Curvatura e calandratura: le origini
L’impiego della curvatura e della calandratura del tubo metallico, che sono tecniche di deformazione a freddo, viene fatto comunemente risalire al novecento, quindi un secolo fa.
I tubi in acciaio curvati e calandrati venivano impiegato in settori quali l’edilizia, l’agricoltura e l’arredamento. Queste tecniche permettevano di curvare e lavorare i tubi in modi che, fino al loro avvento, erano impensabili.
Si pensi ad esempio ai telai delle macchine agricole, ai rimorchi delle macchine forestali, ai numerosi impieghi nella carpenteria leggera e pesante.
E’ solo grazie allo sviluppo delle tecniche di curvatura e calandratura che il tubo in acciaio ha trovato un così ampio impiego nella moderna produzione industriale.
Nascono così anche le prime aziende produttrici di macchine curvatubi e calandratubi per la deformazione a freddo del tubo. Inizialmente le lavorazioni possibili con questi macchinari erano limitate ai tubi tondi in acciaio, mentre macchinari moderni permettono di curvare e calandrare anche tubolari quadri, rettangolari e profili.
Nonostante queste macchine esistano ormai da quasi un secolo, una forte richiesta sul mercato del tubo in acciaio per “nuovi impieghi” che richiedevano queste lavorazioni, si è avuta solamente alla fine degli anni ’70.
Alla richiesta del mercato è conseguito lo sviluppo delle aziende specializzate nella curvatura e calandratura del tubo, tra cui Tecnocurve. In oltre 25 anni di storia siamo diventati un fornitore altamente specializzato e apprezzato per la sua affidabilità, cosa che ci ha permesso di annoverare clienti ormai in quasi tutto il mondo.
Curvatura del tubo metallico: che cos’e’?
Per curvatura si intende sostanzialmente una deformazione di un tubo o di un profilo con un raggio di curvatura relativamente stretto che in rapporto al diametro del tubo può variare da un minimo di 1,5 volte il Ø tubo, ad un massimo di 5 volte. La curvatura del tubo in metallo viene fatta con speciali macchinari chiamati, per l’appunto, curvatubi. Al tubo metallico viene impressa la forma della matrice di curvatura precedentemente installata sulla macchina curvatubi.
L’aspetto più difficile della curvatura del tubo metallico è il contenimento delle deformazioni.
Queste si verificano inevitabilmente in ogni tubo metallico, quando viene curvato meccanicamente.
Queste deformazioni modificano il tubo solamente nell’area in cui viene curvato, in particolare nella parte interna e nella parte esterna della curva, come è possibile vedere nella seguente immagine illustrativa.
L’intradosso, evidenziato dalla parte rossa, corrisponde alla parte interna della curva ed è una zona soggetta a tensioni di compressione dovute alla differenza di sviluppo lineare tra il raggio medio e il raggio interno. Questo comporterà nei casi più critici un “accartocciamento” del materiale e si evidenzieranno delle grinze più o meno evidenti sul tubo in acciaio.
La parte gialla, chiamata estradosso, è soggetta invece a tensioni di trazione, o di allungamento, che comportano un assottigliamento dello spessore del tubo in acciaio a seguito della sua curvatura.
L’asse neutro è invece uno stato privo di tensioni che non si trova, come si potrebbe ipotizzare, nella zona mediana del tubolare, ma, equilibrando lo stato tensionale del pezzo, solitamente tende a spostarsi nella zona interna della curva, verso l’intradosso.
I fattori da tenere in considerazione per migliorare la qualità della curvatura di un tubo di acciaio sono:
- Rapporto tra raggio medio di curvatura e diametro/spessore del tubo
- Allungamento del materiale
- Ritorno elastico
- Estetica
Curvatubi
Per deformare i tubi, sia in acciaio che in alluminio, si utilizzano delle speciali macchine curvatubi. Questi macchinari hanno un funzionamento prevalentemente elettromeccanico. Grazie al progresso tecnologico, le moderne macchine curvatubi utilizzano la tecnologia FULL ELECTRIC, che che permette di velocizzare la produzione e di migliorare la ripetibilità dei particolari curvati, garantendo contemporaneamente margini minimi di errore, anche su quantitativi molto elevati.
Quali tubi d’acciaio possiamo curvare?
Tecnocurve ha nel suo parco macchine 10 curvatubi, delle quali 3 con tecnologia FULL ELECTRIC di ultima generazione ed ha la possibilità di curvare le seguenti tipologie di materiale:
- Tubi tondi da Ø 4 a Ø139,7
- Tubolari quadri/rettangolari con sezioni che vanno da 10×10 mm fino a 120×120 (anche 150×100)
- Profili vari
Attrezzatura necessaria per la curvatura del tubo
Attrezzare una curvatubi, sia essa a funzionamento meccanico o CNC, comporta un attrezzaggio comune che consiste solitamente nelle seguenti componenti:
- Matrice di curvatura
- Flangia (solo per tubolari quadri e rettangolari)
- Morsa
- Contromorsa
- Mandrino fisso o snodato (in base alla difficoltà della curva)
- Slitta
- Controslitta (solo per curve di difficile esecuzione)
Calandratura del tubo: che cos’e’?
La calandratura del tubo è una lavorazione con cui si ottiene la sua deformazione a freddo con raggi di curvatura più ampi e teoricamente che vanno da 5 volte la sezione del tubo a infinito. Per effettuare questo processo vengono utilizzati macchinari chiamati calandre.
Il tubo di acciaio viene fatto passare attraverso una terna di rulli che, mediante una o più passate (in base alla difficoltà di piegatura), forma un arco con il raggio di curvatura richiesto. La calandratura del tubo è una lavorazione normalmente più semplice della curvatura.
La particolarità di questa lavorazione meccanica è la possibilità, con un unico attrezzaggio macchina, di ottenere più raggi di curvatura su un solo tubo, permettendo la creazione di geometrie complesse, a raggio variabile.
Lo svantaggio della calandratura consiste nel fatto che una calandra, per poter avere una presa utile ad iniziare il processo di calandratura, ha bisogno, all’inizio e alla fine del tubo, di un tratto di materiale aggiuntivo. Questo determina un aumento della quantità totale del metallo necessarie per calandrare il tubo.
Calandra
La calandra è un macchinario caratterizzato dalla presenza di tre alberi, su ognuno dei quali viene inserito un rullo avente la sagoma del tubo, del tubolare o del profilo che si vuole curvare.
Ha un funzionamento idraulico, ma le moderne calandre digitali sono dotate di uno schermo per la lettura dei dati e misurazioni. E’ possibile inoltre eseguire le lavorazioni del tubo sia in modalità manuale che automatica. La velocità degli alberi è regolabile, così come anche la distanza tra i rulli.
Quali tubi di acciaio possono essere calandrati?
Di calandre ne esistono di vari tipi, in grado di piegare i più svariati diametri. Tecnocurve ne ha nel proprio parco macchine 5. Con queste vengono lavorati:
- Tubi tondi da Ø11 mm a Ø154 mm
- Tubi quadrati/rettangolari con sezione da minimo 6×6 mm a 150×100 mm
- Profili vari
Attrezzatura necessaria per la calandratura del tubo
La calandratura è un processo di lavorazione del tubo più semplice della curvatura, che non richiede l’impiego di molte attrezzature. Bastano infatti solo tre rulli appositamente sagomati per ogni sezione di tubo o profilo in acciaio, attraverso i quali viene fatto scorrere per dare la deformazione a freddo desiderata.
In caso di profili “aperti” invece le soluzioni sono due:
- Fare rulli appositi che seguano la sagoma del profilo (generalmente per profili complessi in alluminio).
- Produrre tasselli in nylon che, abbinati al profilo da calandrare, ne simulino uno chiuso simile ad un tubolare.
Per sezioni di tubo più difficile da sagomare, dove l’estetica può venire compromessa, vengono usate invece le microsfere. Non sono una vera e propria attrezzatura ma una polvere formata appunto da microsfere, che va inserita nel tubo da calandrare fino a riempirlo; una volta riempito e chiuso le estremità si potrà procedere alla calandratura del particolare evitando così che si creino deformazioni importanti. Questa procedura, visto il tempo che si impiega per attuarla sarà sicuramente più costosa.
Quali materiali si possono curvare e calandrare?
I tubi metallici che vengono curvati e calandrati sono normalmente i seguenti:
- Tubi in acciaio
- Tubi in acciaio inox
- Tubi in alluminio
Più raramente vengono curvati e calandrati tubi e profili nelle seguenti leghe metalliche:
- Tubi in titanio – specialmente nel settore automobilistico.
- Tubi in ottone – in sottili piatti o quadri pieni che solitamente vengono utilizzati nel settore illuminazione.
Curvare o calandrare?
Come abbiamo visto in precedenza, la differenza più importante tra curvatura e calandratura è il raggio di curvatura – stretto o largo – del tubo. La seconda differenza è che solo con la calandratura è possibile curvare lo stesso tubo di metallo con raggi di curvatura diversi. In questo senso si parla anche di raggio di curvatura variabile.
Per avere un idea più precisa di quale sia il raggio minimo di calandratura, si deve moltiplicare per cinque il diametro del tubo. Se, ad esempio, il diametro del tubo è Ø50 mm., il raggio di calandratura minimo è di 250 mm. Per ottenere un raggio di curvatura del tubo inferiore a questo valore sarà necessario curvare il tubo con una macchina curvatubi CNC.
Il raggio minimo di curvatura, si calcola con una apposita formula che restituisce un coefficiente che, se superiore ad un certo valore, determina la fattibilità della curvatura per un determinato raggio.
Nella curvatura dell’acciaio, l’utilizzo di attrezzature specifiche contribuisce alla qualità del tubo curvato , soprattutto nei casi in cui il coefficiente sopraccitato sia al limite della producibilità.
È possibile curvare e calandrare lo stesso tubo?
Calandratura e curvatura sono lavorazioni del tubo che possono essere combinate. Talvolta alcuni progetti richiedono l’utilizzo di entrambe queste tecniche.
Si pensi ad esempio ai profili in acciaio che interessano le cabine delle macchine agricole. La loro forma spesso richiede sia la curvatura che la calandratura. Altri casi in cui è possibile trovare questo abbinamento si ha nel settore fitness dove i manici che consentono di utilizzare gli attrezzi ginnici risultano avere entrambe le lavorazioni.
Mentre però in passato le componenti del tubo metallico venivano curvate e calandrate separatamente, quindi successivamente saldate, oggi le lavorazioni avvengono in un unico procedimento, senza ricorrere alla saldatura del tubo. In questo modo si riduce il processo produttivo e si evita il rischio di cricche in prossimità delle giunzioni.
Questo tipo di combinazione può essere fatta eseguendo prima la curvatura su un macchinario e la calandratura su un altro, oppure, con un’unica macchina curvatubi CNC.
Con le moderne curvatubi CNC è possibile montare sia l’attrezzatura della curvatura, sia quella della calandratura.
In tal modo si possono realizzare geometrie complesse riducendo sia le tempistiche relative alla preparazione di due macchine.
Tecnocurve dispone di numerose attrezzature di curvatura e calandratura in grado di eseguire quasi tutti i raggi di curvatura del tubo richiesti per le diverse applicazioni industriali. Dove le matrici non fossero disponibili, è possibile realizzare internamente le attrezzature necessarie. Per farlo Tecnocurve dispone di un tornio a controllo numerico LA-250ML della Talisawa e di due centri di lavoro CNC V8 di casa Akira.
