Quando si pensa ad un tubo, normalmente si pensa ad un mezzo per il trasporto di fluidi di un qualche tipo, come ad esempio: i tubi dell'acqua, del gas, del carburante, ecc. Quello a cui non si pensa però, o generalmente non lo si fa fin da subito, è che i tubi sono ampiamente utilizzati anche come elementi strutturali.
Possiamo trovarne infatti diversi esempi nella nostra vita quotidiana: nel moderno arredo sia per interni che per esterni, come ad esempio tavoli, sedie e panchine, nelle strutture di sostegno delle costruzioni, che tipicamente possiamo vedere nelle strutture di sostegno dei tetti di aeroporti, stazioni ferroviarie e altre opere pubbliche, ma anche nei telai di macchine e attrezzature di vario tipo: agricole, gru, veicoli industriali, ecc.
La realizzazione di un telaio tubolare non è un processo semplice e si complica grandemente nell’eventualità per esempio in cui due tubi non si incontrino a 90°, ma anche quando più tubi si incontrano nello stesso punto e/o le sezioni trasversali dei tubi che si vanno a intersecare per formare la giunzione sono di forma o dimensioni diverse.
In aggiunta alla complessità dei collegamenti possibili, l’utilizzo di metodi di fabbricazione convenzionale comporta più passaggi e una discreta varietà di macchine impiegate.
Disegno 3D del telaio tubolare che deve essere prodotto.
Processo di realizzazione convenzionale di un telaio tubolare
Prendendo come esempio il telaio tubolare mostrato nel disegno sopra riportato, il processo di fabbricazione convenzionale impone le seguenti operazioni su ogni tubo:
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Sui tubi A e B – realizzazione di tagli di estremità sul lato sinistro, fresatura all'altra estremità per accogliere il tubo quadrato F e realizzazione, sempre per fresatura, di due gruppi di 4 rettangoli per accogliere i tubi G, D, E e F.
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Sui tubi C, C1 e C2 – realizzazione di tagli di estremità per abbinare i tubi A e B ad angolo. I tubi C1 e C2 richiedono tagli di estremità ad angolo per saldare correttamente i tubi G e H.
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Sui tubi D ed E – realizzazione di tagli terminali anch’essi ad angolo per abbinarli ai tubi A e B.
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Sui tubi F, G e H – taglio a misura.
Per tutti i tubi sopra citati devono pertanto essere eseguite le seguenti operazioni:
- Misurazione
- Marcatura
- Taglio a disco
- Fresatura
- Sbavatura
Per alcuni tubi molto probabilmente devono essere previste delle forature, che a loro volta aggiungono altre operazioni di misura e marcatura dei pezzi.
I processi sopra menzionati richiedono più macchine, manodopera qualificata, tempo e sforzi; nonostante tutto ciò, l’accoppiamento finale fra tubo e tubo potrebbe non essere ideale perché questi processi hanno limitazioni intrinseche in termini di precisione e ripetibilità.
Una volta che tutti i tubi sono pronti, è necessaria una maschera di saldatura per tenerli assieme. Nel caso sia prevista la saldatura robotizzata dei componenti, le zone da unire devono avere delle superfici di accoppiamento sufficientemente precise: in caso contrario non resta che la saldatura manuale, in cui tutti gli spazi devono essere adeguatamente riempiti con un consumo extra di materiale di apporto, tempo ed energia.
Processo di fabbricazione del telaio tubolare con un impianto Lasertube
Vediamo ora come produrre questo telaio utilizzando una macchina Lasertube di BLM GROUP.
Il primo passo è quello di importare il disegno 3D dell'intera struttura nel software di programmazione e simulazione CAD-CAM off-line ArTube: una volta importato il disegno, con un click il software lo elabora, identifica ciascuno dei componenti tubolari, rileva le dimensioni della sezione, individua il taglio da eseguire e genera i programmi macchina per il taglio laser di ciascuno tubi.
In Artube, il disegno può essere trattato come nativo, cioè come se fosse stato realizzato con lo stesso software, rendendo possibile applicare ad ogni tubo tutte le funzionalità disponibili in Artube sviluppate appositamente per facilitare il montaggio e la saldatura.
Questo rappresenta un grande vantaggio, perché permette di modificare i singoli componenti e aggiungere incastri speciali, anche se non originariamente progettati, come ad esempio "Tab and slot" o giunzioni tubo-tubo con più opzioni: tubo appoggiato su un altro tubo, tubo che penetra in un altro tubo, giunzioni a baionetta tra due tubi ove possibile, ecc.
Di seguito sono riportati alcuni esempi che mostrano come queste funzionalità consentono di modificare il disegno importato e permettono un facile assemblaggio e una più agevole, rapida e precisa saldatura dei componenti.
Come modificare una struttura tubolare con Artube
Consideriamo i tre tubi C, C1 e C2: dato che sono sullo stesso asse, è preferibile utilizzare un unico tubo passante invece di tre pezzi separati, riducendo così il numero di pezzi singoli.
In questo caso, però, con il metodo di produzione convenzionale non è facile realizzare le tasche sui tubi A e B necessarie a far passare un tubo unico: questo perché le dimensioni delle tasche per l'inserimento di un singolo tubo passante non sono le stesse delle dimensioni del tubo a causa dell'angolo di inclinazione fra i due. Questo fa sì che, a meno che non si disponga di una fresatrice CNC, sia molto difficile tagliare con precisione le due tasche sulle facce opposte in modo che il tubo possa attraversarlo correttamente.
Tuttavia, anche se si disponesse di una fresatrice CNC, la fresatura di queste tasche richiederebbe una maschera di fissaggio specifica: in assenza dell’attrezzatura il progettista dovrebbe necessariamente scendere a compromessi e utilizzare tre pezzi separati, la cui realizzazione sarebbe più semplice ma richiederebbe comunque un dispositivo dedicato per saldare i tre pezzi con il giusto allineamento lineare.
Con Artube si può modificare il disegno importato, unire i tre pezzi C, C1 e C2 in un tubo singolo (che chiameremo C) e farlo passare attraverso i tubi A e B che il software modificherà dotandoli di tasche di adeguate dimensioni per il passaggio del tubo C.
Inoltre, Artube consente di indicare all’operatore che si occuperà del montaggio del telaio la corretta posizione del tubo C lungo il suo asse rispetto ai tubi A e B attraverso la marcatura laser sul tubo C di opportune marcature di riferimento.
Sempre con il fine di semplificare il montaggio, le giunzioni tra il tubo D (o E) e i tubi A e B possono essere modificate in diversi modi: uno è quello di tagliare una tasca rettangolare di dimensioni adeguate sui tubi A e B e inserire all'interno l’estremità del tubo D (o E) come mostrato nelle immagini seguenti.
A sinistra il tubo D su cui ArTube ha tracciato la tasca e a destra il tubo E inserito nel tubo B.
Si ricorda che i tubi E e D devono essere opportunamente tagliati in modo che dopo l'inserimento poggino sulla superficie opposta alle relative tasche. Viene così definita automaticamente la posizione del tubo B in direzione orizzontale.
Se non si volesse andare in battuta per non avere una lunghezza extra di tubo a causa di limiti di peso o costo, con Artube si potrebbe programmare una linea di marcatura o una freccia alo scopo di definire il livello di inserimento sul tubo E e la posizione orizzontale.
L'altro modo per modificare questo giunto è utilizzare il metodo “Tab and slot” come mostrato nelle immagini seguenti.
Collegamento tra le parti di un telaio tubolare realizzato con la funzionalità “Tab and slot”.
La funzionalità “Tab and slot” può essere utilizzata anche per garantire il corretto assemblaggio, realizzando un numero diverso di linguette sulle due estremità del tubo: come mostrato nell'immagine seguente, è possibile identificare subito la parte del tubo in corrispondenza di B o A.
Funzione “Tab and slot”, utilizzata per garantire il corretto assemblaggio degli elementi di un telaio tubolare.
Lo stesso risultato si può ottenere anche avendo lo stesso numero di dentini alle due estremità ma in posizioni verticali diverse.
La funzionalità “Tab and slot” può essere davvero utile anche su parti diverse dai tubi, come ad esempio la staffa a forma di “C” mostrata nell'immagine sottostante che deve essere saldata sul tubo B.
Staffa a C modellata su un elemento del telaio tubolare con Artube.
Con il processo di produzione convenzionale è necessario contrassegnare la posizione in cui la staffa deve essere saldata, quindi posizionare la staffa, fissarla con un morsetto e procedere alla sua saldatura.
Con Artube questi passaggi possono essere semplificati creando quattro denti sulla staffa e le corrispondenti fessure sul tubo B, come mostrato di seguito.
Staffa a C con dentini e tubo con fessure per il montaggio.
Con le asole la posizione della staffa è definita e con i dentini si elimina la necessità di serraggio.
A questo punto è possibile tagliare, assemblare e saldare il telaio con facilità e in brevissimo tempo, realizzando lotti piccoli o grandi con la stessa semplicità.
Taglio laser del componente di un telaio tubolare con l’impianto di taglio laser tubo LT FIBER EVO.
Le idee non finiscono mai con Artube
Queste sono solo alcune delle idee che possono essere realizzate con Artube e la sua ampia libreria di funzionalità software che aiutano a migliorare l'assemblaggio e la saldatura delle strutture tubolari.
Se dovesse essere fabbricato uno solo di questi telai, si potrebbe probabilmente usare il metodo convenzionale, spendendo molto tempo ed energia e realizzando una struttura non priva di problemi estetici e di accuratezza. È facile immaginare quanto sarebbe complicato e soprattutto quanto tempo richiederebbe produrre un numero considerevole di queste strutture.
Con Artube e un impianto Lasertube è possibile ottenere un grande vantaggio anche nella realizzazione di una sola struttura, vantaggio che cresce esponenzialmente all'aumentare del numero di pezzi da produrre.
