Defeitos na curvatura de tubos: Dicas de análise e prevenção

A curvatura de perfil e a curvatura de chapa têm muitas semelhanças em termos de força e deformação, portanto, os problemas existentes na curvatura de chapa, como o retorno elástico, também existem na curvatura de perfil.

Ao mesmo tempo, devido ao formato específico da seção transversal dos perfis, surgem muitos problemas que não ocorrem na dobragem de chapas metálicas. Esses defeitos se manifestam principalmente como: a) retorno elástico; b) enrugamento; c) rachaduras; d) distorção da seção transversal; e) torção; f) colapso, etc. As formas específicas são mostradas na Figura 4-19. Aqui, são apresentados apenas alguns dos principais defeitos, suas causas e métodos de prevenção.

a) Springback
b) Rugas
c) Rachaduras
d) Distorção da seção transversal
e) Torção
f) Colapso

1. Retorno de mola

A questão do retorno elástico já foi detalhada anteriormente e não será repetida aqui.

2. Rugas

Quando a seção do perfil é grande e os parâmetros do processo não são definidos de forma razoável, pode ocorrer enrugamento na parede interna depois que o perfil é dobrado. O motivo do enrugamento é que, durante o processo de dobra do perfil, a parte abaixo da camada neutra é submetida à tensão compressiva longitudinal e também à tensão compressiva nas direções radial e de largura. Sob a ação do estresse compressivo de três vias, é fácil produzir encolhimento longitudinal e deformação de espessamento radial, o que pode causar enrugamento quando grave.

Na flexão por estiramento, se for aplicada uma pré-tensão suficiente ao perfil antes da flexão, o enrugamento poderá ser evitado. Além disso, o aumento da tensão pós-dobra também pode eliminar as rugas. Além disso, em termos de moldes, medidas como a adição de ranhuras de limite e o uso de mandris podem ser adotadas para evitar o enrugamento.

Muitos acadêmicos estudaram essa questão. Os estudos mostraram que a relação largura/espessura (b/t) dos perfis de seção retangular e a largura dos perfis são os principais fatores que afetam a ocorrência de enrugamento, e o impacto das propriedades do material no enrugamento também é bastante significativo.

Além disso, os estudiosos apontaram que a instabilidade de enrugamento da tela lateral interna do perfil é semelhante à instabilidade de compressão em ambas as extremidades da casca de parede fina. Ela não está relacionada apenas à magnitude da tensão de compressão, mas também à relação entre a espessura e a largura do perfil. Quanto menor a proporção, maior a probabilidade de ocorrer instabilidade de enrugamento; o aumento da espessura da tela do lado interno do perfil pode melhorar sua capacidade antirrugas.

Alguns outros estudiosos apontaram que o enrugamento da parede interna está relacionado a vários fatores, como a raio de curvaturaAs propriedades do material e o formato da seção transversal podem ser controlados com eficácia ajustando-se a quantidade de pré-estiramento. Os resultados da pesquisa atual fornecem alguns métodos básicos para eliminar as rugas. No entanto, a forma da seção transversal do perfil é diversa, e o fenômeno do enrugamento é complexo, exigindo um estudo mais aprofundado.

1. Ruptura

Nos casos em que o raio de curvatura é muito pequeno, ou em que uma força de tração tangencial adicional é adicionada para reduzir o retorno elástico e evitar o enrugamento da parede interna, há uma tensão de tração significativa na seção do perfil, especialmente na parede lateral externa, causando um afinamento excessivo da espessura da parede lateral externa ou até mesmo a ruptura. Quando a seção do perfil é mais alta e o raio de curvatura é menor, o fenômeno é mais grave. Na seção curvatura de perfil No processo de conformação, o afinamento e a ruptura da parede lateral externa é uma das manifestações do limite da conformação por flexão do perfil.

Para o problema de afinamento e ruptura da parede lateral externa durante a flexão, as principais medidas são recozer o tubo para reduzir a dureza. Ao mesmo tempo, controle rigorosamente a qualidade da superfície do tubo; ajuste a velocidade de reforço ou a velocidade de rotação; verifique se o tamanho ou a posição do mandril são apropriados; verifique se há óleo na superfície do molde da braçadeira e do molde da prensa, limpe a superfície; verifique se a lacuna entre o molde da prensa e o molde antirrugas, o molde da roda é apropriado, ajuste de acordo; verifique se a pressão do molde da prensa e do molde da braçadeira é apropriada, ajuste de acordo.

4. Distorção seccional e enrugamento da parede lateral interna

Como mostrado na Figura 4-20, sob flexão pura, quando um tubo com diâmetro externo D e espessura de parede t é submetido a um torque externo M, a parede do tubo no lado externo da camada neutra é afinada sob a ação da tensão de tração σ ₁ e a parede lateral interna é engrossada sob a ação da tensão de compressão σ ₂ (consulte a Figura 4-21a). Como o material localizado nos lados mais externo e mais interno da zona de deformação por flexão está sujeito à maior tensão tangencial, a alteração na espessura da parede também é a maior (veja a Figura 4-21).

Na flexão com enchimentos ou mandris, a seção transversal pode manter basicamente uma forma circular, mas a espessura da parede muda. Na flexão livre sem suporte, seja do lado interno ou externo, a seção circular do tubo torna-se elíptica (veja a Figura 4-21b) e, à medida que o grau de deformação da flexão aumenta (ou seja, o raio de flexão diminui), o lado interno enruga devido à instabilidade; na flexão suportada de tubos quadrados (veja as Figuras 4-21c, d), a seção transversal torna-se trapezoidal. A parede lateral interna também pode apresentar instabilidade e enrugamento sob a ação de σ ₂ (consulte a Figura 4-19c).

(1) Distorção da seção transversal circular do tubo

Com relação à alteração da seção transversal do tubo circular, a elipticidade é comumente usada na produção para medir.

Ovalidade = (D_máximo-D_min) / D × 100%

Onde

• D _máximo - tamanho máximo do diâmetro externo medido em qualquer direção da mesma seção transversal do tubo após a flexão;
• D _min - tamanho mínimo do diâmetro externo medido em qualquer direção da mesma seção transversal do tubo após a flexão.

A Figura 4-22 mostra o gráfico de linha de elipticidade, que representa a mudança de elipticidade com relação à curvatura sem dimensão R ₀ /R (R ₀ é o raio externo do tubo, R é o raio de curvatura da camada central da seção dobrada) em uma coordenada logarítmica, representada por uma família de linhas retas com a razão t/R ₀ como parâmetro.

Pode-se observar na figura que, quanto maior o grau de curvatura, maior a elipticidade da seção transversal. Portanto, a elipticidade é comumente usada na produção como um indicador importante para inspecionar a qualidade dos tubos curvados. Dependendo dos requisitos de desempenho dos componentes do tubo curvado, os requisitos para sua elipticidade também variam.

Por exemplo, na engenharia de tubulação industrial, a elipticidade dos componentes do tubo dobrado não deve exceder 5% para tubos de alta pressão; 8% para tubos de média e baixa pressão; 9% para tubos de alumínio; 8% para tubos de liga de cobre e liga de alumínio. Em maquinário agrícola, a elipticidade dos componentes de tubos dobrados não deve exceder 5%.

A distorção da forma da seção transversal pode causar uma redução na área da seção transversal, aumentar a resistência ao fluxo de fluido e também afetar o efeito funcional dos componentes do tubo na estrutura. Portanto, no processamento de flexão dos componentes do tubo, devem ser tomadas medidas para controlar a quantidade de distorção dentro da faixa necessária.

Atualmente, há principalmente dois métodos para eliminar ou reduzir a distorção. Um deles é determinar a forma da seção do perfil com base na estrutura e na capacidade de processamento das peças do perfil; o outro é apoiar o perfil durante o processo de produção (adicionando uma haste de núcleo ou enchimento) para aumentar a rigidez da seção do perfil.

1) Apoie a seção com uma haste central na área de deformação por flexão para evitar a distorção da seção.

2) O preenchimento do tarugo de dobra com meios granulares, meios fluidos, meios elásticos ou ligas de baixo ponto de fusão também pode substituir a haste central para evitar a distorção da forma da seção. Esse método é relativamente fácil de aplicar e é amplamente utilizado, especialmente na produção de lotes pequenos e médios.

3) Na superfície do molde em contato com o material do tubo, são feitas ranhuras que correspondem ao formato da seção do tubo para reduzir a pressão na superfície de contato e impedir a torção da seção, o que é uma medida bastante eficaz para evitar a distorção do formato da seção.

4) Use o método de deformação reversa para controlar a mudança da seção do tubo (consulte a figura 4-24). Esse método é comumente usado no processo de dobra sem núcleo em máquinas de dobra, caracterizado por sua estrutura simples e, portanto, amplamente aplicado.

Usando o método de deformação reversa para flexão sem núcleo (consulte a figura 4-23), ou seja, o tarugo recebe uma certa quantidade de deformação reversa antecipadamente e, depois da flexão, devido ao cancelamento mútuo das deformações em diferentes direções, a seção do tarugo é mantida basicamente redonda, para atender aos requisitos de ovalidade, garantindo assim a qualidade da flexão.

1-Molde de dobra
2-Bloco de fixação
3 rolos
Roda de 4 guias
5-Pipe Blank

A forma da seção transversal da ranhura antideformação é mostrada na Figura 4-24, e o tamanho da ranhura antideformação está relacionado ao raio de curvatura relativo R/D (R é o raio de curvatura da camada central, D é o diâmetro externo do tubo). As dimensões da ranhura antideformação são mostradas na Tabela 4-5.

Tabela 4-5 Dimensões da ranhura antidesformação

(2) Alteração na espessura do tubo

A alteração na espessura do tubo depende principalmente do raio de curvatura relativo R/D e da espessura relativa t/D do tubo. Na produção, a espessura mínima da parede t _min no lado externo de flexão e a espessura máxima da parede t _máximo no lado interno geralmente pode ser estimado usando as duas fórmulas a seguir:

Onde:

• t - Espessura original do tubo (mm);
• D - Diâmetro externo do tubo (mm);
• R- Raio de curvatura da camada central (mm).

O afinamento da espessura da parede do tubo reduz a resistência mecânica e o desempenho dos acessórios para tubos. Portanto, a taxa de redução da espessura da parede é comumente usada na produção como um indicador técnico para medir a mudança na espessura da parede, para atender aos requisitos de desempenho dos acessórios para tubos.

Onde:

• t é a espessura original do material do tubo (mm);
• t_min é a espessura mínima da parede do material do tubo após a flexão (mm).

Os requisitos de desempenho dos materiais dos tubos variam, assim como os requisitos das taxas de redução da espessura da parede. Para acessórios de tubulação usados em engenharia de tubulação industrial, a taxa não deve exceder 10% para tubos de alta pressão; para tubos de média e baixa pressão, não deve exceder 15% e não deve ser menor do que a espessura de parede calculada projetada. Em maquinário agrícola, a taxa de redução da espessura da parede para acessórios de tubos curvados geralmente não deve exceder 5%.

As medidas para reduzir o afinamento da espessura da parede do tubo incluem:

1) Reduzir o valor da tensão de tração na área em que ocorre a deformação de tração no lado externo da camada neutra. Por exemplo, adotando o método de aquecimento local por resistência, reduzindo a resistência à deformação do material metálico no lado interno da camada neutra, tornando a deformação mais concentrada na parte comprimida, para atingir o objetivo de reduzir o nível de tensão na parte de tração.

2) Alterar o estado de estresse da área de deformação, aumentando o componente de estresse compressivo. Por exemplo, mudar de flexão para flexão por pressão pode superar fundamentalmente o defeito de afinamento excessivo da parede do tubo.