El doblado de tubos es cualquier proceso de conformado de metales utilizado para formar permanentemente tuberías o conductos . El doblado de tubos puede realizarse mediante procedimientos de doblado con forma libre o mediante el uso de calor asistido o procedimientos de conformado en frío.
Los procedimientos de doblado con forma limitada, como el "doblado a presión" o el "doblado por estirado rotatorio", se utilizan para dar a la pieza de trabajo la forma de una matriz . El material tubular recto se puede formar utilizando una máquina dobladora para crear una variedad de dobleces simples o múltiples y dar a la pieza la forma deseada. Estos procesos se pueden utilizar para formar formas complejas a partir de diferentes tipos de tubos de metal dúctil. [1] Los procesos de doblado de forma libre, como el doblado por empuje de tres rodillos, dan forma a la pieza de trabajo cinemáticamente, por lo que el contorno de doblado no depende de la geometría de la herramienta.
Generalmente, para doblar tubos se utilizan tubos redondos. Sin embargo, también se pueden doblar tubos y caños cuadrados y rectangulares para cumplir con las especificaciones del trabajo. Otros factores que intervienen en el proceso de doblado son el espesor de la pared, las herramientas y los lubricantes que necesita la máquina dobladora de tubos para dar la mejor forma al material, y las diferentes formas en que se puede utilizar el tubo (tubo, alambres para tubos).
Un tubo se puede doblar en múltiples direcciones y ángulos. Las curvas simples más comunes consisten en formar codos, que son curvas de 90°, y curvas en U, que son curvas de 180°. Las geometrías más complejas incluyen múltiples curvas bidimensionales (2D) y curvas tridimensionales (3D). Un tubo 2D tiene las aberturas en el mismo plano; un tubo 3D tiene aberturas en planos diferentes.
Una curva en dos planos o curva compuesta se define como una curva compuesta que tiene una curva en la vista en planta y una curva en la elevación. Al calcular una curva en dos planos, se debe conocer el ángulo de curvatura y la rotación (ángulo diedro).
Un efecto secundario de doblar la pieza de trabajo es que cambia el espesor de la pared; la pared a lo largo del radio interior del tubo se vuelve más gruesa y la pared exterior se vuelve más delgada. Para reducir esto, el tubo puede tener soporte interno o externo para preservar la sección transversal . Dependiendo del ángulo de doblado, el espesor de la pared y el proceso de doblado, el interior de la pared puede arrugarse.
El proceso de doblado de tubos comienza con la carga de un tubo en una dobladora de tubos o caños y su sujeción en su lugar entre dos matrices, el bloque de sujeción y la matriz de conformado. El tubo también se sujeta de forma flexible mediante otras dos matrices, la matriz de rascado y la matriz de presión.
El proceso de doblado de tubos implica el uso de fuerza mecánica para empujar el material de partida o tubo contra una matriz, forzando al tubo o tubo a adaptarse a la forma de la matriz. A menudo, el tubo o tubo se mantiene firmemente en su lugar mientras el extremo se gira y se hace rodar alrededor de la matriz. Otras formas de procesamiento incluyen empujar el material a través de rodillos que lo doblan en una curva simple. [2] Para algunos procesos de doblado de tubos, se coloca un mandril dentro del tubo para evitar que colapse. El tubo se mantiene en tensión mediante una matriz limpiadora para evitar que se arrugue durante la tensión. Una matriz limpiadora generalmente está hecha de una aleación más blanda, como aluminio o latón, para evitar rayar o dañar el material que se está doblando.
Gran parte de las herramientas están hechas de acero endurecido o acero para herramientas para mantener y prolongar la vida útil de la herramienta. Sin embargo, cuando existe la preocupación de rayar o rayar la pieza de trabajo, se utiliza un material más blando, como aluminio o bronce. Por ejemplo, el bloque de sujeción, el bloque de encofrado giratorio y la matriz de presión a menudo están formados de acero endurecido porque el tubo no se mueve más allá de estas partes de la máquina. La matriz de presión y la matriz de limpieza están formadas de aluminio o bronce para mantener la forma y la superficie de la pieza de trabajo a medida que se desliza.
Las máquinas dobladoras de tubos suelen ser accionadas por humanos, neumáticamente, asistidas hidráulicamente , impulsadas hidráulicamente o con servomotor eléctrico.
El doblado a presión es probablemente el primer proceso de doblado utilizado en tuberías y tubos fríos. [ Aclaración necesaria ] En este proceso, se presiona una matriz con la forma de la curva contra la tubería, lo que obliga a que se adapte a la forma de la curva. Debido a que la tubería no tiene soporte interno, se produce cierta deformación de la forma de la tubería, lo que da como resultado una sección transversal ovalada. Este proceso se utiliza cuando no se requiere una sección transversal uniforme de la tubería. Aunque una sola matriz puede producir varias formas, solo funciona para un tamaño de tubo y un radio.
El plegado por tracción rotativa (RDB) es una tecnología precisa, ya que se realiza el plegado utilizando herramientas o "conjuntos de matrices" que tienen un radio de línea central constante (CLR), que también se indica como radio de plegado medio (Rm). Las dobladoras por tracción rotativa se pueden programar para almacenar múltiples trabajos de plegado con distintos grados de plegado. A menudo, se adjunta una mesa de posicionamiento indexada (IDX) a la dobladora, lo que permite al operador reproducir plegados complejos que pueden tener múltiples plegados y planos diferentes.
Las dobladoras rotativas son las máquinas más populares para doblar tubos, caños y sólidos para aplicaciones como: pasamanos , marcos, jaulas antivuelco de vehículos de motor , manijas, líneas y mucho más. Las dobladoras rotativas crean curvas estéticamente agradables cuando se combinan las herramientas adecuadas con la aplicación. Las máquinas dobladoras rotativas CNC pueden ser muy complejas y utilizan herramientas sofisticadas para producir curvas severas con requisitos de alta calidad.
El utillaje completo se requiere solo para doblar con alta precisión tubos difíciles de doblar con una relación OD/t (diámetro/espesor) relativamente grande y una relación relativamente pequeña entre el radio de doblado medio Rm y OD. [3] El uso de refuerzo axial ya sea en el extremo libre del tubo o en la matriz de presión es útil para prevenir el adelgazamiento excesivo y el colapso del extradós del tubo. El mandril, con o sin bola con enlaces esféricos, se utiliza principalmente para prevenir arrugas y ovalización. Para procesos de doblado relativamente fáciles (es decir, a medida que disminuye el factor de dificultad BF), el utillaje se puede simplificar progresivamente, eliminando la necesidad de la asistencia axial, el mandril y la matriz limpiadora (que previene principalmente las arrugas). Además, en algunos casos particulares, el utillaje estándar debe modificarse para cumplir con los requisitos específicos de los productos.
Durante el proceso de doblado por rodillos, el tubo, la extrusión o el sólido pasan a través de una serie de rodillos (normalmente tres) que aplican presión al tubo y cambian gradualmente el radio de curvatura del mismo. Las dobladoras por rodillos de estilo piramidal tienen un rodillo móvil, normalmente el rodillo superior. Las dobladoras por rodillos de tipo doble pinza tienen dos rodillos ajustables, normalmente los rodillos inferiores, y un rodillo superior fijo. Este método de doblado provoca muy poca deformación en la sección transversal del tubo. Este proceso es adecuado para producir bobinas de tubo, así como curvas largas y suaves como las que se utilizan en los sistemas de celosía.
El plegado por empuje de tres rodillos (TRPB) es el proceso de plegado de forma libre más utilizado para fabricar geometrías de plegado que consisten en varias curvas de plegado planas. Sin embargo, es posible el modelado en 3D. El perfil se guía entre el rodillo de plegado y el rodillo o rodillos de soporte, mientras se empuja a través de las herramientas. La posición del rodillo de formación define el radio de plegado. El punto de plegado es el punto de tangencia entre el tubo y el rodillo de plegado. Para cambiar el plano de plegado, el empujador hace girar el tubo alrededor de su eje longitudinal. En general, se puede aplicar un kit de herramientas TRPB en una máquina de plegado por tracción rotativa convencional. El proceso es muy flexible ya que con un conjunto de herramientas único, se pueden obtener varios valores de radio de plegado Rm, aunque la precisión geométrica del proceso no es comparable con el plegado por tracción rotativa. [4] Se pueden fabricar contornos de plegado definidos como funciones spline o polinómicas. [5]
El curvado de tubos y perfiles abiertos con tres rodillos también se puede realizar con máquinas más sencillas, a menudo semiautomáticas y sin control CNC, capaces de introducir el tubo en la zona de curvado por fricción. Estas máquinas suelen tener una disposición vertical, es decir, los tres rodillos se encuentran en un plano vertical.
Se coloca una bobina de inducción alrededor de una pequeña sección del tubo en el punto de curvatura. Luego se calienta por inducción a una temperatura de entre 800 y 2200 grados Fahrenheit (430 y 1200 C). Mientras el tubo está caliente, se aplica presión sobre él para doblarlo. Luego, el tubo se puede enfriar con aire o agua pulverizada o con aire ambiente.
El doblado por inducción se utiliza para producir curvas para una amplia gama de aplicaciones, tales como tuberías (de paredes delgadas) para los segmentos upstream y downstream y dentro y fuera de la costa de la industria petroquímica, piezas estructurales de radio grande para la industria de la construcción, curvas de paredes gruesas y radio corto para la industria de generación de energía y sistemas de calefacción urbana.
Las grandes ventajas del doblado por inducción son:
El tubo se llena con una solución de agua, se congela y se dobla mientras está frío. El soluto (se puede utilizar jabón) hace que el hielo sea flexible. Esta técnica se utiliza para fabricar trombones. [6]
Anteriormente se utilizaban técnicas similares con brea, pero se dejaron de usar porque era difícil limpiarla sin calor excesivo. [6]
En el proceso de empaquetamiento con arena, la tubería se llena con arena fina y se tapan los extremos. La tubería llena se calienta en un horno a 1600 °F (870 °C) o más. Luego se coloca sobre una losa con pasadores colocados en ella y se dobla alrededor de los pasadores utilizando un cabrestante, una grúa o alguna otra fuerza mecánica. La arena en la tubería minimiza la distorsión en la sección transversal de la tubería.
Un mandril es una varilla de acero o una bola unida que se inserta en el tubo mientras se dobla para darle al tubo un soporte adicional y reducir las arrugas y roturas del tubo durante este proceso. Los diferentes tipos de mandriles son los siguientes.
En la producción de un producto en el que la curvatura no es crítica, se puede utilizar un mandril de tapón. Un tipo de forma estrecha el extremo del mandril para proporcionar más soporte en la curvatura del tubo. Cuando se necesita una curvatura precisa, se debe utilizar un mandril de bola (o un mandril de bola con cable de acero). Los discos unidos en forma de bola se insertan en el tubo para permitir la curvatura manteniendo el mismo diámetro en todo momento. Otros estilos incluyen el uso de arena, cerrobend o agua congelada. Estos permiten un diámetro algo constante al tiempo que proporcionan una alternativa económica a los estilos antes mencionados.
El tubo de escape de alto rendimiento para automóviles o motocicletas es una aplicación común para un mandril.
Son resortes fuertes pero flexibles que se insertan en una tubería para sostener las paredes de la misma durante el doblado manual. Tienen diámetros apenas menores que el diámetro interno de la tubería que se va a doblar. Solo son adecuados para doblar tuberías de cobre blando de 15 y 22 mm (0,6 y 0,9 pulgadas) (usadas típicamente en plomería doméstica) o tuberías de PVC.
El resorte se introduce en el tubo hasta que su centro se encuentre aproximadamente en el lugar donde se realizará la curva. Se puede conectar un trozo de alambre flexible al extremo del resorte para facilitar su extracción. Generalmente, se sostiene el tubo contra la rodilla flexionada y se tira de los extremos del tubo hacia arriba para crear la curva. Para facilitar la extracción del resorte del tubo, es una buena idea doblar el tubo un poco más de lo necesario y luego aflojarlo un poco. Los resortes son menos engorrosos que las dobladoras rotativas, pero no son adecuados para doblar tramos cortos de tubería cuando es difícil obtener el apalancamiento necesario en los extremos del tubo.
Los resortes de flexión para tuberías de diámetro más pequeño (tubería de cobre de 10 mm) se deslizan sobre la tubería en lugar de dentro.