Curva de tubo quadrado: especificações, seleção e guia de engenharia

Uma curva de tubo quadrado é um troço de tubo quadrado oco conformado. Antes de escolher o processo de conformação, especifique as dimensões exteriores, a espessura da parede, o material, a referência do raio, o ângulo final, os troços retos e os limites de aceitação técnica. A curvagem por estiramento rotativo é adequada para cantos repetidos e a curvagem por rolos para curvas amplas, mas a forma final determina a escolha correta.

Curva de tubo quadrado: o que significa

Uma curva de tubo quadrado é um tubo de aço quadrado ou outro perfil oco quadrado conformado, usado quando uma estrutura ou conjunto fabricado muda de direção. O elemento oco pode perder a forma durante a conformação. Um canto soldado, feito com elementos retos, corresponde a outro processo de fabrico.

Em aplicações estruturais, o termo mais preciso é secção oca quadrada, ou SHS. Um tubo de aço circular é normalmente identificado através de um sistema de diâmetros nominais; uma secção quadrada é identificada pelas dimensões exteriores e pela parede. Para material circular, OD significa diâmetro exterior. Manter estes termos distintos evita encomendar o material ou acessório errado.

Para ligações de tubagem, consulte cotovelos de aço para sistemas de tubagens. Para uma estrutura curva de mobiliário, um elemento arquitetónico ou uma proteção de máquina, use o desenho do tubo e considere a utilização prevista. Uma utilização sujeita a pressão precisa de uma base de projeto própria e aplicável.

Dimensões do tubo quadrado e especificações da curva

Uma secção quadrada exterior de 2” mede 50,8 mm, de acordo com a conversão exata de polegadas para milímetros, pelo que não corresponde a material de 50 mm. No desenho, indique as duas dimensões exteriores e a espessura da parede, bem como o grau e a geometria da curva. Seguem-se as verificações numeradas que permitem especificar as dimensões e redigir uma instrução de fabrico.

O desenho fica completo com mais dois campos: o plano e a orientação da curva em relação à costura, se forem controlados, e os detalhes do acabamento e das extremidades, incluindo a sequência dos revestimentos, as faces visíveis, os furos e as juntas.

Qual é a dimensão normalizada de um tubo quadrado?

Não existe uma única dimensão normalizada para tubos quadrados. As linhas de produtos incluem várias dimensões e espessuras de parede. O desenho deve definir a largura e a altura exteriores da peça, em vez de indicar uma dimensão para tubo circular. Especifique também uma norma de produto e um grau; indicar apenas a dimensão deixa incerta a condição do material.

A norma ASTM A500/A500M-23 abrange tubos estruturais de aço carbono, soldados e sem costura, conformados a frio, incluindo formas quadradas e retangulares. A conformidade do material e a geometria da curva são abrangidas por inspeções distintas. A informação de referência sobre materiais e dimensões de tubos quadrados aborda a seleção do material.

Raio de curvatura e traçado do tubo quadrado

Para uma secção quadrada assumida de 50 mm, curvada a 90 graus com um raio da linha de centro de 150 mm, o raio interior ideal é 125 mm e o exterior é 175 mm. Estas dimensões referem-se a superfícies diferentes da mesma curva. Identifique a referência escolhida junto de cada indicação de raio.

Como orientações do Steel Tube Institute sobre curvagem indicam que as secções circulares usam normalmente um raio da linha de centro, enquanto os perfis ocos quadrados e retangulares usam muitas vezes o raio exterior. Assim, uma indicação no desenho que diga apenas “R150” pode levar duas oficinas a produzir formas diferentes.

Considere um desenho de traçado para uma estrutura curva de equipamento, com as dimensões assumidas acima. O arco da linha de centro mede π × 150 ÷ 2 = 235,6 mm. Trata-se de um arco geométrico, não do comprimento do material antes do fabrico: o fabricante ainda precisa de comprimentos retos para fixação, margem para corte e compensação do processo para a secção efetivamente conformada. Se o esboço de compra identificar por engano o mesmo valor de 150 mm como raio interior, o raio da linha de centro passa a 175 mm e o limite exterior passa a 200 mm. O canto ocupa agora mais 25 mm de raio. Uma tampa ou um suporte de montagem próximo pode colidir com a curva, apesar de o ângulo final estar correto.

Qual é o raio mínimo de curvatura para tubos quadrados?

O menor raio prático é a menor curva que o processo de conformação e o material conseguem produzir dentro dos limites definidos no desenho. Não existe uma regra universal de três vezes a largura para tubos quadrados. Devem considerar-se a forma da secção, a esbelteza da parede, o eixo de curvagem, o tipo de apoio da secção, o grau de distorção admissível e a resistência mecânica do aço.

Uma curva mais apertada aumenta os esforços sobre a secção e o respetivo apoio; o espessamento das paredes pode reduzir a instabilidade local, mas também aumenta a força necessária. A comparação útil deve considerar uma secção e um material específicos num processo específico, em vez de se basear apenas num multiplicador do raio.

Métodos e ferramentas para curvar tubos quadrados

A curvagem por estiramento rotativo produz um canto definido, repetível num lote de produção, enquanto a curvagem por rolos cria uma curva ampla e suave. Ambos os métodos exigem ferramentas que apoiem o perfil quadrado. A localização da curva, o comprimento reto para fixação e o acesso em torno da peça podem ajudar a escolher o processo, antes de a potência da máquina se tornar um fator limitativo.

Na curvagem por estiramento rotativo, uma garra mantém o tubo contra uma matriz de curvagem e uma matriz de pressão apoia o lado de alimentação. Um mandril pode apoiar a secção interior e, se necessário, uma matriz raspadora apoia a zona de compressão junto à tangente. A análise de ferramentas de Paul McGowan descreve matrizes raspadoras para secções quadradas e retangulares, bem como a necessidade de adequar o sistema de apoio à aplicação.

A curvagem por rolos curva progressivamente os elementos e é adequada para arcos amplos. Exige um plano para as extremidades e os comprimentos retos. A curvagem a frio não recorre ao aquecimento intencional da peça. A indução e outros processos controlados a quente exigem uma avaliação diferente do material e do processo. Um acionamento hidráulico descreve a forma de aplicar força, enquanto CNC descreve o controlo do processo. Nenhuma destas designações abrange o método de curvagem completo.

É possível curvar tubos quadrados com uma curvadora de tubos?

Sim, desde que a máquina disponha de matrizes quadradas adequadas e de capacidade, alcance e espaço suficientes para a peça especificada. Uma curvadora equipada apenas com matrizes circulares não é uma curvadora para tubos quadrados. O apoio do perfil é importante, porque uma secção oca pode deformar-se nas faces planas e nos cantos antes de atingir a curva pretendida.

O guia de viabilidade para peças curvadas de Jay Robinson distingue a potência do alcance das ferramentas e do espaço necessário para a peça. Uma curvadora manual para tubos quadrados também precisa de uma gama de trabalho definida. A curvagem manual pode ser adequada para uma série curta dentro dessa gama; a designação “serviço pesado” numa ficha de máquina não indica uma dimensão.

Para tubos quadrados e retangulares, as ferramentas têm de corresponder às dimensões, aos cantos e à costura de soldadura especificados. A escolha do tubo quadrado e das ferramentas está interligada. As matrizes de curvagem para barra chata apoiam uma secção transversal diferente. O equipamento de curvagem de tubos de uma oficina pode abranger vários perfis de produto com ferramentas distintas. Podem ser necessárias ferramentas dedicadas para curvar tubos quadrados sem marcas ou colapso local inaceitáveis, mesmo que a máquina tenha força suficiente.

Curvagem de tubos de aço quadrados e de outros materiais

Antes de iniciar a curvagem, considere o grau e a condição de fornecimento. Tubos de aço macio, aço inoxidável e materiais não ferrosos podem reagir de forma diferente à conformação, e o acabamento de superfície exigido pode influenciar a escolha de ferramentas ou lubrificação. Os tubos de aço estruturais também precisam das propriedades mecânicas adequadas para suportar as cargas, a temperatura e as ligações.

Nos tubos de aço quadrados, a espessura da parede e a geometria da secção influenciam-se mutuamente. O Steel Tube Institute refere que um processo de conformação pode exigir um elemento mais espesso do que o selecionado no cálculo da carga aplicada em serviço. Uma parede mais robusta pode reduzir a distorção e exigir mais força para curvar. Esta relação deve ser considerada no projeto antes de adquirir o fornecimento de secções ocas quadradas.

Outro aspeto a considerar é o serviço a baixas temperaturas. Algumas estruturas soldadas sujeitas a cargas dinâmicas podem precisar de tenacidade ao entalhe, conforme indicado na nota pública sobre o âmbito da ASTM A500. A seleção do material deve considerar as condições de serviço e a peça curvada.

É possível curvar tubos quadrados de alumínio?

Também é possível curvar tubos quadrados de alumínio, mas a liga e a têmpera têm de ser consideradas em função da severidade da curva. As orientações da Hydro para 6061 indicam que curvas mais severas podem exigir uma condição mais macia, T1, T4 ou O, para evitar fissuras. A seleção do material também deve considerar as propriedades finais, incluindo o envelhecimento controlado ou a soldadura posterior.

A ficha técnica da liga Hydro 6061 indica que a conformabilidade é influenciada pelo raio e pelo ângulo da curva. Não se deve presumir, portanto, que o aço e o alumínio usam a mesma receita de conformação; o aquecimento local não controlado é um substituto inadequado para selecionar em conjunto a condição do material e o processo.

Há questões relativas à qualidade da superfície do material revestido. A American Galvanizers Association indica que podem ocorrer fissuras ou fendilhação do revestimento quando as peças são curvadas após a galvanização por imersão a quente. Estes danos diferem de uma fissura no aço e podem ser reparáveis. A sequência de acabamento e os requisitos de reparação devem ser especificados na encomenda.

Curvagem de tubos quadrados ou soldadura de um canto

Use uma curva conformada quando um canto arredondado numa secção respeitar os limites de conformação. Considere uma junta em meia-esquadria projetada quando for necessário um canto vivo ou o espaço disponível não permitir uma curva. A capacidade estrutural depende da geometria final, do material e do projeto da ligação; o processo de fabrico, por si só, não define uma classificação de resistência.

Imagine uma estrutura retangular de proteção com uma tampa amovível. Uma estrutura com um canto curvo tem um aspeto atraente, mas o perfil exterior do canto pode impedir a remoção da tampa. Uma opção para alterar o projeto consiste em deslocar a estrutura, reduzir a curva através de um processo disponível ou projetar um canto soldado para manter o acesso à tampa. Abrir um entalhe em V e unir as partes por soldadura cria uma junta; não é o mesmo que curvar o tubo de forma contínua. A junta precisa, por isso, de um detalhe próprio e de um âmbito de inspeção. Se a estrutura suportar uma carga aplicada, a avaliação do projeto deve considerar essa carga, seja qual for o método que proporcione o aspeto mais adequado.

Defeitos e inspeção na curvagem de tubos quadrados

Avalie a forma, a distorção da secção e a condição da superfície da curva sem carga, comparando-as com o desenho. Uma curva exterior lisa pode coexistir com uma parede interior côncava, torção ou uma ligação de extremidade distorcida. Registe as medições em locais definidos para comparar a primeira peça e as peças seguintes da produção com base nos mesmos critérios.

A análise de Mike Manor sobre a distorção de perfis ocos curvos identifica o contacto com a máquina, a instabilidade local e as forças radiais como causas de alteração da forma. A compressão no interior da curva pode criar um efeito ondulado de distorção; a face exterior alonga-se. Aumentar a força não resolve um sistema de apoio inadequado.

“A realidade é que, sempre que um elemento é curvado, é inevitável que ocorra algum grau de distorção.”

Uma fita métrica pode determinar os comprimentos totais. Os métodos adequados às tolerâncias determinam as verificações do perfil, do ângulo e da parede. A equipa de projeto define a distorção admissível para a aplicação. Os tipos de documentos de inspeção correspondem a uma parte do registo de aceitação diferente das medições feitas no componente conformado.

Quando os problemas de curvagem se repetem, registe o lote do material e a configuração das ferramentas, além do defeito medido. Um alinhamento, apoio ou seleção de processo inadequados podem produzir uma peça defeituosa. Avalie a característica afetada antes de aceitar um lote apenas pela aparência.

Custo e prazo de entrega da curvagem de tubos quadrados

Considerando custos fixos assumidos de preparação e ferramentas de $600, mais $12 por peça aceite, o custo unitário calculado é $42 para 20 peças e $18 para 100 peças. Este exemplo ilustrativo não é uma cotação de mercado. Mostra que uma tarifa por curva e o preço completo de uma peça entregue respondem a perguntas diferentes para quem compra.

O manual de custos de produção da ETH Zurich distingue os custos de preparação do lote dos custos unitários. Para o fabrico de tubos, indique as ferramentas reutilizáveis, a preparação recorrente e as operações por peça em linhas separadas da cotação. Ao comparar duas opções, considere os custos de acabamento e entrega em ambas.

Considere um comprador que compara uma série de protótipos com um lote repetido, usando o custo hipotético de preparação de $600 e o custo variável de $12 por peça aceite. Estes são valores exemplificativos, não preços reais de mercado. Para a encomenda pequena, o total é $600 + (20 × $12) = $840. Para o lote maior, $600 + (100 × $12) = $1 800. A divisão de cada total pela quantidade aceite dá os dois preços unitários. A comparação muda se a encomenda repetida reutilizar ferramentas já pagas, exigir uma nova preparação ou incluir um revestimento. Se o desperdício já estiver incluído no preço por peça, não deve ser cobrado novamente como material separado. Neste exemplo, o lote maior reduz o custo unitário. O prazo de entrega continua dependente do planeamento da produção.

Planeie o trabalho tendo em conta a aprovação do desenho, a disponibilidade das ferramentas, a chegada do material, a análise do ensaio e o acabamento. Uma operação de curvagem rápida pode integrar um processo de produção muito mais demorado. A cotação deve indicar o evento que marca o início do prazo de entrega prometido e se a aprovação da primeira peça é um ponto de autorização para avançar.

Serviços de curvagem de tubos quadrados: preparação do desenho

Em aplicações estruturais, os recursos da AISC sobre aço curvo remetem os projetistas para especialistas em calandragem de perfis e para o guia de projeto de elementos curvos. O projeto das ligações, a estabilidade e a aptidão para serviço merecem atenção, juntamente com a viabilidade de fabrico.

Reduzir os custos é importante no fabrico, e os especialistas em curvagem de tubos esperam receber um desenho da peça acabada e informações sobre a aplicação antes de apresentarem uma cotação. Um fabricante de máquinas fornece equipamento; um fornecedor de aço fornece material; um fabricante pode combinar conformação, corte, soldadura e acabamento. Identifique as operações necessárias e quem as irá executar.

Inclua estes sete campos no pedido de cotação. Confirme que a secção especificada é compatível com o processo descrito, em vez de se guiar pelo título relativo à capacidade para tubos redondos.

Peça os raios de curvatura, os comprimentos retos necessários para fixação e o custo das ferramentas, se aplicável. Estão incluídos peças de ensaio, inspeções, operações de corte final e acabamento? Para pedidos de informação sobre materiais, a Baling Steel pode receber as especificações da secção e da norma juntamente com o desenho, para clarificar o âmbito do fornecimento solicitado.

Perguntas frequentes sobre curvagem de tubos quadrados

É possível curvar um tubo quadrado?

Como fazer uma curva de 90 graus num tubo de secção quadrada?

Como curvar um tubo de secção quadrada de 2 polegadas?

Como curvar um tubo retangular?

Encher um tubo quadrado com areia evita que fique vincado?

É possível curvar a frio tubos de secção quadrada com parede espessa?

Porque é que os tubos de secção quadrada ficam achatados durante a curvagem?

Nota de engenharia: Assume-se que as dimensões utilizadas nos cálculos e os custos indicados são hipotéticos. Os elementos estruturais requerem um projeto específico para cada aplicação e critérios de aceitação da produção acordados. A análise técnica baseia-se nas fontes públicas abaixo; não aborda ensaios de curvagem da Baling Steel.

Referências e fontes

• National Institute of Standards and Technology: unidades SI — comprimento, conversão exata de polegadas.
• American Institute of Steel Construction: aço curvo, recursos de projeto e diretório de especialistas em calandragem de perfis.

• Steel Tube Institute: curvagem de secções estruturais ocas, Jeffrey A. Packer.
• Steel Tube Institute: evite deformar os perfis — como minimizar a distorção em elementos HSS curvos, Mike Manor, abril de 2024.
• ASTM A500/A500M-23: especificação normalizada para tubos estruturais de aço carbono, conformados a frio, soldados e sem costura, de secções circulares e outras formas, âmbito e resumo públicos.
• The Fabricator: elimine as rugas na curvagem de tubos, Paul McGowan.
• The Fabricator: como validar os pormenores de peças de tubo curvado, Jay Robinson.
• American Galvanizers Association: curvagem, fevereiro de 2018.
• ETH Zurich: custos de produção ou de aprovisionamento: custos unitários em função do tamanho do lote, custos de preparação e custos de encomenda, Paul Schönsleben, secção 11.4.1.

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