Formule di piegatura dei tubi: lunghezza sviluppata, deduzione della piega e ritorno elastico

Piegatura del tubo le formule non sono esercizi accademici. Sono la ragione per cui una parte fabbricata cade nell'attrezzatura la prima volta e il motivo per cui un tratto di tubo viene tagliato correttamente prima che qualcuno tocchi la sega. Sia che tu stia lavorando da una stampa LRA (linea, raggio, angolo) o da una tabella di coordinate XYZ, la stessa manciata di relazioni continua a tornare: lunghezza sviluppata, arretramento, detrazione della piegatura e le correzioni che tengono conto di ciò che fa effettivamente il materiale sotto carico. Ecco l’insieme lavorativo a cui facciamo affidamento ogni giorno, insieme ai luoghi in cui i calcoli si fermano e l’esperienza deve prendere il sopravvento.

Definisci la geometria prima di calcolare qualsiasi cosa

La maggior parte degli errori di calcolo iniziano con un'unica ambiguità: a quale dimensione si riferisce il raggio? Su un disegno di un tubo, il raggio viene normalmente assegnato alla linea centrale del tubo, chiamato raggio della linea centrale o CLR, non all'interno della curvatura. Se una stampa cita un raggio interno, aggiungi metà del diametro esterno prima di toccare qualsiasi formula di seguito. Mescolando i due elementi di 25 mm su un tubo da 50 mm si ottiene una riduzione della lunghezza sviluppata di circa 39 mm su una curva a 90 gradi, il che è più che sufficiente per scartare la parte.

Una seconda convenzione è altrettanto importante: angolo di piega rispetto ai gradi di piega. Una curva che fa ruotare il tubo di un angolo retto è di 90 gradi di curvatura, e in questo caso anche l'angolo compreso tra le due gambe è di 90 gradi. Quando il tubo si ripiega su se stesso, l'angolo incluso si restringe mentre i gradi di piegatura crescono, perché DOB = 180 gradi meno l'angolo incluso. Conferma quale valore cita il disegno prima di costruire una configurazione attorno ad esso.

Le formule fondamentali

Lunghezza sviluppata, chiamata anche lunghezza dell'arco

La lunghezza sviluppata è la quantità di tubo consumata dalla curva stessa, misurata lungo la linea centrale:

DL = (pi greco × CLR × DOB) / 180

Per un CLR di 150 mm e 90 gradi di piega, DL = (3,1416 × 150 × 90) / 180 = 235,6 mm. Alcuni negozi lo perfezionano con un fattore di asse neutro, perché il materiale scorre verso l'interno della piega durante la formatura e la vera linea neutra si sposta leggermente verso l'interno: DL = (pi × DOB / 180) × (CLR meno K × t). Il fattore K di solito è compreso tra 0,2 e 0,5 e l'unico modo onesto per risolverlo per il tuo materiale è piegare un pezzo di prova e misurarlo.

Arretramento e lunghezza tangente

L'arretramento è la distanza dal punto di intersezione delle linee centrali delle due gambe al punto tangente, dove termina la gamba dritta e inizia la curva:

SB = CLR × tan(DOB / 2)

A 90 gradi, tan(45 gradi) è uguale a 1, quindi l'arretramento è uguale al CLR, che nel nostro esempio è 150 mm. La lunghezza tangente è lo stesso numero misurato dal punto di intersezione lungo ciascuna gamba, il che semplifica la conversione tra un disegno quotato alle intersezioni e uno quotato alle tangenti.

Deduzione della piega

Quando un disegno fornisce lunghezze delle gambe misurate fino ai punti di intersezione, l'angolo viene contato due volte. La detrazione della piega rimuove tale sovrapposizione:

BD = 2 × SB meno DL

Per l'esempio di 90 gradi: 2 × 150 meno 235,6 = 64,4 mm. Per curve poco profonde la detrazione è piccola; per curve strette e ad alto angolo diventa abbastanza grande da garantire una parte breve se ignorata.

Lunghezza totale del taglio

Lunghezza del taglio = somma delle lunghezze delle gambe misurate rispetto ai punti di intersezione, meno la somma di tutte le detrazioni di piega. Il percorso equivalente è lunghezza di taglio = somma delle sezioni rettilinee tangenti a tangenti, più la somma delle lunghezze sviluppate. Entrambi i metodi dovrebbero concordare. In caso contrario, la causa più comune è una piega dimenticata nella sottrazione.

Offset e distanza tra le pieghe

Per una coppia di curve uguali che spostano lateralmente un tubo di una distanza O, la distanza tra le curve misurate lungo il tubo è DBB = O / sin(DOB). Un offset familiare di 45 gradi quindi moltiplica l'offset per circa 1,414. Per angoli disuguali, o per qualsiasi cosa accada in tre dimensioni, lavora in coordinate piuttosto che provare a concatenare formule bidimensionali insieme.

Cosa non copre le formule: assottigliamento delle pareti, ovalità e raggio minimo

Tutto quanto sopra presuppone che il tubo mantenga la sua forma. Non è così. L'esterno della curva si allunga e si assottiglia, l'interno si comprime e si ispessisce e la sezione trasversale si appiattisce leggermente. Questi effetti decidono se una parte teoricamente corretta è effettivamente producibile.

Assottigliamento della parete all'esterno della curva

Una stima utile delle pareti sottili è t_min = t × CLR / (CLR OD / 2). Per un tubo con diametro esterno di 50 mm con una parete di 2 mm su un raggio di 150 mm, si ottiene una riduzione di circa il 14%. Trattatelo come un limite geometrico conservativo piuttosto che come un risultato misurato. Con un mandrino di dimensioni adeguate, una distanza corretta e una spinta adeguata, l'assottigliamento reale è solitamente notevolmente inferiore.

Ovalità

Ovalità is calculated as (D_max minus D_min) divided by OD, multiplied by 100. General industrial work often accepts 5 percent or less, while aerospace and automotive fluid lines frequently demand tighter limits. Ovality grows quickly as the CLR-to-OD ratio falls, which is why the radius choice and the tooling choice are really the same decision.

Regole empiriche sul raggio di curvatura minimo

• La piegatura a forma libera senza mandrino: circa 3 × OD è un piano pratico per molti acciai dolci e alluminio.
• Con un mandrino e una matrice raschiante: 1,5 × diametro esterno è una routine, mentre 1 × diametro esterno o più stretto è ottenibile con utensili abbinati e una parete più pesante.
• Il fattore di parete (OD diviso per t) superiore a circa 30 solitamente rende il collasso della parete sottile il fattore limitante piuttosto che il raggio stesso.
• Le leghe inossidabili e ad alta resistenza necessitano di un raggio maggiore o di un supporto maggiore rispetto all'acciaio al carbonio a parità di fattore di parete.

Un esempio realizzato: piegatura a 90 gradi in un tubo con diametro esterno di 50 mm

Metti insieme le formule per un lavoro comune: diametro esterno 50 mm, parete 2 mm, raggio centrale 150 mm, curvatura 90 gradi, con due gambe dritte di 400 mm misurate rispetto ai punti di intersezione.

La figura di assottigliamento è il caso geometrico peggiore di una curvatura non supportata. Se le tue specifiche limitano l'assottigliamento della parete al 10%, dovresti aprire il raggio, aggiungere un mandrino con la giusta distanza o spostarti su una parete più pesante prima di tagliare qualsiasi materiale.

Dalla formula al pezzo finito

I numeri ti danno un disegno; l'utensileria e il controllo ripetono quel disegno mille volte. Springback è l’esempio più chiaro. Dopo il rilascio dell'utensile, il tubo si rilassa e la curva si apre leggermente, quindi la macchina deve piegarsi eccessivamente e il raggio aumenta leggermente rispetto all'utensile. L'acciaio dolce con un raggio OD di 3 × potrebbe richiedere solo uno o due gradi di sovraflessione, mentre l'alluminio inossidabile e ad alta resistenza possono necessitarne molto di più. La risposta pratica non è un'equazione migliore ma un controllo che memorizza i valori di compensazione per materiale, per raggio e per spessore della parete, quindi li applica automaticamente al ciclo successivo.

Questo è il punto in cui le formule e le attrezzature devono concordare. Una macchina in grado di posizionare la piega, trattenere il mandrino e seguire la curva di spinta esattamente come specificato nel foglio di installazione, trasforma i numeri calcolati in un processo ripetibile anziché in un successo una tantum. Se stai eseguendo gli stessi calcoli su famiglie di parti diverse, è utile vedere l'intervallo di macchine curvatubi fianco a fianco, dai modelli manuali e NC alle unità CNC completamente automatiche.

Macchina piegatubi servoidraulica completamente automatica serie CNC L Per configurazioni di piegatura calcolate ripetibili, il modello SB-219CNC offre tre assi programmabili, alimentazione e rotazione servo, modalità di piegatura idraulica e CNC e lubrificazione del mandrino. Visualizza il prodotto →

Un discorso a parte meritano qui i componenti multiraggio. Quando un tubo presenta più curve con raggi diversi, la lunghezza sviluppata deve essere calcolata curva per curva e ciascuna curva necessita del proprio arretramento e detrazione. L'aritmetica è identica, ma la configurazione non lo è, e le macchine costruite per il lavoro multi-raggio eliminano gran parte dei tentativi e degli errori da quel lavoro.

Macchina piegatubi multiraggio completamente automatica serie CNC M Per la lavorazione di tubi multiraggio, il modello SB-75CNC fornisce tre assi programmabili, piegatura CNC idraulica e servo, lubrificazione del mandrino e controllo PLC touch screen. Visualizza il prodotto →

I tubi a parete sottile con un fattore di parete superiore a 25 o 30 spingono fortemente la geometria, ed è qui che il supporto del mandrino smette di essere opzionale. Una piegatrice controllata da mandrino consente di regolare con precisione la posizione del mandrino e il flusso di lubrificante, che spesso rappresenta la differenza tra una stima di assottigliamento del 14% e una parte che supera l'ispezione. Per lavori ad alto volume in settori come produzione automobilistica , che la ripetibilità conta più di un prezzo della macchina leggermente inferiore.

Macchina piegatubi idraulica per tubi serie NC M con controllo del mandrino Per pieghe ripetibili su acciaio, acciaio inossidabile, alluminio, titanio e ottone, questa piegatrice semiautomatica memorizza 16 programmi con 16 pieghe e compensazione del ritorno elastico programmabile. Visualizza il prodotto →

Controlli pratici prima di tagliare il tubo

1. Confermare se il raggio sul disegno si trova rispetto alla linea centrale o all'interno della piega e regolarlo prima del calcolo.
2. Verificare che l'angolo di piega indicato corrisponda ai gradi di piega e non all'angolo compreso tra le gambe.
3. Calcola la lunghezza sviluppata, l'arretramento e la detrazione della piega per ogni piega, non solo per la prima.
4. Stimare l'assottigliamento delle pareti e l'ovalizzazione rispetto alle specifiche del cliente prima di impegnarsi in un raggio.
5. Taglia un pezzo di prova, piegalo e misura il risultato rispetto al disegno prima di eseguire il lotto.
6. Registra la correzione del ritorno elastico che hai utilizzato, in modo che il successivo lavoro identico inizi da un valore noto anziché da un'ipotesi.

Le formule di curvatura dei tubi sono un punto di partenza, non una garanzia. Ti dicono quanto materiale consumerà la curva, dove cadono i punti tangenti e quanto è probabile che diventi sottile il muro esterno. Ciò che non possono dirti è come si comporteranno il calore specifico dell'acciaio inossidabile, le condizioni degli utensili e il lubrificante nel corso della giornata. Considera i calcoli come il primo pezzo di prova e le misurazioni come il secondo, e il divario tra ciò che hai disegnato e ciò che hai spedito si ridurrà ogni volta.