PIEGATURA TUBI (CURVATUBI): DAL PROGETTO ALLA REALIZZAZIONE
La piegatura tubi è ancor’oggi un po’ un’arte, infatti è una lavorazione più delicata rispetto ad altre nella carpenteria metallica. Questo è dovuto alle variabili che possono condizionare il processo. Nonostante oggi la tecnologia presente nelle macchine e nei software CAM offline abbia comunque semplificato molto.
Si parla di curvatura di tubi per raggi inferiori a 200 mm (indicativo). Per pieghe con raggi superiori invece ci si riferisce alla calandratura, che è una lavorazione diversa. Ciò nonostante oggi molte macchine possono realizzare sia la piega sia la calandra dei tubi. Comunque in questo post trattiamo la curvatubi e sul suo processo.
Progettazione
La progettazione di un tubo curvato deve tenere presente in prima battuta delle capacità della curvatubi, la disponibilità degli stampi e le tolleranze.
1. Forza di piegatura e sua modulazione.
E’ importante conoscere i limiti della macchina per non ritrovarsi nell’impossibilità di realizzare il pezzo. Va da sé per chi si appoggia a conto terzisti è questo un problema minore. Comunque in breve la capacità di piegatura non dipende dalla pura forza ma è influenzata dal raggio di curvatura (più è grande meno forza richiede) ma in primo luogo dalla capacità di modulare lo sforzo durante tutta la fase di curvatura. In questo le nuove piegatrici elettriche hanno aperto una nuova frontiera rispetto alle tradizionali idrauliche.
Oltre alla elettrificazione l’altra innovazione degna di nota degli ultimi anni sono le macchine con rotazione della testa sia a destra sia a sinistra. Cioè possono curvare nei due sensi dando un altissimo grado di libertà sia progettuale sia esecutivo prima inimmaginabile.
2. Attrezzature
Una curva tubi piega a raggio costante o fisso. Cioè vuol dire che il raggio è determinato dalla matrice. Quindi ogni stampo risponde a questi parametri: sezione del tubo, raggio di curva e spessore del tubo. Il cambio di uno solo di questi fattori comporta la necessità di una nuova attrezzatura.
Le matrici standard devono bloccare il tubo da entrambi i lati per cui fra una piega e l’altra ci dovrebbe essere sempre un tratto rettilineo almeno di circa 100 mm. In caso contrario devono essere progettati stampi specifici per consentire pieghe e contro pieghe ravvicinate.
Altro ingombro da considerare è il tratto iniziale ma soprattutto finale dove si “aggrappa” il morsetto del carro posteriore per gestire il tubo durante tutta la fase di lavorazione. Infatti il carro, la slitta e la contro slitta (se presente) “occupano” parte del tubo che deve essere tenuto presente. In alternativa, se il tratto rettilineo non è sufficiente, finita la piegatura si passerà a refilare il pezzo della parte in eccesso.
Multiraggio. Le moderne macchine possono ospitare anche più di uno stampo in contemporanea questo significa poter realizzare il pezzo con raggi differenti. Mediamente si possono ospitare 2 o 3 stampi. Ogni stampo ha comunque il raggio fisso ma disponendo di più stampi durante il ciclo si sceglie quale utilizzare, ottenendo così un pezzo con curve con raggi differenti.
3. Tolleranze
Come in tutti i progetti le tolleranze sono fondamentali poiché definiscono il costo del particolare. In modo particolare per i tubi curvati che, come detto, sono soggetti a più variabili, ognuna delle quali può introdurre un errore nella lavorazione.
Se ci focalizziamo sulle tolleranze proprie di una macchina (tralasciamo la variabile del materiale) è ragionevole considerare queste forchette:
- Grossolana: tolleranza angolare ±1°; tolleranza lineare ±0.5mm
- Normale: tolleranza angolare ±0.5°; tolleranza lineare ±0.5mm
- Fine: tolleranza angolare ±0.2°, tolleranza lineare ±0.1mm
Le macchine elettriche sono più precise di quelle idrauliche, appartengono all’ultima generazione e non sono soggette alla variazione di temperatura dell’olio.
4. Qualità estetica
Per avere un buona resa estetica, senza difetti di curva, bisognerebbe adottare sempre raggi pari almeno ad 1.5 volte la sezione (per inox ed alluminio limite si innalza a 2). Sotto questi valori si può ricorrere ad anime snodate ed a qualche altro artificio, tuttavia rimangono pieghe più impegnative.
Oggi ci si può spingere fino a curve con un raggio in rapporto a 0.8 la sezione del profilo. Risultati raggiungibili unicamente con curvatubi elettriche e in condizioni ottimali di macchina, attrezzatura e materiale. Tuttavia rimane un risultato rimarchevole se confrontato ai limiti solo di 10 anni fa.
5. Alternative
Esistono alternative alla tecnica di curvatura a freddo qualora per diverse ragioni l’adozione di questa tecnologia risulta difficile:
- Stampaggio a freddo
- Stampaggio a caldo e microfusione
- Idroformatura
Calcolo dello sviluppo lineare
Alcuni moderni software sono in grado di calcolare direttamente lo sviluppo del pezzo, in alternativa una delle formule più utilizzate è:
L= sommatoria di tutti i tratti rettilinei r e di tutte le lunghezze degli archi a.
L= lunghezza totale / r= lunghezza tratto rettilineo / a= lunghezza arco
Mentre i tratti rettilinei è facile calcolarli, per gli archi si segue la seguente formula:
a = 0.01745 x Rm x α
Rm= raggio medio di curvatura / α = angolo di curvatura (compreso fra 0° e 180°)
Comunque in genere è buona cosa eseguire sempre una verifica pratica (campione) prima di passare alla produzione in serie. Inoltre se il particolare ha parecchie pieghe, oppure pieghe inferiori a 90° lo sviluppo potrebbe variare in maniera significativa dai calcoli teorici.
Il problema è più marcato per i tubolari quadri, rettangoli o profili speciali rispetto ai tondi. I tubi tondi hanno una sezione resistente costante e non hanno il problema della posizione del cordone di saldatura e l’esatta dimensione del raggio dello spigolo.
Infatti molte più variabili entrano in gioco rispetto ad esempio alla piegatura di una lamiera. Innanzitutto non sempre sono disponibili tubi decapati (per quanto riguarda l’acciaio), quindi materiale meno nobile. Inoltre la posizione del cordone di saldatura, l’esatto spessore della parete e il raggio dello spigolo influiscono nel ritorno elastico del pezzo.
Si può limitare alcune problematiche con l’impiego di materiali più pregiati (per esempio tubi senza cordone di saldatura) a discapito però di un notevole incremento di costo. Per esempio se disponibile prediligere all’acciaio S235JR il suo alter ego E235+N.
Realizzazione e note operative per la curvatubi
In primo luogo per garantire la ripetibilità di produzione è importante conoscere il modulo elastico del materiale. Si suggerisce di usare verghe, per singolo lotto, con una varianza del modulo elastico di ±2%, meglio ancora se provenienti dallo stesso tubificio.
Durante il processo la prima regola aurea è la verifica che il tubo non subisca degli scivolamenti nel corso di tutta la fase di piegatura. Per questo a volte gli stampi presentano delle superficie leggermente ruvide per aumentarne la presa, in modo particolare se stiamo piegando tubi in acciaio inossidabile.
Inoltre tutti i componenti dello stampo non devono avere degli scivolamenti fra di loro. Per questo si consiglia di prediligere sempre dei bloccaggi meccanici.
Anima
Per le curve più strette l’impiego dell’anima è fondamentale. Si parte dall’anima fissa, la più semplice, per poi passare ad anime ad unghia o snodate. Per poter “entrare” sempre di più nella curva.
La posizione canonica di partenza dell’anima fissa dovrebbe essere 5mm davanti al centro di rotazione (inizio curva teorico), e la sua regolazione fa la differenza sul risultato di piegatura.
Per l’estrazione dell’anima serve una ottima lubrificazione con l’impiego di olii anti grippanti. Ovviamente l’efficacia dell’anima è tanto maggiore quanto è precisa rispetto alla sezione. Questo purtroppo si scontra quando il tubo non ha uno spessore calibrato ed oltre modo quando la dimensione e la posizione del cordone di saldatura non è costante.
A supporto dell’efficacia dell’anima è fondamentale l’uso della contro slitta per le pieghe più impegnative. La contro slitta deve essere realizzata in materiale auto lubrificante ed è installata nella parte interna della curva (opposta alla slitta)
Altre regolazioni
Regolazioni di fino possono essere la regolazione della slitta anticipando o posticipando il momento dell’entrata in funzione. Oppure sulla spinta o meno del carro posteriore, di solito si parte senza spinta (quindi modo passivo) per passare a spinte attive se il materiale tende a strapparsi.
Integrazione fra la curvatubi e il taglio laser tubi
L’integrazione fra la curvatubi e il taglio laser tubi ha facilitato la realizzazione di molti pezzi. Brevemente occorre distinguere due casistiche.
Taglio prima della curvatura
La soluzione più diffusa e più economica. In questo caso il tubo viene lavorato (forato e sagomato) prima della piega. I limiti importanti sono le tolleranze sul posizionamento delle forature, considerare le tolleranze derivanti dalla piegatura non dal taglio laser e a volte l’impossibilità di sagomare l’estremità del tubo (dipende dal disegno) perché non sarebbe più caricabile nella curva tubi.
Taglio dopo la curvatura
Soluzione più precisa ma più costosa. In realtà più che delle macchine di taglio laser tubi si usano delle isole di taglio laser 3D. il tubo viene forato e sagomato dopo la piegatura per cui le tolleranze sono quelle tipiche della macchina di taglio laser e non della curvatubi.
L’esperienza di Agrital
Agrital realizza tubi curvati conto terzi da oltre 20 anni, ed è specializzata soprattutto nella lavorazione di acciaio strutturale e da costruzione. Lavora diametri compresi fra 20 mm ed 80 mm, o equivalenti profili quadri e rettangoli la cui diagonale sia inferiore ad 80 mm.
