Doblado con mandril frente a doblado sin mandril: ¿cuál resuelve las arrugas internas?

Las arrugas internas pueden ser un verdadero inconveniente durante el doblado de tubos. No tienen un aspecto estético en la pieza terminada y, además, reducen el espesor de la pared del tubo y generan constricciones en las líneas de fluido. Para superar este problema, existen dos técnicas comúnmente aplicadas para resolver las arrugas internas en tubos: el doblado con mandril y el doblado sin mandril. Aunque ambas técnicas tienen sus aplicaciones, su eficacia para prevenir las arrugas en el radio interno no podría ser más distinta. En este artículo analizamos cada método con el fin de determinar, de una vez por todas, qué solución realmente elimina las arrugas internas.

Comprensión de la causa de la formación de arrugas internas

En efecto, cuando un tubo se dobla, la pared exterior debe estirarse, mientras que la pared interior debe comprimirse. Las paredes delgadas de muchos tubos, o los tubos doblados con un radio demasiado pequeño, no pueden ofrecer suficiente resistencia para soportar las fuerzas de compresión, por lo que la pared interior se pliega y abomba. Esta abombamiento es lo que provoca las arrugas. Las paredes más delgadas, los dobleces muy cerrados y materiales como el acero inoxidable (que es naturalmente bastante duro) agravan este problema. Cualquier solución al problema debe o bien soportar la pared interior del tubo, o bien encontrar una forma de modificar la fuerza de compresión. A continuación se presentan dos técnicas que abordan este problema desde dos enfoques distintos.

Doblado sin mandril: sencillez con limitaciones

Existen diversas técnicas para doblar tubos sin utilizar soporte interno, siendo la más sencilla el doblado en vacío o sin mandril. En este tipo de doblado, el tubo se curva únicamente mediante la matriz de doblado, la matriz de sujeción y la matriz de presión (o, en algunos casos, la matriz limpiadora). Ningún elemento penetra en el interior del tubo. Este método funciona muy bien con tubos de pared gruesa doblados con un radio razonable. Un tubo con un espesor de pared de 2,5 mm doblado con un radio de 3D se curva correctamente sin necesidad de mandril. La matriz de presión, al empujar el tubo hacia adelante junto con la matriz de doblado giratoria, genera tensión en la superficie exterior, lo que obliga al material a colapsar hacia el interior para resistir dichas fuerzas. Sin embargo, cualquier espesor de pared interior inferior a 1,5 mm y cualquier radio interior de curvatura superior a 2D harán inevitable, en cierta medida, el arrugamiento de la pared interna, ya que no habrá nada dentro del tubo que mantenga su forma circular. La principal ventaja del doblado sin mandril es que es más rápido y requiere mucho menos herramientería que el doblado con mandril; el compromiso es que, en realidad, no constituye una solución efectiva contra el arrugamiento interno.

Doblado con mandril: Soporte interno para resultados sin arrugas

Se utiliza el doblado con mandril en este proceso, que incorpora un inserto dentro del tubo. Normalmente, se trata de una varilla sólida que contiene una o más bolas articuladas; el mandril sostiene la pared interna exactamente en el punto donde tiene lugar la compresión. A medida que el tubo se dobla, la pared interna simplemente queda impedida de colapsar hacia el interior por la acción del mandril. Las propias bolas están articuladas, de modo que, al ser jaladas a través del tubo mientras este se dobla, todas pueden adaptarse a las curvas formadas por la pared del tubo. Este es, con mucho, el método más eficaz para abordar problemas como tubos de pared delgada, dobleces de radio reducido y materiales duros, tales como el acero inoxidable. Para el mismo escenario descrito en la sección anterior (tubo de acero inoxidable de 25 mm de diámetro, espesor de pared de 1,2 mm y doblez de radio 1,8D), un mandril articulado de dos bolas no producirá absolutamente ninguna arruga en miles de tubos. Como puede observarse en los diagramas adjuntos, la mejora respecto al doblado sin mandril es extremadamente notable. Las principales desventajas del doblado con mandril son: el costo de las herramientas es significativamente mayor y puede resultar muy laborioso en lotes pequeños; además, todas las piezas requieren lubricante para evitar que el tubo de acero inoxidable sufra «galling» (adherencia o soldadura en frío) contra la superficie del mandril.

Comparación del rendimiento en aplicaciones reales

Considere una pieza típica de automóvil: un tubo de 25 mm de diámetro con un espesor de pared de 1,2 mm y un radio de curvatura en la línea central de 1,8D. Cuando se dobla sin utilizar un mandril, casi invariablemente aparecerá un cierto grado de arrugamiento en la cara interna; aproximadamente el 30 % de la pieza presentará arrugas. Dependiendo de la pieza, dichas arrugas podrían ser apenas visibles y no críticas para su funcionamiento, pero sin duda resultan estéticamente poco atractivas y podrían restringir el flujo de fluidos. Si ese mismo tubo se dobla utilizando un mandril de dos bolas bien diseñado, el problema se resuelve por completo, y decenas de miles de tubos pueden procesarse sin que aparezca ninguna arruga. Los componentes médicos suelen tener un espesor de pared de aproximadamente 1 mm y se doblan mediante el proceso con mandril, ya que este es simplemente el único método factible para obtener un resultado aceptable.

Cuándo la conformación sin mandril es la opción adecuada

Dicho todo lo anterior, el uso de doblado sin mandril está claramente justificado cuando se trabaja con tubos de pared muy gruesa (2 mm o más) y un radio de curvatura generoso (3D o superior), o bien cuando el tiempo y el costo en la etapa de prototipado son más importantes que el acabado superficial. Con frecuencia se observa que los fabricantes más pequeños pueden prescindir de herramientas con mandril calculando cuidadosamente el radio de curvatura en función del espesor de la pared para tubos muy gruesos, y simplemente evitando producir tubos cuya curvatura requeriría el uso de un mandril para mantener la forma del radio interior. Sin embargo, si sus piezas ya presentan arrugas y está utilizando doblado de tubos sin mandril, incorporar un mandril al sistema es realmente la única solución evidente.

Consideraciones prácticas para el doblado con mandril

Es importante recordar que, con el doblado con mandril, se necesita el juego de matrices adecuado para obtener resultados óptimos. Generalmente se acepta que debe existir una holgura de no más de 0,1 mm a 0,2 mm entre la pared del tubo y la superficie interna de la matriz exterior para lograr resultados óptimos. Además, la posición de las bolas respecto al punto en el que el tubo es tangente a la matriz de doblado es crucial: si se colocan demasiado adelante, el mandril se atasca dentro del tubo; si se colocan demasiado atrás, el tubo vuelve a colapsar. Las modernas dobladoras hidráulicas de tubos CNC cuentan con un programa de retracción del mandril que facilita su ajuste.

Conclusión

Si desea eliminar las arrugas internas —ya sea que esté doblando un tubo de pared delgada con un radio ajustado o que la apariencia de la pieza sea crítica—, entonces el doblado con mandril es sin duda la opción adecuada. El doblado sin mandril resulta útil en ciertas circunstancias, pero no resuelve el problema fundamental. Todas nuestras máquinas para doblar tubos de Baorui están diseñadas para facilitar ambos métodos de doblado. La elección entre uno u otro siempre depende de la aplicación, pero si lo que busca es tubería libre de arrugas, nada supera al doblado con mandril.