El proceso de curvado de tubos se desarrolló con el surgimiento de industrias como la automotriz, motocicletas, bicicletas y petroquímica.
Los métodos de doblado de tuberías comúnmente utilizados se pueden dividir en enrollar, empujar, presionar y enrollar según el método de doblado.
Se pueden dividir en curvado en frío y curvado en caliente dependiendo de si se calientan durante el curvado. Dependiendo de la presencia de relleno (o mandril) durante el doblado, se puede dividir en doblado con núcleo y doblado sin núcleo.
Las figuras 6-19, 6-20, 6-21 y 6-22 representan respectivamente los diagramas esquemáticos de moldes para dispositivos de laminación, empuje, prensado y laminación.
1- Bloque de presión
2- Varilla central
3- Bloque de fijación
4- Molde para doblar
5- Bloqueo de prevención de arrugas
6- Tubo en blanco
1—Columna de prensa
2—Manguito guía
3—Tubo ciego
4—Molde para doblar
1 – morir
2—Tubo en blanco
3—Puñetazo oscilante
1—Eje
2,4,6—Rodillos
3—Eje activo
5—Tubo de acero
I. Deformación por flexión del material y radio mínimo de curvatura.
Cuando se dobla el material del tubo, el material del lado exterior de la zona de deformación se estira y alarga mediante tensión tangencial, mientras que el material del lado interior se comprime y acorta mediante compresión tangencial.
Dado que la tensión tangencial σ θ y la deformación ε θ se distribuyen continuamente a lo largo de la sección transversal del material del tubo, se pueden considerar similares a la flexión del material de la placa.
La zona de estiramiento en el exterior pasa a la zona de compresión en el interior, con una capa neutra en la unión.
Para simplificar el análisis y el cálculo, normalmente se considera que la capa neutra coincide con la capa central de la sección transversal del tubo, y su posición en la sección transversal puede representarse mediante el radio de curvatura. (Figura 6-23).
El grado de deformación por flexión del material del tubo depende del radio de curvatura relativo R/D y del espesor relativo t/D (R es el radio de curvatura de la capa central de la sección transversal del tubo, D es el diámetro exterior de el tubo, t es el espesor de la pared del tubo).
Cuanto más pequeños sean los valores de R/D y t/D, mayor será el grado de deformación por flexión (es decir, R/D y t/D son muy pequeños), la pared exterior de la capa de flexión neutra se volverá excesivamente delgada y incluso el plomo se rompe; la pared más interna del tubo se volverá más gruesa e incluso inestable y arrugada.
Al mismo tiempo, con el aumento del grado de deformación, la distorsión de la sección transversal (aplanamiento) se vuelve más grave.
Por lo tanto, para garantizar la calidad de formación del material del tubo, el grado de deformación debe controlarse dentro del rango permitido.
El grado de deformación permitido al doblar una tubería se denomina límite de flexión. El límite de formación de flexión del material de la tubería no solo depende de las propiedades mecánicas del material y del método de flexión, sino que también considera los requisitos de uso de los accesorios de tubería.
Para piezas dobladas de uso general, la deformación por alargamiento máximo ε máx. producido en la posición más alejada de la capa neutra en el exterior del área de deformación por flexión del material del tubo no debe exceder el valor límite permitido por la plasticidad del material como condición para definir el límite de formación.
Es decir, se utiliza el radio de curvatura límite r min que se puede doblar en el lado interior de la pieza bajo la condición de que la capa de superficie exterior en el lado exterior del área de deformación por flexión de la pieza del tubo no se agriete. como límite de formación de la curvatura de la parte del tubo.
R min está relacionado con las propiedades mecánicas del material, el tamaño estructural de los accesorios de tubería, el método de procesamiento de doblado y otros factores.
a Condiciones de fuerza
b Condiciones de tensión-deformación
El radio de curvatura mínimo para diferentes procesos de curvatura se puede encontrar en la Tabla 6-2.
Tabla 6-2 Radio de curvatura mínimo durante el doblado de tuberías (Unidad: mm)
| Métodos de doblado | Radio de curvatura mínimo |
| Presione doblar | (3~5)D |
| Doblez envolvente | (2~2,5)D |
| Plegado de rollos | 6D |
| Empujar doblar | (2,5~3)D |
Nota: D representa el diámetro externo del tubo.
Para conocer el radio de curvatura mínimo de tuberías de acero y aluminio, consulte la Tabla 6-3.
Tabla 6-3 Radio mínimo de curvatura de tubos de acero y aluminio (Unidad: mm)
| Diámetro externo del tubo | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | dieciséis | 18 | 20 | 22 |
| Radio de curvatura mínimo | 8 | 12 | dieciséis | 20 | 28 | 32 | 40 | 45 | 50 | 56 |
| Diámetro externo del tubo | 24 | 28 | 30 | 32 | 35 | 38 | 40 | 44 | 48 | 50 |
| Radio de curvatura mínimo | 68 | 84 | 90 | 96 | 105 | 114 | 120 | 132 | 144 | 150 |
II. Distorsión de la forma de la sección transversal de la tubería y su prevención.
Al doblar tubos, la distorsión de la forma de la sección transversal es inevitable.
El material en el exterior de la capa neutra sufre una tensión de tracción tangencial, adelgazando la pared del tubo; el material en el lado interior de la capa neutra sufre una tensión de compresión tangencial, engrosando la pared del tubo.
El material en los lados exterior e interior del área de deformación por flexión experimenta la mayor tensión tangencial, por lo que los mayores cambios en el espesor de la pared del tubo ocurren allí (Fig. 6-24).
Al doblar con rellenos o varillas centrales, la sección transversal básicamente puede mantener una forma circular, pero el espesor de la pared cambia. En la flexión libre sin apoyo, ya sea en el borde interior o exterior, la sección transversal circular del tubo se vuelve elíptica (figura 6-24a, b).
Además, a medida que aumenta el grado de deformación por flexión (es decir, disminuye el radio de curvatura), el borde interior se vuelve inestable y arrugado. En el caso de tubos cuadrados en flexión apoyada (figura 6-24c, d), la sección transversal cambia a una forma trapezoidal.
La elipticidad se utiliza a menudo en producción para medir cambios en la sección transversal circular de una tubería.
Elipticidad = D máx. -D mín /D ×100% (6-21)
En esta fórmula, Dmax es el tamaño máximo del diámetro exterior medido en cualquier dirección de la misma sección transversal del tubo después de doblarlo, y Dmin es el tamaño mínimo del diámetro exterior medido en cualquier dirección de la misma sección transversal del tubo después de doblarlo. . .
La Figura 6-25 es un gráfico de elipticidad, que representa el cambio de elipticidad correspondiente a la curvatura adimensional R0/R (R0 es el radio exterior del tubo, R es el radio de curvatura de la capa central de la sección de flexión) en forma logarítmica. coordenada, representada como una familia de rectas con la relación t/R0 como variable parámetro.
Como se puede observar en la figura, cuanto mayor es el grado de flexión, mayor es la elipticidad de la sección transversal.
Por lo tanto, la elipticidad se utiliza a menudo en producción como un índice importante para inspeccionar la calidad de los tubos doblados. Dependiendo de las diferentes propiedades de uso de los materiales de tubos curvados, también varían los requisitos para su elipticidad.
Por ejemplo, para los componentes de tuberías dobladas utilizadas en proyectos de tuberías industriales, la tubería de alta presión no supera el 5%; las tuberías de media y baja presión son el 8%; los tubos de aluminio son el 9%; y los tubos de aleaciones de cobre y aluminio son del 8%.
La distorsión de la forma de la sección puede reducir el área de la sección transversal, aumentando la resistencia al flujo de fluido y también puede afectar el desempeño funcional del tubo en la estructura.
Por lo tanto, en el proceso de curvado de tubos, se deben tomar medidas para controlar la distorsión dentro del rango requerido.
Los métodos eficaces para evitar la distorsión de la forma de la sección transversal son:
1) Apoye la sección transversal con un mandril en el área de deformación por flexión para evitar la distorsión de la sección transversal.
Para diferentes procesos de plegado se deben utilizar diferentes tipos de mandriles. Los mandriles rígidos se utilizan a menudo para doblar y enrollar, y la cabeza del mandril es semiesférica o tiene otra forma de superficie curva.
En las Figuras 6-26 y 6-27 se puede determinar si se necesita un mandril durante el doblado y qué tipo de mandril usar.
2) Llenar el molde de tubo doblado con medio granular, medio fluido, medio elástico o aleaciones de bajo punto de fusión también puede reemplazar la varilla central para evitar la distorsión de la forma de la sección. Este método es relativamente fácil de aplicar y se utiliza ampliamente, principalmente para la producción a pequeña y mediana escala.
3) En la superficie del molde en contacto con el material de la tubería, se hace una ranura para que coincida con la forma de la sección del material de la tubería, reduciendo la presión sobre la superficie de contacto y haciendo que la sección sea más difícil de distorsionar. Esta es una medida muy eficaz para evitar distorsiones en el formato de la sección.
4) El método de utilizar el método de contradeformación para controlar el cambio en la sección de la tubería (Figura 6-28) se usa a menudo en el proceso de doblado sin núcleo en la dobladora de tubos. La característica de este método es su estructura simple, razón por la cual se usa ampliamente.
El uso de contratensión para el doblado sin núcleo significa que el tubo en bruto recibe una cierta cantidad de tensión inversa por adelantado. Luego, después del doblado, las deformaciones en diferentes direcciones se cancelan entre sí, básicamente manteniendo la sección bruta del tubo circular para cumplir con los requisitos de elipticidad, asegurando así la calidad del tubo doblado.
1—Molde para doblar
2—Bloque de fijación
3—Rodar
4—Rueda guía
5—Tubo en blanco
La forma de la sección transversal de la ranura antideformación como se muestra en la Figura 6-29, el tamaño de la ranura antideformación está relacionada con el radio de curvatura relativo (el radio de curvatura de la capa central, el diámetro exterior de la tubo). Consulte la Tabla 6-4.
Tabla 6-4 Dimensiones de las ranuras antideformación
| Radio 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 para doblar
2—Rodillo antideformación
El cambio en el espesor del tubo depende principalmente del radio de curvatura relativo R/D y del espesor relativo t/D. En producción, el espesor de pared mínimo t min en flexión exterior y el espesor de pared máximo t max. El interior generalmente se puede estimar utilizando la siguiente fórmula:
En la fórmula,
- t – representa el espesor original del material del tubo (mm);
- D – representa el diámetro externo del material del tubo (mm);
- R- representa el radio de curvatura de la capa central (mm).
El adelgazamiento del material del tubo reduce la resistencia mecánica y la usabilidad de las conexiones. Por lo tanto, en la producción, la tasa de adelgazamiento de la pared se utiliza a menudo como índice técnico para medir el cambio en el espesor de la pared con el fin de cumplir con la usabilidad de los accesorios.
Tasa de adelgazamiento de la pared del tubo = tt min /t×100%
En la fórmula:
- t – Espesor original del material del tubo (mm);
- t min : el espesor mínimo de la pared después de doblar el material de la tubería (mm).
El rendimiento de los materiales de las tuberías varía y existen diferentes requisitos para la tasa de reducción del espesor de la pared.
Por ejemplo, para los accesorios de tubería utilizados en la ingeniería de tuberías industriales, la alta presión de la tubería no supera el 10%; la tubería de media y baja presión no supera el 15% y no es inferior al espesor de pared calculado por el proyecto.
Las medidas para reducir el adelgazamiento del espesor del tubo incluyen:
1) Reducir el valor numérico de la tensión de tracción generada en el exterior de la capa neutra. Por ejemplo, utilizar el método de calentamiento por resistencia local para reducir la resistencia a la deformación del material metálico dentro de la capa neutra, haciendo que la deformación esté más concentrada en la parte comprimida, logrando el objetivo de reducir el nivel de tensión de la parte estresada.
2) Cambiar el estado de tensión de la zona de deformación y aumentar el componente de tensión de compresión. Por ejemplo, cambiar de doblar a empujar puede superar fundamentalmente el defecto del adelgazamiento excesivo de la pared de la tubería.
III. Cálculo del par de flexión.
El cálculo del par de flexión del material del tubo es la base para determinar los parámetros de potencia de la curvadora de tubos.
Según el análisis de la teoría de la mecánica plástica, la expresión teórica del momento flector cuando el material del tubo se dobla uniformemente se deriva de la siguiente manera:
Par de flexión del material del tubo:
En la fórmula:
- σ es – límite elástico;
- t – espesor de la pared del tubo;
- r – el radio de curvatura del material del tubo;
- B – el módulo de elasticidad (módulo de endurecimiento);
- ρ – el radio de curvatura de la capa neutra durante la flexión.
El momento de flexión real del material del tubo no solo depende de las propiedades del material del tubo, la forma y el tamaño de la sección transversal, el radio de flexión y otros parámetros, sino que también está estrechamente relacionado con el método de flexión y la estructura del molde utilizado.
Por lo tanto, actualmente es imposible representar todos estos factores con una fórmula de cálculo y sólo se pueden hacer estimaciones en producción.
El par de flexión del material del tubo se puede estimar con la siguiente fórmula:
En la ecuación,
- D – representa el diámetro externo del tubo;
- σ b – representa la resistencia a la flexión del material;
- W – representa el módulo de sección en flexión;
- µ – representa el coeficiente que tiene en cuenta el aumento del momento flector debido a la fricción.
El coeficiente µ no es el coeficiente de fricción; su valor depende de la condición de la superficie de la tubería, el método de doblado, especialmente si se utiliza un mandril, el tipo y forma del mandril, e incluso varios factores relacionados con la posición del mandril.
En general, cuando se utiliza un mandril rígido sin lubricación, se puede tomar un valor de 5 a 8; cuando se utiliza un mandril articulado rígido se puede obtener un valor de µ=3.
La forma de la sección transversal de la ranura antideformación se muestra en la Figura 6-29.
Las dimensiones de la ranura antideformación están relacionadas con el radio de curvatura relativo (el radio de curvatura de la capa central, el diámetro exterior del tubo).
Consulte la Tabla 6-4.
Tabla 6-4 Dimensiones de las ranuras antideformación
| Radio 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 para doblar
2—Rodillo antideformación
El cambio en el espesor del tubo depende principalmente del radio de curvatura relativo R/D y del espesor relativo t/D.
En producción, el espesor de pared mínimo t min en el exterior del codo y el espesor de pared máximo t max. en el interior generalmente se puede estimar usando la siguiente fórmula:
En la fórmula:
- t – es el espesor original del material del tubo (mm);
- D – es el diámetro externo del material del tubo (mm);
- R- es el radio de curvatura de la capa central (mm).
El adelgazamiento del material de la tubería reduce la resistencia mecánica y el rendimiento de los accesorios de tubería. Por lo tanto, la tasa de adelgazamiento se utiliza a menudo en la producción como indicador técnico para medir el cambio en el espesor de la pared con el fin de cumplir con los requisitos de rendimiento de los accesorios de tubería.
Tasa de adelgazamiento de la pared del tubo = (tt min )/t×100%
En la fórmula:
- t – es el espesor original del tubo (mm);
- t min – es el espesor mínimo de pared después de doblar el tubo (mm).
Los diferentes rendimientos de los materiales de las tuberías requieren diferentes velocidades de molienda. Por ejemplo, para los accesorios de tubería utilizados en la ingeniería de tuberías industriales, la tubería de alta presión no debe exceder el 10%; Las tuberías de media y baja presión no deben exceder el 15% y no deben ser inferiores al espesor de pared calculado por el proyecto.
Las medidas para reducir el adelgazamiento del espesor del tubo incluyen:
1) Reducir el valor numérico de la tensión de tracción generada en el lado exterior de la capa neutra, como adoptar el método de calentamiento por resistencia local, reduciendo la resistencia a la deformación del material metálico en el lado interior de la capa neutra, haciendo que la deformación sea más concentrado en la parte comprimida, logrando así el objetivo de reducir el nivel de tensión de la parte tensionada.
2) Cambio en el estado tensional de la zona de deformación y aumento de la componente de tensión compresiva. Por ejemplo, cambiar de doblar a empujar puede superar fundamentalmente el defecto del adelgazamiento excesivo de la pared de la tubería.
4. Cálculo del par de flexión.
El cálculo del par de flexión de tubos es la base para determinar los parámetros de potencia de la dobladora de tubos. Según el análisis de la teoría de la mecánica plástica, la expresión teórica del momento flector uniforme del tubo se deriva de la siguiente manera:
Par de flexión del tubo:
En la fórmula:
- σ es – Estrés de desempeño;
- t – Espesor de la pared del tubo;
- r – Radio de curvatura del tubo;
- B – Módulo de deformación;
- ρ – Radio de curvatura de la capa de flexión neutra.
El momento de flexión real del material del tubo no solo depende del rendimiento del material del tubo, la forma y el tamaño de la sección transversal, el radio de flexión y otros parámetros, sino que también tiene mucho que ver con el método de flexión y la estructura. del molde utilizado.
Por lo tanto, actualmente es imposible expresar todos los factores en una fórmula de cálculo y sólo se pueden hacer estimaciones en producción.
El momento flector del material del tubo se puede estimar con la siguiente fórmula:
En la fórmula:
- D – representa el diámetro externo del tubo;
- σ b – representa la resistencia a la flexión del material;
- W – representa el coeficiente de la sección de flexión;
- µ – representa el coeficiente considerando el aumento del momento flector debido a la fricción.
El coeficiente no es el coeficiente de fricción µ, su valor depende del estado de la superficie del tubo, del método de curvado y, principalmente, de si se utiliza mandril, del tipo y forma del mandril e incluso de varios factores relacionados con la posición del mismo. el mandril. arrojar.
En general, cuando se utiliza un mandril rígido sin lubricación, se pueden considerar =5 a 8; si se utiliza un mandril articulado rígido se puede considerar µ=3.
V. Conformado por laminación de tubos
El conformado por laminación de tuberías es un proceso de conformado especial desarrollado a partir de los procesos tradicionales de estampado, bridado y estrangulamiento. Es un proceso de deformación en el que el borde de la boca del tubo se dobla localmente aplicando presión axial a la parte del tubo a través del molde.
El uso de esta tecnología en la fabricación de piezas presenta una serie de ventajas como tecnología sencilla, menos procesos, bajo coste y buena calidad. Incluso puede producir piezas que son difíciles de lograr con otros métodos de estampado.
Este proceso ha sido ampliamente utilizado en diversos campos industriales como el automóvil y el aeroespacial.
Hay dos formas básicas de conformado por torneado de tubos, a saber, rodillo exterior y rodillo interior (Figura 6-30).
a, b desplegar;
c, d entra
1—tubo en blanco
2—Anillo guía de flujo
3—Molde cónico
4—Molde de borde redondo
Desenrollar: el tubo en bruto se gira del revés bajo presión axial, aumentando su circunferencia después del formado.
Rollo interno: El tubo en bruto se enrolla desde el exterior hacia el interior, reduciendo su circunferencia después del formado.
El proceso de laminación no sólo puede formar eficazmente varios tipos de piezas tubulares de doble pared o multicapa, sino también procesar copas de fondo convexo, tubos escalonados, tubos de formas especiales, así como tubos semidobles, cilindros anulares de doble pared, tuercas huecas de doble pared, intercambiadores de calor, silenciadores de automóviles, tubos guía de ondas en la industria electrónica, etc.
En la actualidad, estas piezas se procesan generalmente mediante métodos de estampado y soldadura de múltiples pasos, que son difíciles, costosos y de mala calidad visual.
El uso del proceso de laminación garantiza la fiabilidad de la pieza, ligereza y ahorro en materia prima.
- a) Tubo de doble capa
- b) Tubería escalonada
- c) tubo moldeado
- d) Copa de fondo convexo
En la actualidad, según los datos, muchos materiales metálicos se pueden formar en el molde mediante varios métodos de laminación diferentes, como aleaciones de aluminio, cobre y aleaciones de cobre, acero con bajo contenido de carbono, acero inoxidable austenítico, etc. enrollarse en tubos de doble capa.
1. Implementación
El perfilado, en comparación con otros procesos de conformado, tiene un proceso de deformación más complejo, que incluye ensanchamiento, rizado, laminado y su conversión mutua.
Existen varios moldes para realizar este proceso de conformado, entre los cuales los más sencillos y utilizados son los moldes cónicos y los moldes fileteadores.
1. Molde laminador de tubos cónicos
La estructura del molde laminador de tubos cónicos se muestra en la Figura 6-32. Esta estructura de molde es simple y se pueden formar diferentes especificaciones de tubos en un conjunto de moldes, lo que es difícil de lograr en otros moldes formadores de tubos.
Además, como proceso de preformado para la formación de rollos de tubos de precisión, se utiliza ampliamente la formación de moldes cónicos.
una estructura de molde invertido de tubo
b Parámetros del proceso de inversión del tubo cónico
1 – Presiona la cabeza
2 – Factura del tubo
3 – Molde de cono
Durante el proceso de torneado del tubo, un extremo del tubo en bruto se coloca en una matriz cónica, mientras que el otro extremo se somete a la presión axial del deslizador de prensa para lograr el giro del tubo en bruto.
Al diseñar este tipo de matriz, el ángulo α del semicono de la matriz es el parámetro más crítico.
El tamaño de α no solo determina la viabilidad del torneado de la tubería, sino que también afecta las dimensiones geométricas del torneado de la tubería, es decir, el coeficiente de torneado de la tubería K (K = D/D1, donde D y D1 son el diámetro exterior del tubo en bruto. y el diámetro exterior del tubo de torneado, respectivamente).
Obviamente, existe un ángulo de semicono crítico α0, y el giro solo se puede realizar normalmente cuando el ángulo de semicono α≥ α0.
µ, H, Golubnov derivado según el principio de tensión principal:
Considerando la influencia del material de refuerzo y la rigidez del extremo ensanchado, la fórmula anterior se puede modificar de la siguiente manera:
En la fórmula:
- L – Longitud de la punta recta ensanchada;
- D – Diámetro medio del tubo en bruto;
- t – Espesor de la pared del tubo en bruto;
- n – Índice de endurecimiento del material;
- A – Coeficiente de refuerzo del material;
- σs – Resistencia al flujo del material.
Para un tubo de aluminio 3A21 de 42 mm, calculado mediante la fórmula anterior, el ángulo es de 55° – 60°.
Las pruebas empíricas muestran que cuando el ángulo es α≥60° (α≈68°), la inversión del tubo puede ocurrir sin problemas. En este momento, la presión axial es la más pequeña.
Cuando el ángulo es de 55° a 60°, el extremo del tubo vacío se dobla pero no entra en la etapa de inversión. Cuando el ángulo es α<55°, el extremo del tubo simplemente se ensancha en el troquel cónico y no se curva.
Durante la inversión de la matriz cónica, el extremo del tubo se desliza fácilmente, provocando que la parte invertida del tubo quede fuera del eje de la pieza inicial del tubo original y provocando una flexión axial durante la inversión.
Es difícil obtener una pieza de tubo invertido de doble capa que cumpla con los requisitos de calidad de montaje. En consecuencia, se desarrolló una matriz rotativa de esquinas redondeadas basada en la matriz cónica.
2. Matriz invertida de esquina redondeada
El troquel giratorio de esquina redondeada utiliza la parte de trabajo del troquel, que es un círculo de radio, para forzar la deformación del extremo del tubo comprimido axialmente a lo largo de su arco para lograr la inversión del tubo.
La figura 6-33 muestra un diagrama esquemático de un tubo en bruto de espesor t y diámetro medio D, que rueda sobre un troquel de esquina redondeada de radio r, bajo carga axial, el extremo del tubo rueda hacia arriba a lo largo del arco del troquel. Obtenga un trozo de tubo enrollado con diámetro D1.
El parámetro más importante en el diseño de una matriz con brida de esquina redonda es el radio r de la esquina de la matriz. Determina no sólo las dimensiones geométricas de la pieza bridada, sino que también influye en la magnitud de la fuerza de brida.
Para el tubo de aluminio recocido Φ41 × 1 tipo 3A21, tanto el análisis teórico como los resultados experimentales muestran que el radio de filete crítico (radio de filete mínimo) para la inestabilidad de inversión del tubo es de aproximadamente 2 mm; el radio de filete ideal es de aproximadamente 3 mm; el radio máximo de filete es de aproximadamente 4 mm.
Esto indica que la estabilidad y la calidad de la inversión del tubo bajo carga axial dependen del radio de filete r. Si r es menor que un cierto valor crítico, el extremo del tubo no se curva a lo largo del arco de la matriz; cuando r es demasiado grande, el extremo del tubo se fractura y no se puede invertir con éxito. Sólo cuando r esté dentro de un rango apropiado se podrá realizar la inversión del tubo.
2. Girar hacia adentro
De manera similar a la corrugación externa del material del tubo, la corrugación interna del tubo también se puede realizar en el molde cónico y en el molde de filete (Figura 6-34).
En comparación con otros procesos de formación, es propenso a la inestabilidad. Debido a que durante el curvado hacia adentro, el diámetro del tubo disminuye después de la deformación, la pared del tubo se vuelve más gruesa y la fuerza de inversión del tubo aumenta, lo que dificulta la formación de corrugaciones.
Según cálculos teóricos y prácticos, cuando el ángulo crítico del semicono β del molde del cono de inversión del tubo es ≥120°, el proceso de corrugación puede desarrollarse sin problemas. En producción, el valor generalmente se considera como β≥120°~125°, r p ≈4mm.
El proceso de bobinado del tubo sólo puede ocurrir cuando la carga requerida para el bobinado es menor que el límite de inestabilidad axial. Dado que la carga de formación de hoyuelos depende en gran medida de los parámetros geométricos del molde, en términos del molde de filete, depende del radio de filete r.
Por lo tanto, se puede determinar una región viable para la formación de ondas (Figura 6-35).
un dado cónico
b Matriz redondeada
En la Figura 6-35 se puede observar que el área de laminación interna es bastante pequeña, y la carga de laminación es numéricamente mayor que la de la laminación externa, alcanzando casi el 50%.
Los datos existentes muestran que, tanto a nivel nacional como internacional, se han estudiado teórica y prácticamente los parámetros óptimos del proceso de laminación exterior, y la relación entre el esfuerzo de compresión axial mínimo requerido para la laminación completa y el diámetro interior, diámetro exterior y espesor de pared del material tubular. fue descubierto.
Durante el laminado externo de materiales tubulares, el cambio en el espesor de la pared no es significativo.
Sin embargo, durante el laminado interno, la tensión de compresión circunferencial hace que el espesor de la pared en el filete del molde aumente continuamente hasta alcanzar un valor constante, que puede ser 1,5 veces el espesor original. Por tanto, para completar su laminación interna se requiere una mayor carga axial.
En los dos tipos de laminación mencionados anteriormente (laminación tradicional), existen algunas desventajas:
1. El comienzo de la segunda capa de la pared del tubo no es paralelo a la pared del tubo original, sino que siempre gira hacia la cavidad interior del tubo de doble pared;
2. Existe una cierta distancia entre la pared de la tubería nueva y la pared de la tubería original, que depende del diámetro relativo (D/t) del material de la tubería original;
3. En el caso del laminado interno, la segunda capa de la pared del tubo es considerablemente más gruesa, lo que a su vez conduce a un aumento de la presión axial durante el laminado.
Los problemas que surgen en los procesos antes mencionados se deben al mecanismo de conformado, que limita la forma geométrica de los tubos obtenidos, especialmente a la mala estabilidad y alta dificultad del proceso de laminado interno, que es necesario mejorar.
Por lo tanto, surgió el método de conformado por laminación por tensión de tracción para el laminado interno de materiales tubulares.
La característica del método de conformado por laminación por tracción es que deja de laminar en la primera etapa de laminación interna del material tubular y le da al borde laminado una curvatura inversa, dirigiéndolo hacia el exterior de la cavidad.
Luego, mediante la acción del molde convexo, la fuerza de tracción que actúa sobre el borde de flexión inverso de la pared interior hace que el tubo en bruto experimente un rodamiento interno, en lugar de rodar por la presión axial que actúa sobre la pared exterior, reduciendo así su presión. axial. .
Este proceso puede lograr una mayor altura de la pared interior, un espesor de pared constante y una mayor precisión del producto.
El método de conformado por laminación por tensión de tracción ha ampliado el rango de aplicación del proceso de conformado por laminación interna, como la producción de juntas de tuberías, asientos de cojinetes y otros (Figura 6-36).
El método de formación del rollo de tensión por tracción se puede dividir en tres pasos, como se muestra en la Figura 6-37.
En el primer paso (Figura 6-37a), el laminado interno tradicional termina cuando el borde del tubo sale de una cuarta parte de la matriz del filete.
En este momento, la distancia entre el borde del tubo y la pared interior del troquel formará el soporte radial del producto final y debe ser igual al ancho requerido.
En el segundo paso (Figura 6-37b), la matriz convexa de fondo plano desciende, forzando el borde del tubo a rebordear (similar al orificio embridado de la placa). El espacio entre la matriz convexa y la matriz del rodillo interior está determinado por el espesor de la pared del tubo (el espesor de la pared interior del rodillo del tubo aumenta ligeramente).
En el tercer paso (Figura 6-37c, d), la matriz de conformación convexa se eleva, haciendo que el borde del tubo ruede hacia adentro, generando así la segunda capa de la pared del tubo bajo el empuje de la matriz de conformación convexa.
Como se puede observar en la figura, la matriz formadora convexa actúa sobre el borde del tubo con tensión de tracción, y no con tensión de compresión que actúa sobre todo el tubo.
No hay deslizamiento relativo entre la matriz y el material deformado, y se mantiene una distancia entre las cargas de formación, reduciendo así la tensión de compresión axial en el área de transmisión del tubo, evitando así la inestabilidad.
Por lo tanto, el laminado bajo tensión de tracción tiene mayor libertad para elegir el radio de laminado, mientras que el radio del troquel es un parámetro de proceso importante en los procesos de mecanizado tradicionales (Figura 6-35).
Condiciones para la ejecución exitosa de este proceso:
Orificio F ≥F Rodamiento (6-22)
La fuerza de punzonado incluye tres componentes (símbolo en la Figura 6-37d): la carga que causa la deformación plástica del material en el radio rP; la carga necesaria para superar la fricción en la esquina ra entre el punzón y el borde del tubo; la carga requerida para doblar y desplegar el material del borde desde la posición radial a la axial.
En la expresión analítica, σ 1 se utiliza para representar la tensión de deformación de la pared interior.
Entonces,
El perfilado incluye dos aspectos: la carga requerida para hacer rodar el material en diferentes posiciones de radio de curvatura y la carga requerida para doblar y recuperar desde el principio hasta el final de la zona de deformación.
En el análisis, σ 0 se utiliza para representar la tensión de deformación de la pared exterior, y σ i representa la tensión de deformación plástica promedio en la zona de deformación.
Conclusión:
El método de formación de tubos mediante laminación bajo tensión de tracción ha sido probado mediante experimentos.
Aunque se requieren dos pasos de preparación antes de que comience la laminación y se requiere recocido por recristalización cuando sea necesario, tiene las siguientes ventajas en comparación con el proceso de laminación tradicional:
1) El borde enrollado gira hacia el centro de la cavidad, lo que facilita la coordinación con otras piezas, como los asientos de los rodamientos de bolas.
2) La carga del rodamiento se reduce significativamente.
3) El límite de formación ha mejorado enormemente y los productos con un radio de rodadura más pequeño Se puede obtener.
4) No hay fricción ni necesidad de lubricación.
5) El espesor de la pared interior es aproximadamente igual al espesor de la pared exterior, y sólo el borde cargado es ligeramente más grueso (Figura 6-38).
Las condiciones experimentales de la pieza que se muestra en la Figura 6-38 son las siguientes:
El tubo está hecho de acero con bajo contenido de carbono, D out = 90 mm, t 0 = 2,4 mm, H = 150 mm.
El diámetro del troquel cóncavo (Figura 6-37d) es Dd = 97 mm.
El diámetro del troquel convexo (Figura 6-37d) es D p = 72 mm.
6) Debido a la ausencia de fricción y la doble restricción de los troqueles convexos y cóncavos en la pared de la pieza, la pieza tiene una alta precisión dimensional (Figura 6-37d).
Figura 6-37 Proceso de conformado por rodillos de tensión de tracción (proceso de conformado interno mejorado)
Condiciones para la implementación exitosa de este proceso:
Orificio F ≥F Rodamiento (6-22)
La fuerza de punzonado incluye tres elementos (símbolo en la Figura 6-37d): la carga que causa la deformación plástica del material en el radio rp; la carga necesaria para superar la fuerza de fricción entre la esquina del punzón en ra y el borde del tubo; la carga requerida para doblar y doblar hacia atrás el material del borde desde la posición radial a la posición axial.
En la expresión analítica, σ 1 representa la tensión de deformación de la pared interior.
El perfilado incluye dos aspectos: la carga requerida para que el material ruede en diferentes posiciones de radio (flexión) y la carga requerida para doblar y doblar hacia atrás desde el principio hasta el final del área de deformación.
En el análisis, σ 0 se usa para representar la tensión de deformación de la pared exterior, y σ i se usa para representar la tensión de deformación plástica promedio en el área de deformación.
Conclusión:
El método de formar materiales tubulares mediante laminación bajo tensión de tracción ha sido probado mediante experimentos. Aunque se requieren dos etapas de preparación antes de que comience la laminación y se requiere recocido por recristalización cuando sea necesario, tiene las siguientes ventajas sobre los procesos de laminación tradicionales:
1) El borde enrollado gira hacia el centro de la cavidad, lo que facilita la cooperación con otras piezas, como los asientos de los rodamientos de bolas.
2) La carga rodante se reduce considerablemente.
3) El límite de formación ha mejorado enormemente y los productos con radios de rodadura más pequeños Se puede obtener.
4) No hay fricción ni necesidad de lubricación.
5) El espesor de la pared interior es aproximadamente el mismo que el de la pared exterior, y sólo los bordes cargados son ligeramente más gruesos (Figura 6-38).
Las condiciones experimentales de las piezas que se muestran en la Figura 6-38 son las siguientes:
El material de la tubería es acero con bajo contenido de carbono, D exterior = 90 mm, t0 = 2,4 mm y el radio H es de 150 mm.
El diámetro del dado D d (Figura 6-37d) es 97 mm.
El diámetro del punzón (Figura 6-37d) es D p = 72 mm.
6) Debido a la ausencia de fricción y las dobles restricciones del punzón y la matriz en la pared de la pieza, la pieza tiene mayor precisión dimensional (Figura 6-37d).
