Fundamentos del conformado de tubos: Clasificaciones y materiales

En comparación con los materiales de acero macizo, como los tubos de acero y el acero redondo, con la misma resistencia a la flexión y a la torsión, su peso es menor, lo que lo convierte en un acero de sección económica. Por otra parte, la fabricación de piezas en forma de anillo con tubos de acero puede mejorar la utilización de materiales, simplificar los procesos de fabricación y ahorrar materiales y tiempo de procesamiento, tales como anillos de rodamientos, manguitos de gato, etc., que ahora se fabrican ampliamente con tubos de acero.

Los tubos de acero también son materiales indispensables para diversas armas convencionales, como cañones de armas y cañones de cañones, que están hechos de tubos de acero. Por lo tanto, las piezas de conformado de tubos se utilizan cada vez más en algunos componentes de la estructura del bastidor de maquinaria agrícola, maquinaria de construcción, industria automotriz y productos de la industria de defensa nacional.

I. Clasificación de las piezas conformadas de material para tuberías

Hay muchos tipos de accesorios de tubería, y los métodos comunes de clasificación son los siguientes.

1. Clasificación por método de producción

(1) Tubo sin soldadura

La tubería sin soldadura es un tipo de material de acero largo con una sección hueca y sin costuras alrededor del perímetro. Los tubos de acero tienen una sección hueca y se utilizan mucho como tuberías para transportar fluidos, como tuberías para transportar petróleo, gas natural, gas, agua y ciertos materiales sólidos, etc.

Dependiendo de los diferentes diseños y usos, los tubos de acero sin soldadura utilizados en maquinaria agrícola generalmente incluyen tubos de acero sin soldadura estructurales (GB/T8162-2008), tubos de acero sin soldadura de precisión estirados en frío o laminados en frío (GB3639-2009), y tubos de acero sin soldadura de forma especial.

Los tubos de acero sin soldadura se utilizan para estructuras generales y estructuras mecánicas. Los tubos de acero sin soldadura de precisión estirados o laminados en frío se utilizan para estructuras mecánicas y equipos hidráulicos con alta precisión dimensional y buena suavidad superficial. Los tubos de acero sin soldadura de forma especial se refieren a los tubos de acero sin soldadura de otras formas seccionales además de los tubos redondos.

Dependiendo de los diferentes tamaños de las secciones transversales de los tubos de acero, se pueden dividir en tubos de acero sin soldadura de espesor de pared igual (código D), tubos de acero sin soldadura de espesor de pared desigual (código BD), y tubos de acero sin soldadura de diámetro variable (código BJ). Los tubos de acero sin soldadura de forma especial se utilizan ampliamente en diversas partes estructurales, herramientas y piezas mecánicas. En comparación con los tubos redondos, los tubos de forma especial generalmente tienen mayores momentos de inercia y módulo de sección, mayor resistencia a la flexión y torsión, pueden reducir significativamente el peso estructural, y ahorrar acero.

(2) Tubo soldado

El tubo de acero soldado, también conocido como tubería soldada, es un tubo de acero fabricado por soldadura después de que la placa de acero o fleje de acero es laminado y formado. El proceso de producción de los tubos de acero soldados es simple, con una alta eficiencia de producción, muchas variedades y especificaciones, y menos inversión en equipos, pero su resistencia es generalmente menor que la de los tubos de acero sin soldadura.

Desde la década de 1930, con el rápido desarrollo de la producción de laminado continuo de banda de alta calidad y el progreso de la tecnología de soldadura e inspección, la calidad de las soldaduras se ha mejorado continuamente, las variedades y especificaciones de los tubos de acero soldados han ido en aumento, y han sustituido a los tubos de acero sin soldadura en cada vez más campos.

1) Según el proceso, puede dividirse en tubo soldado por arco, tubo soldado por resistencia (alta frecuencia, baja frecuencia), tubo soldado por gas y tubo soldado por horno.

2) Según la costura de soldadura, puede dividirse en tubo soldado con costura recta y tubo soldado en espiral.

El proceso de producción de tubos soldados con costura recta es simple, con alta eficiencia de producción, bajo costo y rápido desarrollo. La resistencia de los tubos soldados en espiral es generalmente mayor que la de los tubos soldados con costura recta, que puede producir tubos soldados de mayor diámetro con tochos más estrechos, y también puede producir tubos soldados de diferentes diámetros con tochos de la misma anchura.

2. Clasificación según la forma de la sección transversal

Sin embargo, en comparación con los tubos de costura recta de la misma longitud, la longitud de soldadura aumenta de 30% a 100%, y la velocidad de producción es menor. Por lo tanto, los tubos soldados con diámetros más pequeños utilizan principalmente la soldadura de costura recta, mientras que los tubos soldados de gran diámetro utilizan principalmente la soldadura en espiral.

Los tubos de acero pueden dividirse en tubos de acero de sección transversal simple y tubos de acero de sección transversal compleja según las diferentes formas de la sección transversal.

(1) Tubo de acero de sección simple

Los tubos de acero de sección transversal simple incluyen tubos de acero redondos, tubos de acero cuadrados, tubos de acero elípticos, tubos de acero triangulares, tubos de acero hexagonales, tubos de acero romboidales, tubos de acero octogonales, tubos de acero semicirculares y otros tubos de acero con formas. Las figuras 4-6 muestran las formas de sección transversal más comunes.

Dado que, en condiciones de igual circunferencia, el área circular es la mayor, el uso de tubos redondos permite transportar más fluido. Además, la sección transversal circular se somete a esfuerzos más uniformes cuando se somete a presión radial interna o externa, por lo que la gran mayoría de los tubos de acero son redondos.

Sin embargo, los tubos circulares también tienen ciertas limitaciones, tales como bajo la condición de flexión plana, los tubos circulares no son tan fuertes en la resistencia a la flexión como los tubos cuadrados y rectangulares, que se utilizan a menudo en los marcos de la maquinaria agrícola, muebles de acero-madera, etc. De acuerdo a los diferentes usos, también se necesitan otras formas de sección transversal de tubos de acero de forma especial.

(2) Tubería de acero de sección compleja

Los tubos de acero de sección compleja incluyen tubos de acero hexagonales desiguales, tubos de acero en forma de ciruela de cinco pétalos, tubos de acero doble convexos, tubos de acero doble cóncavos, tubos de acero en forma de semilla, tubos de acero cónicos, tubos de acero corrugados, tubos de acero en forma de concha, y otros tubos de acero con forma.

3. Clasificación por grosor de pared

Los materiales de tubería se pueden dividir en tubos de acero de pared delgada y tubos de acero de pared gruesa de acuerdo con diferentes espesores de pared. Para los accesorios de tubería en maquinaria agrícola, los que tienen un espesor ≤2mm se denominan accesorios de pared delgada, y los que tienen un espesor de 2~6mm se denominan accesorios de pared gruesa.

4. Clasificación por uso

Los materiales de los tubos pueden dividirse en tubos para tuberías, tubos para equipos térmicos, tubos para la industria de la maquinaria, tubos para perforaciones geológicas petrolíferas, tubos para contenedores, tubos para la industria química, tubos para usos especiales, etc., según sus diferentes usos.

5. Clasificación por material

Los materiales de las tuberías pueden dividirse en accesorios de acero fundido, accesorios de hierro fundido, accesorios de acero inoxidable, accesorios de plástico, accesorios de PVC, accesorios de caucho, accesorios de grafito, etc., según los diferentes materiales de los accesorios.

II. Requisitos técnicos de los materiales para las piezas conformadas

Garantizar la calidad de conformado de los accesorios de tubería, piezas curvadas tienen ciertos requisitos en cuanto a las propiedades mecánicas y la precisión dimensional del material de los tubos. Diferentes equipos y diferentes piezas tienen diferentes requisitos para los materiales de los tubos. A continuación se explican los requisitos técnicos de los materiales de conformado basándose en la situación real del curvado de tubos en China YTO Group Corporation (en lo sucesivo, YTO Company).

El equipo de curvado utilizado por la empresa YTO es una máquina curvadora de control numérico automático CNC. Para que la máquina de curvar de control numérico automático pueda producir con normalidad, reducir la inconsistencia de los accesorios de tubería causada por factores como el springback de curvatura, y reducir la cantidad de trabajo de corrección posterior, las normas internas de adquisición utilizadas por la empresa se determinaron basándose en la norma nacional para el acero estructural conformado en frío. Es lo que se conoce como adquisición de tubos de precisión. Los requisitos específicos son los siguientes:

1) La composición química y las propiedades mecánicas del acero estructural al carbono se ajustarán a las disposiciones de GB/T700-2006; la composición química y las propiedades mecánicas del acero estructural de baja aleación se ajustarán a GB/T1591-2008. Las principales propiedades mecánicas de los materiales de los tubos de precisión más utilizados se indican en la Tabla 4-1.

Tabla 4-1 Principales propiedades mecánicas de los materiales de los tubos de precisión más utilizados

Nota: En comparación con GB/T700-2006 y GB/T1591-2008, las propiedades mecánicas de los tubos de precisión han aumentado la especificación del límite superior del límite elástico del material.

2) La desviación admisible de las dimensiones externas del acero de sección hueca conformado en frío de uso común y la cantidad de fluctuación de las dimensiones externas del lote se muestran en la Tabla 4-2.

Tabla 4-2 Desviación admisible de las dimensiones externas y cantidad de fluctuación de las dimensiones externas del lote para el acero de sección hueca conformado en frío de uso común.

Nota: En comparación con GB/T6728-2002 y GB/T6725-2008, las dimensiones externas de los tubos de precisión han mejorado la precisión dimensional de las desviaciones admisibles y han aumentado los requisitos de tolerancia para las fluctuaciones del tamaño del lote.

3) La desviación admisible para las dimensiones del espesor de pared de los tubos de precisión se indica en la tabla 4-3.

Tabla 4-3 Desviación admisible para las dimensiones del espesor de pared de los tubos de precisión

4) El ángulo admisible entre planos adyacentes de los aceros para tubos huecos de precisión rectangulares y cuadrados es de 90°±45'.

5) Para la planitud de la sección transversal de los tubos de precisión, se permite principalmente la convexidad, siendo ésta inferior a 0,6% de la longitud lateral; si hay concavidad, ésta no debe superar 0,5% de la longitud lateral, y para longitudes laterales superiores a 100mm, la concavidad mínima es de 0,4mm.

6) La curvatura por metro de los tubos de precisión debe ser inferior a 1 mm, y la curvatura total debe ser inferior a 0,15% de la longitud total.

7) La desviación de la posición del cordón de soldadura a (véase la figura 4-7) en los tubos soldados de precisión debe ser inferior a 6 mm.

8) La altura interior h del cordón de soldadura en tubos soldados de precisión (ver figura 4-7) se especifica en la tabla 4-4.

Tabla 4-4 Altura interior del cordón de soldadura en tubos soldados de precisión

9) Los tubos de acero deben llevar marcas de grado de acero y código estándar, y la calidad de los tubos de acero debe cumplir los requisitos de las normas técnicas correspondientes para tubos de acero.

Los materiales de los tubos de acero deberán ser de calidad aceptada de acuerdo con el certificado de calidad o el certificado de garantía de calidad. El certificado de calidad o el certificado de garantía de calidad deberá indicar el grado de acero, la composición química y las propiedades mecánicas.