Processo di piegatura dei tubi in acciaio inossidabile: metodi, strumenti e applicazioni

1.0 Introduzione al processo di piegatura dei tubi in acciaio inossidabile

1.1 Caratteristiche del materiale in acciaio inossidabile e adattabilità alla piegatura

L'acciaio inossidabile è un materiale essenziale nella produzione industriale grazie alla sua elevata resistenza, alla resistenza alla corrosione e all'eccellente duttilità.

Duro ma modellabile:Con processi adeguati, l'acciaio inossidabile può essere piegato in forme complesse, rendendolo adatto alla realizzazione di prototipi personalizzati e componenti di precisione.

Vantaggi per il settore:

• Durata: La resistenza alla corrosione e all'ossidazione lo rendono ideale per gli ambienti difficili.
• Elasticità e resistenza: Fornisce sia stabilità strutturale che flessibilità di formatura.

1.2  Principali applicazioni industriali della piegatura di tubi in acciaio inossidabile

2.0 Sfide e soluzioni nella piegatura dei tubi in acciaio inossidabile

2.1 Caratteristiche dei materiali e difficoltà di piegatura

• Elevata resistenza e duttilità:L'acciaio inossidabile unisce elevata resistenza a buona duttilità, risultando adatto per parti strutturali e apparecchiature industriali.
• Sfide:Elevata resistenza → richiede una maggiore forza di flessione, aumentando il carico della macchina. Elevata duttilità → soggetta a ritorno elastico, che influisce sulla precisione di formatura.
• Resistenza alla corrosione:I danni superficiali causati dalla piegatura (ad esempio graffi, ammaccature) possono ridurre la resistenza alla corrosione, pertanto è necessario evitare un attrito eccessivo.

2.2 Differenze di lavorazione tra i gradi di acciaio inossidabile

3.0 Panoramica dei metodi del processo di piegatura

La piegatura dei tubi in acciaio inossidabile può essere realizzata con diversi metodi, ciascuno adatto a specifiche dimensioni del tubo, proprietà del materiale e requisiti di precisione. La scelta del processo corretto influisce direttamente sulla precisione di formatura, sulla finitura superficiale e sull'affidabilità strutturale.

In questa sezione vengono presentate cinque tecniche di piegatura comuni (manuale, idraulica, CNC, a rulli e a caldo), evidenziandone le applicazioni idonee, i tipi di apparecchiature e le fasi operative standard.

3.1 Piegatura manuale di tubi (piegatubi manuale)

Scenari applicabili:Piccoli lotti, tubi di piccolo diametro (generalmente ≤25 mm), bassi requisiti di precisione.

Attrezzatura:Piegatubi manuale (con matrici di diverse dimensioni).

Fasi operative:

• Seleziona il dado:Scegliere una matrice di piegatura adatta in base al diametro esterno (OD) del tubo.
• Riparare il tubo:Inserire il tubo nella piegatrice, assicurandosi che un'estremità sia appoggiata al blocco di posizionamento e che il punto di inizio della piegatura sia allineato con il centro della matrice.
• Segna la posizione di piegatura:Utilizzare un pennarello per indicare il punto in cui deve iniziare la curva.
• Funzionamento manuale:Tirare lentamente la maniglia per piegare il tubo attorno alla filiera fino all'angolazione desiderata (fare riferimento alla scala angolare).
• Compensazione del ritorno elastico:Poiché l'acciaio inossidabile è elastico, piegarlo leggermente in eccesso (di 2°–5°) per compensare il ritorno elastico.
• Rimuovere il tubo:Rilasciare il morsetto e controllare l'angolo di piegatura e la rotondità.

3.2 Piegatubi idraulici (macchina piegatubi idraulica)

Scenari applicabili:Tubi di medie e grandi dimensioni (DN15–DN150), requisiti di precisione da media ad alta.

Attrezzatura:Piegatubi idraulico (con pompa idraulica, matrici, dispositivo di serraggio).

Fasi operative:

• Installare i Dies:Installare la matrice di piegatura, la matrice di serraggio e la matrice di pressione corrispondenti in base al diametro del tubo.
• Imposta parametri:Impostare l'angolo di piegatura (ad esempio 90°) e la velocità (una velocità più lenta aiuta a evitare la formazione di pieghe).
• Riparare il tubo:Posizionare il tubo nella macchina e fissarlo con la matrice di serraggio, assicurandosi che l'estremità del tubo sia allineata con la matrice di piegatura.
• Avviare la pompa idraulica:Premere il pulsante per attivare il cilindro idraulico, che fa ruotare la matrice di piegatura attorno al proprio asse per piegare il tubo.
• Mantenere la pressione:Mantenere la pressione per 2-3 secondi per ridurre il ritorno elastico.
• Ripristina e rimuovi il tubo:Sbloccare il sistema idraulico, rimuovere il tubo e controllare che non vi siano ammaccature o deformazioni ovali.

3.3 Piegatura tubi CNC (macchina piegatubi CNC)

Scenari applicabili:Piegature 3D complesse, produzione di grandi volumi, elevata precisione (ad esempio, sistemi di scarico per automobili).

Attrezzatura:Piegatubi CNC (azionata da servomotore con sistema di controllo PLC).

Fasi operative:

• Programmazione: Inserire i parametri di piegatura (angolo, raggio, velocità di avanzamento) tramite il pannello di controllo o importare disegni CAD.
• Fissare il tubo: Inserire il tubo nel rack di carico; la macchina lo bloccherà e lo allineerà automaticamente.
• Piegatura automatica:
  • La matrice di serraggio mantiene fermo il tubo, mentre la matrice di piegatura ruota in base al programma.
  • Un mandrino impedisce il collasso del tubo e un booster impedisce la formazione di pieghe.
  • Dopo ogni curva, l'unità di alimentazione sposta il tubo al punto di curvatura successivo.
• Monitoraggio in tempo reale: I sensori laser monitorano gli angoli di piegatura effettivi e compensano automaticamente il ritorno elastico.
• Output del prodotto: Dopo la piegatura, il tubo viene scaricato automaticamente per il controllo di qualità (ad esempio, prova di passaggio del calibro).

3.4 Piegatura a rulli

Piegatrice a 3 rulli

Caratteristiche strutturali: Layout a tre rulli: Un rullo superiore (rullo pressore attivo) + due rulli inferiori (rulli di appoggio fissi).

Metodo di regolazione: Il rullo superiore si muove verticalmente, mentre i rulli inferiori hanno una spaziatura fissa o regolabile.

Scenari applicabili:

• Tipi di tubi: Tubi tondi in acciaio inossidabile, tubi quadrati, acciaio piatto, ecc. (spessore della parete moderato).
• Raggio di curvatura: Adatto per archi di ampio raggio (ad esempio guardrail, corrimano, strutture circolari).

Fasi operative:

• Regolare la pressione del rullo superiore: Impostare la pressione verso il basso del rullo superiore in base al diametro del tubo e allo spessore della parete.
• Alimentazione e allineamento del tubo: Inserire il tubo tra i tre rulli, assicurandosi che l'estremità iniziale sia allineata con i rulli.
• Pre-piegatura iniziale:
  • Avviare la macchina: il rullo superiore preme verso il basso e il tubo rotola formando una curva iniziale.
  • Se le estremità del tubo non sono piegate (a causa dell'effetto bordo dritto), se necessario, piegare preventivamente le estremità con una matrice.
• Piegatura progressiva:
  • Ripetere i passaggi di laminazione regolando gradualmente la pressione del rullo superiore fino al raggiungimento dell'arco desiderato.
• Controllare la rotondità: Utilizzare un modello ad arco o un dispositivo di misurazione laser per verificare la coerenza della piegatura.

Piegatrice a 5 rulli

Layout a cinque rulli: Due rulli inferiori fissi (di supporto) + due rulli laterali (di guida) + un rullo superiore (di pressatura attiva).

Vantaggi: Più stabile del modello a 3 rulli; adatto per piegature ad arco complesse e ad alta precisione.

Scenari applicabili:

• Esigenze di alta precisione: Come i tubi di scarico delle automobili, le condutture degli aerei, i pezzi meccanici di precisione.
• Prevenzione delle pieghe nei tubi a parete sottile: I rulli laterali riducono la deformazione e prevengono le ammaccature.

Fasi operative:

• Regola la spaziatura dei rulli:
  • Impostare le posizioni dei rulli inferiori e laterali in base al diametro del tubo per garantire l'allineamento centrale.
• Estremità pre-piegate (facoltativo):
  • Se è necessario piegare le estremità dei tubi, utilizzare stampi o una pressa idraulica per la pre-piegatura.
• Alimentazione e allineamento del tubo:
  • Inserire il tubo nel sistema a 5 rulli, assicurandosi che tutti i rulli siano a contatto in modo uniforme.
• Rotolamento progressivo:
  • Il rullo superiore preme verso il basso, i rulli laterali guidano e il tubo viene formato tramite ripetute laminazione.
• Regolazione dinamica:
  • Monitorare il raggio di curvatura in tempo reale; regolare con precisione la pressione dei rulli laterali per controllare il ritorno elastico.
• Ispezione finale: Controllare la rotondità, la scorrevolezza dell'arco e la tolleranza dimensionale.

Piegatrice a 7 rulli

Layout a sette rulli:

Tre rulli inferiori (supporto principale) + due rulli laterali (guida) + due rulli superiori (pressanti).

Vantaggi: Ideale per tubi di diametro extra-large (>300 mm) o con pareti spesse (>10 mm) con elevata efficienza.

Scenari applicabili:

• Parti strutturali di grandi dimensioni: Come oleodotti, strutture navali, ponti con struttura in acciaio.
• Controllo della deformazione dei tubi a parete spessa: Più rulli distribuiscono la pressione per evitare sollecitazioni localizzate.

Fasi operative:

• Posizione Tubo Pesante:
  • Utilizzare un'attrezzatura di sollevamento per inserire il tubo nel sistema a 7 rulli, assicurandone l'allineamento orizzontale.
• Distribuire la pressione del rullo:
  • Regolare la pressione idraulica per ciascun rullo per evitare sovraccarichi o appiattimenti del tubo.
• Laminazione segmentale:
  • Eseguire la piegatura iniziale, quindi aumentare gradualmente la pressione e completare la sagomatura ad ampio raggio in più passaggi.
• Controllo sincronizzato:
  • Tutti e sette i rulli funzionano in sincronia tramite un sistema PLC per garantire un movimento uniforme e impedire torsioni.
• Sollievo dallo stress:
  • Dopo la piegatura, potrebbe essere necessario effettuare la ricottura (riscaldamento a ~600°C e raffreddamento lento) per ridurre lo stress residuo.

Riepilogo del confronto

Raccomandazioni per la selezione

• Piccolo lotto / arco semplice→ Usa macchina a 3 rulli (conveniente e pratico)
• Tubo ad alta precisione / a parete sottile→ Usa macchina a 5 rulli (migliore capacità antideformazione)
• Diametro extra-large / industria pesante→ Usa macchina a 7 rulli (il design multi-rullo distribuisce la pressione in modo uniforme)

3.5 Piegatura a caldo (macchina piegatubi a induzione)

Scenari applicabili:Tubi con pareti spesse (≥6 mm), diametri grandi (≥200 mm) o leghe speciali.

Attrezzatura:Piegatubi a induzione a media frequenza (comprende bobina di induzione e sistema di raffreddamento).

Fasi operative:

• Segna la zona di riscaldamento: Segnare la sezione di curvatura (larghezza ≈ 3× diametro del tubo).
• Riscaldamento localizzato: Alimentare la bobina di induzione per riscaldare la zona a 900–1100 °C (arancione-rosso).
• Piegatura: Il braccio idraulico spinge la sezione riscaldata attorno a uno stampo fisso, mentre il raffreddamento ad acqua ne solidifica la forma.
• Ricottura (se necessaria): Riscaldare l'intero tubo a circa 500 °C e raffreddarlo lentamente per alleviare le sollecitazioni interne.

4.0 Considerazioni sulla piegatura dei tubi in acciaio inossidabile

Nella pianificazione di un processo di curvatura di tubi in acciaio inossidabile, è necessario tenere conto di diversi fattori chiave per garantire la precisione dimensionale e l'integrità strutturale. Tra le considerazioni più importanti figurano:

4.1 Processo di controllo delle chiavi

Valutazione dei materiali→Calcola il raggio di curvatura minimo→Seleziona attrezzature e stampi →Imposta i parametri di processo (velocità/temperatura) →Applicare misure antideformazione →Piegatura di prova e regolazione →Post-trattamento e ispezione

4.2 Caratteristiche del materiale

1. Gradi di acciaio inossidabile:

Austenitico (ad esempio, 304, 316): Tende a incrudirsi; controllare la velocità di piegatura per evitare crepe.

Martensitico (ad esempio, 410): Elevata durezza; potrebbe richiedere il preriscaldamento (si consiglia la piegatura a caldo).

2. Rapporto diametro-spessore (D/t):

Tubo a parete sottile (D/t ≥ 20): Facile da collassare; sostenere con mandrino o riempimento di sabbia.

Tubo a parete spessa (D/t ≤ 10): Richiede una maggiore forza di flessione.

Tabella del raggio di curvatura dei tubi in acciaio inossidabile

4.3 Raggio di curvatura

Raggio di curvatura minimo (R):

Piegatura a freddo: R ≥ 1,5 × diametro del tubo

Piegatura a caldo: R ≥ 1,0 × diametro del tubo

Raggi più piccoli possono causare assottigliamento o rughe

Formula empirica:R = K × D (K è una costante del materiale; per l'acciaio inossidabile 304, K ≈ 2–3)

4.4 Velocità e temperatura di piegatura

Piegatura a freddo:Si consiglia una bassa velocità (idraulica: 5–10°/s) per evitare crepe dovute all'incrudimento.

Piegatura a caldo:

• Temperatura di riscaldamento: 900–1100°C per acciaio inossidabile austenitico
• Assicurare un riscaldamento uniforme per evitare il surriscaldamento localizzato
• Tempo di ammollo sufficiente per tubi a parete spessa

4.5 Misure antideformazione

Selezione del mandrino:

Mandrino rigido (acciaio): Per piegature ad alta precisione

Mandrino flessibile (tipo catena a sfere): Per gomiti complessi

La punta del mandrino dovrebbe essere 1–2 mm davanti al punto di piegatura per compensare il ritorno elastico

Metodi di supporto:

Riempire i tubi a parete sottile con colofonia, lega a basso punto di fusione o sabbia (soprattutto durante la piegatura a caldo)

Utilizzare stampi anti-piega (tamponi di pressione) per controllare le pieghe della parete interna

4.6 Parametri di matrici e attrezzature

Corrispondenza dei dadi:

• Il raggio della scanalatura della matrice di piegatura deve corrispondere al diametro esterno del tubo (tolleranza ±0,1 mm)
• Un gioco eccessivo può portare a una deformazione ovale

Forza di serraggio:Pressione del morsetto idraulico ≥ 1,5× limite di snervamento del tubo

Compensazione del ritorno elastico:

• Ritorno elastico in acciaio inossidabile: in genere 2–5°
• Sovrapiegatura tramite stampo o correzione del programma CNC

4.7 Lubrificazione e protezione delle superfici

Lubrificante:

• Grasso ad alta viscosità o pasta a base di MoS₂ per ridurre l'attrito
• Evitare lubrificanti contenenti cloro (causano corrosione sotto sforzo)

Protezione della superficie:Applicare pellicola PE o rivestimento antiossidante ad alta temperatura durante la piegatura a caldo per evitare graffi e scaglie

4.8 Requisiti di post-elaborazione

Sollievo dallo stress:L'acciaio inossidabile piegato a freddo deve essere ricotto a 300–400 °C (soprattutto per tubi a parete spessa)

Correzione della rotondità:Se l'ovalizzazione è >5%, utilizzare un espansore meccanico o una formatura idraulica per ripristinare la forma circolare

5.0 Problemi comuni e soluzioni

Riferimenti: