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Técnicas de curvatura de tubos: Classificação e dicas

Última atualização:
2 de maio de 2024
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Índice

Existem muitos métodos de dobragem de tubos, que podem ser divididos em dobragem por pressão, dobragem por tração, dobragem por pressão, dobragem por rolo e perfilagem de acordo com o método de dobragem; em dobragem a frio e dobragem a quente, consoante seja ou não aquecido durante a dobragem; e em dobragem com núcleo (enchimento) e dobragem sem núcleo (enchimento), consoante haja ou não enchimento durante a dobragem.

Por vezes, para satisfazer os requisitos específicos de forma dos acessórios para tubos, ou para reduzir a dificuldade do processamento de dobragem, são também utilizados outros métodos especiais de dobragem, tais como o método de dobragem por crimpagem, etc. O resumo dos vários métodos de processo de dobragem é o seguinte.

1. Classificação pelo método de flexão

(1) Premir a flexão

A curvatura por prensagem é o método de processo mais antigo utilizado para a curvatura de tubos. Envolve dobrar o tubo em bruto numa prensa hidráulica ou numa prensa mecânica utilizando um molde ou mandril. O princípio da dobragem por pressão é apresentado na Figura 4-10. O método de dobragem por pressão pode ser utilizado para dobrar acessórios de tubos com secções rectas, bem como cotovelos. Atualmente, a dobragem por prensagem é utilizada principalmente para dobrar cotovelos e tem sido amplamente aplicada na produção de cotovelos.

Figura 4-10 Princípio da dobragem por prensagem
Figura 4-10 Princípio da dobragem por prensagem

1-Soco
2-Billet
3-Matriz côncava giratória

(2) Flexão por tração

A dobragem por tração é o método de pressionar o tubo contra uma matriz convexa fixa, aplicando uma força de tração axial F e um momento de flexão a ambas as extremidades do tubo ao mesmo tempo, de modo a que o tubo seja formado ao longo da matriz convexa, como se mostra na Figura 4-11. Na conformação por flexão geral, o ângulo de flexão máximo é de cerca de 180°.

Figura 4-11 Diagrama de princípio de flexão
Figura 4-11 Diagrama de princípio de flexão

1-Acessórios para tubos
2-Placa de flexão fixa
3-Molde fixo

Durante a dobragem, o tubo é sujeito a uma força de tração axial durante a dobragem para ultrapassar o enrugamento no interior e melhorar a distribuição da tensão no interior da secção, reduzir o retorno elástico e melhorar a precisão da forma. Em comparação com outros processos de dobragem, a conformação por dobragem tem as seguintes características

1) Pode formar peças com estruturas espaciais complexas.

2) Pode dobrar peças com uma maior relação de forma e resistência.

3) Elevada precisão de dobragem, pequeno retorno elástico.

4) Pode efetivamente eliminar a tensão residual no interior do material dobrado, boa estabilidade do tamanho do produto.

5) Devido ao endurecimento a frio dos materiais metálicos, as propriedades mecânicas globais do material podem ser melhoradas após a dobragem por estiramento.

No entanto, o método de dobragem por estiramento é difícil de manter a forma da secção transversal da peça em bruto dobrada, principalmente adequado para perfis de secção aberta com peças de suporte de força, e este método não é adequado para formar tubos de paredes finas.

(3) Flexão por impulso

A dobragem por pressão consiste em colocar primeiro o tubo a ser dobrado na manga guia do molde de dobragem, sob a força de pressão do punção, o tubo em bruto está num estado de tensão de compressão e, no processo de passagem através da matriz, é dobrado na forma de curvatura pretendida, como mostra a Figura 4-12.

Figura 4-12 Diagrama esquemático do princípio de flexão por pressão a frio
Figura 4-12 Diagrama esquemático do princípio de flexão por pressão a frio

1-Coluna de pressão
2-Manga de guia
3-Billet
4-Molde de dobragem

A curvatura por pressão é um processo de curvatura efectuado numa prensa geral, prensa hidráulica ou máquina de pressão especial, utilizado principalmente para curvar cotovelos. No entanto, o método de dobragem por pressão requer a passagem completa pela matriz de dobragem, pelo que este método não pode fazer cotovelos com secções rectas e também não é adequado para dobrar tubos com pequenos raios de dobragem.

De acordo com as características do processo de curvatura por pressão, este pode ser dividido em dois tipos: curvatura por pressão a frio com um molde e curvatura por pressão a quente com um mandril. A dobragem a frio com um molde consiste em pressionar o lingote num molde com uma cavidade de dobragem à temperatura ambiente, formando assim um cotovelo de tubo.

A dobragem por pressão a quente com um mandril é efectuada sob a ação do impulso e da resistência do mandril de chifre de touro, aquecendo enquanto empurra, fazendo com que o lingote sofra uma expansão circunferencial e uma deformação por flexão axial, empurrando assim o lingote de menor diâmetro para um cotovelo de maior diâmetro. O princípio de funcionamento é apresentado na Figura 4-13.

Figura 4-13 Diagrama do princípio de funcionamento da curvatura por pressão a quente com um mandril
Figura 4-13 Diagrama do princípio de funcionamento da curvatura por pressão a quente com um mandril

1-Arco-íris
2-Forno de aquecimento por reflexão
3-Fonte de calor
4-Bullhorn mandril
Haste de 5 núcleos
6-Placa de pressão
7-Pipe blank
8-Suporte

(4) Flexão do invólucro

A curvatura é uma forma de processamento em que a matriz ativa gira em torno do molde de curvatura fixo para realizar a curvatura, dividida em modo de compressão e modo de estiramento, conforme ilustrado na Figura 4-14. A principal diferença entre os dois métodos é o facto de o punção rodar ou não com o material do tubo. O método em que o punção não roda com o material do tubo é o modo de compressão, caso contrário, é o modo de estiramento. Este método tem uma distorção relativamente grande da secção transversal e também não é adequado para formar tubos de paredes finas.

Figura 4-14 Diagrama esquemático da flexão
Figura 4-14 Diagrama esquemático da flexão

1-Punção fixa
2-Conexão de tubo
3-Matriz rotativa
4-Apertar o molde côncavo

A dobragem divide-se em dobragem manual e dobragem por máquina.

A curvatura manual é o processo de curvar o tubo em bruto utilizando um dispositivo de curvatura simples. Dependendo da aplicação de aquecimento durante a dobragem, esta pode ser dividida em dobragem a frio e dobragem a quente. Geralmente, para tubos em branco de pequeno diâmetro (diâmetro do tubo em branco D≤25mm), devido ao menor binário de curvatura, é utilizada a curvatura a frio; enquanto os tubos em branco de maior diâmetro são maioritariamente curvados a quente. A dobragem manual não requer equipamento de dobragem especializado, o custo de fabrico do dispositivo de dobragem é baixo e é conveniente para ajustar e utilizar, pelo que é adequado para a produção de pequenos lotes sem equipamento de dobragem especializado. A desvantagem é que requer muita mão de obra e tem baixa produtividade.

A dobragem por máquina é um processo de dobragem realizado numa máquina de dobragem vertical ou horizontal. De acordo com as características do processo, pode ser dividido em três tipos: dobra com mandril, dobra sem mandril e dobra por pressão. Uma vez que a dobragem por máquina é realizada num estado frio, este tipo de máquina de dobragem é também chamado de máquina de dobragem a frio. Durante a máquina de dobragem, o tubo em branco não é preenchido com material, mas é dobrado usando um mandril ou sem um mandril, o que resulta em alta eficiência de produção e boa qualidade de dobragem, por isso é amplamente utilizado na produção em massa.

(5) Dobragem de rolos

O curvamento por rolo é o processo de curvar o material do tubo utilizando três ou quatro rolos accionados, como se mostra na Figura 4-15. O princípio de funcionamento do método de curvatura por rolo é basicamente o mesmo que o da curvatura por rolo de chapa, sendo a única diferença o facto de os rolos utilizados para a curvatura por rolo de tubos terem superfícies de trabalho que correspondem à forma da secção transversal do tubo curvado.

Figura 4-15 Diagrama de princípio da dobragem de rolos
Figura 4-15 Diagrama de princípio da dobragem de rolos

1-Peça dobrada
2-Rolo de tração

Alterando o espaçamento entre os rolos, é possível dobrar qualquer raio de curvatura. O método de dobragem por rolo tem certas limitações no raio de dobragem e só é adequado para peças de tubos de paredes espessas que requerem um grande raio de curvatura, especialmente conveniente para dobrar peças de tubos em forma de anel ou em espiral.

2. Classificados pela presença ou ausência de bolores

(1) Flexão moldada

A área de deformação por flexão do tubo em bruto é diretamente influenciada pelo molde rígido, incluindo métodos comuns como a flexão por pressão, a flexão por tração, a flexão por pressão, a flexão por rolo, etc. As características são alta repetibilidade e velocidade rápida. Para melhorar a precisão da dobragem, é normalmente necessário ajustar a forma e o tamanho da peça de trabalho do molde rígido para compensar o retorno elástico que ocorre depois de a peça ser descarregada. O valor da compensação é difícil de calcular com exatidão e, muitas vezes, tem de ser determinado pela experiência.

(2) Flexão sem molde

A área de deformação por flexão não é diretamente influenciada por um molde rígido e a forma final do tubo é determinada pelo movimento relativo da ferramenta e da peça de trabalho. A curvatura a laser pertence à curvatura sem molde.

3. Classificados consoante a aplicação de aquecimento

(1) Flexão a frio

A curvatura a frio refere-se à tecnologia de processamento de curvatura do tubo à temperatura ambiente com força mecânica. Uma vez que o endurecimento por trabalho ocorre no metal durante a dobragem a frio, o tubo de metal após a dobragem a frio é muito mais duro do que o tubo de metal após a dobragem a quente, mas a dobragem a frio não destrói as propriedades originais do metal.

Após a dobragem a frio, não é necessário limpar e remover a pele de óxido, e não ocorre deformação térmica. Em comparação com a dobragem a quente, a dobragem a frio consome mais energia de dobragem, e tanto o retorno elástico como a tensão residual aumentam significativamente. Além disso, a dobragem a frio não consegue dobrar curvas acentuadas de raio muito pequeno.

(2) Dobragem a quente

A tecnologia de processamento que aquece o encaixe do tubo até à temperatura de dobragem especificada do encaixe do tubo antes de o dobrar. A curvatura a quente tem uma adaptabilidade que não se compara à curvatura a frio. Por exemplo, a distância reta entre dois cotovelos adjacentes num tubo pode ser mantida muito pequena, ou mesmo a dobragem contínua pode ser realizada sem deixar um intervalo de secção de tubo reto; os materiais com fraca ductilidade a frio podem ser transformados em cotovelos; os cotovelos que requerem muita energia mecânica durante a dobragem a frio podem ser transformados, e os materiais frágeis que são propensos a rachar durante a dobragem a frio podem ser dobrados.

A dobragem a quente pode dobrar cotovelos de raio pequeno em tubos. Para tubos de aço-carbono e a maioria dos tubos de aço-liga, o raio de curvatura da curvatura a quente é muito mais pequeno do que o da curvatura a frio, e o raio de curvatura pode ser tão pequeno como 0,7 a 1,5 vezes o diâmetro exterior do tubo. No entanto, a dobragem a quente tem as seguintes desvantagens: equipamento complexo, custos de processamento elevados, baixa eficiência de produção e valores elevados de rugosidade da superfície. Para os tubos de cobre, é utilizado o processo de curvatura a frio e, uma vez que o aquecimento a alta temperatura é evitado, a possibilidade de "doença do hidrogénio" é eliminada.

4. Classificação dos processos de curvatura de tubos por controlo numérico CNC

Tomando como exemplo o processo de curvatura de tubos de controlo numérico CNC da Yituo Company, o equipamento de curvatura utilizado é um curvador de tubos de controlo numérico CNC, e o processo de curvatura de tubos utilizado para a curvatura de tubos de controlo numérico é a curvatura de tubos a frio, que, de acordo com o princípio de formação do curvador de tubos de controlo numérico, se divide em curvatura por tração e curvatura por pressão.

Princípio de formação de dobragem por tração: Sob a ação da força de tração F que segura o encaixe do tubo na extremidade dianteira do molde da roda, o encaixe do tubo roda com um determinado raio do molde da roda e envolve o tubo à volta do molde para dobrar e formar, como se mostra na Figura 4-16. A dobragem por tração é semelhante à dobragem da indústria.

Figura 4-16 Diagrama do princípio da enformação por flexão por tração

Princípio de formação da curvatura por pressão: Sob a ação da força de pressão F aplicada por trás do encaixe do tubo, o tubo é formado e o raio de curvatura do arco é determinado utilizando o ângulo de posicionamento do braço de curvatura da cabeça da máquina, como mostra a Figura 4-17. A curvatura por pressão é semelhante à curvatura por rolo da indústria.

Figura 4-17 Diagrama do princípio de formação da flexão por pressão
Figura 4-17 Diagrama do princípio de formação da flexão por pressão

A base para a seleção do método de formação de tubos é a seguinte:

Flexão por estiramento: A conformação por flexão por tração é utilizada na condição de 2,5≤R s ≤6.

Flexão por pressão: A enformação por flexão por pressão é utilizada na condição de R s ≥6.

Nota: R s =R/D onde R é o raio da camada neutra de um encaixe de tubo curvado; D é o diâmetro do tubo na direção da curvatura (ver Figura 4-18).

Figura 4-18 Curvatura de tubos redondos e quadrados
Figura 4-18 Curvatura de tubos redondos e quadrados
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