Comment la conception de la mandrine résout les rides internes dans les tubes en acier inoxydable

Les fabricants opérant dans les secteurs automobile, des équipements médicaux, de la quincaillerie pour cuisine et du mobilier connaissent bien les défis liés au processus de cintrage des tubes en acier inoxydable. Lors du cintrage, les tubes en acier inoxydable se déforment, ce qui provoque souvent un défaut appelé «rides sur la paroi intérieure», apparaissant sur le diamètre intérieur du tube ; ce défaut peut compromettre à la fois la structure et l’apparence des pièces finales. Chez Baorui, après 20 ans d’expérience dans les technologies de transformation des tubes, nous sommes convaincus que la conception adéquate de la mandrine constitue une solution efficace. Comprendre comment chacun des paramètres de la mandrine influence la qualité de la formation est la clé d’un cintrage réussi.

Comprendre pourquoi les rides apparaissent lors du cintrage des tubes en acier inoxydable

Le froissement des tubes en acier inoxydable résulte du principe fondamental de pliage d’un tube. La paroi externe subit des forces de traction et s’étire vers l’extérieur, tandis que la paroi interne subit des forces de compression et se comprime vers l’intérieur. En l’absence de support interne sur la surface intérieure, les parois peuvent céder sous pression, provoquant un froissement. Comme les alliages d’acier inoxydable durcissent à froid sous contrainte et présentent une résistance supérieure, le pliage exige une force de cintrage plus importante et nécessite un support interne. Par exemple, l’acier inoxydable 304 ou l’acier inoxydable 316 peuvent tous deux entraîner un froissement de la paroi interne si aucun outil de soutien, ou un outil insuffisant, n’est inséré à l’intérieur du tube. Un facteur de paroi plus élevé indique une probabilité accrue de froissement. Le facteur de paroi est obtenu en divisant le diamètre extérieur (OD) du tube par son épaisseur de paroi. Si le facteur de paroi est égal ou supérieur à 20, le risque de froissement doit être pris très au sérieux.

Le rôle critique du diamètre et de l’ajustement de la mandrine

Le diamètre de la tige de mandrin joue un rôle majeur dans la prévention des rides sur la paroi interne. Des études ont montré qu’une augmentation du diamètre de la tige de mandrin entraîne une réduction plus importante de la déformation circulaire et une diminution de l’aplatissement des parois du tube sur les côtés en compression. Le jeu entre le mandrin et le tube doit être aussi serré que possible, sans provoquer de grippage ni de contraintes excessives sur la paroi du tube. En général, le jeu du mandrin se situe entre 2 % et 5 % du diamètre intérieur (DI). Ce jeu est réduit dans le cas des tubes en acier inoxydable afin d’assurer un soutien adéquat et d’obtenir une meilleure circularité, ainsi qu’une circularité plus précise pendant le cintrage. Toutefois, un mandrin trop serré peut provoquer des problèmes tels que des rayures, du grippage ou des difficultés d’extraction lors de l’étape post-cintrage.

Allongement et positionnement du mandrin pour la prévention des rides

Le positionnement de la mandrine par rapport au point de tangence du pliage joue un rôle crucial pour garantir l’absence de plis. La mandrine doit être avancée suffisamment en avant pour soutenir précisément la paroi du tube au niveau du point de pliage. Les résultats de recherche indiquent que, dans la plupart des cas, la position optimale se situe entre 0,5 et 1,5 mm au-delà du point de tangence. La mandrine ne doit pas être placée trop en avant, ce qui pourrait provoquer un amincissement excessif de la paroi. Pour les tubes présentant un faible rapport épaisseur/ diamètre, on peut utiliser une formule géométrique simple afin de déterminer la position de la mandrine, bien qu’une inspection initiale soit toujours indispensable.

Configuration de la mandrine à billes pour les pliages complexes de tubes en acier inoxydable

Dans les cas où le tube en acier inoxydable présente un facteur de paroi élevé et/ou des rayons de courbure trop faibles, des mandrins à billes peuvent être utilisés pour obtenir de meilleurs résultats par rapport aux mandrins pleins. Les mandrins à billes se composent de plusieurs segments sphériques reliés bout à bout par des arbres de connexion flexibles. Ces outils segmentés se déplacent de façon synchronisée pendant la courbure du tube et s’adaptent à l’arc de courbure, offrant un soutien sur toute la longueur du processus de pliage. Un plus grand nombre de billes, ainsi qu’un agencement et une taille appropriés de ces billes dans le mandrin à billes, améliorent la qualité de formage et réduisent au minimum la probabilité de formation de plis. Des recherches ont démontré que le type de mandrin et l’agencement des segments permettent de maîtriser l’instabilité de formation de plis et l’effondrement en limitant l’écoulement transversal du matériau vers la surface intérieure. Nos machines CNC hydrauliques de cintrage de tubes sont équipées de mandrins à billes adaptés aux applications sur acier inoxydable.