Differenze, materiali e utilizzi finali per profili, tubolari e tubi nel mondo della deformazione a freddo.
La curvatura e la calandratura di tubi, tubolari e profili metallici sono attività che tradizionalmente rientrano nell’industria metallurgica. Si tratta del settore della lavorazione dei metalli che si occupa della loro deformazione per mezzo di tecniche di curvatura e calandratura.
Alla fine degli anni ottanta le richieste del mercato erano per lo più limitate alla curvatura di particolari la cui sezione era molto semplice: si trattavano quasi sempre tubi (tondi) o tubolari (quadrati).
Con il passare del tempo il mercato è divenuto più esigente. Da un lato, il numero delle applicazioni industriali in cui vengono impiegati tubi e profili metallici si è notevolmente ampliato negli ultimi decenni. Dall’altro, tubolari, tubi e profili, che di per sé sono elementi strutturali, hanno iniziato ad essere impiegati dai progettisti di tutto mondo anche come elementi di design.
Conseguenza di ciò sono state:
- Maggiore attenzione alla lavorazione delle superfici dei profili e dei tubi
- Ampliamento delle forme geometriche e dei raggi variabili di curvatura
- Maggiore complessità dei disegni tecnici
A fronte di ciò è emersa parallelamente, soprattutto a causa della competitività allargata del “mercato globale”, la necessità di una forte riduzione dei tempi di produttività.
L’avvento delle macchine CNC, del LASER TUBE e dei software 3D
Le innovazioni richieste dal progresso industriale sono state possibili solo grazie allo sviluppo di nuove tecnologie, macchinari ed attrezzature che hanno rivoluzionato i processi e le tecniche di curvatura e calandratura.
Negli ultimi trent’anni questo particolare settore dell’industria metallurgica è stato infatti oggetto di una continua evoluzione, resa possibile, in particolar modo, grazie all’innesto dell’elettronica nei processi produttivi.
Pensiamo ad esempio all’introduzione delle macchine a controllo numerico (CNC) ed in seguito all’avvento dalla tecnologia che ha permesso il taglio laser dei metalli. Più recentemente sono stati introdotti i software 3D, grazie ai quali è possibile determinare, già in fase di progettazione, le criticità del processo di deformazione dei tubolari metallici.
Un esempio concreto
La cabina dei trattori inizialmente veniva realizzata con tubi tondi o quadri curvati. Si trattava di una lavorazione semplice, come semplice lo era la forma geometrica della cabina. Il progresso industriale dell’ultimo ventennio ha portato alla sostituzione dei tubi con profili speciali curvati.
Questi profili, normalmente in acciaio, oltre a conferire alle cabine un aspetto estetico decisamente più moderno, hanno permesso di realizzare la sagomatura della cabina. L’innesto dei profili speciali in acciaio in luogo di tubi e tubolari ha comportato diversi benefici:
- assemblaggio del profilo con il vetro e la porta
- aumento della qualità del prodotto finito
La lavorazione di profili speciali per cabine di macchine agricole è uno dei più importanti settori di attività della nostra azienda.
La produzione di questi profili è stata possibile solo grazie all’innesto di macchinari di piegatura a controllo numerico che garantiscono un maggiore precisione della curvatura ed una significativa riduzione dei tempi del processo produttivo.
Per svolgere l’analisi di fattibilità della lavorazione a disegno utilizziamo software 3D all’avanguardia: ci aiutano a individuare eventuali criticità e ad individuare anticipatamente (rispetto al processo di produzione) le soluzioni necessarie.
Infine, l’introduzione del laser tube ci ha consentito di ampliare le lavorazioni del profilo e di accelerare ulteriormente il processo produttivo: grazie alla tecnologia laser, fori, asole e tagli inclinati vengono realizzati, ogni volta in cui ciò sia possibile, precedentemente alla curvatura dei tubi (pre-foratura).
Tubo, tubolare, profilo: qual’è a differenza?
La terminologia tecnica è importante, per cui occorre prima di tutto sgombrare il campo e spiegare quale sia la semplice ma sostanziale differenza tra un tubo, un tubolare ed un profilo:
- Tubo: materiale con sezione tonda
- Tubolare: materiale con sezione quadrata o rettangolare
- Profilo: materiale con una particolare geometria della sezione, differente a quella tonda, quadrata o rettangolare.
Tubo
Tubolare
Profilo
Tubi e tubolari
Spesso i termini tubo e tubolare vengono utilizzati come sinonimi.
Visto il loro maggiore utilizzo rispetto ai profili speciali, tubi e tubolari (nelle diverse leghe metalliche) sono più facilmente reperibili sul mercato. Oltre a ciò, la loro produzione è più semplice rispetto a quella dei profili metallici. Ne deriva che anche il loro costo di approvvigionamento è molto inferiore rispetto ai profili speciali.
Il costo viene solitamente indicato per €/mt (le verghe vengono fornite con lunghezza di 6 o 12 metri) e varia solitamente in base a questi fattori:
- Tipo di lega metallica
- Diametro del tubo (sezione esterna per i tubolari)
- Spessore
- Saldatura (se presente o meno)
Se i primi tre fattori del costo sono probabilmente chiari anche ai meno esperti, il fattore di costo legato alla saldatura del tubo merita forse un’ulteriore precisazione.
Tubo con saldatura
La produzione di un tubo con saldatura inizia da una coils (bobina), che viene prima tagliata longitudinalmente e a cui consegue la formatura tramite coppie di speciali rulli; a seguire viene eseguita la saldatura longitudinale, che a produzione terminata, sarà ben visibile all’interno del tubo.
Tubo senza saldatura
Un tubo senza saldatura è oggetto di un processo di produzione particolare che avviene tramite laminazione, a caldo o per estrusione (o per mezzo di una combinazione di entrambi i processi).
I tubi senza saldatura sono più costosi rispetto a quelli con saldatura. Ciò dipende dal fatto che la loro lavorazione è più difficile. A fronte del maggior costo, offrono però un importante vantaggio: sono privi di punti critici.
Per questo motivo, i tubi non saldati vengono sempre impiegati negli impianti in cui è fondamentale che non ci siano perdite: ad esempio quando nel tubo vi è passaggio di gas o liquidi, oppure in settori dove il tubo o tubolare deve offrire una maggiore resistenza per motivi di sicurezza, come nel caso degli impianti di risalita.
Tubi e tubolari curvati vengono impiegati in molteplici settori industriali, di cui ora ricordiamo solo i principali:
- Impianti industriali (ad es. impianti a gas, alimentari)
- Carpenteria leggera e pesante
- Costruzione macchine agricole (ad es. trinciatrici e falciatrici terzi punti)
Esistono anche tipologie di tubi e tubolari “pieni”, non cavi al loro interno. Più pesanti e costosi rispetto ai cavi, sono molto meno utilizzati nei settori industriali sopraccitati.
Essendo pieni, è molto più difficile curvarli perché offrono una maggiore resistenza alla piegatura.
Profili speciali
I profili speciali (in acciaio, acciaio inox o alluminio) sono caratterizzati dalla loro sezione, aperta o chiusa, e dalla loro particolare forma geometrica. Quest’ultima, chiamata ulteriormente sagoma, viene progettata per conferire al prodotto finito un maggiore valore estetico (come elemento di design), oppure per delle applicazioni speciali.
L’immagine sottostante (Fig. 1) mostra un profilo (di colore blu) che viene utilizzato per la produzione di cabine per mezzi agricoli. Questo profilo riveste un’importante funzione strutturale: viene sfruttato per incollare, su un lato del profilo, il vetro della cabina, mentre sull’altro (in colore giallo), viene incollata la struttura della porta. Su quest’ultimo viene incollato, come si può vedere chiaramente dall’immagine sottostante, un altro vetro.
Il costo dei profili speciali è più elevato a causa della complessità del processo di sagomatura: servono degli stampi speciali per le linee di produzione. Tecnocurve ha ottenuto in concessione esclusiva l’utilizzo di quattro profili che può fornire liberamente ai clienti che ne facciano richiesta. Il nostro obbiettivo è di aiutare anche i piccoli produttori che avrebbero altrimenti difficoltà a svolgere la sagomatura o a procurarsi il profilo speciale finito.
CAB 1
CAB 2
CAB 3
Questi tre profili speciali sono in acciaio e vengono curvati per la realizzazione di fianchi che compongono la cabina di protezione del conducente di macchine cabinate agricole e industriali: spazzatrici industriali, trattori, macchine movimento terra, mezzi di risalita, carrelli elevatori.
Principali settori industriali di applicazione dei profili speciali:
- Profili per cabine
- Serramenti
- Arredamento (navale, civile)
- Illuminazione
Leghe metalliche
Il metallo di cui sono fatti tubi, tubolari e profili, è uno degli aspetti che maggiormente influiscono sulla loro lavorabilità: ciò vale in particolar modo per la curvatura.
Le principali leghe metalliche dei tubi impiegate nell’industria sono:
- Acciaio: S235, S355, E235
- Acciaio inox: AISI 304, AISI 316
- Alluminio: 6060, 6061
Tubi in acciaio e acciaio inox
La differenza sostanziale tra l’acciaio e l’acciaio inox è fondamentalmente dovuta alla quantità di cromo presente nella lega. L’acciaio viene prodotto con una quantità di Cromo minima, il che lo rende soggetto alla ruggine e al deterioramento dovuta all’esposizione agli agenti atmosferici (aria, umidità, acqua). Nell’acciaio inox al contrario si forma una pellicola che lo salvaguarda dalla corrosione, sia interna che esterna.
Tubi e tubolari d’acciaio inox vengono inoltre impiegati anche nel settore alimentare e igienico-sanitario in quanto è di facile pulitura.
Tubi in alluminio
Completamente differente da questi è invece l’alluminio. L’allungamento percentuale di questo metallo è il principale fattore da tenere in considerazione quando si deve valutare la fattibilità della curvatura di un tubo in alluminio.
Solo grazie alla preventiva determinazione delle caratteristiche della lega d’alluminio di cui è composto possiamo assicurare la buona riuscita della curvatura ed evitare rotture e deformazioni superiori alle tolleranze previste dal progetto.
Tubi e profili in alluminio vengono impiegati soprattutto per la loro leggerezza (hanno con un peso nettamente inferiore all’acciaio) e vengono pertanto utilizzati nell’industria automobilistica, aeronautica e aerospaziale, ma anche per la produzione di telai di biciclette.
La scelta della lega metallica in alluminio dipende dal suo particolare impiego industriale. Grazie all’esperienza maturata in oltre venticinque anni, forniamo ai nostri clienti una consulenza professionale anche sulla scelta della lega metallica. Questo ci permette di ottenere risultati davvero ottimali sul prodotto finito.
Differenza tra curvatura e calandratura
Curvatura e calandratura sono due tecniche diverse di lavorazione di tubi e profili metallici. La principale differenza che li contraddistingue è il raggio di curvatura.
La curvatura viene eseguita con una particolare macchina, la curvatubi, con cui viene impressa una deformazione assiale fissa al tubo da piegare, derivante dal raggio dello stampo (matrice).
Nella calandratura, invece, si utilizzano invece dei macchinari speciali, le calandre, provvisti di rulli al cui interno vengono fatti scorrere tubi, tubolari e profili di varia dimensione, forma e sezione. Grazie alla calandratura è inoltre possibile applicare alla sagoma di uno stesso pezzo raggi di curvatura diversi (più ampi rispetto alla curvatura). Si parla in tal caso di raggio variabile. La calandratura è quindi quella lavorazione che consente di creare forme geometriche particolari sul profilo metallico.
Curvatura
Calandratura
Il raggio di curvatura
Come abbiamo visto, quando parliamo di curvatura di tubi (o profili metallici) uno degli aspetti più importanti da considerare è il raggio di curvatura.
Non tutti i tubi si possono essere curvati con lo stesso raggio di curvatura. Ciò dipende essenzialmente da due fattori: la grandezza della sezione e lo spessore. Questa variazione è determinata dal coefficiente di fattibilità (K) ottenuto dal prodotto del raggio medio (Rm) per lo spessore (sp) diviso per il diametro del tubo (Ø) al quadrato.
Per i tubolari il divisore sarà il prodotto di base per altezza (bxh), secondo la seguente formula:
La determinazione del coefficiente K è fondamentale per l’analisi della fattibilità della curvatura del tubo e del grado di difficoltà della lavorazione.
Il raggio di curvatura di un tubolare piegato è sempre riferito all’asse medio della curva ed è un dato importante in fase di studio di fattibilità: ciò in quanto ci aiuta a determinare la lunghezza teorica di una curva (Lcurva).
La formula per calcolare tale lunghezza è la seguente:
Deformazione del tubo a freddo e a caldo
Dobbiamo infine compiere un’ulteriore specificazione sulle metodologie di curvatura di tubi, tubolari e profili, partendo dal concetto di base che la curvatura è una lavorazione che ne comporta una deformazione.
La loro deformazione può avvenire a freddo oppure a caldo.
Nella deformazione a freddo, lavorazione in cui Tecnocurve è specializzata, il processo di piegatura avviene a temperatura ambiente. La lavorazione in questo caso avviene mediante l’inserimento dei tubi (tubolare o profilo) nelle macchine curvatubi o nelle calandre.
La deformazione a caldo è un processo molto più complesso e costoso, che permette di realizzare raggi di curvatura molto stretti su tubi e tubolari di diametro molto grande. In questo caso la curvatura non può essere realizzata con un macchinario standard e una matrice a raggio fisso come quelli sopraccitati.
Il procedimento di deformazione a caldo può essere svolto solo con attrezzature, macchinari e tecniche particolari. È una tecnica di curvatura molto più costosa e difficile rispetto a quella che si ottiene con la deformazione a freddo. I prodotti deformati a caldo vengono impiegati in particolar modo nel settore petrolifero e navale.
