Actualmente, en la producción de estructuras metálicas, el doblado de tubos a lo largo del radio se utiliza como alternativa a la soldadura y las conexiones roscadas.
Se produce utilizando herramientas especiales. Si la sección transversal del material es pequeña, se utilizan dobladoras de tubos manuales.. Cuando el diámetro de los productos es significativo, se utilizan máquinas..
Lo más frecuente es que sea necesario doblar tuberías redondas y con formas especiales.
- Fundamentos teóricos del proceso de doblado
- Comportamiento de secciones circulares, cuadradas y rectangulares, tipos de falla
- Cómo calcular el radio mínimo permitido
- Métodos de doblado de tuberías por radio
- Doblado en matrices mediante presión
- Equipo para doblar tubos
- Procesamiento de compresión
- Doblado por extracción rotativa
- Conclusión
- Mira el video
Fundamentos teóricos del proceso de doblado
Debido a las tensiones que surgen durante la flexión:
- La pared de la tubería se estira hacia el exterior debido a la fuerza aplicada;
- comprimido en el interior;
- También se forma un eje neutro, sobre el cual el estado del material no cambia.
Comportamiento de secciones circulares, cuadradas y rectangulares, tipos de falla
El espesor de las paredes de la tubería en la parte exterior de la curva se reduce debido a que las tensiones resultantes crean un momento de tracción:
- La pared exterior, al adelgazarse, tiende a curvarse hacia el eje central de la tubería. Esto provoca que su sección transversal se deforme.
- Cuando se supera la resistencia a la tracción del producto, este se rompe a lo largo del plano de flexión exterior.
El espesor de las paredes de la tubería en la parte interior de la curva aumenta debido a la aparición de esfuerzos de compresión. Cuando se supera la resistencia a la compresión del producto, este pierde rigidez local. Esto provoca la formación de pliegues profundos en la parte interior de la tubería curvada.
¿Cómo se comportan los perfiles cuadrados y rectangulares?
- Sus paredes tubulares están sometidas a esfuerzos de compresión y tracción, tanto en el plano exterior como en el interior de la flexión, hasta el máximo.
- El material tiene una mayor tendencia a deformarse, lo que dificulta que el artesano lo controle.
- El material del perfil en el interior de la curva tiende a expandirse verticalmente. También fluye horizontalmente a lo largo de la cara final del producto. Estas tensiones empujan las paredes de la tubería, alineadas verticalmente, hasta su posición correcta. Esto provoca que la sección transversal cuadrada se deforme, adquiriendo una forma trapezoidal.
- Las secciones transversales rectangulares y cuadradas transmiten de forma deficiente las fuerzas de sujeción entre las mordazas de flexión y de sujeción.
- El perfil tiende a deslizarse a lo largo de la zapata al inicio de la curva. Esto puede causar fricción y, en consecuencia, desgaste del equipo.
Comportamiento de un material con sección transversal circular cuando se dobla:
- El material se deforma menos en las zonas de mayor tensión. Las zonas de máxima compresión/estiramiento se localizan tangentes al eje central de la sección transversal.
- La forma redondeada permite que el metal fluya uniformemente en todas las direcciones durante el doblado. Esto facilita al artesano el control de los procesos de deformación del material.
- Gracias a su sección transversal redonda, el tubo transmite bien las fuerzas entre las mordazas de flexión y de sujeción.
- Al doblar tubos redondos siguiendo un radio, prácticamente no se deslizan en la herramienta.
Cómo calcular el radio mínimo permitido
El radio de curvatura mínimo de una tubería en el que se produce un grado crítico de deformación está determinado por la siguiente relación:
Rmin=20∙S
En él:
- Rmin significa el radio de curvatura mínimo posible del producto;
- S indica el espesor de la tubería (en mm).
Por lo tanto, el radio a lo largo del eje central del tubo es: R = Rmin + 0,5∙Dn. Aquí, Dn denota el diámetro nominal de la varilla redonda.
Un requisito previo para calcular correctamente el radio de curvatura mínimo es la necesidad de tener en cuenta la relación:
Kt=S:D
Aquí:
- Kt significa el coeficiente de delgadez de los productos;
- D indica el diámetro exterior de las tuberías.
Por lo tanto, la fórmula universal para calcular el radio de curvatura mínimo admisible es:
R=20∙Kt∙D+0.5∙Dn.
Cuando el radio dado es mayor que el valor obtenido de la fórmula anterior, entonces el método de doblado de tuberías en fríoSi el valor es inferior al calculado, el material debe precalentarse. De lo contrario, sus paredes se deformarán durante el doblado.
Es necesario tener en cuenta el caso en que el parámetro de pared delgada sea 0,03 < Kt < 0,2.
- Entonces, el radio de curvatura mínimo admisible de una varilla hueca, sin utilizar una herramienta especial, debería ser: R ≥9,25∙((0,2-Kt)∙0,5).
- Cuando el radio de curvatura mínimo es inferior al valor calculado, entonces el uso de un mandril es obligatorio.
La corrección del radio de curvatura de las tuberías después de retirar la carga, teniendo en cuenta el efecto de recuperación elástica (inercia de enderezamiento), se calcula mediante la siguiente fórmula:
Ri=0,5∙Ki∙Do.
Aquí:
- Do significa la sección transversal del mandril;
- Ki es el coeficiente de deformación elástica para un material específico (según el libro de referencia).
Entonces:
- Para un cálculo aproximado de la deformación elástica de una tubería de acero o cobre con un diámetro interior de hasta 4 cm, se adopta un coeficiente de 1,02.
- Para análogos con un diámetro interno mayor de 4 cm, esta cifra será igual a 1,014.
Para conocer el ángulo exacto en el que se debe doblar el material, teniendo en cuenta el radio de giro del tubo, se utiliza la siguiente fórmula:
∆=∆c∙(1+1:Ki)
Aquí:
- ∆c es el ángulo de rotación del eje medio;
- Ki es el coeficiente de elasticidad del resorte según el libro de referencia.
Cuando el radio requerido es 2-3 veces mayor que la sección transversal de la varilla hueca, se toma un coeficiente de elasticidad de 40-60.
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Métodos de doblado de tuberías por radio
Existen varios métodos para doblar tuberías dándoles un radio determinado.
Utilizando dobladoras de tubos manuales. Las herramientas manuales se utilizan para la producción de tubos curvados de una sola pieza. El material puede calentarse o trabajarse en frío. Las herramientas constan de un mandril equipado con un rodillo móvil que curva el material. Funcionan comprimiendo la varilla. Antes de su uso, se tiene en cuenta el radio de giro del tubo, ya sea redondo o cuadrado.
Puedes trabajar directamente en la obra utilizando dispositivos móviles de diversos diseños.
Los dispositivos de palanca más sencillos. Sus brazos largos permiten doblar el material mediante fuerza humana. Estos dispositivos permiten doblar tuberías en ángulos de hasta 180 grados, siempre que el material sea flexible (acero inoxidable, cobre, aluminio) y tenga un diámetro de hasta 20 mm.
Las dobladoras de tubos tipo ballesta tienen un diseño más complejo. Colocan el tubo sobre dos soportes que giran sobre su eje. El módulo de doblado, junto con una varilla móvil, aplica presión a la sección de la varilla ubicada entre los soportes.
En los dispositivos tipo ballesta, es posible doblar varillas huecas con una sección transversal de hasta 10 cm en ángulos de hasta 90 grados.
Las varillas que presionan la pieza de trabajo pueden ser:
- tornillo mecánico;
- hidráulico, equipado con accionamiento manual;
- hidráulica, equipada con un motor eléctrico.
Los dispositivos eléctricos son los más productivos. Doblan las piezas mediante módulos extraíbles con radios variables. La pieza se dobla al ángulo deseado con un mandril giratorio. Si la obra carece de suministro eléctrico, el dispositivo puede funcionar con una batería.
Con la ayuda de dicha herramienta, es posible doblar piezas de trabajo en un ángulo de hasta 180 grados.
Doblado en matrices mediante presión
El doblado de piezas en bruto de hasta 70 centímetros de longitud se puede realizar mediante estampado. Para ello, se utilizan prensas hidráulicas o mecánicas. Este método permite la producción de elementos estructurales con formas complejas.
El prensado de piezas en bruto es el método de doblado más costoso. Sin embargo, también ofrece la mayor productividad. Este método permite la producción de una amplia gama de productos.
Equipo para doblar tubos
El doblado de tuberías a escala industrial se realiza utilizando máquinas.
Doblado de rodillos. El tipo más común de máquina dobladora es la laminadora. Las máquinas de tres rodillos, diseñadas para doblar piezas largas, son las más utilizadas. También pueden emplearse para producir productos tubulares en espiral.
La pieza se desplaza a través de rodillos, cuya posición determina su radio de curvatura. Simultáneamente, un cilindro de deformación la comprime por ambos lados. Este cilindro se sitúa entre los rodillos para permitir que la pieza se doble mientras está suspendida. Los rodillos sirven de soporte durante el proceso de mecanizado.
Procesamiento de compresión
En la producción se suelen utilizar máquinas que doblan piezas de radio pequeño mediante doblado por compresión. Estas máquinas procesan piezas de secciones transversales tanto pequeñas como grandes. El proceso implica el calentamiento localizado de las piezas y la aplicación simultánea de presión axial.
La máquina consta de:
- un marco con un calentador ubicado en él;
- rodillo de soporte;
- un par de abrazaderas, la primera de las cuales es una abrazadera giratoria de doblado, la segunda es una abrazadera de recalcado.
El dispositivo es capaz de doblar elementos a un ángulo de 180º. Sujeta las piezas con una fuerza constante, independientemente de su sección transversal y de la magnitud de la fuerza axial generada en el epicentro de la deformación durante el doblado. El equipo puede procesar perfiles cuadrados y rectangulares.
Doblado por extracción rotativa
El trefilado rotativo de tubos se realiza en máquinas con soportes eléctricos o hidráulicos para el movimiento de los rodillos de presión. Estos últimos se utilizan para lograr la configuración y el espesor deseados del elemento producido.
El trefilado rotacional produce piezas a partir de varillas huecas giratorias que se deforman mediante rodillos sobre un mandril móvil. Actualmente, en la mayoría de los casos se utilizan máquinas de trefilado rotacional CNC. Su software tiene en cuenta la resistencia del material a la deformación. En la fabricación se aplican las normas GOST pertinentes.
Conclusión
En volúmenes pequeños, el doblado de tuberías se puede realizar con herramientas manuales. A escala industrial, se utilizan máquinas especializadas. Antes de comenzar, es necesario calcular el radio de curvatura mínimo admisible.
