Oggi, nella produzione di strutture metalliche, la piegatura dei tubi lungo il raggio viene utilizzata come alternativa alla saldatura e ai collegamenti filettati.
Viene prodotto utilizzando strumenti speciali. Se la sezione trasversale del materiale è piccola, si utilizzano piegatubi manuali.. Quando il diametro dei prodotti è significativo, si utilizzano macchine.
Nella maggior parte dei casi, è necessario piegare tubi rotondi e sagomati.
- Fondamenti teorici del processo di piegatura
- Comportamento di sezioni circolari, quadrate e rettangolari, tipologie di rottura
- Come calcolare il raggio minimo consentito
- Metodi di piegatura dei tubi in base al raggio
- Piegatura negli stampi mediante pressatura
- Attrezzatura per piegare i tubi
- Elaborazione della compressione
- piegatura a estrazione rotativa
- Conclusione
- Guarda il video
Fondamenti teorici del processo di piegatura
A causa delle sollecitazioni che si generano durante la flessione:
- la parete del tubo viene allungata esternamente dalla forza applicata;
- compresso all'interno;
- Si forma inoltre un asse neutro, sul quale lo stato del materiale non cambia.
Comportamento di sezioni circolari, quadrate e rettangolari, tipologie di rottura
Lo spessore delle pareti del tubo nella parte esterna della curva diminuisce a causa delle sollecitazioni risultanti che creano un momento di trazione:
- La parete esterna assottigliata tende a piegarsi verso l'asse centrale del tubo. Ciò provoca una deformazione della sua sezione trasversale.
- Quando la resistenza alla trazione del prodotto viene superata, si verifica la rottura lungo il piano di flessione esterno.
Lo spessore delle pareti del tubo all'interno della curva aumenta a causa dell'insorgere di sollecitazioni compressive. Quando la resistenza alla compressione del prodotto viene superata, esso perde rigidità locale. Ciò porta alla formazione di profonde pieghe all'interno del tubo piegato.
Come si comportano i profili quadrati e rettangolari?
- Le loro pareti tubolari sono soggette a sollecitazioni di compressione e trazione, sia sul piano di flessione esterno che su quello interno, fino al massimo grado.
- Il materiale presenta una maggiore tendenza alla deformazione, il che rende difficile per l'artigiano controllarlo.
- Il materiale del profilo all'interno della curva tende ad espandersi verticalmente. Inoltre, scorre orizzontalmente lungo la superficie terminale del prodotto. Queste sollecitazioni spingono le pareti del tubo allineate verticalmente nella posizione corretta. Ciò provoca la deformazione della sezione trasversale quadrata, che assume una forma trapezoidale.
- Le sezioni trasversali rettangolari e quadrate trasmettono in modo inefficiente le forze di serraggio tra le ganasce di flessione e di serraggio.
- Il profilo tende a scivolare lungo la scarpa all'inizio della curva. Ciò può causare attrito, con conseguente usura dell'attrezzatura.
Comportamento di un materiale a sezione circolare quando viene piegato:
- Il materiale si deforma meno nelle zone di maggiore sollecitazione. Le zone di massima compressione/allungamento si trovano tangenti all'asse centrale della sezione trasversale.
- La forma rotonda permette al metallo di fluire uniformemente in tutte le direzioni durante la piegatura. Ciò consente all'artigiano di controllare più facilmente i processi di deformazione del materiale.
- Grazie alla sezione trasversale circolare, il tubo trasmette efficacemente le forze tra le ganasce di piegatura e di serraggio.
- Quando si piegano tubi tondi lungo un raggio, questi praticamente non slittano nell'utensile.
Come calcolare il raggio minimo consentito
Il raggio di curvatura minimo di un tubo al quale si verifica un grado critico di deformazione è determinato dal rapporto:
Rmin=20∙S
Al suo interno:
- Rmin indica il raggio di curvatura minimo possibile del prodotto;
- S indica lo spessore della tubazione (in mm).
Pertanto, il raggio lungo l'asse centrale del tubo è: R=Rmin+0,5∙Dn. Qui, Dn indica il diametro nominale della barra tonda.
Un prerequisito per il corretto calcolo del raggio di curvatura minimo è la necessità di tenere conto del rapporto:
Kt=S:D
Qui:
- Kt indica il coefficiente di sottigliezza dei prodotti;
- D indica il diametro esterno dei tubi.
Pertanto, la formula universale per il calcolo del raggio di curvatura minimo consentito è:
R=20∙Kt∙D+0.5∙Dn.
Quando il raggio dato è maggiore del valore ottenuto dalla formula sopra, allora il metodo di piegatura a freddo dei tubiSe il valore è inferiore a quello calcolato, il materiale deve essere preriscaldato. Altrimenti, le sue pareti si deformeranno durante la piegatura.
È necessario tenere conto del caso in cui il parametro della parete sottile è 0,03 < Kt < 0,2
- Quindi il raggio di curvatura minimo consentito di una barra cava, senza l'uso di un utensile speciale, dovrebbe essere: R ≥9,25∙((0,2-Kt)∙0,5).
- Quando il raggio di curvatura minimo è inferiore al valore calcolato, l'uso di un mandrino è obbligatorio.
La correzione del raggio di curvatura dei tubi dopo la rimozione del carico, tenendo conto del ritorno elastico (inerzia di raddrizzamento), si calcola utilizzando la formula:
Ri=0,5∙Ki∙Do.
Qui:
- Do indica la sezione trasversale del mandrino;
- Ki è il coefficiente di deformazione elastica per un materiale specifico (secondo il libro di riferimento).
COSÌ:
- Per un calcolo approssimativo della deformazione elastica di un tubo in acciaio o rame con un diametro interno fino a 4 cm, si adotta un coefficiente di 1,02.
- Per gli analoghi con un diametro interno superiore a 4 cm, questo valore sarà pari a 1,014.
Per conoscere l'angolo esatto di piegatura del materiale, tenendo conto del raggio di girazione del tubo, si utilizza la seguente formula:
∆=∆c∙(1+1:Ki)
Qui:
- ∆c è l'angolo di rotazione dell'asse mediano;
- Ki è il coefficiente di elasticità della molla, secondo quanto riportato nel libro di riferimento.
Quando il raggio richiesto è 2-3 volte maggiore della sezione trasversale della barra cava, si utilizza un coefficiente di elasticità compreso tra 40 e 60.
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Metodi di piegatura dei tubi in base al raggio
Esistono diversi metodi per piegare i tubi a raggio.
Utilizzo di piegatubi manuali. Per la produzione di tubi curvi monoblocco si utilizzano utensili manuali. Il materiale può essere riscaldato o lavorato a freddo. Gli utensili sono costituiti da un mandrino dotato di un rullo mobile che piega il materiale. Il loro funzionamento si basa sulla compressione della barra. Prima dell'uso, si tiene conto del raggio di girazione del tubo, sia esso tondo o quadrato.
È possibile lavorare direttamente in cantiere utilizzando dispositivi mobili di vario tipo.
I dispositivi a leva più semplici. I loro lunghi bracci consentono di piegare il materiale mediante la forza umana. I dispositivi a leva permettono di piegare tubi con angoli fino a 180 gradi, a condizione che il materiale sia flessibile (acciaio inossidabile, rame, alluminio) e abbia un diametro massimo di 20 mm.
Le piegatubi a balestra hanno un design più complesso. Posizionano il tubo su due supporti che ruotano attorno al proprio asse. Il modulo di piegatura, accoppiato a un'asta mobile, applica pressione alla sezione dell'asta situata tra i supporti.
Nei dispositivi a balestra è possibile piegare aste cave con una sezione trasversale fino a 10 cm con angoli fino a 90 gradi.
Le aste che premono sul pezzo in lavorazione possono essere:
- vite meccanica;
- idraulico, dotato di azionamento manuale;
- idraulico, dotato di motore elettrico.
I dispositivi elettrici sono i più produttivi. Piegano i pezzi utilizzando moduli rimovibili con raggi di curvatura variabili. Il pezzo viene piegato all'angolazione desiderata tramite un mandrino rotante. Se in cantiere manca la corrente elettrica, il dispositivo può essere alimentato a batteria.
Grazie a questo strumento, è possibile piegare i pezzi in lavorazione con un angolo fino a 180 gradi.
Piegatura negli stampi mediante pressatura
La piegatura di lamiere fino a 70 centimetri di lunghezza può essere effettuata mediante stampaggio. In questo caso, si utilizzano presse idrauliche o meccaniche. Questo metodo consente la produzione di elementi strutturali con forme complesse.
La pressatura dei semilavorati è il metodo di piegatura più costoso. Tuttavia, offre anche la massima produttività. Questo metodo consente la produzione di una vasta gamma di prodotti.
Attrezzatura per piegare i tubi
La piegatura dei tubi su scala industriale viene effettuata mediante macchinari.
Curvatura a rulli. Il tipo più comune di piegatrice è la calandra. Le macchine a tre rulli, progettate per piegare pezzi lunghi, sono le più utilizzate. Possono essere impiegate anche per la produzione di prodotti tubolari a spirale.
Il pezzo in lavorazione si muove attraverso dei rulli, la cui posizione ne determina il raggio di curvatura. Contemporaneamente, viene compresso su entrambi i lati da un cilindro di deformazione. È posizionato tra i rulli per consentire la piegatura del pezzo in sospensione. I rulli fungono da supporto durante la lavorazione del metallo.
Elaborazione della compressione
Le macchine che piegano pezzi di piccolo raggio mediante piegatura a compressione sono spesso utilizzate nella produzione. Queste macchine lavorano pezzi di sezione sia piccola che grande. Il processo prevede il riscaldamento localizzato dei pezzi e l'applicazione simultanea di una pressione assiale.
La macchina è composta da:
- una struttura con un elemento riscaldante posizionato sopra;
- rullo di supporto;
- una coppia di morsetti, il primo dei quali è un morsetto rotante a flessione, il secondo è un morsetto a compressione.
Il dispositivo è in grado di piegare elementi con un angolo di 180°. Blocca i pezzi con una forza costante, indipendentemente dalla loro sezione trasversale e dall'entità della forza assiale generata all'epicentro della deformazione durante la piegatura. L'attrezzatura può lavorare profili quadrati e rettangolari.
piegatura a estrazione rotativa
La trafilatura rotativa dei tubi viene eseguita su macchine dotate di supporti elettrici o idraulici per il movimento dei rulli di pressatura. Questi ultimi servono a ottenere la configurazione e lo spessore desiderati dell'elemento prodotto.
La trafilatura rotazionale produce pezzi a partire da barre cave rotanti, deformate da rulli su un mandrino mobile. Attualmente, nella maggior parte dei casi, si utilizzano macchine per trafilatura rotativa a controllo numerico (CNC). Il loro software tiene conto della resistenza alla deformazione del materiale. Nella produzione vengono utilizzate le norme GOST pertinenti.
Conclusione
Per piccoli volumi, la piegatura dei tubi può essere eseguita con utensili manuali. Su scala industriale, si utilizzano macchinari specializzati. Prima di iniziare, è necessario calcolare il raggio di curvatura minimo consentito.
