Perché il raggio di curvatura di una guaina del riscaldatore in acciaio inossidabile 316 diminuisce in modo non lineare quando lo spessore della parete aumenta al di sotto di 1,2 millimetri?
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Per l'ingegnere di produzione che progetta riscaldatori elettrici a immersione di forma personalizzata-, il raggio di curvatura minimo è spesso il fattore che determina se il riscaldatore si adatterà all'ugello di un recipiente o dovrà essere progettato con una configurazione completamente diversa. L'idea che pareti più grandi consentano curve più strette è sbagliata per le guaine in acciaio inossidabile 316. Infatti, riducendo lo spessore della parete al di sotto di 1,2 mm, il raggio di curvatura possibile si riduce drasticamente, anche se non in modo lineare. Questo articolo quantifica la connessione dello spessore della parete della guaina al raggio minimo di curvatura per fornire limitazioni ragionevoli per le operazioni di formatura senza fessurazioni o eccessivo assottigliamento delle pareti.
Meccanica della piegatura dei tubi delle guaine 316-a pareti sottili
Quando un tubo viene piegato, viene applicata una forza di trazione al raggio esterno e una forza di compressione a quello interno. Per un dato raggio di curvatura, le pareti più sottili hanno meno probabilità di deformarsi sul lato di compressione poiché il rapporto tra spessore della parete-e-diametro e rapporto t/D determina la stabilità. Infatti, un rapporto t/D più piccolo favorisce in una certa misura la piegabilità. Per le guaine 316 con diametro esterno compreso tra 8 e 12 mm, la transizione critica è ad uno spessore di parete di circa 1,2 mm. Con rapporti t/D superiori a 0,12, che significa spessori di parete superiori a 1,2 mm, diventa sempre più difficile da piegare. Il motivo è che la parete spessa non vuole deformarsi plasticamente e quindi necessita di forze maggiori. Ciò a sua volta porta ad un ritorno elastico più elevato e ad un maggiore pericolo di rotture sul lato tensionato. Per t/D inferiori a 1,2 mm il rapporto è inferiore a 0,10 e la guaina diventa sempre più formabile. Per uno spessore della parete di 1,0 mm, il raggio di curvatura minimo è 2,5 volte il diametro esterno. Il raggio di curvatura minimo è 2,0 volte il diametro esterno a 0,8 mm. Nell'area di produzione da 0,7 mm, è possibile realizzare raggi di curvatura stretti fino a 1,5 volte il diametro esterno con attrezzature adeguate e supporto del mandrino interno.
Limiti pratici del raggio di curvatura per spessori di parete tipici
Per una normale guaina 316 con diametro esterno di 10 mm, i seguenti raggi minimi di curvatura centrale si applicano alla piegatura di produzione senza supporto del mandrino interno. Per uno spessore della parete di 0,8 mm il raggio di curvatura minimo è 20 mm (2× DE) Spessore della parete 1,0 mm, min. raggio 25 mm (2,5″ diametro esterno). Raggio minimo 35 mm (3,5× OD) per spessore parete di 1,2 mm Il raggio minimo per spessore parete di 1,5 mm è 50 mm (5x OD). Possono verificarsi crepe sulla parete esterna con un assottigliamento della parete del 10% quando si piega al di sotto di un raggio di 80 mm (8x OD) per uno spessore della parete di 2,0 mm. Questi valori si riferiscono a una curva del tubo 316 ricotto. Anche quando lo spessore della parete è ridotto, diverse curve ravvicinate richiedono raggi più elevati. Gli ingegneri che specificano i riscaldatori piegati non dovrebbero dare per scontato che i raggi di curvatura minimi convenzionali si applichino a tutti i produttori. Dovrebbero chiedere il raggio di curvatura minimo per lo spessore della parete selezionato. Anche se la guaina si rompe a causa di una piegatura eccessiva, il costo è molto superiore a quello di alterare la forma del riscaldatore o aumentare lo spazio disponibile.
