Esta postagem do blog explora o fascinante mundo das técnicas de curvatura de tubos. Como engenheiro mecânico experiente, compartilharei minhas percepções sobre vários métodos usados para moldar tubos para diversas aplicações. Descubra a ciência por trás da criação de curvas suaves e ângulos precisos que tornam os sistemas de tubulação eficientes e esteticamente agradáveis.
A curvatura convencional sem mandril refere-se a um método de curvatura sem preenchimento que é comumente usado na produção em temperatura ambiente.
O principal matriz de dobra A técnica e o princípio são ilustrados na figura abaixo. Essa técnica envolve flexão por estiramento, dobragem de prensaOs processos de dobragem por desvio, dobragem por pressão e dobragem por rolo.
Principal matriz de dobra e princípio de dobra
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A curvatura do tubo pode ser obtida adicionando uma tensão axial com base no momento de curvatura puro. Em geral, isso pode ser classificado como flexão por tensão e flexão por tração rotativa.
Todos os processos de flexão por estiramento compartilham uma característica comum. A tensão de tração adicional reduz uma parte da tensão de compressão tangencial no lado côncavo durante a flexão pura. Isso resulta na supressão da espessura da parede e do enrugamento na dobra. Entretanto, a possibilidade de afinamento da espessura da parede ou até mesmo de rachaduras no lado convexo da dobra aumenta inevitavelmente.
(1) Flexão por estiramento
O princípio de funcionamento simplificado de uma formação de dobra por estiramento comum é mostrado na figura abaixo.
Durante a curvatura do tubo, a peça bruta do tubo passa por três rolos de suporte horizontais e é fixada no braço rotativo por meio de um mandril. Quando o braço rotativo gira, ele faz com que o tubo em branco sofra deformação por flexão.
O raio de curvatura da dobra pode ser alterado durante a formação da dobra por estiramento, ajustando a distância entre o rolo de suporte e o mandril, bem como o eixo do canal.
Se um dispositivo de aquecimento for instalado antes de o tubo em branco entrar na zona de curvatura, como uma corrente de indução de média frequência para pré-aquecer o tubo em branco, sua capacidade de deformação plástica poderá ser aprimorada. Isso permite a realização da formação de curvatura por estiramento com aquecimento.
Princípio de funcionamento simplificado de quatro formas comuns de flexão por estiramento
(2) Flexão da tração de giro
A figura abaixo ilustra a curvatura por tração rotativa, na qual cada parte de trabalho da matriz de curvatura tem uma ranhura que corresponde ao formato do tubo.
O comprimento da curva da seção transversal é ligeiramente menor do que o semicírculo do tubo em branco. Ela é usada para prender ou pressionar o tubo em branco durante a dobra.
O raio de curvatura pode ser alterado substituindo-se a matriz de dobragem rotativa.
A peça em branco do tubo é pressionada contra a matriz de dobra rotativa que pode girar em torno do eixo pela matriz de tração e pela matriz de tração. fixação bloco.
A matriz de tração gira sobre a pista de arco circular com um raio fixo e o eixo da matriz de dobra rotativa, o que faz com que o tubo em branco gire com a matriz de dobra rotativa sob a pressão radial e o atrito tangencial do bloco de fixação para obter a formação da dobra.
Devido ao aumento da deformação por estiramento tangencial do tubo em branco no lado convexo da flexão, ele tem a propriedade de flexão por estiramento.
Atualmente, a maioria dos equipamentos de curvatura de tubos e das máquinas CNC de curvatura de tubos em produção opera com base no princípio de curvatura por tração rotativa.
Dobrador de tubos CNC com tração rotativa
A flexão por compressão é a contrapartida da flexão por tensão, que é obtida por meio da ação conjunta do impulso axial adicional ou derivado e do momento de flexão na flexão do tubo.
O impulso axial adicional pode reduzir ou neutralizar a tensão tangencial no lado convexo da curva, evitando, assim, que a espessura da parede da curva se afine ou rache. Entretanto, o aumento da tensão de compressão tangencial no lado côncavo da curva pode fazer com que a parede do tubo fique mais espessa ou até mesmo enrugada.
A curvatura por compressão de tubos é categorizada principalmente em curvatura por compressão, curvatura por compressão rotativa e curvatura por força axial.
(1) Dobra por prensa
A curvatura de tubos, conforme ilustrado na figura abaixo, é semelhante à curvatura de chapas em V e é usada para curvar e moldar produtos de cotovelo de diâmetro médio e pequeno com segmentos de tubos retos.
A matriz de dobra e o rolo de suporte têm uma ranhura de trabalho com o mesmo diâmetro do tubo e um pouco menor que o semicírculo.
A matriz de dobra, consolidada com a haste de pressão e com um raio de dobra específico, empurra a peça bruta do tubo para fora e enrola duas formas de dobra entre os rolos de suporte em ambos os lados.
A substituição da matriz de curvatura pode alterar o raio de curvatura do tubo, enquanto o tamanho dos dois ângulos internos de curvatura é determinado pelo curso de empurrar para fora a matriz de curvatura.
A curvatura de tubos apresenta alta eficiência de produção, e o ajuste da matriz é simples.
No entanto, a desvantagem é que o força de flexão aplicada durante a dobra é concentrada entre os dois rolos de suporte. O contato inicial entre o tubo em branco e a matriz de dobra provavelmente distorcerá a seção de deslocamento, afetando a qualidade da dobra.
(2) Flexão por compressão rotativa
A curvatura por compressão rotativa tem forma semelhante à curvatura por tração rotativa, mas o mecanismo para curvar os tubos é diferente.
Conforme mostrado na figura abaixo, durante o processo de dobra, a matriz ou o rolo deslizante aplica pressão radial ao tubo em branco enquanto gira em torno do eixo da matriz de dobra fixa, forçando gradualmente o tubo reto em branco a aderir à superfície da ranhura da matriz de dobra fixa sob atrito tangencial para dobrar e formar.
Diferentemente da curvatura por tração rotativa, a zona de deformação por curvatura é gerada entre a matriz deslizante e a matriz de curvatura fixa. A superfície da peça em branco do tubo convexo está sempre sujeita à ação combinada da pressão radial e do atrito tangencial, o que pode, até certo ponto, reduzir a deformação de tração tangencial da peça em branco do tubo convexo.
(3) Flexão por impulso da força axial
O molde mostrado na figura abaixo consiste em duas metades que são centralizadas pelo plano de dobra.
Sob o impulso axial da matriz, a peça bruta do tubo é forçada a ser dobrada e formada pela pressão na cavidade do molde após passar pela luva guia.
O processo de deformação por flexão da peça bruta do tubo no molde é complexo. Além de estar sujeito ao torque de flexão, ele também está sujeito ao impulso axial e à força de atrito oposta à sua direção de funcionamento.
A curvatura por pressão é diferente da curvatura comum, pois a camada neutra da deformação da parede do tubo pode se mover para a parte externa da curvatura, o que ajuda a aliviar o afinamento da parede externa.
Para evitar enrugamento ou torção dentro do cotovelo, a espessura relativa da parede do tubo que está sendo dobrado deve ser maior que 0,06.
Para reduzir o atrito, muitas vezes é necessário lubrificar o bloco do tubo ou a cavidade do molde de dobra.
Para cotovelos de paredes finas, geralmente é adotada a flexão por pressão com um núcleo para evitar a deformação e o enrugamento.
Além dos métodos mencionados acima, há também a dobra de desvio, curvatura de rolose outros.
Entretanto, a maioria desses métodos pode não atender aos requisitos rigorosos de precisão e qualidade de curvatura. Portanto, eles são normalmente utilizados para dobrar acessórios de tubos que não exigem alta precisão em termos de forma e tamanho.
(1) Formação de flexão de tubo
A curvatura de tubos é um processo de fabricação comum que pode ser realizado manualmente ou por meio de uma máquina curvadora de tubos.
A curvatura de desvio, conforme mostrado no diagrama abaixo, é semelhante à curvatura por compressão rotativa, exceto pelo fato de que o atrito de rolamento ocorre entre a ranhura de trabalho do rolete e a superfície do tubo em branco.
Durante o processo de dobraEm uma extremidade do tubo em branco é fixada no cabeçote de fixação da matriz de dobra, enquanto a roda de pressão lateral o pressiona contra a superfície da ranhura da matriz de dobra e gira em torno da matriz de dobra. O cabeçote de fixação também gira junto com o tubo em branco.
(2) Formação de rolos de tubos
Tubo curvatura de rolos é comumente usado para dobrar tubos de paredes espessas, como mostra o diagrama abaixo.
O bloco de tubos é colocado entre três ou mais rolos, cada um com uma ranhura com um diâmetro interno ligeiramente maior que o diâmetro externo do tubo e uma circunferência de seção ligeiramente menor que o semicírculo do bloco de tubos.
Cada rolo gira e se move em diferentes direções, o que permite que o tubo em branco seja enrolado em uma forma de dobra específica. A curvatura de vários rolos pode aumentar a precisão da curvatura dos tubos, reduzir a distorção da seção transversal da curvatura e melhorar o grau de deformação uniforme da curvatura do tubo.
Embora seja usado principalmente para curvar tubos de paredes espessas, às vezes também pode ser utilizado para curvar tubos de paredes finas.
(a) Diagrama esquemático da flexão assimétrica de três rolos
(b) Diagrama esquemático de rolo lateral dobramento de quatro rolos
A curvatura de enchimento de tubos, também conhecida como curvatura de mandril, é um processo comum para curvar tubos de paredes finas de diâmetro médio a grande.
Para minimizar ou eliminar defeitos como achatamento da seção transversal, colapso da parede e enrugamento durante o processo de curvatura, é usado um método chamado de curvatura por enchimento. Isso envolve o preenchimento de vários mandris ou enchimentos no tubo em branco a ser dobrado para fornecer suporte durante o processo de dobra.
A dobra por mandril é um processo de dobra que oferece controle preciso sobre a forma da seção transversal dos cotovelos.
A principal diferença entre a curvatura com mandril e a curvatura sem mandril comum é que um mandril é pré-colocado dentro do tubo em branco durante o processo de curvatura.
Na produção real, os mandris ou as hastes de mandril são categorizados em dois tipos: mandris rígidos e mandris flexíveis sólidos.
Os mandris rígidos incluem mandris de cabeça redonda, mandris em forma de colher e mandris bullhorn.
Os mandris flexíveis incluem mandris flexíveis de seção única e mandris flexíveis de várias seções.
O enchimento de partículas sólidas e a conformação por flexão por pressão é um processo comum para dobrar membros de paredes finas ou cotovelos com pequena espessura de parede.
Tradicionalmente, a areia de quartzo era usada como enchimento, mas foi gradualmente substituída por partículas de resina ou contas de metal.
Antes do processo de curvatura por pressão, esferas de diâmetro grande, ligeiramente menores do que a vista externa do tubo em branco, são colocadas na matriz de curvatura para evitar que o enchimento do cordão escorregue. Em seguida, o tubo em branco é preenchido com esferas de pequeno diâmetro.
Durante a curvatura por pressão, o controle deslizante da prensa aciona o punção de curvatura por pressão para extrudar o enchimento do cordão no tubo em branco. No entanto, deve-se observar que as partículas sólidas não podem ser consideradas como um meio contínuo e sua deformação de fluxo sob pressão não pode ser aproximada a um volume constante.
Além disso, o uso de esferas de aço duro pode causar defeitos, como indentação na parede interna do cotovelo.
O método de enchimento e curvatura do uso de líquido como enchimento de tubos foi desenvolvido, com dois processos relativamente maduros: perfuração de tubos, curvatura hidráulica e perfuração de tubos e curvatura por pressão de alimentação.
Embora a curvatura de enchimento líquido supere algumas das deficiências da curvatura de enchimento de partículas sólidas, a vedação do meio continua sendo um desafio tecnológico.
No processo de curvatura por enchimento líquido, um líquido curável é injetado no tubo em branco enquanto ele está no estado líquido. Depois que as duas extremidades são seladas, a substância líquida se solidifica e se torna um enchimento integral usado para dobrar.
Os materiais de enchimento solidificados podem incluir água, breu, ligas de baixo ponto de fusão e vários tipos de resinas.
A curvatura por aquecimento é uma técnica avançada de conformação de metal empregada quando os métodos convencionais de curvatura a frio são inadequados para obter geometrias complexas ou quando se trabalha com ligas de alta resistência. Esse processo aproveita a energia térmica para aumentar a plasticidade do material, reduzindo a força de dobra necessária e minimizando os efeitos de retorno elástico.
Em geral, o procedimento abrange três estágios críticos: aquecimento controlado, dobra de precisão e resfriamento regulado. A fase de aquecimento pode ser realizada por meio de vários métodos, cada um oferecendo vantagens distintas:
A escolha do método depende de fatores como propriedades do material, raio de curvatura desejado, volume de produção e requisitos de qualidade. Sistemas avançados de controle de processos e simulações computadorizadas são frequentemente empregados para otimizar os padrões de aquecimento, as forças de dobra e as taxas de resfriamento, garantindo a qualidade consistente do produto e minimizando o desperdício de material.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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