เครื่องดัดท่อยืด เป็นกระบวนการขึ้นรูปเย็นทางอุตสาหกรรมซึ่งใช้แรงดึงตามแนวแกนกับโปรไฟล์โลหะหรือท่อในขณะที่มีการโค้งงอรอบแม่พิมพ์ขึ้นรูปหรือระหว่างม้วนดัดในเวลาเดียวกัน โดยการดึงวัสดุล่วงหน้าให้เกินจุดครากก่อนและระหว่างการดัดงอ พื้นที่หน้าตัดทั้งหมดของชิ้นงานจะอยู่ในสถานะเปลี่ยนรูปพลาสติก แทนที่จะเป็นการผสมผสานระหว่างยางยืดและพลาสติกที่เกิดขึ้นในการดัดม้วนแบบธรรมดาหรือการดัดแบบหมุนแบบหมุน ความแตกต่างพื้นฐานในสภาวะความเค้นนี้ทำให้เกิดการสปริงกลับลดลงอย่างมาก ความแม่นยำของรูปร่างที่ยอดเยี่ยม และการบิดเบือนของหน้าตัดน้อยที่สุด
อุปกรณ์เครื่องดัดท่อแบบยืดท่อใช้ระบบควบคุมไฮดรอลิกเต็มรูปแบบเพื่อจัดการทั้งแรงดึงและการลุกลามของการดัดอย่างแม่นยำ สามารถแปรรูปโปรไฟล์โลหะได้หลากหลาย รวมถึงท่อเหล็ก ท่อสี่เหลี่ยม เอชบีม ไอบีม เหล็กรางน้ำ เหล็กฉาก และการอัดขึ้นรูปอะลูมิเนียม การใช้วัสดุเกินกว่า 95% ในการใช้งานส่วนใหญ่ และกระบวนการนี้สามารถบรรลุความยาวส่วนโค้งงอได้สูงสุดถึง 12 เมตร ด้วยการส่งผ่านเครื่องจักรเพียงเครื่องเดียว ทำให้เทคโนโลยีนี้เป็นทางเลือกสำหรับโครงสร้างสถาปัตยกรรม การขนส่ง และโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่
เครื่องดัดงอท่อทำงานอย่างไร: กลไกกระบวนการ
กระบวนการเครื่องดัดงอท่อเกี่ยวข้องกับสามขั้นตอนการประสานงาน ซึ่งทั้งหมดได้รับการจัดการโดยระบบควบคุมไฮดรอลิก:
- แรงดึงล่วงหน้า: ปลายทั้งสองด้านของโปรไฟล์ถูกยึดด้วยหัวจับแบบขากรรไกรที่ทำงานด้วยระบบไฮดรอลิก กระบอกไฮดรอลิกใช้แรงดึงตามแนวแกนซึ่งจะยืดโปรไฟล์ทั้งหมดจนเกินค่าความแรงคราก โดยทั่วไปจะอยู่ที่ การยืดตัว 2–8% ขึ้นอยู่กับความเหนียวของวัสดุและรัศมีการโค้งงอของเป้าหมาย เพื่อให้แน่ใจว่าหน้าตัดทั้งหมดอยู่ในโซนพลาสติกก่อนที่จะเริ่มการดัดงอ
- การขึ้นรูปห่อ: ในขณะที่ยังคงรักษาความตึงตามแนวแกน แม่พิมพ์ขึ้นรูป (บนประเภทโต๊ะหมุน) หรือโปรไฟล์ (บนประเภทแขนคู่) จะเคลื่อนเพื่อพันวัสดุที่ได้รับแรงดึงรอบๆ รูปร่างของแม่พิมพ์อย่างต่อเนื่อง การรวมกันของแรงดึงและแรงดัดงอทำให้เส้นใยด้านนอกยืดออกไปอีก ในขณะที่เส้นใยด้านในถูกยับยั้งไม่ให้โก่งงอหรือย่น ส่งผลให้ได้รูปทรงโค้งมนที่สะอาดและสม่ำเสมอ
- หลังการยืดและปล่อย: หลังจากเสร็จสิ้นการพันแล้ว จะมีการเพิ่มความเค้นแรงดึงเพิ่มเติมเพื่อปรับความเค้นตกค้างทั่วทั้งหน้าตัดให้เท่ากัน จากนั้นกริปจะคลายออก และการสปริงกลับจะน้อยที่สุด—โดยทั่วไป น้อยกว่า 0.5° ของข้อผิดพลาดเชิงมุมบนโปรไฟล์อะลูมิเนียม เมื่อเทียบกับ 3–10° ด้วยวิธีการดัดแบบทั่วไป
ผลลัพธ์ที่ได้คือโปรไฟล์โค้งงอที่มีความโค้งที่แม่นยำ การบิดตัวเล็กน้อย และส่วนตัดขวางที่คงไว้ 90–98% ของความแม่นยำมิติดั้งเดิม —ข้อกำหนดที่สำคัญสำหรับโครงผนังม่านทางสถาปัตยกรรม โครงสร้างตัวถังรถไฟ และส่วนโค้งหลังคาสนามกีฬา ซึ่งจำเป็นต้องมีความสอดคล้องกันของการมองเห็นและโครงสร้างของส่วนประกอบที่เหมือนกันหลายอย่าง
ประเภทเครื่องจักรในซีรีส์เครื่องดัดท่อแบบยืดท่อ
เครื่องดัดท่อแบบโต๊ะหมุนแบบหมุน
รูปแบบทั่วไปที่สุดสำหรับการดัดโค้งรัศมีขนาดใหญ่ โปรไฟล์ถูกยึดไว้ที่ปลายทั้งสองข้างด้วยสวิงอาร์มที่ติดตั้งอยู่บนโต๊ะหมุนตรงกลาง ในขณะที่โต๊ะหมุน โปรไฟล์จะพันรอบแม่พิมพ์ขึ้นรูปคงที่ที่อยู่ตรงกลาง เครื่องตั้งโต๊ะแบบหมุนมีความเป็นเลิศในการผลิตส่วนโค้งวงกลมที่สม่ำเสมอบนโปรไฟล์ที่ยาว (ความยาวส่วนโค้งสูงสุด 12 ม.) และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับโครงผนังม่านอลูมิเนียมเชิงสถาปัตยกรรม คานหลังคาสนามกีฬา และส่วนโค้งของหลังคารถไฟ แรงดึงสูงสุดในรุ่นขนาดใหญ่ถึง 2,000–5,000 กิโลนิวตัน รองรับส่วนเหล็กโครงสร้างหนัก
เครื่องดัดท่อแบบแขนคู่
แขนไฮดรอลิกที่ควบคุมอย่างอิสระสองแขนจับปลายของโปรไฟล์และเคลื่อนที่เป็นส่วนโค้งที่ประสานกันรอบแม่พิมพ์ขึ้นรูปตรงกลาง โครงสร้างแบบแขนคู่ช่วยให้สามารถดัดงอได้ไม่สมมาตร (รัศมีการโค้งงอที่แตกต่างกันบนทั้งสองด้านของแม่พิมพ์) และมีความยืดหยุ่นมากกว่าสำหรับรูปแบบส่วนโค้งที่ไม่เป็นวงกลม เป็นที่นิยมสำหรับการอัดขึ้นรูปโครงสร้างยานยนต์ (คานธรณีประตู รางหลังคา) ส่วนโค้งรางลิฟต์ และส่วนโครงลำตัวเครื่องบินที่ซับซ้อน
ตัวแปรเฉพาะอุตสาหกรรม
เครื่องดัดท่อแบบพิเศษได้รับการพัฒนาสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมเฉพาะ:
- ห้องอาบน้ำและเครื่องกรอบประตู: รุ่นกะทัดรัดและมีแรงต่ำกว่าสำหรับการดัดอะลูมิเนียมผนังบางให้มีรัศมีแคบสำหรับกรอบกระจกและกรอบประตูทางสถาปัตยกรรม
- เครื่องคานหลังคารถไฟ: รุ่นโต๊ะยาวสำหรับงานหนักที่สามารถใช้เครื่องดัดท่อแบบสเตนเลสหรืออะลูมิเนียมที่มีความยาวสูงสุด 20 เมตร เข้าโค้งที่แม่นยำซึ่งจำเป็นสำหรับโครงสร้างหลังคารถรางความเร็วสูง
- เครื่องดัดรางลิฟต์: ออกแบบมาเพื่อการดัดรางลิฟต์ส่วน T ที่แม่นยำและไม่มีการบิดเบี้ยวซึ่งใช้ในระบบลิฟต์ในอาคารสูง
ข้อได้เปรียบที่สำคัญของเครื่องดัดงอท่อเหนือวิธีการทั่วไป
| ปัจจัยด้านประสิทธิภาพ | เครื่องดัดท่อยืด | การดัดม้วน | กดดัด |
|---|---|---|---|
| สปริงกลับหลังจากการขึ้นรูป | <0.5° (อะลูมิเนียม) | 3–8° | 2–6° |
| ความบิดเบี้ยวของหน้าตัด | ขั้นต่ำ (<2%) | ปานกลาง (3–8%) | สูง (5–15%) |
| ความเสี่ยงที่จะเกิดรอยยับ (รัศมีภายใน) | ไม่มี (ป้องกันความตึงเครียด) | เป็นไปได้บนผนังบาง | นำเสนอบนส่วนที่บาง |
| ความยาวส่วนโค้งสูงสุดต่อการดำเนินการ | สูงถึง 12 ม | โดยทั่วไป 3–6 ม | จำกัดด้วยความกว้างของการกด |
| การใช้วัสดุ | >95% | 85–92% | 80–90% |
วัสดุที่เหมาะสำหรับเครื่องดัดท่อยืด
เครื่องดัดท่อยืด ใช้ได้กับวัสดุโลหะทุกชนิดที่มีความเหนียวเพียงพอที่จะทนต่อแรงตึงก่อนและการขึ้นรูปพันโดยไม่แตกหัก โดยทั่วไปการยืดตัวของวัสดุเมื่อขาดควรเกิน 8–10% สำหรับผลลัพธ์ของเครื่องดัดยืดท่อที่เชื่อถือได้:
- การอัดขึ้นรูปอะลูมิเนียม (6061-T4, 6063-T4, 7075-T0): วัสดุเครื่องดัดท่อยืดที่พบมากที่สุด อุณหภูมิ T4 หรืออบอ่อน (T0) ให้ความเหนียวที่จำเป็นสำหรับเครื่องดัดยืดท่อ ชิ้นส่วนอาจมีอายุมากขึ้นหลังการดัดเพื่อฟื้นคุณสมบัติความแข็งแรงของ T6
- โปรไฟล์เหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็ก HSLA: เหล็กเอชบีม เหล็กรางน้ำ และส่วนกลวงในเกรดสูงถึง S355 มักได้รับการดัดงอสำหรับการใช้งานเชิงโครงสร้าง เกรดที่มีความแข็งแรงสูงกว่า (S460 ) ต้องใช้แรงดึงที่สูงกว่าและการจัดการความเหนียวอย่างระมัดระวังมากขึ้น
- โปรไฟล์สแตนเลส: ใช้ในงานสถาปัตยกรรมและการแปรรูปอาหาร อัตราการชุบแข็งชิ้นงานที่สูงขึ้นของเหล็กกล้าไร้สนิมนั้นมีประโยชน์จริง ๆ ในเครื่องดัดท่อแบบยืดท่อ โดยจะเพิ่มความแข็งแรงของผลผลิตในระหว่างการขึ้นรูป และปรับปรุงการรักษารูปร่าง
- การอัดขึ้นรูปทองแดงและทองเหลือง: นำไปใช้ในองค์ประกอบตกแต่งสถาปัตยกรรมและบัสบาร์ไฟฟ้า ความเหนียวที่ดีเยี่ยมช่วยให้เครื่องดัดท่อยืดขนาดใหญ่เปลี่ยนรูปได้โดยไม่แตกหัก
การใช้งานในอุตสาหกรรมที่สำคัญ
โครงสร้างรถไฟความเร็วสูงและรถไฟใต้ดิน
ส่วนโค้งของหลังคารถเทรนนิ่ง การอัดขึ้นรูปกรอบหน้าต่าง และส่วนประกอบโครงสร้างผนังด้านข้างนั้นยืดงอได้จากโครงอะลูมิเนียมหรือสเตนเลสสตีลจนถึงความโค้งที่แม่นยำของตัวรถ แต่ละส่วนประกอบจะต้องจับคู่ชิ้นส่วนผสมพันธุ์ด้วยค่าความคลาดเคลื่อนมิติของ ±0.5 มม. ตลอดความยาวส่วนโค้ง 15 เมตร —สามารถทำได้ผ่านลักษณะการสปริงกลับขั้นต่ำของเครื่องดัดท่อเท่านั้น
การอัดขึ้นรูปโครงสร้างยานยนต์
โครงสร้างตัวถังสีขาว ได้แก่ คานธรณีประตู เสาเสริมเสาเอ ราวหลังคา และคานกันชน ถูกยืดงอจากการอัดขึ้นรูปอะลูมิเนียมความแข็งแรงสูง (ซีรีส์ 6xxx หรือ 7xxx) เพื่อให้เข้ากับส่วนโค้งของตัวรถ การเสื่อมสภาพหลังการโค้งงอจะช่วยคืนความแข็งแรงของอุณหภูมิ T6 ได้เต็มที่ โดยให้ประสิทธิภาพเชิงโครงสร้างที่จำเป็นสำหรับการจัดการพลังงานจากการชน
สนามบินและสนามกีฬา
โครงสร้างเหล็กโค้งช่วงกว้างขนาดใหญ่ในหลังคาอาคารผู้โดยสารสนามบิน หลังคาสนามกีฬา และโครงห้องโถงนิทรรศการ จำเป็นต้องมีการดัดส่วนกลวงที่เป็นเหล็กหนักและคาน H ให้อยู่ในรัศมีที่กำหนด เครื่องดัดท่อยืด ตั้งแต่ส่วนต่างๆ ขึ้นไป HEA 300 หรือ RHS 300×150 รัศมี 10–50 เมตรถือเป็นแนวทางปฏิบัติมาตรฐานสำหรับการใช้งานสถาปัตยกรรมเหล่านี้
ระบบผนังม่านและส่วนหน้าอาคาร
โปรไฟล์ผนังม่านอลูมิเนียมทางสถาปัตยกรรม - ส่วน T, ส่วน U และการอัดขึ้นรูปแบบกำหนดเอง - ได้รับการยืดงอเพื่อสร้างองค์ประกอบตารางโค้งแนวตั้งและแนวนอนของส่วนหน้าอาคารและหลังคาห้องโถง การควบคุมรัศมีที่แม่นยำช่วยให้มั่นใจได้ถึงความกว้างของรอยต่อกระจกที่สม่ำเสมอทั่วทั้งความสูงของส่วนหน้าอาคาร ซึ่งเป็นข้อกำหนดด้านสุนทรียะและการทนฝนและแดดที่สำคัญ
คำถามทั่วไปเกี่ยวกับเครื่องดัดยืดท่อ
รัศมีการโค้งงอต่ำสุดที่สามารถทำได้ด้วยเครื่องดัดยืดท่อคือเท่าใด
เครื่องดัดท่อยืด ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับ การใช้งานที่มีรัศมีกว้างและมีความโค้งอ่อนโยน (อัตราส่วนรัศมีต่อส่วนสูงโดยทั่วไปจะมากกว่า 5:1) สำหรับรัศมีที่แคบกว่าซึ่งการยืดตัวของเส้นใยด้านนอกจะเกินขีดจำกัดการแตกหักของวัสดุ การดัดแบบหมุนดึงหรือการกดแบบธรรมดาจะมีความเหมาะสมมากกว่า โดยทั่วไปการอัดขึ้นรูปอะลูมิเนียมจะได้อัตราส่วน R/H (รัศมีการโค้งงอต่อความสูงของส่วน) ต่ำที่สุด 3:1–5:1 ผ่านเครื่องดัดท่อยืด; ส่วนที่เป็นเหล็กต้องการ R/H มากกว่า 10:1 ในกรณีส่วนใหญ่
เครื่องดัดยืดท่อส่งผลต่อคุณสมบัติทางกลของโปรไฟล์หรือไม่?
การดึงแรงดึงล่วงหน้าและการขึ้นรูปด้วยเครื่องดัดท่อแบบ Tube Stretch Bending ทำให้เกิดการชุบแข็งตลอดทั้งหน้าตัด ซึ่งโดยทั่วไปจะเพิ่มความแข็งแรงของผลผลิตโดย 5–15% และลดความเหนียวลงเล็กน้อย สำหรับอลูมิเนียมอัลลอยด์ในอุณหภูมิ T4 ชิ้นส่วนสามารถบ่มตามธรรมชาติได้หลังจากการดัดงอเพื่อให้ได้คุณสมบัติทางกล T6 สำหรับเหล็ก การชุบแข็งโดยทั่วไปจะเป็นประโยชน์หรือไม่สำคัญสำหรับการใช้งานด้านโครงสร้าง
โปรไฟล์ที่ไม่สมมาตร เช่น H-beams และ I-beams สามารถยืดงอโดยไม่บิดงอได้หรือไม่
ได้ โดยมีเงื่อนไขว่าโปรไฟล์จะต้องโค้งงอไปตามแนวแกนที่แข็งแรง (โค้งงอของราง) และหัวจับยึดโปรไฟล์อย่างสมมาตรเพื่อป้องกันการโหลดที่ผิดปกติ ฟิกซ์เจอร์นำทางป้องกันการบิดที่ติดตั้งใกล้กับบริเวณหน้าสัมผัสของแม่พิมพ์ มักใช้กับโปรไฟล์ที่ไม่สมมาตรหรือซับซ้อน เครื่องดัดท่อแบบยืดท่อสมัยใหม่ประกอบด้วยการชดเชยแรงบิดในการจับยึดแบบไฮดรอลิกที่ต่อต้านแนวโน้มที่โปรไฟล์จะหมุนระหว่างการดัด
แม่พิมพ์ขึ้นรูปได้รับการออกแบบมาสำหรับการใช้งานเครื่องดัดงอท่ออย่างไร
แม่พิมพ์ขึ้นรูป (หรือที่เรียกว่ารูปแบบการดัดหรือบล็อกยืด) จะถูกตัดเฉือนตามรัศมีการโค้งงอของเป้าหมาย โดยที่หน้าแม่พิมพ์จะถูกจัดโปรไฟล์ให้ตรงกับหน้าตัดของชิ้นงาน สำหรับส่วนโค้งวงกลมธรรมดา แม่พิมพ์คือส่วนของทรงกระบอก สำหรับส่วนโค้งผสมหรือส่วนโค้งที่ไม่ใช่วงกลม โปรไฟล์แม่พิมพ์อาจกลึงด้วยเครื่อง CNC เพื่อให้ตรงกับเส้นโค้งพอยต์คลาวด์หรือเส้นโค้งจากการออกแบบทางสถาปัตยกรรม โดยทั่วไปแล้ว วัสดุแม่พิมพ์จะเป็นเหล็กหล่อ อลูมิเนียมอัลลอยด์ หรือไม้เนื้อแข็ง (สำหรับงานต้นแบบระยะสั้น) และมักจะสั่งทำพิเศษสำหรับแต่ละโปรไฟล์และการรวมรัศมี
