Het aantonen van de sterkte van gevormde buizen met behulp van mechanische buigtests

Roestvrij stalen buizen: indrukwekkende vervormbaarheid die zorgt voor sterkte en vervormbaarheid

Het grootste deel van het buizenstelsel dat wij bij Tijdloze Buis vervaardigen wordt gevormd van roestvrij staal om verscheidene redenen; het is sterk, buigzaam en corrosiebestendig, en staat voor een verscheidenheid van mooie afwerking toe. Het komt uit elke levenscycluskostenanalyse wanneer vergeleken met andere materialen, wat het een duurzame keus maakt.

Roestvrij staal doet het goed in druk- en axiale belastingstests dankzij zijn indrukwekkende vervormbaarheid, maar is complexer dan koolstofstaal. Factoren zoals de kwaliteit van het roestvast staal en de productieprocessen die aan de test voorafgaan (zoals koud vervormen) beïnvloeden de vorm van de spanning-rek curve die tijdens de test wordt waargenomen.  

Aan de hand van onder gecontroleerde omstandigheden uitgevoerde mechanische buig-/axiale belastingstests in combinatie met de jarenlange kennis uit onze werkplaats kunnen wij met vertrouwen voorspellen welke profielen structureel gezond zullen zijn voordat een nieuwe maat of vorm wordt gemaakt.

In dit artikel worden twee van deze mechanische buigtests besproken, alsmede de typische berekeningen van de buigradius die wij gebruiken om vast te stellen welke "buigradii" gevormde buizen kunnen weerstaan voordat zij knikken wanneer tijdens de fabricage verdere buiging nodig is.

Mechanische doorbuigingsproeven voor de gevormde profielen van Timeless Tube

 Timeless heeft de sterkte van onze uniek gevormde buisprofielen bewezen door te testen hoe ver 1 m lange roestvrijstalen 316/L-lengtes doorbuigen wanneer een neerwaartse kracht van 400 kg wordt uitgeoefend op het middelpunt van de buis over een contactoppervlak van 50 mm tegen de hoofdas van de buis.

Bij deze onafhankelijke doorbuigingstest werden de effecten van een axiale belasting op elk profiel beoordeeld, met ronde buis als controle. (Wij testten de axiale belasting omdat dit waarschijnlijk de meest voorkomende kracht is die op onze buizen wordt uitgeoefend, in toepassingen zoals leuningen, deurklinken en bagagerekken). De verschillende spannings-rekdiagrammen voor elk profiel vertoonden verschillende vervormingspunten in antwoord op de drukbelasting.

Deze zorgvuldig gecontroleerde experimenten tonen aan dat onze unieke profielvormen beter presteren dan de standaard ronde buis waaruit ze zijn gevormd, en een betere sterkte en integriteit bieden. In feite waren ovale buis met vlakke zijden en vierkante buis met radius (vlak) maar liefst 54% sterker dan ronde buis in deze doorbuigingstests.

 Lees meer over deze onafhankelijke doorbuigingsproeven.

‍

Driepuntsbuigtests op ovale holle profielen om het gebruik ervan in bouwkundige toepassingen te rechtvaardigen

 Professor Leroy Gardner van het Imperial College London heeft samen met collega's uitgebreide tests uitgevoerd op ovale holle profielen van roestvrij staal, waarbij gebruik werd gemaakt van enkele grote ovale buisafmetingen, zoals onze 86x58x3mm - allemaal met een hoogte-breedteverhouding van ongeveer 1,5. De bevindingen van Gardner et al. hebben ertoe bijgedragen dat ovale holle profielen als een levensvatbaar constructiemateriaal in het ontwerphandboek voor roestvast staal kunnen worden opgenomen.

In het artikel "Flexural behaviour of stainless steel oval hollow sections" van M. Theofanous, T. M. Chan en L. Gardner uit 2009, werden drie maten van de koudgewalste, naadgelaste ovale buizen van Timeless - 121x76x2mm, 121×76×3mm en 86×58×3mm - gebruikt in driepuntsbuigtests in het vlak om "een verscheidenheid van waarden voor de slankheid van de sectie en een reeks structurele reacties te bestrijken". De proeven omvatten één buigproef met de hoofdas en één met de nevenas voor elke buismaat.

‍

De resultaten hebben ertoe bijgedragen de mogelijkheden voor constructeurs te veranderen, aangezien zij hebben aangetoond dat ovale holle profielen veilig kunnen worden toegepast volgens dezelfde gecodificeerde slankheidslimieten voor ronde holle profielen van roestvrij staal in combinatie met de voorgestelde equivalente diameters. De gecontroleerde experimenten toonden het effect aan van de hoogte-breedteverhouding, de slankheid van de doorsnede en de momentgradiënt op de sterkte en de vervormingscapaciteit. In combinatie met bestaande proeven en FE-tests zijn de resultaten overtuigend.

Zie tekening 5.2 in de Design Manual for Structural Stainless Steel voor de berekeningen die constructeurs kunnen gebruiken om veilig te bepalen welke ovale holle profielen in structurele toepassingen kunnen worden gebruikt.

Radiusbuigen voor buistoepassingen  

Als buizenfabrikanten wordt ons vaak gevraagd buizen te buigen voor uiteenlopende toepassingen - van rails voor de preekstoel van boten tot de randbescherming die rond grote ventilatoren voor filmsets loopt. Soms zijn de gevraagde bochten haalbaar, soms zijn ze te krap. (Wanneer de gevraagde bochten te krap worden geacht, kan ons fabricageteam vaak andere manieren vinden om de buis te verbinden). 

Wanneer een ovale buis moet worden gebogen, gebruiken wij berekeningen van zowel wiskundige modellen als onze eigen empirische gegevens om uit te rekenen of de radius van die bocht mogelijk is, of dat deze te krap is. Als de hoek van de bocht te krap is, gaat het roestvast staal over zijn elastische grenzen heen, wat leidt tot rimpelen/nekken of afschuiven.  

Buigen op het A-vlak (gebogen op de kleine as - of horizontaal) is altijd gemakkelijker dan buigen op het B-vlak (gebogen op de grote as - of verticaal). In de buisindustrie wordt dit vaak omschreven als 'hard buigen' en 'makkelijk buigen'.

Wij gebruiken verschillende methoden voor het buigen van buizen, afhankelijk van het type bocht dat nodig is; een machine met drie rollen voor ruime bochten, en buigen met een vaste radius voor nauwere bochten. Elk buiggereedschap waar wij over beschikken - speciaal gemaakt voor elk formaat profiel - heeft zijn eigen buigmogelijkheden. Ter indicatie: een buis die gebogen moet worden op het A-vlak of op het B-vlak met de buigmachine met vaste radius heeft waarschijnlijk een minimale hartlijnradius nodig van 2,75 maal de afmeting van de as. Maar de minimale middellijnstraal zal variëren afhankelijk van de grootte en de vorm van het profiel.

Experimenteren met de wanddikte van de buis is ook belangrijk voor het bereiken van de optimale bocht. Een grotere wanddikte van de buis vereist meer kracht om de gewenste bocht te bereiken, maar betekent wel dat de buis minder snel bezwijkt dan een buis met een dunnere wanddikte.

‍

We experimenteren met nieuwe profielen om hun buigcapaciteiten te testen, zoals de relatieve nieuwkomer, de rechthoek met radius. Het gefotografeerde rechthoekige profiel van 58x34x1,5mm ging door een drievoudige walsmachine om te zien hoe ver we het konden buigen voordat er halsvorming optrad.

In werkelijkheid kunnen onze zeer ervaren constructeurs, zelfs zonder het raadplegen van middellijnradiustabellen, aan de hand van technische tekeningen snel zien of de bochten haalbaar zijn. Als u buigvereisten hebt, neem dan contact op met ons team om te bespreken wat mogelijk is voor uw toepassing.

‍

‍