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El doblado de tubos comprende cualquier proceso de conformado de metales utilizado para dar forma permanente a tuberías o conductos . El doblado de tubos puede realizarse mediante un proceso con forma restringida o mediante procedimientos de doblado libre, y puede emplearse un proceso de conformado en frío o con soporte térmico.
Los procedimientos de doblado con forma fija, como el doblado por prensado o el doblado por estirado rotatorio, se utilizan para dar forma a la pieza de trabajo según la forma de una matriz . Los tubos rectos se pueden conformar utilizando una máquina dobladora para crear una variedad de dobleces simples o múltiples y dar forma a la pieza según 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, se utilizan tubos redondos para el doblado de tubos. Sin embargo, también se pueden doblar tubos cuadrados y rectangulares para cumplir con las especificaciones del trabajo. Otros factores que influyen en el proceso de doblado son el espesor de la pared, las herramientas y los lubricantes necesarios para dar forma óptima al material, y las diferentes aplicaciones del tubo (tubos, tuberías, alambres).
Geometría
Un tubo puede doblarse en múltiples direcciones y ángulos. Las curvas simples más comunes consisten en formar codos (de 90°) y curvas en U (de 180°). Las geometrías más complejas incluyen múltiples curvas bidimensionales (2D) y tridimensionales (3D). Un tubo 2D tiene las aberturas en el mismo plano; un tubo 3D las tiene en planos diferentes.
Una curva en dos planos, o curva compuesta, se define como una curva que presenta una curva en la vista en planta y otra en la vista en alzado. Para calcular una curva en dos planos, es necesario conocer el ángulo de curvatura y la rotación (ángulo diedro).
Un efecto secundario del doblado de la pieza es la variación del espesor de la pared; la pared a lo largo del radio interior del tubo se engrosa y la pared exterior se adelgaza. Para mitigar este efecto, el tubo puede reforzarse interna o externamente para preservar la sección transversal . Dependiendo del ángulo de doblado, el espesor de la pared y el proceso de doblado, la superficie interior de la pared puede arrugarse.
Procesos
El proceso de doblado de tubos comienza con la carga del tubo en una dobladora de tubos y su sujeción entre dos matrices: el bloque de sujeción y la matriz de conformado. El tubo también queda sujeto holgadamente por otras dos matrices: la matriz limpiadora y la matriz de presión.
El proceso de doblado de tubos implica el uso de fuerza mecánica para empujar el tubo o la tubería contra una matriz, forzándolo a adaptarse a la forma de la matriz. A menudo, el tubo se sujeta firmemente mientras el extremo 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 se colapse. El tubo se mantiene en tensión mediante una matriz de limpieza para evitar cualquier pliegue durante la tensión. Una matriz de limpieza 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 fabricadas con acero templado o acero para herramientas para mantener y prolongar su vida útil. Sin embargo, cuando existe el riesgo de rayar o dañar 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 conformado giratorio y la matriz de presión suelen estar fabricados con acero templado, ya que el tubo no pasa por estas partes de la máquina. La matriz de presión y la matriz de limpieza están fabricadas con 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 manual, neumático , asistido hidráulicamente , accionado hidráulicamente o con servomotor eléctrico.
Doblado de prensa
El doblado por presión es probablemente el primer proceso de doblado utilizado en tuberías y tubos en frío. En este proceso, una matriz con la forma de la curva se presiona contra el tubo, forzándolo a adaptarse a dicha forma. Debido a que el tubo no cuenta con soporte interno, se produce cierta deformación, lo que resulta en una sección transversal ovalada. Este proceso se utiliza cuando no se requiere una sección transversal uniforme. Si bien una sola matriz puede producir diversas formas, solo funciona para un tamaño y radio de tubo específicos.
doblado por tracción rotativa
El doblado rotativo por estirado (RDB) es una tecnología precisa, ya que dobla utilizando herramientas o matrices con un radio de línea central constante (CLR), también conocido como radio medio de doblado (Rm). Las dobladoras rotativas por estirado pueden programarse para almacenar múltiples trabajos de doblado con distintos grados de curvatura. A menudo, se acopla una mesa de posicionamiento indexada (IDX) a la dobladora, lo que permite al operario reproducir doblados complejos con múltiples curvaturas y planos diferentes.
Las dobladoras rotativas son las máquinas más populares para doblar tubos, tuberías y perfiles sólidos en aplicaciones como pasamanos , bastidores, jaulas antivuelco para vehículos y manijas. Estas dobladoras permiten obtener curvaturas estéticamente agradables con las herramientas adecuadas. Algunas dobladoras rotativas complejas utilizan control numérico computarizado (CNC) y herramientas sofisticadas para producir curvaturas pronunciadas con altos estándares de calidad.
El utillaje completo solo se requiere para el doblado de alta precisión de 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 la matriz de presión es útil para evitar el adelgazamiento excesivo y el colapso del extradós del tubo. El mandril, con o sin bola con eslabones esféricos, se utiliza principalmente para evitar 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 asistencia axial, el mandril y la matriz limpiadora (que principalmente evita arrugas). Además, en algunos casos particulares, el utillaje estándar debe modificarse para cumplir con los requisitos específicos de los productos.
doblado de rodillos
Durante el proceso de curvado por rodillos, el tubo, la extrusión o el perfil sólido se pasa a través de una serie de rodillos (normalmente tres) que aplican presión, modificando gradualmente el radio de curvatura. Las curvadoras de rodillos tipo pirámide tienen un rodillo móvil, generalmente el superior. Las curvadoras de rodillos de doble presión tienen dos rodillos ajustables, generalmente los inferiores, y un rodillo superior fijo. Este método de curvado produce una deformación mínima en la sección transversal del tubo. Este proceso es adecuado para la producción de bobinas de tubo, así como para curvas suaves y largas, como las que se utilizan en sistemas de celosía.
Doblado por empuje de tres rodillos
El doblado por empuje con tres rodillos (TRPB) es el proceso de doblado de forma libre más utilizado para fabricar geometrías de doblado que consisten en varias curvas de doblado planas. No obstante, es posible el conformado 3D. El perfil se guía entre el rodillo de doblado y los rodillos de soporte, mientras se empuja a través de las herramientas. La posición del rodillo de conformado define el radio de doblado. El punto de doblado es el punto de tangencia entre el tubo y el rodillo de doblado. Para cambiar el plano de doblado, el empujador gira el tubo alrededor de su eje longitudinal. Generalmente, un kit de herramientas TRPB se puede aplicar a una máquina de doblado por estirado rotativo convencional . El proceso es muy flexible, ya que con un único juego de herramientas se pueden obtener varios valores de radio de doblado Rm, aunque la precisión geométrica del proceso no es comparable a la del doblado por estirado rotativo . [ 4 ] Se pueden fabricar contornos de doblado definidos como funciones spline o polinómicas. [ 5 ]
Doblado simple de tres rodillos
El curvado de tubos y perfiles abiertos mediante tres rodillos también puede realizarse 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.
Doblado por inducción
Se coloca una bobina de inducción alrededor de una pequeña sección de la tubería en el punto de curvatura. A continuación, se calienta por inducción a una temperatura de entre 800 y 2200 grados Fahrenheit (430 y 1200 °C). Mientras la tubería está caliente, se le aplica presión para doblarla. Posteriormente, la tubería puede enfriarse rápidamente con aire o agua pulverizada, o bien enfriarse al aire ambiente.
El doblado por inducción se utiliza para producir curvas para una amplia gama de aplicaciones, como tuberías (de paredes delgadas) para los segmentos de producción y distribución, tanto terrestres como marítimos, de la industria petroquímica, piezas estructurales de gran radio para la industria de la construcción, y curvas de paredes gruesas y radio corto para la industria de generación de energía y los sistemas de calefacción urbana.
Las principales ventajas del doblado por inducción son:
- No se necesitan mandriles
- Los radios y ángulos de curvatura (1°-180°) se pueden seleccionar libremente.
- radios y ángulos de curvatura de alta precisión
- Se pueden producir fácilmente carretes de tubería precisos.
- Se pueden obtener ahorros significativos en soldaduras de campo.
- Una sola máquina puede procesar una amplia gama de tamaños de tuberías (desde 1 pulgada de diámetro exterior hasta 80 pulgadas de diámetro exterior).
- Excelentes valores de adelgazamiento de pared y ovalidad.
Embalaje
Bolsa de hielo
El tubo se llena con una solución acuosa, se congela y se dobla mientras está frío. El soluto (se puede usar jabón) hace que el hielo sea flexible. Esta técnica se utiliza para fabricar trombones. [ 6 ]
Empaquetado de brea
Anteriormente se utilizaba una técnica similar con brea, pero se dejó de usar porque era difícil limpiarla sin aplicar calor excesivo. [ 6 ]
Relleno de arena/formación de losas calientes
En el proceso de empaquetamiento con arena, la tubería se llena con arena fina y se sellan los extremos. La tubería llena se calienta en un horno a 870 °C (1600 °F) o más. Luego se coloca sobre una losa con pasadores insertados y se dobla alrededor de estos mediante un cabrestante, una grúa u otro mecanismo. La arena en la tubería minimiza la deformación de su sección transversal.
Mandril s
Un mandril es una varilla de acero o una bola articulada que se inserta en el tubo mientras se dobla para darle soporte adicional y reducir las arrugas y roturas durante el proceso. Los diferentes tipos de mandriles son los siguientes:
- Mandril de tapón: una varilla sólida que se utiliza en curvas normales.
- Mandril de conformado: una varilla sólida con extremo curvo que se utiliza en el doblado cuando se necesita mayor soporte.
- Mandril de bolas sin cable: rodamientos de bolas de acero no enlazados insertados en el tubo, utilizados en curvas críticas y precisas.
- Mandril de bolas con cable: rodamientos de bolas unidos insertados en el tubo, utilizado en curvas críticas y curvas precisas.
- Arena: arena compactada en un tubo
En la fabricación de productos donde la curvatura no es crítica, se puede utilizar un mandril de tapón. Un mandril de tipo cónico tiene el extremo cónico para brindar mayor soporte durante la curvatura del tubo. Cuando se requiere una curvatura precisa, se debe utilizar un mandril de bola (o un mandril de bola con cable de acero). Los discos esféricos unidos se insertan en el tubo para permitir la curvatura manteniendo el mismo diámetro en toda su longitud. Otros métodos incluyen el uso de arena, cerrobend o agua congelada. Estos permiten obtener un diámetro relativamente constante y constituyen una alternativa económica a los métodos mencionados anteriormente.
Los tubos de escape de alto rendimiento para automóviles o motocicletas son una aplicación común para el uso de mandriles.
Muelles de flexión
Se trata de muelles resistentes pero flexibles que se insertan en la tubería para sujetar sus paredes durante el doblado manual. Su diámetro es ligeramente inferior al diámetro interior de la tubería que se va a doblar. Solo son aptos para doblar tuberías de cobre blando de 15 y 22 mm (0,6 y 0,9 pulgadas) , comúnmente utilizadas en fontanería doméstica, o tuberías de PVC. [Nota: estas medidas y comentarios se aplican en el Reino Unido; en otros países se aplican medidas diferentes.]
El resorte se introduce en el tubo hasta que su centro quede aproximadamente donde se realizará la curva. Se puede sujetar un trozo de alambre flexible al extremo del resorte para facilitar su extracción. Generalmente, el tubo se apoya contra la rodilla flexionada y se tiran de los extremos hacia arriba para crear la curva. Para facilitar la extracción del resorte, conviene doblar el tubo ligeramente 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 resulta difícil aplicar la palanca necesaria en los extremos.
Los resortes de flexión para tuberías de menor diámetro ( tubería de cobre de 10 mm) se deslizan sobre la tubería en lugar de en su interior.
Véase también
Referencias
- ↑ Todd, Robert H.; Allen, Dell K.; Alting, Leo (1994), Manufacturing Processes Reference Guide (1.ª ed.), Industrial Press Inc., ISBN 978-0-8311-3049-7.
- ↑ Guía para doblar tuberías , consultada el 24/07/2018.
- ↑ Mentella, A.; Strano, M. (10 de octubre de 2011). "Doblado por estirado rotatorio de tubos de cobre de pequeño diámetro: predicción de la calidad de la sección transversal". Actas de la Institución de Ingenieros Mecánicos, Parte B: Revista de Fabricación de Ingeniería . 226 (2): 267– 278. doi : 10.1177/0954405411416306 . S2CID 110467253 .
- ↑ Strano, Matteo; BM Colosimo; E. Del Castillo (2011). "Diseño mejorado de un proceso de curvado de tubos de tres rodillos bajo incertidumbres geométricas". La 14.ª Conferencia Internacional ESAFORM sobre Conformado de Materiales: ESAFORM 2011. AIP Conference Proceedings. Vol. 1353. pp. 35–40 . Bibcode : 2011AIPC.1353...35S . doi : 10.1063/1.3589488 .
- ↑ Engel, B.; Kersten, S.; Anders, D. (2011), "Spline-Interpolation and Calculation of Machine Parameters for the Three-Roll-Pushbending of Spline-Contours", Steel Research International , 82 (10): 1180– 1186, doi : 10.1002/srin.201100077 , S2CID 136452513 .
- 1 2 "Fabricación de instrumentos de viento-metal: Cómo el metal hace música" .
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