Cálculos de torque de flexão de tubos: guia detalhado

O processo de curvatura de tubos se desenvolveu com o surgimento de indústrias como automobilística, motocicletas, bicicletas e petroquímica.

Os métodos comumente usados ​​de dobra de tubos podem ser divididos em enrolamento, empurrar, pressionar e rolar de acordo com o método de dobra.

Eles podem ser divididos em dobra a frio e dobra a quente, dependendo se são aquecidos durante a dobra. Dependendo da presença de enchimento (ou mandril) durante a flexão, ela pode ser dividida em flexão com núcleo e flexão sem núcleo.

As Figuras 6-19, 6-20, 6-21 e 6-22 representam respectivamente os diagramas esquemáticos dos moldes para enrolar, empurrar, pressionar e enrolar dispositivos.

1- Bloco de Pressão
2- Haste central
3- Bloco de fixação
4- Molde de Dobra
5- Bloco de prevenção de rugas
6- Tubo em branco

1—Pressione Coluna
2—Manga Guia
3—Tubo em Branco
4—Molde de Dobra

1 – Morrer
2—Tubo em branco
3—Soco Balançando

1—Eixo
2,4,6—Rolos
3—Eixo Ativo
5—Tubo de Aço

I. Deformação por flexão do material e raio de flexão mínimo

Quando o material do tubo é dobrado, o material do lado externo da zona de deformação é esticado e alongado pela tensão tangencial, enquanto o material do lado interno é comprimido e encurtado pela compressão tangencial.

Como a tensão tangencial σ_θ e deformação ε_θ são distribuídos continuamente ao longo da seção transversal do material do tubo, eles podem ser imaginados como semelhantes à flexão do material da placa.

A zona de estiramento no lado externo transita para a zona de compressão no lado interno, com uma camada neutra na junção.

Para simplificar a análise e o cálculo, normalmente considera-se que a camada neutra coincide com a camada central da seção transversal do tubo, e sua posição na seção transversal pode ser representada pelo raio de curvatura (Figura 6-23).

O grau de deformação por flexão do material do tubo depende do raio de curvatura relativo R/D e da espessura relativa t/D (R é o raio de curvatura da camada central da seção transversal do tubo, D é o diâmetro externo do tubo , t é a espessura da parede do tubo).

Quanto menores os valores de R/D e t/D, maior o grau de deformação por flexão (ou seja, R/D e t/D são muito pequenos), a parede externa da camada neutra de flexão se tornará excessivamente fina e até mesmo levará romper; a parede mais interna do tubo ficará mais espessa e até mesmo instável e enrugada.

Ao mesmo tempo, com o aumento do grau de deformação, a distorção da seção transversal (achatamento) torna-se mais grave.

Portanto, para garantir a qualidade de formação do material do tubo, o grau de deformação deve ser controlado dentro da faixa permitida.

O grau permitido de deformação na flexão do tubo é chamado de limite de formação de flexão. O limite de formação de flexão do material do tubo não depende apenas das propriedades mecânicas do material e do método de flexão, mas também considera os requisitos de uso dos acessórios para tubos.

Para peças dobradas de uso geral, a deformação máxima de alongamento ε_máx. produzido na posição mais distante da camada neutra no lado externo da área de deformação por flexão do material do tubo não deve exceder o valor limite permitido pela plasticidade do material como condição para definir o limite de formação.

Ou seja, o raio limite de curvatura r_min que pode ser dobrado no lado interno da peça sob a condição de que a camada superficial externa no lado externo da área de deformação por dobra da peça do tubo não rache, é usado como o limite de formação da dobra da peça do tubo.

R_min está relacionado às propriedades mecânicas do material, ao tamanho estrutural dos acessórios para tubos, ao método de processamento de dobra e outros fatores.

a Condições de força
b Condições de tensão-deformação

O raio de curvatura mínimo para diferentes processos de curvatura pode ser encontrado na Tabela 6-2.

Tabela 6-2 Raio de curvatura mínimo durante a curvatura do tubo (Unidade: mm)

Métodos de dobra	Raio de curvatura mínimo
Dobra de imprensa	（3~5）D
Dobra de envoltório	（2~2,5）D
Dobragem de rolo	6D
Empurrar Dobra	（2,5~3）D

Nota: D representa o diâmetro externo do tubo.

Para saber o raio de curvatura mínimo de tubos de aço e alumínio, consulte a Tabela 6-3.

Tabela 6-3 Raio de curvatura mínimo de tubos de aço e alumínio (Unidade: mm)

Diâmetro Externo do Tubo	4	6	8	10	12	14	16	18	20	22
Raio de curvatura mínimo	8	12	16	20	28	32	40	45	50	56
Diâmetro Externo do Tubo	24	28	30	32	35	38	40	44	48	50
Raio de curvatura mínimo	68	84	90	96	105	114	120	132	144	150

II. Distorção do formato da seção transversal do tubo e sua prevenção

Durante a dobra do tubo, a distorção da forma da seção transversal é inevitável.

O material do lado externo da camada neutra sofre tensão de tração tangencial, afinando a parede do tubo; o material no lado interno da camada neutra sofre tensão de compressão tangencial, engrossando a parede do tubo.

O material nos lados mais externo e mais interno da área de deformação por flexão sofre a maior tensão tangencial, portanto, ocorrem ali as maiores mudanças na espessura da parede do tubo (Fig. 6-24).

Na dobra com enchimentos ou hastes centrais, a seção transversal é basicamente capaz de manter uma forma circular, mas a espessura da parede muda. Na flexão livre não suportada, seja na borda interna ou externa, a seção transversal circular do tubo torna-se elíptica (Fig. 6-24a, b).

Além disso, à medida que o grau de deformação por flexão aumenta (isto é, o raio de curvatura diminui), a borda interna torna-se instável e enrugada. No caso de tubos quadrados em flexão apoiada (Fig. 6-24c, d), a seção transversal muda para uma forma trapezoidal.

A elipticidade é frequentemente usada na produção para medir alterações na seção transversal circular de um tubo.

Elipticidade = D_máx.-D_min/D ×100% (6-21)

Nesta fórmula, Dmax é o tamanho máximo do diâmetro externo medido em qualquer direção da mesma seção transversal do tubo após a dobra, e Dmin é o tamanho mínimo do diâmetro externo medido em qualquer direção da mesma seção transversal do tubo após a dobra. .

A Figura 6-25 é um gráfico de elipticidade, que representa a mudança de elipticidade correspondente à curvatura adimensional R0/R (R0 é o raio externo do tubo, R é o raio de curvatura da camada central da seção de flexão) em um logarítmico coordenada, representada como uma família de linhas retas com a razão t/R0 como variável parâmetro.

Como pode ser visto na figura, quanto maior o grau de flexão, maior será a elipticidade da seção transversal.

Portanto, a elipticidade é frequentemente utilizada na produção como um índice importante para inspecionar a qualidade de tubos dobrados. Dependendo dos diferentes desempenhos de utilização dos materiais de tubos dobrados, os requisitos para a sua elipticidade também variam.

Por exemplo, para componentes de tubos dobrados usados ​​em projetos de dutos industriais, o tubo de alta pressão não excede 5%; tubos de média e baixa pressão são 8%; tubos de alumínio são 9%; e tubos de liga de cobre e liga de alumínio são 8%.

A distorção do formato da seção pode reduzir a área da seção transversal, aumentando a resistência ao fluxo de fluido, e também pode afetar o desempenho funcional do tubo na estrutura.

Portanto, no processo de flexão do tubo, devem ser tomadas medidas para controlar a distorção dentro da faixa exigida.

Os métodos eficazes para evitar a distorção da forma da seção transversal são:

1) Apoie a seção transversal com um mandril na área de deformação por flexão para evitar distorção da seção transversal.

Para diferentes processos de dobra, diferentes tipos de mandris devem ser utilizados. Mandris rígidos são frequentemente usados ​​​​em dobra e enrolamento, e a cabeça do mandril é hemisférica ou tem outro formato de superfície curva.

Se um mandril é necessário durante a flexão e que tipo de mandril usar, pode ser determinado na Figura 6-26 e na Figura 6-27.

2) Preencher o molde do tubo dobrado com meio granular, meio fluido, meio elástico ou ligas de baixo ponto de fusão também pode substituir a haste central para evitar distorção do formato da seção. Este método é relativamente fácil de aplicar e é amplamente utilizado, principalmente para produção em pequena e média escala.

3) Na superfície do molde em contato com o material do tubo, é feita uma ranhura para combinar com o formato da seção do material do tubo, reduzindo a pressão na superfície de contato e dificultando a distorção da seção. Esta é uma medida bastante eficaz para evitar distorções no formato da seção.

4) O método de usar o método de contradeformação para controlar a mudança na seção do tubo (Figura 6-28) é frequentemente usado no processo de dobra sem núcleo no dobrador de tubos. A característica deste método é sua estrutura simples, por isso é amplamente utilizado.

O uso de contra-deformação para flexão sem núcleo significa que a peça bruta do tubo recebe uma certa quantidade de deformação reversa antecipadamente. Então, após a dobra, as deformações em diferentes direções se anulam, basicamente mantendo a seção bruta do tubo circular para atender aos requisitos de elipticidade, garantindo assim a qualidade do tubo dobrado.

1—Molde de Dobra
2—Bloco de fixação
3—Rolo
4—Roda Guia
5—Tubo em branco

A forma da seção transversal da ranhura antideformação conforme mostrado na Figura 6-29, o tamanho da ranhura antideformação está relacionado ao raio de curvatura relativo (o raio de curvatura da camada central, o diâmetro externo do tubo) . Consulte a Tabela 6-4.

Tabela 6-4 Dimensões da Ranhura Antideformação

Raio de curvatura relativo R/D	R1	R2	R3	H
1,5~2	0,5D	0,95D	0,37D	0,56D
>2~3,5	0,5D	1,0D	0,4D	0,545D
≥3,5	0,5D	–	0,5D	0,5D

1—Molde de Dobra
2—Rolo Anti-deformação

A mudança na espessura do tubo depende principalmente do raio de curvatura relativo R/D e da espessura relativa t/D. Na produção, a espessura mínima da parede t_min na flexão externa e na espessura máxima da parede t_máx. no interior geralmente pode ser estimado usando a seguinte fórmula:

Na fórmula,

• t – representa a espessura original do material do tubo (mm);
• D – representa o diâmetro externo do material do tubo (mm);
• R- representa o raio de curvatura da camada central (mm).

O afinamento do material do tubo reduz a resistência mecânica e a usabilidade das conexões. Portanto, na produção, a taxa de desbaste da parede é frequentemente usada como um índice técnico para medir a mudança na espessura da parede, a fim de atender à usabilidade dos acessórios.

Taxa de afinamento da parede do tubo = tt_min/t×100%

Na fórmula:

• t – Espessura original do material do tubo (mm);
• t_min – A espessura mínima da parede após o material do tubo ser dobrado (mm).

O desempenho dos materiais dos tubos varia e existem diferentes requisitos para a taxa de redução da espessura da parede.

Por exemplo, para acessórios de tubos usados ​​na engenharia de tubos industriais, o tubo de alta pressão não excede 10%; o tubo de média e baixa pressão não excede 15% e não é inferior à espessura da parede calculada pelo projeto.

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

1) Reduza o valor numérico da tensão de tração gerada na parte externa da camada neutra. Por exemplo, utilizar o método de aquecimento local por resistência para reduzir a resistência à deformação do material metálico dentro da camada neutra, tornando a deformação mais concentrada na parte comprimida, atingindo o objetivo de reduzir o nível de tensão da parte tensionada.

2) Alterar o estado de tensão da zona de deformação e aumentar a componente de tensão de compressão. Por exemplo, mudar de dobrar para empurrar pode superar fundamentalmente o defeito de adelgaçamento excessivo da parede do tubo.

III. Cálculo do torque de flexão

O cálculo do torque de flexão do material do tubo é a base para determinar os parâmetros de energia do dobrador de tubos.

De acordo com a análise da teoria da mecânica plástica, a expressão teórica do momento fletor quando o material do tubo é dobrado uniformemente é derivada da seguinte forma:

Torque de flexão do material do tubo:

Na fórmula:

• σ_é – tensão de escoamento;
• t – espessura da parede do tubo;
• r – o raio de curvatura do material do tubo;
• B – o módulo de elasticidade (módulo de encruamento);
• ρ – o raio de curvatura da camada neutra durante a flexão.

O momento de flexão real do material do tubo não depende apenas das propriedades do material do tubo, formato e tamanho da seção transversal, raio de curvatura e outros parâmetros, mas também está muito relacionado ao método de flexão e à estrutura do molde usado.

Portanto, atualmente é impossível representar todos esses fatores com uma fórmula de cálculo, e apenas estimativas podem ser feitas na produção.

O torque de flexão do material do tubo pode ser estimado com a seguinte fórmula:

Na equação,

• D – representa o diâmetro externo do tubo;
• σ_b – representa a resistência à flexão do material;
• W – representa o módulo seccional em flexão;
• µ – representa o coeficiente que leva em conta o aumento do momento fletor devido ao atrito.

O coeficiente µ não é o coeficiente de atrito; seu valor depende da condição da superfície do tubo, do método de dobra, especialmente se um mandril é usado, do tipo e formato do mandril e até mesmo de vários fatores relacionados à posição do mandril.

De modo geral, quando se utiliza um mandril rígido sem lubrificação, pode-se tomar um valor de 5 a 8; quando um mandril articulado rígido é usado, um valor de µ=3 pode ser obtido.

O formato da seção transversal da ranhura antideformação é mostrado na Figura 6-29.

As dimensões da ranhura antideformação estão relacionadas ao raio de curvatura relativo (o raio de curvatura da camada central, o diâmetro externo do tubo).

Consulte a Tabela 6-4.

Tabela 6-4 Dimensões da Ranhura Antideformação

Raio de curvatura relativo R/D	R1	R2	R3	H
1,5~2	0,5D	0,95D	0,37D	0,56D
>2~3,5	0,5D	1,0D	0,4D	0,545D
≥3,5	0,5D	–	0,5D	0,5D

1—Molde de Dobra
2—Rolo Anti-deformação

A mudança na espessura do tubo depende principalmente do raio de curvatura relativo R/D e da espessura relativa t/D.

Na produção, a espessura mínima da parede t_min no lado externo da curva e a espessura máxima da parede t_máx. no lado interno geralmente pode ser estimado usando a seguinte fórmula:

Na fórmula:

• t – é a espessura original do material do tubo (mm);
• D – é o diâmetro externo do material do tubo (mm);
• R- é o raio de curvatura da camada central (mm).

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

Taxa de afinamento da parede do tubo = (tt_min)/t×100%

Na fórmula:

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

Diferentes desempenhos do material do tubo requerem diferentes taxas de desbaste. Por exemplo, para acessórios de tubos utilizados na engenharia de tubulações industriais, o tubo de alta pressão não deve exceder 10%; os tubos de média e baixa pressão não devem exceder 15% e não devem ser inferiores à espessura da parede calculada pelo projeto.

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

1) Reduzir o valor numérico da tensão de tração gerada no lado externo da camada neutra, como adotar 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 concentrado na parte comprimida, atingindo assim o objetivo de reduzir o nível de tensão da parte tensionada.

2) Alteração do estado de tensão da zona de deformação e aumento da componente de tensão de compressão. Por exemplo, mudar de dobrar para empurrar pode superar fundamentalmente o defeito de adelgaçamento excessivo da parede do tubo.

4. Cálculo do torque de flexão

O cálculo do torque de flexão do tubo é a base para determinar os parâmetros de potência do dobrador de tubos. De acordo com a análise da teoria da mecânica plástica, a expressão teórica do momento fletor uniforme do tubo é derivada da seguinte forma:

Torque de flexão do tubo:

Na fórmula:

• σ_é – Estresse de rendimento;
• t – Espessura da parede do tubo;
• r – Raio de curvatura do tubo;
• B – Módulo de deformação;
• ρ – Raio de curvatura da camada neutra de flexão.

O momento de flexão real do material do tubo não depende apenas do desempenho do material do tubo, da forma e tamanho da seção transversal, do raio de curvatura e de outros parâmetros, mas também tem muito a ver com o método de flexão e a estrutura do molde utilizado.

Portanto, atualmente é impossível expressar todos os fatores numa fórmula de cálculo, e apenas estimativas podem ser feitas na produção.

O momento fletor do material do tubo pode ser estimado com a seguinte fórmula:

Na fórmula:

• D – representa o diâmetro externo do tubo;
• σ_b – representa a resistência à flexão do material;
• W – representa o coeficiente da seção fletora;
• µ – representa o coeficiente considerando o aumento do momento fletor devido ao atrito.

O coeficiente não é o coeficiente de atrito µ, seu valor depende da condição da superfície do tubo, do método de dobra e, principalmente, se é utilizado um mandril, do tipo e formato do mandril e até de vários fatores relacionados à posição do mandril. mandril.

De modo geral, quando um mandril rígido é utilizado sem lubrificação, pode ser considerado =5 a 8; se for usado um mandril articulado rígido, pode ser considerado µ=3.

V. Conformação por laminação de tubos

A conformação por laminação de tubos é um processo de conformação especial desenvolvido a partir dos processos tradicionais de estampagem, flangeamento e estrangulamento. É um processo de deformação no qual a borda da boca do tubo é dobrada localmente pela aplicação de pressão axial à peça do tubo através do molde.

A utilização dessa tecnologia na fabricação de peças apresenta uma série de vantagens como tecnologia simples, menor número de processos, baixo custo e boa qualidade. Pode até produzir peças que são difíceis de conseguir com outros métodos de estampagem.

Este processo tem sido amplamente utilizado em vários campos industriais, como automóveis e aeroespacial.

Existem duas formas básicas de conformação por torneamento de tubos, nomeadamente rolo externo e rolo interno (Figura 6-30).

a, b rolo para fora;
c, d rolo para dentro

1—Tubo em branco
2—Anel guia de fluxo
3—Molde cônico
4—Molde de borda redonda

Rolo para fora: O blank do tubo é virado de dentro para fora sob pressão axial, aumentando sua circunferência após a conformação.

Rolo interno: O blank do tubo é enrolado de fora para dentro, reduzindo sua circunferência após a conformação.

O processo de laminação pode não apenas formar com eficácia vários tipos de peças tubulares de parede dupla ou multicamadas, mas também processar copos de fundo convexo, tubos escalonados, tubos de formato especial, bem como tubos semi-duplos, cilindros anulares de parede dupla, ocos porcas de parede dupla, trocadores de calor, silenciadores de automóveis, tubos de guia de ondas na indústria eletrônica, etc.

Atualmente, essas peças são geralmente processadas por métodos de estampagem e soldagem em várias etapas, que são difíceis, caros e de baixa qualidade de aparência.

A utilização do processo de laminação garante confiabilidade da peça, leveza e economia de matéria-prima.

• a) Tubo de dupla camada
• b) Tubo escalonado
• c) Tubo moldado
• d) Copo inferior convexo

Atualmente, de acordo com os dados, muitos materiais metálicos podem ser formados no molde em vários métodos de laminação diferentes, como liga de alumínio, cobre e ligas de cobre, aço de baixo carbono, aço inoxidável austenítico, etc. ser enrolado em tubos de dupla camada.

1. Rolo para fora

A perfilagem, em comparação com outros processos de conformação, possui um processo de deformação mais complexo, que inclui alargamento, ondulação, laminação e sua conversão mútua.

Existem vários moldes para realizar este processo de conformação, dentre os quais os mais simples e comumente utilizados são os moldes cônicos e os moldes de filete.

1. Molde de laminação de tubo cônico

A estrutura do molde de laminação de tubo cônico é mostrada na Figura 6-32. Esta estrutura de molde é simples e diferentes especificações de tubos podem ser formadas em um conjunto de moldes, o que é difícil de conseguir em outros moldes formadores de tubos.

Além disso, como um processo de pré-formação para a formação de rolos de tubos de precisão, a formação de moldes cônicos é amplamente utilizada.

uma estrutura de molde invertido de tubo
b Parâmetros do processo de inversão do tubo cônico

1 – Pressione a cabeça
2 – Boleto de Tubo
3 – Molde Cone

Durante o processo de torneamento do tubo, uma extremidade da peça bruta do tubo é colocada em uma matriz cônica, enquanto a outra extremidade é submetida à pressão axial do controle deslizante da prensa para obter o torneamento da peça bruta do tubo.

Ao projetar este tipo de matriz, o ângulo α do meio cone da matriz é o parâmetro mais crítico.

O tamanho de α não apenas determina a viabilidade do torneamento do tubo, mas também afeta as dimensões geométricas do torneamento do tubo, ou seja, o coeficiente de torneamento do tubo K(K=D/D1, onde D e D1 são o diâmetro externo do tubo blank e o diâmetro externo do torneamento do tubo, respectivamente).

Obviamente, existe um ângulo crítico de meio cone α0, e o giro só pode ser realizado normalmente quando o ângulo de meio cone α≥ α0.

µ, H, Golubnov derivado com base no princípio da tensão principal:

Considerando a influência do reforço do material e da rigidez da extremidade alargada, a fórmula acima pode ser modificada da seguinte forma:

Na fórmula:

• L – Comprimento da ponta reta alargada;
• D – Diâmetro médio do blank do tubo;
• t – Espessura da parede do blank do tubo;
• n – Índice de endurecimento do material;
• A – Coeficiente de reforço do material;
• σs – Resistência ao escoamento do material.

Para um tubo de alumínio 3A21 de 42 mm, calculado pela fórmula acima, o ângulo é de 55° – 60°.

Testes empíricos mostram que quando o ângulo é α≥60° ​​(α≈68°), a inversão do tubo pode ocorrer suavemente. Neste momento, a pressão axial é a menor.

Quando o ângulo é de 55° a 60°, a extremidade do tubo vazio se curva, mas não entra no estágio de inversão. Quando o ângulo é α<55°, a extremidade do tubo apenas se alarga na matriz cônica e não enrola.

Durante a inversão da matriz cônica, a extremidade do tubo desliza facilmente, fazendo com que a parte invertida do tubo fique fora do eixo da peça bruta do tubo original e causando flexão axial durante a inversão.

É difícil obter uma peça de tubo invertido de camada dupla que atenda aos requisitos de qualidade de montagem. Conseqüentemente, uma matriz giratória de canto redondo foi desenvolvida com base na matriz cônica.

2. Matriz invertida de canto redondo

A matriz giratória de canto redondo usa a parte de trabalho da matriz, que é um círculo de raio, para forçar a extremidade do tubo comprimida axialmente a se deformar ao longo de seu arco para conseguir a inversão do tubo.

A Figura 6-33 mostra um diagrama esquemático de uma peça bruta de tubo com espessura t e diâmetro médio D, rolando sobre uma matriz de canto redondo com raio r, sob carga axial, a extremidade do tubo enrola para cima ao longo do arco da matriz para obtenha um pedaço de tubo enrolado com diâmetro D1.

O parâmetro mais importante no projeto de uma matriz de flange de canto redondo é o raio r do canto da matriz. Determina não apenas as dimensões geométricas da peça flangeada, mas também influencia a magnitude da força de flangeamento.

Para o tubo de alumínio recozido 3A21 do tipo Φ41×1, tanto a análise teórica quanto os resultados experimentais mostram que o raio crítico do filete da matriz (raio mínimo do filete) para instabilidade de inversão do tubo é de cerca de 2 mm; o raio de filete ideal é de aproximadamente 3 mm; o raio máximo do filete é de cerca de 4 mm.

Isto indica que a estabilidade e a qualidade da inversão do tubo sob carga axial dependem do raio do filete da matriz r. Se r for menor que um certo valor crítico, a extremidade do tubo não enrola ao longo do arco da matriz; quando r é muito grande, a extremidade do tubo fratura e não pode ser invertida com sucesso. Somente quando r estiver dentro de uma faixa apropriada a inversão do tubo poderá ser realizada.

2. Rolo para dentro

Semelhante à ondulação externa do material do tubo, a ondulação interna do tubo também pode ser realizada no molde cônico e no molde de filete (Figura 6-34).

Comparado a outros processos de conformação, é propenso à instabilidade. Porque durante a ondulação para dentro o diâmetro do tubo diminui após a deformação, a parede do tubo fica mais espessa, a força de inversão do tubo aumenta, o que traz dificuldades para a formação da ondulação.

De acordo com cálculos teóricos e práticos, quando o ângulo crítico do semicone β do molde do cone de inversão do tubo é ≥120°, o processo de ondulação pode prosseguir sem problemas. Na produção, o valor é geralmente considerado como β≥120°~125°, r_p≈4mm.

O processo de enrolamento do tubo só pode ocorrer quando a carga necessária para o enrolamento for menor que o limite de instabilidade axial. Como a carga de formação de ondulação depende em grande parte dos parâmetros geométricos do molde, em termos do molde de filete, depende do raio do filete r.

Portanto, uma região viável para a formação de ondulação pode ser determinada (Figura 6-35).

um dado cônico
b Matriz Arredondada

Na Figura 6-35 pode-se observar que a área de laminação interna é bastante pequena, e a carga de laminação é numericamente superior à da laminação externa, chegando quase a 50%.

Os dados existentes mostram que, tanto nacional quanto internacionalmente, os parâmetros ideais do processo para laminação externa foram estudados teórica e praticamente, e a relação entre a tensão de compressão axial mínima necessária para laminação completa e o diâmetro interno, diâmetro externo e espessura da parede do material tubular foi descoberto.

Durante a laminação externa de materiais tubulares, a alteração na espessura da parede não é significativa.

Porém, durante a laminação interna, a tensão de compressão circunferencial faz com que a espessura da parede no filete do molde aumente continuamente até atingir um valor constante, que pode ser 1,5 vezes a espessura original. Portanto, para completar sua laminação interna é necessária uma carga axial maior.

Nos dois tipos de laminação acima mencionados (laminação tradicional), existem algumas deficiências:

1. O início da segunda camada da parede do tubo não é paralelo à parede original do tubo, mas sempre gira em direção à cavidade interna do tubo de parede dupla;

2. Existe uma certa distância entre a nova parede do tubo e a parede do tubo original, que depende do diâmetro relativo (D/t) do material do tubo original;

3. Para laminação interna, a segunda camada da parede do tubo é consideravelmente mais espessa, o que por sua vez leva a um aumento na pressão axial durante a laminação.

Os problemas que surgem nos processos acima mencionados devem-se ao mecanismo de conformação, que limita a forma geométrica dos tubos obtidos, especialmente à fraca estabilidade e elevada dificuldade do processo de laminação interna, que necessita de ser melhorado.

Portanto, surgiu o método de conformação por laminação sob tensão de tração para laminação interna de materiais tubulares.

A característica do método de conformação por laminação por tração é que ele interrompe a laminação no primeiro estágio de laminação interna do material tubular e confere à borda laminada uma curvatura reversa, direcionando-a para o exterior da cavidade.

Então, através da ação do molde convexo, a força de tração que atua na borda de dobra reversa na parede interna faz com que o tubo em branco sofra laminação interna, em vez de rolar pela pressão axial atuante na parede externa, reduzindo assim sua pressão axial. .

Este processo pode atingir uma altura de parede interna maior, espessura de parede constante e maior precisão do produto.

O método de conformação por laminação por tensão de tração expandiu a gama de aplicação do processo de conformação por laminação interna, como a produção de juntas de tubos, assentos de rolamentos e outros (Figura 6-36).

O método de conformação por rolo de tensão de tração pode ser dividido em três etapas, conforme mostrado na Figura 6-37.

Na primeira etapa (Figura 6-37a), a laminação interna tradicional termina quando a borda do tubo deixa um quarto da matriz do filete.

Neste momento, a distância entre a borda do tubo e a parede interna da matriz formará o suporte radial do produto final e deve ser igual à largura necessária.

Na segunda etapa (Figura 6-37b), a matriz convexa de fundo plano desce, forçando a borda do tubo a flangear (semelhante ao furo flangeado da placa). A lacuna entre a matriz convexa e a matriz do rolo interno é determinada pela espessura da parede do tubo (a espessura da parede interna do rolo do tubo é ligeiramente aumentada).

Na terceira etapa (Figura 6-37c, d), a matriz convexa de formação sobe, fazendo com que a borda do tubo role para dentro, gerando assim a segunda camada da parede do tubo sob o impulso da matriz convexa de formação.

Como pode ser visto na figura, a matriz convexa formadora atua na borda do tubo com tensão de tração, e não com tensão de compressão atuando em todo o tubo.

Não há deslizamento relativo entre a matriz e o material deformado, e é mantida uma distância entre as cargas de formação, reduzindo assim a tensão de compressão axial na área de transmissão do tubo, evitando assim a instabilidade.

Portanto, a laminação sob tensão de tração tem maior liberdade na escolha do raio de laminação, enquanto o raio da matriz é um parâmetro de processo importante nos processos de usinagem tradicionais (Figura 6-35).

Condições para a execução bem sucedida deste processo:

F_Furo≥F_Rolando (6-22)

A força de punção inclui três componentes (símbolo na Figura 6-37d): a carga que causa a deformação plástica do material no raio rP; a carga necessária para superar o atrito no canto ra entre o punção e a borda do tubo; a carga necessária para dobrar e desdobrar o material da borda da posição radial para axial.

Na expressão analítica, σ₁ é usado para representar a tensão de deformação da parede interna.

Então,

A conformação por rolo inclui dois aspectos: a carga necessária para a laminação do material em diferentes posições de raios de curvatura e a carga necessária para flexão e recuperação do início ao fim da zona de deformação.

Na análise, σ₀ é usado para representar a tensão de deformação da parede externa, e σ_eu representa a tensão média de deformação plástica na zona de deformação.

Conclusão:

O método de formação do tubo rolando sob tensão de tração foi comprovado por meio de experimentos.

Embora sejam necessárias duas etapas de preparação antes do início da laminação e o recozimento de recristalização seja necessário quando necessário, ele apresenta as seguintes vantagens em comparação ao processo de laminação tradicional:

1) A borda laminada gira em direção ao centro da cavidade, facilitando a coordenação com outras peças, como assentos de rolamentos de esferas.

2) A carga de rolamento é significativamente reduzida.

3) O limite de formação é bastante melhorado e produtos com raio de laminação menor pode ser obtido.

4) Não há atrito e não há necessidade de lubrificação.

5) A espessura da parede interna é aproximadamente igual à espessura da parede externa, e apenas a borda sob carga é ligeiramente mais espessa (Figura 6-38).

As condições experimentais da peça mostrada na Figura 6-38 são as seguintes:

O tubo é feito de aço de baixo carbono, D_fora = 90 mm, t₀= 2,4 mm, H = 150 mm.

O diâmetro da matriz côncava (Figura 6-37d) é Dd = 97mm.

O diâmetro da matriz convexa (Figura 6-37d) é D_p =72mm.

6) Devido à ausência de atrito e à dupla restrição das matrizes convexas e côncavas na parede da peça, a peça apresenta alta precisão dimensional (Figura 6-37d).

Figura 6-37 Processo de conformação por rolo de tensão de tração (processo de conformação interna aprimorado)

Condições para a implementação bem-sucedida deste processo:

F_Furo≥F_Rolando (6-22)

A força de punção inclui três itens (símbolo na Figura 6-37d): a carga que causa a deformação plástica do material no raio rp; a carga necessária para superar a força de atrito entre o canto do punção em ra e a borda do tubo; a carga necessária para flexão e flexão reversa do material da borda da posição radial para a posição axial.

Na expressão analítica, σ₁ representa a tensão de deformação da parede interna.

A perfilagem inclui dois aspectos: a carga necessária para o material rolar em diferentes posições de raio (curvatura) e a carga necessária para flexão e flexão reversa do início ao fim da área de deformação.

Na análise, σ₀ é usado para representar a tensão de deformação da parede externa, e σ_eu é usado para representar a tensão média de deformação plástica na área de deformação.

Conclusão:

O método de formação de materiais de tubos por laminação sob tensão de tração foi comprovado por experimentos. Embora sejam necessários dois estágios de preparação antes do início da laminação e o recozimento de recristalização seja necessário quando necessário, ele apresenta as seguintes vantagens em relação aos processos de laminação tradicionais:

1) A borda laminada gira em direção ao centro da cavidade, facilitando a cooperação com outras peças, como assentos de rolamentos de esferas.

2) A carga de rolamento é bastante reduzida.

3) O limite de formação é bastante melhorado e produtos com raios de laminação menores pode ser obtido.

4) Não há atrito e não há necessidade de lubrificação.

5) A espessura da parede interna é aproximadamente igual à da parede externa, e apenas as bordas sob carga são ligeiramente mais espessas (Figura 6-38).

As condições experimentais das peças mostradas na Figura 6-38 são as seguintes:

O material do tubo é aço de baixo carbono, D_fora = 90 mm, t₀ = 2,4 mm e o raio H é 150 mm.

O diâmetro da matriz D_d (Figura 6-37d) é 97 mm.

O diâmetro do punção (Figura 6-37d) é D_p =72mm.

6) Devido à ausência de atrito e às duplas restrições do punção e da matriz na parede da peça, a peça apresenta maior precisão dimensional (Figura 6-37d).