Piegatura di tubi in alluminio: materiali, metodi e applicazioni

I tubi e le condotte in alluminio sono essenziali in diversi settori; facilitano il flusso di fluidi specifici o funzionano come elemento strutturale. Per ottenere i diversi profili di tubi curvi e angolati, vengono impiegati metodi di piegatura come la piegatura rotativa, a laminazione e a mandrino. 

La formabilità e la natura leggera delle leghe di alluminio consentono ai tubi di piegarsi senza alcun danno fisico o compromesso sulle proprietà. Questo articolo tratterà meccanismi, metodi, gradi di lega e calcoli riguardanti la piegatura dei tubi di alluminio. 

Quali leghe di alluminio sono adatte alla piegatura? Seleziona il materiale giusto 

Lega di alluminio piegata 

Se hai bisogno di parti o prodotti dalla piegatura di tubi in alluminio, è necessario scegliere il tipo di lega giusto, soprattutto in caso di grandi curvature e raggi di piegatura. Il motivo è che la qualità della piegatura dipende in larga misura dalla duttilità, dall'allungamento e dallo stato di trattamento termico del materiale di lavoro.

Di seguito sono riportati i gradi comuni di alluminio che possono essere utilizzati nei lavori di curvatura dei tubi;

lega 3003

Questo grado di alluminio contiene principalmente manganese come costituente principale della lega (dall'1 all'1.5%), insieme a rame, silicio e ferro in quantità minori. L'alluminio 3003 offre una moderata resistenza meccanica, un'eccellente formabilità e resistenza alla corrosione. È possibile piegare tubi in lega 3003 per coperture, parti architettoniche, serbatoi e persino alcune applicazioni di tubi chimici. 

lega 6061

Offre più resistenza del 3003 e ha una buona formabilità, ma la duttilità può essere aumentata con il trattamento termico di tempra. Sul mercato, puoi trovare direttamente leghe di alluminio 6061 trattate termicamente. Ad esempio, il 6061 T4 è la migliore forma temprata disponibile sul mercato per lavori di piegatura di tubi.

Le applicazioni sono molteplici, tra cui l'industria automobilistica, aerospaziale, edile, meccanica e nautica, più adatti alle elevate prestazioni rispetto al 3003.

( Leggi un confronto dettagliato con 3003 nell'articolo “Alluminio 3003 contro 6061, tutto dalla loro composizione e proprietà alle preferenze di applicazione) 

lega 5052

Questo grado offre anche più resistenza rispetto al 3003. La formabilità è elevata e resiste alla corrosione in atmosfere umide. Le sue applicazioni di piegatura di tubi sono comuni attrezzature marine, tubi idraulici e dispositivi medici. 

Lega di alluminio 5083

La caratteristica più sorprendente della lega di alluminio 5083 è il suo comportamento eccezionale per applicazioni ambientali estreme e ad alta resistenza. Mantiene un'elevata resistenza e un'ottima resistenza alla corrosione in ambito marino. Inoltre, fornisce un equilibrio tra resistenza meccanica e formabilità.

I tubi curvati in alluminio 5083 sono molto diffusi nella cantieristica navale, nei recipienti a pressione, nei veicoli automobilistici e nelle attrezzature industriali. 

Come scegliere la lega di alluminio giusta per la curvatura dei tubi?

Che si scelga prima la lega per fabbricare il tubo e poi piegarlo o direttamente i tubi in alluminio, ci sono alcune considerazioni da fare per trovare la soluzione giusta;

1. Identifica i requisiti della tua applicazione, come resistenza meccanica, tenacità, capacità di resistenza alla corrosione, formabilità, ecc.
2. Considerare lo spessore del materiale del tubo in base al raggio di curvatura desiderato per evitare crepe o altri indebolimenti strutturali.
3. Anche lo stato di rinvenimento è importante, ad esempio T4, T6, ecc. 
4. Se si producono grandi volumi, bisogna considerare anche la disponibilità sul mercato e le difficoltà della catena di fornitura. 

Come calcolare raggi di curvatura, curvatura e fattore K? Formule di piegatura dei tubi 

Per prevenire crepe, indebolimenti della resistenza e guasti sono necessarie variabili di progettazione e lavorazione precise, come diametro del tubo, raggi consentiti, forza di piegatura, spessore, ecc. Per trovare le variabili ottimali per la piegatura dei tubi in alluminio, vengono utilizzate diverse formule di piegatura dei tubi.

Per prima cosa, diamo un'occhiata alle terminologie di base attraverso uno schema che rappresenta il meccanismo di piegatura del tubo;

Curvatura tubi 

Arco di piegatura: La parte curva di un tubo dopo la piegatura

Linea centrale del tubo: La linea centrale immaginaria del tubo cilindrico

Raggio di curvatura: Angolo di piegatura del tubo, in riferimento alla linea centrale. 

Lunghezza della gamba: La I tratti rettilinei del tubo si estendono dalla curva. 

Diametro esterno (OD): Misurazione della larghezza esterna del tubo.

Diametro interno (ID): Misurazione sulla superficie interna del tubo, escluso lo spessore dal diametro esterno.

Dove; 

CLR = Raggio della linea centrale

OD = diametro esterno

DOB = Grado di curvatura (in gradi)

T = Spessore della parete

t = Distanza dalla superficie interna all'asse neutro

Inoltre, la differenza principale con calcolo piegatura lamiera è lo spessore e il raggio di curvatura. La piegatura dei tubi comporta geometrie cave e necessita di supporto durante l'applicazione della forza di piegatura, ma la piegatura delle lamiere si concentra sugli spessori delle lamiere solide. 

Quale metodo usano i macchinisti per piegare i tubi metallici?

Ci sono tre metodi chiave che ingegneri e macchinisti usano per piegare i tubi di alluminio: piegatura rotativa, compressione e piegatura a rulli. Diamo un'occhiata a come piegare l'alluminio tubing con questi tre metodi in breve;

1. Piegatura rotatoria

Piegatura rotativa del tubo 

Per la piegatura a trazione rotativa vengono utilizzate più matrici, mentre i mandrini vengono inseriti in base alle dimensioni e alla complessità della piegatura. Si tratta di serrare un tubo di alluminio su una matrice di piegatura applicando pressione con una matrice di pressione per guidare il tubo durante la piegatura. Di conseguenza, la matrice di pulizia elimina le pieghe nel punto di piegatura. Mentre la matrice di piegatura ruota, forma il tubo al raggio desiderato con precisione.

2. Piegatura a compressione 

Piegatura a compressione del tubo 

È un metodo più semplice e non necessita di un mandrino all'interno del tubo durante il processo di piegatura. Due matrici lavorano insieme per ottenere le piegature; una matrice fissa fornisce supporto al tubo e una matrice di compressione spinge il tubo lungo il corpo della matrice fissa tangenzialmente. 

Sebbene la piegatura a compressione non sia precisa quanto la trafilatura rotativa, può gestire raggi di curvatura più ampi e tubi di alluminio più spessi.  

3. Piegatura del tubo a rulli 

Curvatura a rulli del tubo

Il metodo di piegatura del tubo a rulli comprende tre rulli in una configurazione triangolare (tipicamente orientati verticalmente). I due rulli inferiori supportano e dirigono la curvatura di piegatura, mentre la pressione verso il basso dei rulli superiori curva il tubo nel raggio desiderato mentre passa. Viene utilizzato principalmente per piegare tubi di alluminio con ampi raggi e lunghezze di piegatura. 

Leggi di più: Piegatura di tubi e condotte: tipi di metodi, utensili e utilizzi

Piegatura di tubi quadrati in alluminio 

Curvatura tubo quadrato 

Piegare i tubi quadrati non è facile come piegare quelli cilindrici normali. Di solito si fa con una piegatubi a pressione progettata appositamente per i tubi quadrati. La piegatubi contiene una matrice che trattiene il tubo e i supporti dove viene applicata la forza all'estremità del tubo per la piegatura.

Un altro aspetto della piegatura dei tubi quadrati è il riscaldamento dei tubi per aumentarne la formabilità, in modo che possano essere piegati senza crepe o strappi ai bordi della linea di piegatura.

A volte, i macchinisti tagliano anche delle tacche nella posizione di piegatura dall'interno, se i tubi piegati non sono destinati ad applicazioni ad alto stress. 

Differenze tra piegatura di tubi e piegatura di lamiere 

La piegatura di lamiere e tubi sono approcci di fabbricazione diversi; piegatura lamiere prevede un'impostazione die-and-punch per piegare fogli di lavoro in parti complesse. Applicava tecniche come piegatura ad aria, piegatura dal basso, piegatura rotativa, coniatura, piegatura, ecc. 

Piegatura di tubi vs piegatura di lamiere 

Principalmente le presse piegatrici sono utilizzate per piegare lamiere, compresi i fogli di alluminio. Possono essere convertite in custodie, staffe, ecc. Inoltre, la piegatura della lamiera è più versatile e ha applicazioni distinte rispetto alla piegatura dei tubi. 

“Per soluzioni di piegatura avanzate con tolleranze strette, è possibile sfruttare servizio di piegatura lamiere da Boda. Le attrezzature interne e la manodopera esperta lavorano insieme per soddisfare i requisiti del tuo cliente fabbricazione di lamiere progetto."

Cos'è la formabilità? Come influisce sulla piegatura dei tubi? 

 La formabilità di qualsiasi metallo si riferisce alla sua capacità di essere convertito in varie geometrie senza alcuna crepa o strozzatura del materiale. Nella piegatura, una formabilità più elevata significa che il metallo può adattarsi a raggi di piegatura più stretti e geometrie di piegatura compatte.  

Le leghe di alluminio sono considerate materiali duttili, il che significa elevata formabilità, e i tubi possono subire deformazioni plastiche durante le operazioni di piegatura con qualsiasi difetto. Di conseguenza, la capacità di piegatura dipende dallo spessore e dal diametro del tubo. 

Altri materiali utilizzati nella piegatura dei tubi 

Oltre all'alluminio, anche altri tubi metallici possono essere piegati nella forma o curvatura desiderata, come ad esempio curvatura di tubi in acciaio inox, tubi di rame, tubi di bronzo, tubi di ottone, ecc. 

Sebbene per piegare questi tubi metallici si possano utilizzare gli stessi metodi e le stesse impostazioni, i parametri di lavorazione e la lubrificazione variano da uno all'altro.

• Acciaio inossidabile
• Acciaio legato
• Ferro
• Rame
• Ottone
• Bronzo

Questi tubi metallici hanno specifiche preferenze applicative: la piegatura dei tubi in acciaio inossidabile è più indicata per l'uso strutturale, mentre i piccoli tubi in rame e ottone trovano ampie applicazioni nei settori dell'elettronica, dell'elettricità e della medicina.

Applicazioni industriali per la piegatura di tubi in alluminio

Tubi di alluminio piegati

Le proprietà del materiale alluminio sono vantaggiose per vari settori: la piegatura dei tubi aiuta a realizzare diverse strutture e componenti nei settori automobilistico, architettonico, energetico, medico, ecc.

La tabella seguente illustra quali tipi di parti di prodotti vengono realizzate piegando tubi di alluminio nei diversi settori;

Riassumendo 

I tubi di alluminio vengono piegati utilizzando metodi diversi per produrre parti cruciali in tutti i settori. L'uso è vario, dai nostri sanitari ai componenti aerospaziali. Con le giuste procedure e considerazioni, puoi piegare i tubi cilindrici, quadrati e di altro tipo. Inoltre, le proprietà del materiale dell'alluminio influiscono anche sulla qualità della piegatura; è facile piegare una lega altamente duttile e formabile come la 3003. 

DOMANDE FREQUENTI

Come si piegano i tubi di alluminio?

Per piegare i tubi di alluminio si possono applicare tecniche diverse: rotativa, a pressione, laminazione, compressione e piegatura. In genere, i mandrini (barre solide o connessioni segmentate) vengono inseriti all'interno dei tubi di alluminio e piegati utilizzando una tecnica adatta.

Come piegare i tubi quadrati di alluminio? 

È possibile utilizzare una piegatubi con matrici progettate per tubi quadrati, che in genere trattiene il tubo e applica una pressione costante. Spesso, gli ingegneri preferiscono riscaldarli durante o subito prima dell'operazione di piegatura.

Qual è la regola pratica per piegare i tubi?

Una regola pratica per la piegatura dei tubi è "mantenere un raggio di curvatura minimo pari a due volte il diametro esterno e non superiore a 7 volte il diametro. " 

Qual è il raggio di curvatura minimo consigliato?

Il raggio di curvatura minimo consigliato per il tubo è 2 volte il suo diametro. Ad esempio, un diametro di 40 mm può essere piegato con un raggio basso come 80 mm.