Mandrel-buigen versus niet-mandrel-buigen: welke methode lost innerlijke kreukels op?

Binnenste rimpeling kan een echt probleem zijn bij het buigen van buizen. Ze zien er niet aantrekkelijk uit in het eindproduct en veroorzaken dunner wordende buiswanden, evenals vernauwingen in vloeistofleidingen. Om dit te omzeilen, worden twee veelgebruikte technieken toegepast om binnenste rimpeling in buizen op te lossen: mandrelbuigen en niet-mandrelbuigen. Hoewel beide methoden hun toepassingsgebied hebben, verschilt hun effectiviteit bij het voorkomen van rimpelingen aan de binnenzijde van de boog aanzienlijk. In dit artikel bespreken we beide methoden om definitief vast te stellen welke methode werkelijk binnenste rimpeling oplost.

Inzicht in de oorzaak van binnenste rimpeling

In feite moet de buitenwand van een buis rekken wanneer de buis wordt gebogen, terwijl de binnenwand moet worden samengeperst. De dunne wanden van veel buizen, of buizen die met te kleine boogstraal worden gebogen, kunnen niet voldoende weerstand bieden tegen de compressiekrachten, waardoor de binnenwand zich opvouwt en instort. Deze instorting veroorzaakt rimpels. Dunne wanden, scherpe bochten en materialen zoals roestvrij staal (dat van nature vrij hard is) verergeren dit probleem. Elke oplossing voor dit probleem moet ofwel de binnenwand van de buis ondersteunen, of een manier vinden om de compressiekracht te wijzigen. Hieronder staan twee technieken die dit probleem vanuit twee verschillende invalshoeken aanpakken.

Buigen zonder mandrel: eenvoud met beperkingen

Er zijn verschillende technieken voor buigen zonder gebruik van interne ondersteuning, waarvan de eenvoudigste leeg- of mandrelloos buigen is. Bij dit soort buigen wordt de buis alleen gebogen met behulp van de buigmal, de klemmal en de drukmal (of soms de veegmal). Er komt geen voorwerp in de buis. Deze methode werkt zeer goed voor buizen met een dikke wand, die met een redelijke boogstraal worden gebogen. Een buis met een wanddikte van 2,5 mm, gebogen met een straal van 3D, buigt uitstekend zonder mandrel. De drukmal die de buis naar voren duwt, samen met de roterende buigmal, zorgt voor trekspanning aan de buitenzijde, waardoor het materiaal zich naar binnen laat instorten om de krachten te weerstaan. Echter, bij elke wanddikte kleiner dan 1,5 mm en een binnenboogstraal groter dan 2D is het onmogelijk om binnenplooiing geheel te voorkomen, aangezien er niets in de buis aanwezig is om deze rond te houden. Het grootste voordeel van mandrelloos buigen is dat het sneller verloopt en veel minder gereedschap vereist dan mandrelbuigen; het nadeel is dat het geen echte oplossing biedt voor binnenplooiing.

Mandrelbuigen: interne ondersteuning voor rimpelvrije resultaten

Buisbuigen met mandrel wordt gebruikt bij dit proces en omvat het inbrengen van een inzetstuk in de buis. Meestal een massieve staaf met één of meer scharnierende kogels, waarbij de mandrel de binnenwand ondersteunt op precies het punt waar de compressie plaatsvindt. Terwijl de buis buigt, wordt de binnenwand eenvoudig tegen instorting naar binnen beschermd door de mandrel. De kogels zelf zijn scharnierend, zodat ze zich tijdens het trekken door de buis – terwijl deze buigt – kunnen aanpassen aan de bochten die de buiswand maakt. Dit is verreweg de meest succesvolle methode voor het aanpakken van problemen zoals dunwandige buizen, scherpe-bochtige buigen en harde materialen zoals roestvrij staal. Voor hetzelfde scenario als beschreven in de vorige paragraaf (25 mm diameter roestvrijstaal, wanddikte 1,2 mm, bocht met straal 1,8 × buisdiameter) zal een scharnierende mandrel met twee kogels absoluut geen rimpelingen veroorzaken bij duizenden buizen. Zoals u kunt zien in de bijbehorende schema’s, is de verbetering ten opzichte van buigen zonder mandrel zeer duidelijk. De belangrijkste nadelen van buigen met mandrel zijn: de gereedschapskosten zijn aanzienlijk hoger en het kan bij kleinere series zeer tijdrovend zijn; bovendien vereisen alle onderdelen smeermiddel om te voorkomen dat de roestvrijstalen buis ‘gallt’ tegen het oppervlak van de mandrel.

Vergelijken van prestaties bij echte toepassingen

Neem een typisch auto-onderdeel, een buis met een diameter van 25 mm, een wanddikte van 1,2 mm en een middenlijnstraal van 1,8D. Wanneer u de buis zonder stempel buigt, is er bijna altijd een zekere graad van plooiing aan de binnenzijde aanwezig; ongeveer 30% van het onderdeel zal geplooid zijn. Afhankelijk van het onderdeel kan dit slechts licht zichtbaar zijn en functioneel niet kritisch, maar het is zeker niet esthetisch aangenaam en kan de vloeistofstroming beperken. Als dezelfde buis wordt gebogen met behulp van een goed ontworpen tweebalstempel, wordt het probleem volledig opgelost en kunnen tienduizenden buizen zonder enige plooiing worden verwerkt. Medische componenten zijn vaak alleen verkrijgbaar met een wanddikte van ongeveer 1 mm en worden met behulp van de stempeltechniek gebogen, omdat dit simpelweg de enige haalbare methode is om een aanvaardbaar resultaat te bereiken.

Wanneer niet-stempelgebogen de juiste keuze is

Dat gezegd hebbende, is het gebruik van buisbuigen zonder mandrel zeker gerechtvaardigd wanneer men werkt met buizen met zeer dikke wanden (2 mm of meer) en een ruime boogstraal (3D of groter), of wanneer tijd en kosten voor het maken van prototypes belangrijker zijn dan de afwerking. Het komt vaak voor dat kleinere fabrikanten kunnen volstaan zonder mandrelgereedschap door de boogstraal zorgvuldig te berekenen op basis van de wanddikte bij zeer dikke buizen, en eenvoudigweg geen buizen proberen te produceren waarbij een mandrel nodig zou zijn voor de binnenboog. Als uw onderdelen echter al rimpelen en u buisbuigen zonder mandrel toepast, dan is het toevoegen van een mandrel aan de installatie inderdaad de enige voor de hand liggende oplossing.

Praktische overwegingen bij buisbuigen met mandrel

Het is belangrijk om te onthouden dat bij mandrelbuigen de juiste stelvormset nodig is om optimale resultaten te bereiken. Het wordt algemeen aanvaard dat er voor optimale resultaten een speling van maximaal 0,1 mm tot 0,2 mm mag zijn tussen de wand van de buis en het binnenoppervlak van de buitenste stelvorm. Bovendien is de positie van de kogels ten opzichte van het punt waar de buis raakt aan de buigstelvorm cruciaal: staan ze te ver naar voren, dan wordt de mandrel in de buis geklemd; staan ze te ver naar achteren, dan klapte de buis weer in. Moderne CNC-hydraulische buisbuigmachines beschikken over geprogrammeerde mandrelterugtrekking voor een eenvoudigere instelling.

Conclusie

Als u interne plooiing wilt elimineren — of u nu een dunwandige buis met een kleine boogstraal buigt of het uiterlijk van het onderdeel cruciaal is — dan is buigen met een mandrel zeker de juiste keuze. Buigen zonder mandrel is in bepaalde gevallen nuttig, maar lost het kernprobleem zelf niet op. Al onze buisbuigmachines bij Baorui zijn ontworpen om beide buigmethode te ondersteunen. De keuze tussen de ene of de andere methode hangt altijd af van de toepassing, maar als u buizen zonder plooien wilt, dan is buigen met een mandrel onverslaanbaar.