Gięcie z użyciem rdzenia vs bez rdzenia: które rozwiązuje problem marszczenia się wnętrza?

Fałdy wewnętrzne mogą stanowić prawdziwy problem podczas gięcia rur. Nie prezentują się estetycznie w gotowym elemencie, powodują cienienie ścianki rury oraz tworzą zwężenia w przewodach przepływowych. Aby tego uniknąć, stosuje się dwie powszechnie wykorzystywane metody eliminacji fałd wewnętrznych w rurach: gięcie z użyciem rdzenia i gięcie bez rdzenia. Choć obie metody mają swoje zastosowania, ich skuteczność w zapobieganiu fałdom na wewnętrznym promieniu różni się diametralnie. W niniejszym artykule omawiamy każdą z tych metod, aby jednoznacznie określić, która z nich rzeczywiście rozwiązuje problem fałd wewnętrznych.

Zrozumienie przyczyn powstawania fałd wewnętrznych

W praktyce, gdy rura ulega wygięciu, jej ściana zewnętrzna musi się rozciągnąć, podczas gdy ściana wewnętrzna musi się skompresować. Cienkie ściany wielu rur lub rury gięte zbyt ostrym promieniem nie zapewniają wystarczającej wytrzymałości, aby oprzeć się siłom ściskającym, wskutek czego ściana wewnętrzna zwija się i ulega wyboczeniu. To właśnie takie wyboczenie powoduje powstanie fałdów. Cieńsze ściany, ostre gięcia oraz materiały takie jak stal nierdzewna (która jest naturalnie dość twarda) nasilają ten problem. Każde rozwiązanie tego problemu musi albo wspierać ścianę wewnętrzną rury, albo znaleźć sposób na zmianę siły ściskającej. Poniżej przedstawiono dwie techniki, które rozwiązują ten problem z dwóch różnych kierunków.

Gięcie bez wkładki: prostota z ograniczeniami

Istnieje wiele technik gięcia bez użycia wewnętrznego wsparcia, z których najprostszą jest gięcie puste (bez mandrela). W tym typie gięcia rura jest kształtowana wyłącznie za pomocą matrycy gięcia, matrycy chwytającej oraz matrycy dociskowej (a czasem także matrycy wycierającej). Żaden element nie wprowadzany jest do wnętrza rury. Metoda ta działa bardzo dobrze w przypadku rur o grubej ścianie i przy gięciu o rozsądnej krzywiźnie. Rura o grubości ściany 2,5 mm, wygięta z promieniem 3D, kształtuje się ładnie bez użycia mandrela. Matryca dociskowa przesuwająca rurę do przodu wraz z obracającą się matrycą gięcia powoduje naprężenie na zewnętrznej powierzchni rury, co zmusza materiał do zapadania się wewnątrz, aby przeciwdziałać działającym siłom. Jednak przy grubości ściany wewnętrznej mniejszej niż 1,5 mm oraz promieniu gięcia wewnętrznego większym niż 2D niemożliwe jest całkowite uniknięcie zawirowań (pofałdowań) na stronie wewnętrznej – wewnątrz rury nie znajduje się bowiem nic, co utrzymywałoby ją w kształcie okręgu. Główną zaletą gięcia bez mandrela jest jego szybkość oraz znacznie mniejsza liczba narzędzi w porównaniu do gięcia z mandrelem; jednak wymianą za tę zaletę jest fakt, że metoda ta nie stanowi rzeczywistego rozwiązania problemu zawirowań na stronie wewnętrznej.

Gięcie na mandrylu: wsparcie wewnętrzne zapewniające efekt bez zagięć

Gięcie z użyciem rdzenia jest stosowane w tym procesie i polega na wprowadzeniu wkładki do rury. Zazwyczaj jest to pełny pręt zawierający jedną lub więcej połączonych ze sobą kulek, który wspiera wewnętrzną ścianę rury dokładnie w miejscu, w którym zachodzi ściskanie. Podczas gięcia rury rdzeń zapobiega zapadaniu się jej wewnętrznej ściany. Same kulki są połączone przegubowo, dzięki czemu podczas ich przesuwania przez rurę w trakcie jej gięcia mogą one dostosować się do krzywizn tworzonych przez ścianę rury. Jest to dotychczas najskuteczniejsza metoda rozwiązywania takich problemów jak cienkościenne rury, gięcia o małym promieniu oraz trudne w obróbce materiały, np. stal nierdzewna. W przypadku tego samego scenariusza, który został opisany w poprzednim rozdziale (rura ze stali nierdzewnej o średnicy 25 mm, grubości ściany 1,2 mm i promieniu gięcia 1,8D), dwukulkowy rdzeń przegubowy zapobiegnie całkowicie powstawaniu fałd na tysiącach rur. Jak widać na zamieszczonych schematach, poprawa w porównaniu z gięciem bez rdzenia jest bardzo wyraźna. Główne wady gięcia z rdzeniem to: znacznie wyższe koszty narzędzi oraz duża czasochłonność przy małych partiach; ponadto wszystkie elementy wymagają smarowania, aby zapobiec zjawisku zgrzebania („galling”) stali nierdzewnej względem powierzchni rdzenia.

Porównanie wydajności w rzeczywistych zastosowaniach

Rozważmy typowy element samochodowy — rurę o średnicy 25 mm, grubości ścianki 1,2 mm i promieniu linii środkowej wynoszącym 1,8D. Gdy gięcie odbywa się bez użycia rdzenia (mandrela), na wewnętrznej stronie rury niemal zawsze pojawia się falowanie; około 30% długości elementu będzie falowane. W zależności od konkretnego elementu może to być jedynie lekko widoczne i nie mieć krytycznego znaczenia dla jego funkcji, jednak zdecydowanie nie jest estetyczne i może ograniczać przepływ cieczy. Jeśli tę samą rurę wygięto za pomocą dobrze zaprojektowanego dwukulowego rdzenia (mandrela), problem zostaje całkowicie rozwiązany — dziesiątki tysięcy takich rur przechodzi proces gięcia bez żadnego falowania. Elementy medyczne często mają grubość ścianki wynoszącą zaledwie ok. 1 mm i są gięte metodą z użyciem rdzenia (mandrela), ponieważ jest to po prostu jedyna możliwa metoda uzyskania akceptowalnego rezultatu.

Kiedy gięcie bez rdzenia (mandrela) jest odpowiednim wyborem

Mimo wszystko zastosowanie gięcia bez matrycy jest bezsprzecznie uzasadnione w przypadku rur o bardzo grubej ścianie (2 mm lub więcej) i dużego promienia gięcia (3D lub większego) albo wtedy, gdy czas i koszty prototypowania są ważniejsze niż jakość wykończenia. Często obserwuje się, że mniejsi producenci mogą sobie pozwolić na rezygnację z narzędzi do gięcia z matrycą, starannie obliczając promień gięcia na podstawie grubości ściany dla bardzo grubychnych rur oraz całkowicie unikając produkcji rur, które wymagałyby użycia matrycy do gięcia wewnętrznej części promienia. Jeśli jednak Twoje elementy już się marszczą, a stosujesz gięcie rur bez matrycy, to dodanie matrycy do układu jest naprawdę jedyną oczywistą odpowiedzią.

Ważne kwestie praktyczne związane z gięciem z matrycą

Warto pamiętać, że przy gięciu metodą mandrel wymagany jest odpowiedni zestaw matryc, aby osiągnąć optymalne wyniki. Powszechnie uznaje się, że dla uzyskania optymalnych rezultatów odstęp między ścianką rury a wewnętrzną powierzchnią zewnętrznej matrycy nie powinien przekraczać 0,1–0,2 mm. Ponadto położenie kulek względem punktu, w którym rura styka się stycznie z matrycą gięcia, ma kluczowe znaczenie: ustawienie zbyt daleko na przodzie powoduje zaklinowanie mandrela w rurze, natomiast ustawienie zbyt daleko z tyłu powoduje ponowne zapadanie się rury. Nowoczesne CNC hydrauliczne maszyny do gięcia rur są wyposażone w zaprogramowaną funkcję wycofywania mandrela, co ułatwia jego dostrajanie.

Podsumowanie

Jeśli chcesz wyeliminować powstawanie fałd wewnętrznych — niezależnie od tego, czy giętesz cienkościenną rurę o małym promieniu gięcia, czy też wygląd elementu jest kluczowy — gięcie z użyciem mandrylu jest zdecydowanie odpowiednim wyborem. Gięcie bez mandrylu może być przydatne w niektórych sytuacjach, ale nie rozwiązuje ono samego podstawowego problemu. Wszystkie nasze maszyny do gięcia rur firmy Baorui są zaprojektowane tak, aby wspierać obie metody gięcia. Wybór jednej lub drugiej metody zawsze zależy od konkretnego zastosowania; jednak jeśli zależy Ci na rurach bez fałd, to gięcie z mandrylem pozostaje najlepszym rozwiązaniem.