¿Rotura de tubo? Puede que su herramienta de doblado no sea el problema

La semana pasada fui al sitio para ayudar a un nuevo cliente que estaba tratando de configurar una nueva pieza en su dobladora de tubos.

La empresa tenía un nuevo conjunto de herramientas de doblado, pero había luchado durante semanas para fabricar piezas buenas. Desafortunadamente, después de analizar la aplicación y el material, determinamos que no era probable que el cliente tuviera éxito sin cambiar su plan.

Entonces, ¿qué sucedió y cómo podría haberse evitado el problema?

Preguntas para una aplicación difícil

Aunque parecía un proyecto bastante simple, esta parte era difícil de doblar. El tubo es rectangular, la pared es bastante delgada y el radio de curvatura es muy estrecho. Además, la pieza final debe mantener su forma a lo largo de la curvatura y no tener marcas de herramientas porque es una pieza visible de un ensamblaje final que va a un mercado minorista.

“Dados los parámetros de un proyecto, se trata de algo más que simplemente diseñar y construir un conjunto de herramientas”, dijo Scott Mitchell, presidente de OMNI-X. “Se debe utilizar una máquina con las capacidades correctas, y se debe seleccionar un material con propiedades que permitan darle la forma deseada”.

Mitchell proporcionó una lista de siete preguntas que deben responderse antes de fabricar un conjunto de herramientas de doblado:

1. ¿Cuál es el material? La mayoría de los materiales tienen un conjunto de especificaciones que pueden ayudar a definir los requisitos de la forma de una pieza.
2. ¿Cuáles son las dimensiones nominales? Estas incluyen el diámetro exterior, el espesor de la pared y la forma del tubo. Si se utilizan tubos cuadrados o rectangulares, también se necesitan los radios de las esquinas.
3. ¿Cuál es el grado máximo de curvatura para la forma de la pieza?
4. ¿Hay restricciones de calidad? Estos pueden incluir la ovalidad permitida, la tolerancia del radio, el adelgazamiento de la pared exterior o preocupaciones estéticas y cosméticas.
5. ¿Hay impresiones de piezas disponibles? La forma final de la pieza ayuda a determinar las restricciones que pueden afectar el diseño de la herramienta. Cosas como la distancia entre las curvas determinarán la longitud máxima de un conjunto de abrazaderas para sujetar la pieza.
6. ¿Cuáles son los detalles de la máquina? Obtenga especificaciones detalladas sobre su dobladora. La marca y el número de modelo no siempre brindan suficientes detalles sobre las verdaderas capacidades de la máquina.
7. ¿Cuáles son los detalles de la aplicación? La información como el volumen de producción, los procesos previos o posteriores al doblado y otros detalles pueden desempeñar un papel importante en la forma en que se diseñan las herramientas.

Mantenerse comprometido con su socio de herramientas es increíblemente importante para el proceso de cotización y diseño”, dijo el propietario de Tube Form Solutions, Jeff Jacobs. “A menudo tenemos clientes que necesitan precios presupuestarios de inmediato. Sin embargo, cuando el proyecto avanza, a menudo se sorprenden del nivel de detalle necesario para asegurarse de que tendrán éxito en la producción.

“Proporcionamos una lista de verificación muy detallada que nos ayuda a asegurarnos de que tenemos toda la información necesaria para crear un diseño que no solo sea capaz de doblar sus piezas, sino que se ajuste a la máquina que pretenden usar”.

Jacobs señaló que algunas dobladoras de tubería que se utilizan actualmente para la producción regular han estado en servicio durante 40 años o más. “Es bastante raro encontrar una de esas máquinas que no haya sido modificada o rediseñada de alguna manera”.

Definiendo el problema

Entonces, ¿cuál fue el problema con el proyecto en el que estuve la semana pasada? El material es un rectángulo de 1.50 x 0.75 pulgadas con un espesor de pared de 0.056 pulgadas que se dobla de la manera más fácil en un radio interior de 1.25 pulgadas. Esto equivale a un radio de la línea central de 1.625 pulgadas. Por necesidades estéticas, se diseñó un mandril para soportar el interior de la pieza. Se envió un tubo de muestra al fabricante de herramientas para diseñar un mandril, asegurándose de que encajara dentro del tubo y en los radios interiores, con una tolerancia estrecha. El mandril fue diseñado con tres bolas para soportar una curvatura de 90 grados.

La máquina que se utilizaba era una dobladora rotativa hidráulica de un solo eje. Aunque se sujetaba con mucha fuerza hidráulica, el dado de presión fue diseñado para seguir solo, sin fuerza de refuerzo. El retorno del dado de presión a su posición original se logró por gravedad utilizando un cable dirigido a través de una serie de poleas con un peso suspendido en el extremo.

En producción, el tubo se rompió casi inmediatamente después de que comenzó a doblarse. Si el tubo no se rompía inmediatamente, los eslabones de las bolas del mandril se romperían, dejando la pieza muy deformada.

Buscando una solución

Después de que llegué y con las herramientas en un banco, traté de ensamblarlas alrededor de un tubo de muestra y descubrí que no podía enganchar completamente las abrazaderas con la mano. Algunas mediciones rápidas determinaron que el tubo estaba justo a 0.010 pulgadas sobre la dimensión nominal de 1.50 pulgadas, pero las herramientas fueron diseñadas para que esto sea ligeramente inferior a la nominal. Debido a esto, con las herramientas en la máquina, solo el hecho de sujetar deformaba la pared del tubo antes de que comenzara a doblarse.

Afortunadamente, el dado curvo tenía un diseño de dos piezas y la parte superior se podía levantar con un par de cuñas, lo que permitía que las herramientas se juntaran sin deformar el tubo.

Desafortunadamente, incluso con este logro, todavía no hubo una mejora real en el doblado.

Le pregunté al personal si tenían especificaciones sobre el material que se estaba doblando. Pudieron proporcionar una copia de la factura del pedido de materiales, pero no tenían las especificaciones completas de los materiales ni las hojas de datos. Con algunas llamadas telefónicas rápidas e investigación en Internet, descubrí que la especificación de dimensiones para el material es bastante amplia: +/- 0.010 pulgadas en la dimensión de 1.5 pulgadas. Resultó que la muestra enviada para el diseño de la herramienta estaba en el extremo inferior de esa tolerancia, y el material que se doblaba estaba en el extremo superior de la tolerancia.

Sin embargo, el gran problema era la elongación, la medida utilizada para describir cuánto se puede estirar un material determinado antes de fallar. Se expresa como un porcentaje y es un valor útil para determinar la plasticidad de una pieza de tubería.

La elongación necesaria para doblar una pieza se puede estimar mediante una fórmula simple: radio exterior/radio de la línea central: 1. En este caso, el radio de la línea central de la pieza que se está doblando era de 1.625 pulgadas y el radio exterior de 2.00 pulgadas:

2.0/1.625 = 1.23

1.23 – 1 = 0.23

Por lo tanto, esta parte requirió aproximadamente un 23% de elongación. Sin embargo, la especificación de elongación para el material que se utilizaba era del 15%.

A veces, una pieza se puede doblar a una forma que requiere más elongación que la que especifica el material si la dobladora tiene impulso seguidor (a menudo denominado asistente de presión de dado o PDA).

La acción de un PDA fuerza más material hacia el radio exterior de la parte doblada y esto puede ayudar a superar las limitaciones de elongación en un par de puntos porcentuales. Algunas dobladoras también pueden tener la capacidad de empujar desde detrás del tubo con un carro, lo que también permite que una pieza se doble a una forma que exceda la cantidad de elongación en unos pocos puntos porcentuales. La longitud de agarre y el diseño de la abrazadera también pueden ayudar un poco al reducir la distancia que se deslizan las abrazaderas sobre el tubo.

Sin embargo, la máquina que se utilizó para esta pieza no tenía ninguna de estas opciones, e incluso si las tuviera, la diferencia entre la elongación del material y la elongación requerida probablemente sería demasiado para superar. Actualmente, las únicas opciones reales del cliente son volver al proveedor del material y encontrar un metal que se pueda doblar alrededor del radio requerido o cambiar el diseño de la pieza.

Recursos fácilmente disponibles

Hay docenas de factores que intervienen en la aplicabilidad de las herramientas de doblado y los requisitos de la máquina para determinar si una pieza se puede fabricar con una máquina específica y un material específico. Hemos recopilado una lista de fórmulas que usamos regularmente para el diseño y la fabricación de herramientas de doblado y nos complace compartirla.

Además, la mayoría de los fabricantes de herramientas de doblado están ansiosos por compartir información de doblado con cualquiera que lo desee, ofreciendo calculadoras de mandril gratuitas y otra información a través de sus sitios web.