazioni che richiedono raggi di curvatura stretti, a volte fino a un CLR pari a 0.7 volte il diametro esterno del tubo (definito inferiore a 1×D). Questo processo offre il massimo controllo sull'assottigliamento e l'ovalizzazione delle pareti, motivo per cui è spesso utilizzato in settori altamente specializzati, come l'aerospaziale e l'automotive. Il processo prevede un mandrino che supporta il diametro interno (ID) del tubo durante la piegatura, nonché utensili di precisione sul diametro esterno (OD) (Figura 8). La piegatura a trazione rotante consente raggi stretti senza compromettere l'integrità strutturale del tubo.
La configurazione per la piegatura a trafila rotativa include una matrice di pressione per trattenere la sezione rettilinea (la tangente) del tubo, una matrice di serraggio per ruotare il tubo attorno alla matrice di piegatura e un mandrino, spesso dotato di sfere di articolazione, per sostenere l'interno del tubo durante tutta la piega. Inoltre, una matrice di raschiatura assicura che non si formino grinze sul raggio interno, pulendo il materiale appena prima del punto di tangenza (Figura 9).
Il ruolo degli utensili per la piegatura dei tubi
La configurazione degli utensili è fondamentale per ottenere piegature di alta qualità, in particolare con la piegatura a trazione rotativa. Tra le considerazioni da tenere in considerazione per gli utensili c'è la durezza del mandrino, che deve essere scelto in base al materiale del tubo. Per tubi più duri si utilizza un mandrino morbido, mentre per tubi più morbidi è necessario un mandrino più duro, per garantire un processo di piegatura fluido.
La crescita radiale durante la piegatura può far sì che il raggio all'inizio della piegatura differisca dal raggio alla fine della piegatura. Ciò è particolarmente importante quando si piegano materiali duri con un CLR maggiore di 3×D. Potrebbe essere necessario un raggio di piegatura inferiore per compensare la crescita radiale eccessiva (Figura 10).
Lubrificazione: garantire prestazioni ottimali
Una corretta lubrificazione è essenziale per ridurre l'attrito e l'usura durante la piegatura dei tubi.Figura 11) Ciò è particolarmente vero quando si utilizzano mandrini con sfere di articolazione all'interno del tubo. Lubrificanti sintetici non a base di petrolio, spesso forniti in gel o pasta, sono comunemente utilizzati nelle operazioni di piegatura dei tubi. La viscosità del lubrificante deve essere regolata in base al materiale e alle esigenze di piegatura. Per piegature gravose, vengono utilizzati lubrificanti più densi per garantire un funzionamento regolare, ridurre l'usura dei componenti critici degli utensili come la matrice raschiante e migliorare le prestazioni complessive.
Scegliere la macchina giusta per la piegatura dei tubi
Le moderne piegatubi, in particolare quelle a controllo numerico, offrono un elevato grado di precisione, spesso con più assi di controllo. Una tipica piegatubi CNC può disporre di fino a 10 assi che controllano vari aspetti del processo di piegatura, come la distanza tra le pieghe (Y), il piano di rotazione della piega (B), l'angolo di piegatura (C), gli spostamenti orizzontali e verticali (X e Z) e il movimento del mandrino (YM) (Figura 12). Gli assi sono descritti come segue:
- Y: Distanza tra le curve
- B: Piano di rotazione della curva
- C: Angolo di piegatura
- X: Spostamento orizzontale del pezzo in lavorazione
- Z: Spostamento verticale del pezzo in lavorazione
- XR: Diapositiva di reazione
- XC: Movimento di serraggio.
- YB: Aumenta il movimento
- YM: Movimento del mandrino
- YSFO: La pressione del follower determina il movimento.
Alcune macchine avanzate combinano più processi di piegatura, come la piegatura a rulli e la piegatura a trazione rotante in un'unica unità, per migliorare la versatilità e l'efficienza di parti complesse che richiedono raggi di piegatura diversi.
Conclusione: l'arte e la scienza della piegatura dei tubi
La combinazione di moderne capacità produttive, software avanzati e utensili di precisione ha trasformato la piegatura dei tubi in un processo altamente controllato, affidabile ed efficiente. Sebbene la variabilità dei materiali e le sfide specifiche dell'applicazione possano aggiungere complessità, la giusta combinazione di materiale, utensili, lubrificazione e macchina garantisce il raggiungimento di piegature perfette in modo costante. Grazie all'abilità di operatori qualificati e alla giusta tecnologia, le macchine piegatubi sono diventate un settore essenziale per settori come quello automobilistico, aerospaziale ed edile. La precisione, la versatilità e l'affidabilità offerte dai sistemi di piegatura dei tubi li rendono indispensabili per la produzione di componenti di alta qualità per una varietà di applicazioni.
