El doblado de tubos es cualquier proceso de formación de metales que se utiliza para formar tuberías o tubos de forma permanente . El doblado de tubos puede realizarse con forma unida o utilizar procedimientos de doblado de forma libre, y puede utilizar procedimientos de conformado en frío o con soporte térmico.
Se utilizan procedimientos de doblado encuadernado como “doblado por prensa” o “doblado por estiraje giratorio” para darle a la pieza de trabajo la forma de una matriz . El material de tubo recto se puede formar usando una máquina dobladora para crear una variedad de dobleces simples o múltiples y darle 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 plegado de forma libre, como el plegado por empuje con tres rodillos, dan forma cinemática a la pieza de trabajo, por lo que el contorno de plegado no depende de la geometría de la herramienta.
Generalmente, el material redondo se utiliza para doblar tubos. Sin embargo, los tubos y tuberías cuadrados y rectangulares también se pueden doblar para cumplir con las especificaciones del trabajo. Otros factores involucrados en el proceso de doblado son el espesor de la pared, las herramientas y los lubricantes que necesita el doblador de tubos para darle la mejor forma al material, y las diferentes formas en que se puede usar el tubo (tubo, alambres para tubos).
Un tubo se puede doblar en múltiples direcciones y ángulos. Las curvas simples 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 curvaturas bidimensionales (2D) y tridimensionales (3D). Un tubo 2D tiene las aberturas en el mismo plano; un 3D tiene aberturas en diferentes planos.
Un pliegue de dos planos o un pliegue compuesto se define como un pliegue compuesto que tiene un pliegue en la vista en planta y un pliegue en el alzado. Al calcular una curvatura en dos planos, se debe conocer el ángulo de curvatura y la rotación (ángulo diédrico).
Un efecto secundario de doblar la pieza de trabajo son los cambios en 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 estar soportado interna o externamente para preservar la sección transversal . Dependiendo del ángulo de curvatura, el espesor de la pared y el proceso de curvatura, el interior de la pared puede arrugarse.
El doblado de tubos como proceso comienza cargando un tubo en una dobladora de tubos o tubos y sujetándolo en su lugar entre dos matrices, el bloque de sujeción y la matriz de formación. El tubo también está sujeto sin apretar por otros dos troqueles, el troquel limpiador y el troquel de presión.
El proceso de doblado de tubos implica el uso de fuerza mecánica para empujar la tubería o tubería de material en bruto contra una matriz, obligando a la tubería o tubo a adaptarse a la forma de la matriz. A menudo, el tubo original se mantiene firmemente en su lugar mientras el extremo gira y se enrolla alrededor del troquel. 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 un troquel limpiador para evitar arrugas durante la tensión. Un troquel limpiador suele estar hecho 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 el aluminio o el bronce. Por ejemplo, el bloque de sujeción, el bloque de forma giratorio y el troquel de presión suelen estar hechos de acero endurecido porque el tubo no pasa por estas partes de la máquina. El troquel de presión y el troquel de limpieza están hechos 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 de accionamiento humano, neumáticas, asistidas hidráulicamente , accionadas hidráulicamente o con servomotor eléctrico.
El doblado por prensa es probablemente el primer proceso de doblado utilizado en tuberías y tubos en frío. [ se necesita aclaración ] En este proceso, se presiona un troquel con la forma del codo contra el tubo, forzando al tubo a adaptarse a la forma del codo. Debido a que el tubo no está soportado internamente, se produce cierta deformación en la forma del tubo, lo que da como resultado una sección transversal ovalada. Este proceso se utiliza cuando no se requiere una sección transversal constante de la tubería. Aunque un solo troquel puede producir varias formas, solo funciona para un tamaño de tubo y un radio.
El doblado por estirado rotatorio (RDB) es una tecnología precisa, ya que se dobla utilizando herramientas o "juegos de troqueles" que tienen un radio de línea central constante (CLR), indicado alternativamente como radio de curvatura medio (Rm). Las dobladoras rotativas se pueden programar para almacenar múltiples trabajos de doblado con diferentes grados de doblado. A menudo se adjunta una tabla de índice de posicionamiento (IDX) a la dobladora, lo que permite al operador reproducir curvas complejas que pueden tener múltiples curvaturas y diferentes planos.
Las dobladoras rotativas son las máquinas más populares para doblar tubos, tuberías y sólidos para aplicaciones como: pasamanos , marcos, jaulas antivuelco para vehículos motorizados , manijas, líneas y mucho más. Las dobladoras rotativas crean curvaturas estéticamente agradables cuando se adaptan las herramientas adecuadas a la aplicación. Las máquinas dobladoras rotativas CNC pueden ser muy complejas y utilizar herramientas sofisticadas para producir curvaturas severas con requisitos de alta calidad.
Las herramientas completas solo se requieren 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 curvatura medio Rm y OD. [3] El uso de refuerzo axial ya sea en el extremo libre del tubo o en el troquel de presión es útil para evitar el adelgazamiento excesivo y el colapso del extradós del tubo. El mandril, con o sin bola de eslabones esféricos, se utiliza sobre todo para evitar arrugas y ovalizaciones. Para procesos de doblado relativamente fáciles (es decir, a medida que disminuye el factor de dificultad BF), las herramientas se pueden simplificar progresivamente, eliminando la necesidad de la asistencia axial, el mandril y la matriz limpiadora (que principalmente evita las arrugas). Además, en algunos casos particulares, las herramientas estándar deben modificarse para cumplir con requisitos específicos de los productos.
Durante el proceso de curvado por rodillos, la tubería, la extrusión o el sólido pasa a través de una serie de rodillos (normalmente tres) que aplican presión a la tubería cambiando gradualmente el radio de curvatura de la tubería. Las dobladoras de rodillos estilo pirámide tienen un rodillo móvil, generalmente el rodillo superior. Las dobladoras de rodillos de doble pellizco tienen dos rodillos ajustables, generalmente los rodillos inferiores, y un rodillo superior fijo. Este método de curvatura provoca muy poca deformación en la sección transversal de la tubería. Este proceso es adecuado para producir bobinas de tubería, así como curvas largas y suaves como las que se utilizan en los sistemas de armadura.
El plegado por empuje de tres rodillos (TRPB) es el proceso de plegado de forma libre más comúnmente utilizado para fabricar geometrías de plegado que constan de varias curvas de plegado planas. Sin embargo, el modelado 3D es posible. El perfil se guía entre el rodillo doblador y el/los rodillo(s) de soporte mientras se empuja a través de las herramientas. La posición del rodillo formador define el radio de curvatura. El punto de flexión es el punto tangente entre el tubo y el rodillo de flexión. Para cambiar el plano de flexión, el empujador gira el tubo alrededor de su eje longitudinal. Generalmente, un juego de herramientas TRPB se puede aplicar en una máquina dobladora rotativa convencional. El proceso es muy flexible ya que con un conjunto de herramientas único se pueden obtener varios valores de radios de curvatura Rm, aunque la precisión geométrica del proceso no es comparable al doblado por tracción rotatoria. [4] Se pueden fabricar contornos de flexión definidos como funciones spline o polinómicas. [5]
El curvado de tres rodillos de tubos y perfiles abiertos también se puede realizar con máquinas más simples, a menudo semiautomáticas y no controladas por 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 de la tubería en el punto de curvatura. Luego se calienta por inducción a entre 800 y 2200 grados Fahrenheit (430 y 1200 C). Mientras la tubería está caliente, se ejerce presión sobre la tubería para doblarla. Luego, la tubería puede enfriarse con aire o agua pulverizada o enfriarse contra el aire ambiente.
El doblado por inducción se utiliza para producir codos para una amplia gama de aplicaciones, como líneas de tuberías (de paredes delgadas) para los segmentos aguas arriba y abajo y dentro y fuera de la costa de la industria petroquímica, piezas estructurales de gran radio para la industria de la construcción, Curvas de paredes gruesas y radios cortos para la industria generadora de energía y sistemas de calefacción urbana.
Las grandes ventajas del doblado por inducción son:
La tubería se llena con una solución de agua, se congela y se dobla mientras está fría. El soluto (se puede utilizar jabón) hace que el hielo sea flexible. Esta técnica se utiliza para hacer trombones. [6]
Anteriormente se utilizaba una técnica similar que utilizaba brea, pero se suspendió porque la brea era difícil de limpiar sin calor excesivo. [6]
En el proceso de envasado 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 usando 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 soporte adicional y reducir las arrugas y la rotura del tubo durante este proceso. Los diferentes tipos de mandriles son los siguientes.
En la producción de un producto donde 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 un doblado preciso se debe utilizar un mandril de bolas (o un mandril de bolas con cable de acero). Los discos unidos en forma de bola se insertan en el tubo para permitir la flexión manteniendo el mismo diámetro en todas partes. Otros estilos incluyen el uso de arena, cerrobend o agua congelada. Estos permiten un diámetro algo constante y al mismo tiempo 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.
Estos son resortes fuertes pero flexibles que se insertan en una tubería para sostener las paredes de la tubería durante el doblado manual. Tienen diámetros sólo ligeramente menores que el diámetro interno del tubo a doblar. Solo son adecuados para doblar tuberías de cobre blando de 15 y 22 mm (0,6 y 0,9 pulgadas) (normalmente utilizadas en plomería doméstica) o tuberías de PVC.
El resorte se empuja dentro del tubo hasta que su centro esté aproximadamente donde debe estar la curva. Se puede unir un trozo de alambre flexible al extremo del resorte para facilitar su extracción. El tubo generalmente se sostiene contra la rodilla flexionada y los extremos del tubo se levantan para crear la curva. Para que sea más fácil recuperar el 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 lograr el apalancamiento requerido en los extremos de la tubería.
Los resortes de flexión para tubos de menor diámetro (tubo de cobre de 10 mm) se deslizan sobre el tubo en lugar de hacerlo hacia el interior.