Uốn ống/hộp Inox không móp: chọn bán kính, khuôn và thông số

Uốn ống và hộp Inox không bị móp, nhăn hay bẹp oval là yêu cầu cốt lõi trong gia công lan can, khung máy, đường ống công nghệ… thuộc mọi hạng mục Inox. Bài viết này tổng hợp các nguyên lý cơ học, lựa chọn bán kính, thiết lập khuôn–mandrel–wiper, bôi trơn, cũng như quy trình kiểm soát chất lượng để bạn đạt bề mặt đẹp, sai số nhỏ ngay lần đầu.

Hiểu đúng về biến dạng khi uốn Inox

– Inox (đặc biệt 304/316) có độ hóa bền biến dạng cao, nên:
– Dễ đàn hồi ngược (springback) hơn thép carbon.
– Thành ngoài (extrados) mỏng đi; thành trong (intrados) dồn vật liệu dễ nhăn.
– Ống tròn có xu hướng oval hóa; hộp vuông/chữ nhật dễ bẹp ở thành mỏng.
– Mục tiêu kỹ thuật:
– Không nhăn mặt trong, không dập mặt ngoài.
– Độ oval (ovality) thấp.
– Tỉ lệ mỏng thành ngoài trong giới hạn cho phép ứng dụng.

Chỉ số cần theo dõi

– D/t: tỷ số đường kính ngoài D (hoặc cạnh lớn với hộp) trên bề dày t. D/t càng cao → càng khó uốn.
– CLR (Centerline Radius): bán kính uốn theo tâm. Chọn CLR phù hợp là yếu tố số 1.
– Ovality (%) = (OD_max − OD_min) / OD_nom × 100.
– Thinning (%) = (t0 − t_min_extrados) / t0 × 100.
– Springback (°): góc phải “bù” khi cài máy.

Chọn vật liệu và chuẩn bị phôi

– Mác Inox: 304/304L và 316/316L uốn tốt hơn 201 nhờ độ dẻo và khả năng chống nứt cao hơn.
– Chứng chỉ/tiêu chuẩn ống:
– Ống trang trí cơ khí: ASTM A554 (bề mặt, dung sai, thử dẹt/ovality).
– Ống công nghiệp: ASTM A269/A312 (seamless/welded), yêu cầu khắt khe hơn về cơ tính và sạch bề mặt trong.
– Đường hàn ERW: đặt ở vùng “trung tính” khi uốn:
– Ống tròn: xoay đường hàn lệch ~30–45° so với mặt phẳng uốn (tránh đúng intrados/extrados).
– Hộp: xoay sao cho đường hàn không nằm ở thành chịu nén nhất.
– Chuẩn bị bề mặt:
– Giữ film bảo vệ (PVC) với ống/hộp mạ gương/HL.
– Làm sạch dầu bẩn, ba via mép cắt; bịt kín đầu nếu có nhồi cát.

Chọn bán kính tối thiểu theo D/t

Gợi ý thực tế cho Inox 304/316 (uốn nguội, khuôn tốt, bôi trơn đúng):
– Ống tròn:
– Không mandrel: CLR ≥ 3.0D; D/t ≤ 18.
– Có mandrel + wiper: CLR ≈ 1.5–2.0D; có thể đến ≈1.0D với D/t ≤ 12 và máy CNC có “boost”.
– Hộp vuông/chữ nhật:
– Không mandrel: CLR ≥ 3.0–3.5 lần cạnh lớn (A).
– Có mandrel và wiper, chèn chống thành: CLR ≈ 1.5–2.5A tùy t.
Lưu ý: Nếu dùng cuộn 3 trục (roll bending) cho bán kính lớn (CLR > 8–10D) sẽ giảm rủi ro móp/nhăn hơn so với uốn kéo–quấn.

Chọn công nghệ uốn phù hợp

– Rotary Draw Bending (RDB, uốn kéo–quấn):
– Chính xác cao, kiểm soát tốt bề mặt. Bắt buộc dùng cho CLR nhỏ và chi tiết lặp lại.
– Dụng cụ: khuôn uốn (bend die), khuôn tỳ (pressure die), kẹp (clamp die), mandrel, wiper die.
– Roll Bending (3–4 trục):
– Cho cung lớn, biến dạng phân bố đều, ít rủi ro oval. Phù hợp kết cấu kiến trúc.
– Compression/Press Bending:
– Nhanh nhưng dễ móp/nhăn, phù hợp chi tiết thô, bán kính lớn và thành dày.
– Induction/Hot Bending:
– Áp dụng cho ống dày/cỡ lớn. Với Inox cần kiểm soát nhiệt để tránh nhạy cảm hóa (sensitization); ưu tiên thép không gỉ L (304L/316L).

Thiết lập khuôn và thông số cho ống tròn

Bộ dụng cụ bắt buộc khi cần bề mặt đẹp

– Mandrel:
– Plug mandrel (đầu đặc) cho CLR ≥ 2D.
– Ball/smart mandrel (bi khớp) cho CLR ≤ 2D hoặc D/t cao.
– Vị trí: mũi mandrel nhô 0.5–1.0 mm qua đường tiếp tuyến khuôn uốn; tăng nhô khi D/t lớn.
– Wiper die:
– Lắp sát intrados, mép cắt “feather” mảnh để cắt nếp nhăn; góc nghiêng 10–20° so với phương tiếp tuyến.
– Feeder dày 0.05–0.2 mm (tùy cỡ ống); bảo đảm bôi trơn tốt.
– Pressure die:
– Lực tỳ đủ giữ ống không trượt nhưng không để lại vết; với máy CNC, dùng “boost” 1–8% chiều dài để hạn chế mỏng thành ngoài.
– Kẹp (clamp) và bán kính khuôn:
– Chiều dài kẹp tối thiểu 2.5–3.0×D; bề mặt khuôn siêu mịn (Ra ≤ 0.4–0.8 µm) để tránh hằn.

Thông số khuyến nghị ban đầu

– Bôi trơn: mỡ EP cho Inox (MoS2/graphite), dầu áp lực cực trị không chứa clo (thân thiện môi trường), bột xà phòng công nghiệp cho xưởng nhỏ.
– Bù đàn hồi: 2–4° cho CLR ~1.5–2D; có thể 5–8° với t mỏng/D lớn. Tránh thử–sửa nhiều lần vì Inox hóa bền nhanh.
– Tốc độ uốn: vừa phải để giảm ma sát nhiệt; tốc độ quá chậm dễ in vết, quá nhanh dễ trượt.

Thiết lập cho hộp vuông/chữ nhật

– Dùng mandrel có đỡ thành (insert) hoặc gối nội dạng “đầu giày” để chống bẹp.
– Bổ sung shim chống xẹp hai thành bên (side rolls/anti-flattening blocks).
– Ưu tiên khuôn có bán kính góc vào (entry radius) lớn hơn một chút để phân bố biến dạng đều, hạn chế nứt tại góc hàn.
– Với hộp thành mỏng, cân nhắc cuộn 3 trục nhiều pass cho bán kính trung–lớn thay vì RDB một pass.

Giải pháp cho xưởng nhỏ, không có mandrel bender

– Nhồi cát khô hạt mịn, đầm chặt, bịt kín hai đầu; đốt gia nhiệt cục bộ nhẹ (≤300–350°C) chỉ để giảm ma sát, không nung đỏ. Phù hợp chi tiết mỹ thuật, CLR ≥ 3D.
– Con lò xo/ruột gà lót trong cho ống nhỏ D ≤ 20 mm, t ≥ 1.0 mm.
– Khuôn bán kính lớn hơn (≥3–4D) và uốn nhiều lần tăng dần thay vì dồn lực một điểm.
– Bảo vệ bề mặt bằng băng thép không gỉ mỏng hoặc băng PET trên má kẹp.

Cảnh báo: Hợp kim “kim loại nóng chảy thấp” (wood’s metal) truyền thống có thể chứa Cd/Pb – không khuyến nghị vì độc hại.

Kiểm soát bôi trơn và chống galling (xước–dính)

– Dùng mỡ MoS2/graphite hoặc dầu EP chuyên dụng cho Inox; tra đều cho khuôn, wiper, mandrel.
– Tránh dầu gốc clo cũ; hiện nay ưa chuộng ester tổng hợp có phụ gia EP.
– Vệ sinh, thay lọc dầu định kỳ; bề mặt khuôn đánh bóng, cứng hóa để giảm ma sát.

Tính chiều dài phát triển và bù đàn hồi

– Chiều dài cung uốn: L_arc = π × CLR × (góc/180).
– Chiều dài phôi: tổng các đoạn thẳng + L_arc − allowance kẹp theo máy/khuôn.
– Bù springback:
– Thử nghiệm 1–2 phôi, đo góc sau hồi; cài máy over-bend tương ứng.
– Tránh uốn–nắn nhiều lần vì tăng hóa bền → rạn nứt vi mô.

Giới hạn chất lượng và đo kiểm sau uốn

– Ngoại quan: không hằn vết sâu, không nhăn intrados, không nứt gờ.
– Kích thước:
– Ovality: đặt mục tiêu ≤ 5% cho kiến trúc; ≤ 3% cho lắp ghép chính xác. Tham chiếu ASTM A554: độ oval thường phải nằm trong dung sai OD danh nghĩa.
– Thinning: ≤ 12–15% cho kết cấu kiến trúc; ≤ 20% tối đa với kết cấu chịu lực thấp. Dùng siêu âm/đo cơ để kiểm.
– Độ chính xác cung: sai số góc ≤ ±0.5–1.0°, sai số CLR ≤ ±0.5–1.0 mm tùy kích thước.

Checklist cài máy nhanh (ống tròn 304 Ø38.1 × 1.5 mm, 90°, CLR = 76 mm)

– D/t = 38.1/1.5 ≈ 25.4 (khá mỏng) → bắt buộc mandrel bi + wiper, boost ~3–5%.
– Mũi mandrel nhô ~0.8 mm; wiper feather mảnh, bôi trơn đậm.
– Lực kẹp đủ chống trượt; pressure die tăng dần đến khi vết nhăn biến mất.
– Bù đàn hồi: thử với +4°; tinh chỉnh theo đo thực tế.
– Kiểm ovality mục tiêu ≤ 5%; nếu vượt, tăng boost hoặc tăng CLR.

Lỗi thường gặp và cách khắc phục

– Nhăn mặt trong:
– Nguyên nhân: thiếu wiper, mandrel lùi, lực tỳ yếu.
– Khắc phục: tiến mandrel, tăng pressure/boost, lắp wiper đúng góc; tăng bôi trơn.
– Móp/chép thành ngoài:
– Nguyên nhân: CLR quá nhỏ so với D/t, lực kẹp kém, thiếu boost.
– Khắc phục: tăng CLR, dùng mandrel bi, tăng lực kẹp/boost; nâng cấp khuôn bề mặt mịn.
– Oval quá mức:
– Nguyên nhân: không có nội đỡ, bán kính nhỏ, thành mỏng.
– Khắc phục: dùng mandrel, đổi sang roll bending cho cung lớn, tăng t.
– Xước bề mặt/galling:
– Nguyên nhân: bôi trơn kém, khuôn nhám.
– Khắc phục: đánh bóng khuôn, dùng mỡ EP phù hợp, bảo vệ bằng film.
– Nứt tại đường hàn:
– Nguyên nhân: đặt hàn ở vùng căng/nén cực đại, chất lượng hàn kém.
– Khắc phục: xoay đường hàn vào vùng trung tính; chọn ống theo ASTM; tăng nhiệt luyện hàn (với ống công nghiệp).

Xử lý sau uốn và bảo toàn chống ăn mòn

– Tẩy gỉ–thụ động hóa (pickling & passivation) vùng có vết kẹp/ma sát để phục hồi lớp oxit crôm.
– Rửa sạch dầu mỡ; với sản phẩm trang trí, đánh bóng phục hồi hạt xước/HL.
– Không hàn bổ sung lên vùng uốn đã hóa bền nếu không cần thiết; nếu hàn, chú ý kiểm soát nhiệt đầu vào.

Mẹo chọn nhanh theo ứng dụng

– Kiến trúc nội–ngoại thất (lan can, khung trang trí):
– Ưu tiên 304; dùng RDB + mandrel + wiper cho CLR ≤ 2D; giữ ovality ≤ 5%.
– Đường ống công nghiệp:
– 316/316L cho môi trường ăn mòn; roll/induction cho bán kính lớn; kiểm soát mỏng thành theo chuẩn lắp ống.
– Khung máy/kết cấu:
– Hộp 304/201 dày ≥ 1.5–2.0 mm; CLR ≥ 2–3A; chống bẹp bằng insert.

Tài liệu tham khảo

– ASTM A554 – Specification for Welded Stainless Steel Mechanical Tubing.
– ASTM A269/A312 – Seamless and Welded Austenitic Stainless Steel Tubing/Pipe.
– SSINA (Specialty Steel Industry of North America) – Designer Handbook: Fabrication of Stainless Steel, Bending and Forming.
– Outokumpu – Fabrication of Stainless Steel: Tube Bending Guidelines.
– FMA/TPA (Fabricators & Manufacturers Association / The Tube & Pipe Journal) – Best practices in mandrel and wiper die setup for stainless tube.

Kết luận

Để uốn ống/hộp Inox không móp và không biến dạng, hãy bắt đầu từ việc chọn đúng CLR theo D/t, dùng đúng công nghệ (ưu tiên RDB với mandrel và wiper cho bán kính nhỏ), thiết lập vị trí mandrel–góc wiper–lực kẹp/boost chính xác, bôi trơn chuyên dụng để chống galling, và đo kiểm ovality/thinning sau uốn. Nếu thiếu máy chuyên, hãy tăng bán kính, nhồi cát và bảo vệ bề mặt. Thực hiện đúng các nguyên tắc này, bạn sẽ đạt bề mặt đẹp, kích thước chuẩn, năng suất cao và giảm phế phẩm ngay từ lô đầu tiên.

Cần tư vấn chọn khuôn, máy uốn và vật tư Inox phù hợp dự án? Liên hệ Inox Cường Thịnh để được hỗ trợ kỹ thuật và báo giá tốt nhất. Hotline: 0343.417.281. Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com