Provare la resistenza dei tubi formati con prove di piegatura meccanica

Tubi in acciaio inox: una duttilità impressionante che garantisce resistenza e formabilità

La maggior parte dei tubi che produciamo presso Timeless Tube è in acciaio inossidabile per diversi motivi: è forte, flessibile e resistente alla corrosione, e consente una varietà di belle finiture. Rispetto ad altri materiali, l'acciaio inossidabile risulta il migliore in qualsiasi analisi dei costi del ciclo di vita, il che lo rende una scelta sostenibile.

Gli acciai inossidabili si comportano bene nelle prove di compressione e di carico assiale grazie alla loro notevole duttilità, ma sono più complessi degli acciai al carbonio. Fattori come la qualità dell'acciaio inossidabile e i processi di produzione utilizzati prima delle prove (come la formatura a freddo) influenzano la forma della curva sforzo-deformazione osservata nelle prove.  

Le prove di piegatura meccanica/carico assiale eseguite in condizioni controllate, combinate con anni di conoscenze registrate nella nostra officina, ci permettono di prevedere con sicurezza quali profili saranno strutturalmente solidi prima della realizzazione di una nuova dimensione o forma.

Questo articolo esplora due di questi test di piegatura meccanica, nonché i calcoli del raggio di curvatura tipico che utilizziamo per accertare quali "raggi di curvatura" i tubi sagomati possono sopportare prima di deformarsi quando è necessaria un'ulteriore piegatura durante la fabbricazione.

Test di deflessione meccanica per i profili sagomati di Timeless Tube

 Timeless ha dimostrato la resistenza dei nostri profili tubolari dalla forma unica, testando la deflessione dei tubi in acciaio inox 316/L lunghi 1 m quando una forza di 400 kg viene applicata al punto centrale del tubo su un'area di contatto di 50 mm contro l'asse maggiore del tubo.

Questo test di deflessione indipendente ha valutato gli effetti di una forza di carico assiale su ciascun profilo, utilizzando il tubo tondo come controllo. (Abbiamo testato la forza di carico assiale perché è probabilmente la forza più comune applicata ai nostri tubi, in applicazioni come corrimano, maniglie di porte e portabagagli ferroviari). Le varie curve sforzo-deformazione di ciascun profilo hanno mostrato diversi punti di deformazione in risposta al carico di compressione.

Questi esperimenti accuratamente controllati dimostrano che le nostre forme di profilo uniche superano le prestazioni del tubo tondo standard da cui sono formate, offrendo una maggiore resistenza e integrità. In effetti, il tubo ovale piatto e il tubo quadrato raggiato (a filo) sono risultati più resistenti del 54% rispetto al tubo tondo in questi test di deflessione.

 Per saperne di più su questi test di deflessione indipendenti.

‍

Prove di flessione a tre punti su sezioni cave ovali per giustificarne l'uso in applicazioni di ingegneria strutturale

 Il professor Leroy Gardner dell'Imperial College di Londra, insieme ai suoi colleghi, ha condotto test approfonditi sulla sezione cava ovale dell'acciaio inossidabile, utilizzando alcuni tubi ovali di grandi dimensioni, come il nostro 86x58x3 mm, tutti con un rapporto di aspetto di circa 1,5. I risultati ottenuti da Gardner e altri hanno contribuito a rendere possibile l'inclusione della sezione cava ovale come materiale strutturale valido nel Manuale di progettazione per l'acciaio inossidabile strutturale.

Nell'articolo del 2009 "Flexural behaviour of stainless steel oval hollow sections" di M. Theofanous, T. M. Chan e L. Gardner, sono state utilizzate tre dimensioni di tubi ovali di Timeless laminati a freddo e saldati con cuciture - 121x76x2mm, 121×76×3mm e 86×58×3mm - in prove di flessione a tre punti in piano per "includere una varietà di valori di snellezza della sezione e coprire una gamma di risposte strutturali". Le prove comprendevano una prova di flessione sull'asse maggiore e una sull'asse minore per ogni dimensione del tubo.

‍

I risultati hanno contribuito a cambiare le possibilità per gli ingegneri strutturali, in quanto hanno dimostrato che la sezione cava ovale può essere adottata in modo sicuro secondo gli stessi limiti di snellezza codificati per la sezione cava circolare in acciaio inossidabile, insieme ai diametri equivalenti proposti. Gli esperimenti controllati hanno evidenziato l'effetto del rapporto d'aspetto, della snellezza della sezione e del gradiente di momento sulla capacità di resistenza e deformazione. I risultati, combinati con le prove esistenti e con i test FE, sono una lettura convincente.

Per i calcoli che possono essere utilizzati dagli ingegneri strutturali per determinare con sicurezza quali sezioni cave ovali possono essere utilizzate in applicazioni strutturali, si veda il disegno 5.2 del Manuale di progettazione per l'acciaio inossidabile strutturale.

Curvatura a raggio per applicazioni su tubi  

In qualità di fabbricanti di tubi, ci viene spesso chiesto di piegare tubi per applicazioni diverse, dalle rotaie dei pulpiti delle imbarcazioni alle protezioni dei cerchi che circondano i grandi ventilatori dei film. A volte è possibile realizzare le curve richieste, altre volte sono troppo strette. (Quando le curve richieste sono considerate troppo strette, il nostro team di fabbricazione può spesso trovare altri modi per unire il tubo). 

Quando un tubo ovale deve essere piegato, utilizziamo calcoli basati su modelli matematici e sui nostri dati empirici per capire se il raggio della curva è possibile o se è troppo stretto. Se l'angolo di curvatura è troppo stretto, l'acciaio inossidabile supererà i suoi limiti elastici, causando grinze/pieghe o cesoiamenti.  

La curvatura sul piano A (curvatura sull'asse minore, ovvero in orizzontale) è sempre più facile di quella sul piano B (curvatura sull'asse maggiore, ovvero in verticale). Spesso si sente parlare di curvatura "difficile" e di curvatura "facile" nell'industria dei tubi.

Per la curvatura dei tubi utilizziamo metodi diversi a seconda del tipo di curva necessaria: una macchina a tre rulli per le curve ampie e una a raggio fisso per le curve più strette. Ogni strumento di curvatura a cui abbiamo accesso, realizzato specificamente per ogni dimensione di profilo, ha le proprie capacità di curvatura. A titolo indicativo, un tubo che deve essere piegato sul piano A o sul piano B utilizzando la piegatrice a raggio fisso avrà probabilmente bisogno di un raggio di mezzeria minimo pari a 2,75 volte la dimensione dell'asse. Tuttavia, il raggio centrale minimo varia a seconda delle dimensioni e della forma del profilo.

Anche la sperimentazione dello spessore delle pareti del tubo è importante per ottenere la curvatura ottimale. Un maggiore spessore della parete del tubo richiede una forza maggiore per ottenere la curva desiderata, ma significa che il tubo è meno soggetto a collasso rispetto a un tubo con uno spessore più sottile.

‍

Sperimentiamo nuovi profili per testare le loro capacità di piegatura, come il nuovo arrivato, il rettangolo raggiato. Il profilo rettangolare fotografato, di dimensioni 58x34x1,5 mm, è stato sottoposto a una macchina a triplo rullo per vedere fino a che punto era possibile piegarlo prima che si verificasse un'incrinatura.

In realtà, anche senza consultare le tabelle dei raggi di curvatura delle linee centrali, i nostri esperti costruttori sono in grado di capire molto rapidamente dai disegni tecnici se le curve sembrano realizzabili. Se avete esigenze di piegatura , parlate con il nostro team per discutere di ciò che è possibile fare per la vostra applicazione.

‍

‍