Méthodes de cintrage des tubes par rayon

De nos jours, dans la production de structures métalliques, le cintrage de tubes selon un rayon est utilisé comme alternative au soudage et aux raccords filetés.

Il est produit à l'aide d'outils spéciaux. Si la section transversale du matériau est petite, on utilise des cintreuses de tubes manuelles.. Lorsque le diamètre des produits est important, des machines sont utilisées..

Le plus souvent, il est nécessaire de cintrer des tuyaux ronds et profilés.

Fondements théoriques du processus de pliage

En raison des contraintes qui apparaissent lors de la flexion :

• la paroi du tuyau est étirée vers l'extérieur par la force appliquée ;
• comprimée à l'intérieur;
• Il se forme également un axe neutre sur lequel l'état du matériau ne change pas.

Comportement des sections circulaires, carrées et rectangulaires, types de rupture

L'épaisseur des parois du tuyau sur la partie extérieure du coude diminue car les contraintes résultantes créent un moment de traction :

1. La paroi extérieure amincie tend à se courber vers l'axe du tuyau, ce qui déforme sa section transversale.
2. Lorsque la résistance à la traction du produit est dépassée, il se rompt le long du plan de flexion extérieur.

L'épaisseur des parois internes du tube cintré augmente sous l'effet des contraintes de compression. Lorsque la résistance à la compression du produit est dépassée, celui-ci perd localement sa rigidité, ce qui entraîne la formation de plis profonds à l'intérieur du tube cintré.

Comment se comportent les profils carrés et rectangulaires ?

1. Leurs parois tubulaires sont soumises à des contraintes de compression et de traction, tant sur le plan extérieur qu'intérieur de la flexion, au maximum.
2. Le matériau a une tendance accrue à la déformation, ce qui rend sa maîtrise difficile pour l'artisan.
3. Le matériau profilé à l'intérieur du coude tend à se dilater verticalement. Il s'écoule également horizontalement le long de la face d'extrémité du produit. Ces contraintes plaquent les parois verticales du tuyau contre leur position initiale. Ceci provoque la déformation de la section carrée, qui prend alors une forme trapézoïdale.
4. Les sections transversales rectangulaires et carrées transmettent mal les forces de serrage entre les mâchoires de flexion et de serrage.
5. Le profil a tendance à glisser le long de la chaussure au début du virage. Cela peut engendrer des frottements et, par conséquent, une usure prématurée du matériel.

Comportement d'un matériau à section circulaire lorsqu'il est plié :

1. Le matériau se déforme moins dans les zones de contrainte maximale. Les zones de compression/étirement maximal sont situées tangentes à l'axe médian de la section transversale.
2. Sa forme arrondie permet au métal de se déformer uniformément dans toutes les directions lors du pliage. Cela permet à l'artisan de mieux contrôler les processus de déformation du matériau.
3. Grâce à sa section transversale ronde, le tuyau transmet efficacement les forces entre les mâchoires de pliage et de serrage.
4. Lorsqu'on cintre des tubes ronds selon un rayon, ils ne glissent pratiquement pas dans l'outil.

Comment calculer le rayon minimal autorisé

Le rayon de courbure minimal d'un tuyau à partir duquel un degré critique de déformation se produit est déterminé par le rapport :

Rmin=20∙S

Dedans :

• Rmin désigne le rayon de courbure minimal possible du produit ;
• S désigne l'épaisseur du pipeline (en mm).

Par conséquent, le rayon le long de l'axe du tuyau central est : R=Rmin+0,5∙Dn. Ici, Dn désigne le diamètre nominal de la tige ronde.

Pour calculer correctement le rayon de courbure minimal, il est indispensable de prendre en compte le rapport :

Kt=S:D

Ici:

• Kt désigne le coefficient de finesse des produits ;
• D indique le diamètre extérieur des tuyaux.

Par conséquent, la formule universelle pour calculer le rayon de courbure minimal admissible est :

R=20∙Kt∙D+0,5∙Dn.

Lorsque le rayon donné est supérieur à la valeur obtenue à partir de la formule ci-dessus, alors le méthode de cintrage à froid des tubesSi la valeur obtenue est inférieure à la valeur calculée, le matériau doit être préchauffé. Sinon, ses parois se déformeront lors du pliage.

Il est nécessaire de prendre en compte le cas où le paramètre de paroi mince est compris entre 0,03 et 0,2.

1. Le rayon de courbure minimal admissible d'une tige creuse, sans utiliser d'outil spécial, doit alors être : R ≥9,25∙((0,2-Kt)∙0,5).
2. Lorsque le rayon de courbure minimal est inférieur à la valeur calculée, l'utilisation d'un mandrin est obligatoire.

La correction du rayon de courbure des tubes après suppression de la charge, en tenant compte du retour élastique (inertie de redressement), est calculée à l'aide de la formule :

Ri=0,5∙Ki∙Do.

Ici:

• Do désigne la section transversale du mandrin ;
• Ki est le coefficient de déformation élastique d'un matériau spécifique (selon l'ouvrage de référence).

Donc:

1. Pour un calcul approximatif de la déformation élastique d'un tuyau en acier ou en cuivre d'un diamètre allant jusqu'à 4 cm, un coefficient de 1,02 est adopté.
2. Pour les analogues dont le diamètre intérieur est supérieur à 4 cm, ce chiffre sera égal à 1,014.

Pour connaître l'angle exact auquel le matériau doit être plié, en tenant compte du rayon de giration du tuyau, on utilise la formule suivante :

∆=∆c∙(1+1:Ki)

Ici:

• ∆c est l'angle de rotation de l'axe médian ;
• Ki est le coefficient de raideur selon l'ouvrage de référence.

Lorsque le rayon requis est 2 à 3 fois supérieur à la section transversale de la tige creuse, un coefficient de ressort de 40 à 60 est pris.

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TG4, cintreuse de tubes électromécanique, pour le cintrage de tubes à parois épaisses,

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Méthodes de cintrage des tubes par rayon

Il existe plusieurs méthodes pour cintrer des tuyaux selon un rayon donné.

Utilisation de cintreuses de tubes manuelles. On utilise des outils manuels pour la production unitaire de tubes cintrés. Le matériau peut être travaillé à chaud ou à froid. Ces outils se composent d'un mandrin muni d'un rouleau mobile qui cintre le matériau. Leur fonctionnement repose sur la compression de la barre. Le rayon de giration du tube, rond ou carré, est déterminé avant utilisation.

Vous pouvez travailler directement sur le chantier en utilisant des appareils mobiles de différents modèles.

Les cintreuses à levier les plus simples. Leurs longs bras permettent de cintrer le matériau par la force humaine. Elles permettent de cintrer des tubes jusqu'à 180 degrés, à condition que le matériau soit flexible (acier inoxydable, cuivre, aluminium) et d'un diamètre maximal de 20 mm.

Les cintreuses à arceau ont une conception plus complexe. Elles placent le tube sur deux supports qui pivotent autour de leur axe. Le module de cintrage, associé à une tige mobile, applique une pression sur la partie du tube située entre les supports.

Dans les dispositifs d'arbalète, il est possible de cintrer des tiges creuses d'une section transversale allant jusqu'à 10 cm à des angles allant jusqu'à 90 degrés.

Les tiges qui exercent une pression sur la pièce à usiner peuvent être :

• vis mécanique;
• hydraulique, équipée d'une commande manuelle ;
• hydraulique, équipée d'un moteur électrique.

Les machines électriques sont les plus productives. Elles cintrent les pièces à l'aide de modules amovibles à rayons de courbure variables. La pièce est cintrée à l'angle souhaité grâce à un mandrin rotatif. En cas d'absence de courant électrique sur le chantier, la machine peut être alimentée par batterie.

Grâce à un tel outil, il est possible de plier des pièces à un angle allant jusqu'à 180 degrés.

Pliage dans des matrices par pressage

Le pliage de flans jusqu'à 70 centimètres de long peut être réalisé par estampage. On utilise alors des presses hydrauliques ou mécaniques. Cette méthode permet la production d'éléments structuraux aux formes complexes.

Le pressage des ébauches est la méthode de pliage la plus coûteuse. Cependant, c'est aussi celle qui offre la productivité la plus élevée. Cette méthode permet la fabrication d'une large gamme de produits.

machine à cintrer les tubes

Le cintrage des tubes à l'échelle industrielle est réalisé à l'aide de machines.

Cintrage par rouleaux. La cintreuse à rouleaux est le type de machine le plus courant. Les cintreuses à trois rouleaux, conçues pour le cintrage de pièces longues, sont les plus utilisées. Elles peuvent également servir à la fabrication de tubes spiralés.

La pièce se déplace entre des rouleaux dont la position détermine son rayon de courbure. Simultanément, elle est comprimée de part et d'autre par un vérin de déformation. Elle est positionnée entre les rouleaux pour permettre son pliage en suspension. Les rouleaux servent de support lors de l'usinage.

traitement de compression

Les machines de pliage par compression de pièces à petit rayon sont fréquemment utilisées en production. Elles traitent des pièces de sections transversales aussi bien petites que grandes. Le procédé consiste en un chauffage localisé des pièces et une pression axiale simultanée.

La machine se compose de :

• un cadre avec un élément chauffant intégré ;
• rouleau de support;
• une paire de pinces, la première étant une pince rotative de pliage, la seconde une pince de refoulement.

Cet appareil permet de cintrer des éléments à un angle de 180°. Il maintient les pièces avec une force constante, quelle que soit leur section et l'intensité de la force axiale générée au centre de déformation lors du cintrage. Il peut usiner des profilés carrés et rectangulaires.

cintrage par extraction rotative

Le tréfilage rotatif de tubes est réalisé sur des machines à supports électriques ou hydrauliques pour le déplacement des rouleaux de pressage. Ces derniers permettent d'obtenir la configuration et l'épaisseur souhaitées de l'élément produit.

Le rotomoulage permet de fabriquer des pièces à partir de barres creuses déformées par rotation à l'aide de rouleaux sur un mandrin mobile. Actuellement, on utilise le plus souvent des machines de rotomoulage à commande numérique (CNC). Leur logiciel prend en compte la résistance à la déformation du matériau. Les normes GOST pertinentes sont appliquées lors de la fabrication.

Conclusion

Pour les petites séries, le cintrage de tubes peut être réalisé à l'aide d'outils manuels. À l'échelle industrielle, on utilise des machines spécialisées. Avant de commencer, il est nécessaire de calculer le rayon de courbure minimal admissible.

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