Piegatura con mandrino vs senza mandrino: quale risolve il problema delle pieghe interne?

Le increspature interne possono rappresentare un vero fastidio durante la curvatura dei tubi. Non hanno un aspetto gradevole nel componente finito e riducono lo spessore della parete del tubo, causando inoltre restringimenti nelle linee fluide. Per ovviare a questo problema, esistono due tecniche comunemente applicate per risolvere le increspature interne nei tubi: la curvatura con mandrino e la curvatura senza mandrino. Sebbene entrambe abbiano i propri ambiti di applicazione, la loro efficacia nel prevenire le increspature sul raggio interno è profondamente diversa. In questo articolo analizziamo ciascun metodo, al fine di stabilire una volta per tutte quale soluzione risolve effettivamente le increspature interne.

Comprensione delle cause della formazione delle increspature interne

In effetti, quando un tubo viene piegato, la parete esterna deve allungarsi mentre quella interna deve comprimersi. Le pareti sottili di molti tubi, o i tubi piegati con un raggio troppo stretto, non riescono a fornire sufficiente resistenza alle forze di compressione, per cui la parete interna si ripiega e si instabilizza. Questa instabilità è ciò che causa le grinze. Pareti più sottili, piegature molto accentuate e materiali come l'acciaio inossidabile (che è naturalmente piuttosto duro) aggravano questo problema. Qualsiasi soluzione deve quindi o supportare la parete interna del tubo oppure trovare un modo per modificare la forza di compressione. Di seguito sono descritte due tecniche che affrontano questo problema da due direzioni diverse.

Piegatura senza mandrino: semplicità con limitazioni

Esistono diverse tecniche per la piegatura senza l'uso di supporto interno, la più semplice delle quali è la piegatura a vuoto o senza mandrino. In questo tipo di piegatura, il tubo viene curvato utilizzando esclusivamente la matrice di piegatura, la matrice di serraggio e la matrice di pressione (o, in alcuni casi, la matrice raschiante). Nessun oggetto penetra all'interno del tubo. Questo metodo funziona molto bene per tubi con parete spessa, piegati con un raggio ragionevole. Un tubo con spessore di parete di 2,5 mm, piegato con un raggio pari a 3D, si piega correttamente senza l'uso di mandrino. La matrice di pressione che spinge il tubo in avanti, insieme alla matrice di piegatura rotante, genera una tensione sulla superficie esterna, inducendo il materiale a collassare verso l'interno per contrastare tali forze. Tuttavia, per spessori di parete interna inferiori a 1,5 mm e raggi di curvatura interna superiori a 2D, è impossibile evitare in misura più o meno accentata la formazione di rugosità sulla parete interna, poiché non vi è alcun elemento all'interno del tubo che ne mantenga la forma circolare. Il principale vantaggio della piegatura senza mandrino è la maggiore velocità di esecuzione e la necessità di una quantità di attrezzature notevolmente inferiore rispetto alla piegatura con mandrino; il compromesso è che tale tecnica non costituisce effettivamente una soluzione al problema delle rugosità interne.

Curvatura con mandrino: supporto interno per risultati senza grinze

La piegatura con mandrino viene utilizzata in questo processo e prevede l’inserimento di un mandrino all’interno del tubo. Generalmente costituito da una barra solida contenente una o più sfere articolate, il mandrino sostiene la parete interna esattamente nel punto in cui avviene la compressione. Mentre il tubo viene piegato, la parete interna è semplicemente impedita di collassare verso l’interno dal mandrino. Le sfere stesse sono articolate in modo tale che, mentre vengono trascinate attraverso il tubo durante la piegatura, possano adattarsi alle curvature generate dalla parete del tubo. Questo è, di gran lunga, il metodo più efficace per affrontare problemi quali tubi a parete sottile, piegature con raggio stretto e materiali difficili da lavorare, come l’acciaio inossidabile. Per lo stesso scenario descritto nella sezione precedente (tubo in acciaio inossidabile di diametro 25 mm, spessore di parete 1,2 mm, piegatura con raggio pari a 1,8 volte il diametro), un mandrino articolato a due sfere produrrà assolutamente nessuna increspatura su migliaia di tubi. Come si può osservare nei diagrammi allegati, il miglioramento rispetto alla piegatura senza mandrino è estremamente evidente. I principali svantaggi della piegatura con mandrino sono: i costi degli utensili sono significativamente più elevati e il processo può risultare molto dispendioso in termini di tempo per piccoli lotti; inoltre, tutti i pezzi richiedono l’uso di lubrificante per evitare il fenomeno dell’usura adesiva (‘galling’) tra il tubo in acciaio inossidabile e la superficie del mandrino.

Confronto delle prestazioni su applicazioni reali

Si consideri un tipico componente per autoveicolo: un tubo da 25 mm con uno spessore di parete di 1,2 mm e un raggio di curvatura lungo la linea centrale pari a 1,8D. Quando si effettua la piegatura senza l’ausilio di un mandrino, è quasi inevitabile che si verifichi una certa quantità di increspature sulla superficie interna; circa il 30% del pezzo risulterà increspato. A seconda del componente, tali increspature potrebbero essere appena visibili e non critiche per il funzionamento del pezzo, ma di certo non gradevoli esteticamente e potrebbero ostacolare il flusso del fluido. Se lo stesso tubo viene piegato utilizzando un mandrino a due sfere ben progettato, il problema viene risolto completamente e decine di migliaia di tubi vengono prodotti senza alcuna increspatura. I componenti medicali sono spesso disponibili con uno spessore di parete di circa 1 mm e vengono piegati mediante il processo con mandrino, poiché questo rappresenta semplicemente l’unico metodo fattibile per ottenere un risultato accettabile.

Quando la piegatura senza mandrino è la scelta più opportuna

Detto questo, l'utilizzo della piegatura senza mandrino è sicuramente giustificato quando si lavora con tubi a parete molto spessa (2 mm o più) e un raggio di curvatura generoso (3D+), oppure quando i tempi e i costi del prototipo sono più importanti della finitura superficiale. Spesso accade che i produttori più piccoli riescano a fare a meno degli utensili per la piegatura con mandrino calcolando attentamente il raggio di curvatura in base allo spessore della parete per tubi molto spessi, evitando semplicemente di produrre tubi che richiederebbero l’uso di un mandrino per la curvatura interna. Tuttavia, se i vostri componenti presentano già delle increspature e state utilizzando la piegatura di tubi senza mandrino, l’aggiunta di un mandrino al sistema è effettivamente l’unica soluzione evidente.

Considerazioni pratiche sulla piegatura con mandrino

È importante ricordare che, con la piegatura a mandrino, è necessario utilizzare il set di matrici corretto per ottenere risultati ottimali. In generale, si ritiene che, per ottenere risultati ottimali, lo spazio tra la parete del tubo e la superficie interna della matrice esterna non debba superare 0,1–0,2 mm. Inoltre, la posizione delle sfere rispetto al punto in cui il tubo è tangente alla matrice di piegatura è cruciale: se impostate troppo in avanti, il mandrino si incastra nel tubo; se impostate troppo indietro, il tubo collassa nuovamente. Le moderne piegatubi idrauliche a controllo numerico computerizzato (CNC) dispongono di un ritiro programmato del mandrino per semplificare la regolazione.

Conclusione

Se desideri eliminare le pieghe interne — sia che tu stia curvando un tubo a parete sottile con un raggio stretto, sia che l'aspetto del componente sia critico — allora la curvatura con mandrino è sicuramente la scelta giusta. La curvatura senza mandrino è utile in determinate circostanze, ma non risolve il problema principale. Tutte le nostre macchine per la curvatura di tubi presso Baorui sono progettate per supportare entrambi i metodi di curvatura. La scelta tra l'uno e l'altro dipende sempre dall'applicazione specifica, ma se ciò che cerchi è un tubo privo di pieghe, la curvatura con mandrino è insuperabile.