Uốn ống, hộp Inox không móp: chuẩn R/D, chọn mandrel, quy trình

Uốn ống và hộp Inox mà không bị móp, dẹt hay nhăn là yêu cầu cốt lõi trong chế tạo kết cấu, lan can, khung máy, đường ống. Bài viết này hệ thống kỹ thuật, thông số và quy trình thực tế để uốn sạch, đúng bán kính, kiểm soát biến dạng cho các mác Inox thông dụng (201/304/316). Chủ đề thuộc cẩm nang ống/hộp Inox nhưng bài viết này hoàn toàn độc lập để bạn áp dụng ngay tại xưởng.

Hiểu vật liệu Inox và rủi ro khi uốn

– Mác vật liệu: 201 (độ chảy cao, dễ đàn hồi hồi), 304 (dễ uốn nhất trong nhóm austenit), 316 (dẻo, nhưng work-hardening mạnh). Ống cơ khí trang trí thường theo ASTM A554; ống công nghiệp theo ASTM A312.
– Đặc tính ảnh hưởng uốn:
– Đàn hồi hồi (springback) của austenit cao hơn thép carbon → cần bù góc uốn.
– Work-hardening: vùng uốn cứng nhanh, nếu uốn nóng cần xử lý tẩy gỉ/passivation để phục hồi chống ăn mòn bề mặt.
– Đường hàn dọc: nên đặt ở mặt trung hòa hoặc phía ngoài để giảm nhăn ở lòng trong.
– Thuật ngữ biến dạng:
– Dẹt/độ oval (ovality): độ tròn suy giảm, tính theo [(ODmax − ODmin)/ODnom] × 100%.
– Nhăn (wrinkling) ở lòng trong; mỏng thành phía ngoài; lõm mặt phẳng với hộp (concavity).
– Xoắn (twist) tiết diện khi đồ gá/đẩy bù không phù hợp.

Chọn phương pháp uốn theo bán kính và độ dày

– Uốn kéo xoay (Rotary Draw Bending) có mandrel: chuẩn cho bán kính nhỏ R = 1–3D (D = đường kính ngoài/chiều rộng hộp). Dùng bộ khuôn: bend die (R/CLR), clamp die, pressure die, wiper die, mandrel trong ống.
– Uốn lốc 3 trục (Roll Bending): cho R lớn, thường R > 10D, biến dạng đều, ít dẹt.
– Uốn ép (Press Bending): nhanh, chi phí thấp, nhưng dễ dẹt/nhăn; chỉ nên dùng khi R ≥ 3D và t/D đủ lớn.
– Uốn nóng: chỉ dùng khi bắt buộc (tiết diện lớn, R rất nhỏ). Cần kiểm soát nhiệt và xử lý tẩy gỉ/passivation sau uốn; không khuyến nghị với bề mặt trang trí BA/HL.

Thiết kế bán kính uốn và tiêu chí biến dạng

Quy tắc thực dụng theo t/D (thành/đường kính hoặc thành/chiều rộng)

– t/D ≥ 0.10: có thể R ≈ 1.5–2.0D với mandrel; không mandrel nên R ≥ 2.5D.
– 0.06 ≤ t/D < 0.10: nên R ≥ 2.0–3.0D và bắt buộc mandrel + wiper die cho bề mặt đẹp. - t/D < 0.06 (thành mỏng, ví dụ 1.0 mm với Ø38.1): ưu tiên R ≥ 3.0–4.0D, luôn dùng mandrel bi. - Với hộp chữ nhật: R tâm uốn (CLR) tối thiểu thường ≥ 2.5–3.0 lần cạnh lớn nếu t ≤ 1.2 mm; tăng lên 3.5–4.0 lần khi t ≤ 0.8 mm.

Giới hạn chất lượng khuyến nghị

– Độ oval ống tròn: ≤ 7% với hạng mục trang trí, ≤ 10% với kết cấu thông thường.
– Mỏng thành phía ngoài: ≤ 12% so với t ban đầu với 201/304/316.
– Hộp: độ lõm bề mặt (concavity) ≤ 1–2% cạnh; bo góc ngoài không rạn nứt.

Cấu hình đồ gá: mandrel, wiper, khuôn và bôi trơn

– Mandrel (ruột trong ống):
– Loại: plug (nút), form, bi đoạn (ball mandrel). Thành mỏng và R nhỏ → dùng ball mandrel 3–5 bi.
– Vị trí: đầu bi đầu tiên nhô 0.5–1.0 mm qua mặt tiếp tuyến uốn (tangent). Lùi quá gây nhăn, tiến quá gây xước.
– Wiper die (dao gạt nếp): đặt ngay trước mặt tiếp tuyến ở lòng trong; góc cào 15–30°, lưỡi mảnh, bôi trơn tốt để triệt nhăn.
– Pressure die boost (đẩy bù): đẩy nhẹ vật liệu về vùng kéo ngoài, giảm mỏng và dẹt. Điểm khởi đầu: 2–6% lực đẩy; tăng dần tới khi dẹt/nhăn tối thiểu mà không xoắn.
– Clamp length (chiều dài kẹp): tối thiểu 3×D với ống tròn; với hộp ≥ 2.5× cạnh lớn để tránh trượt.
– Vật liệu/kho phủ khuôn: tôi bề mặt, phủ crom cứng/nitride để chống dính và cào xước Inox; dùng lót nhựa/PU cho bề mặt trang trí.
– Dầu bôi trơn: gốc xà phòng tổng hợp/PTFE/graphite; không dùng mỡ gây ố đối với hạng mục nội thất chưa tẩy rửa.

Thông số máy và bù góc cho Inox

– Tốc độ uốn: chậm vừa (10–40°/s) cho thành mỏng; quá nhanh dễ nhăn/dẹt, quá chậm tăng vết cào.
– Bù góc đàn hồi hồi:
– Inox 304/316: thường +2–5° so với góc mục tiêu, tăng khi R lớn.
– Inox 201: có thể +3–6° do giới hạn chảy cao hơn.
– Kiểm soát xoắn: canh đường hàn theo dấu chuẩn; dùng dẫn hướng chống xoắn; điều chỉnh song song clamp/pressure die.

Uốn hộp Inox: lưu ý riêng

– Hướng uốn: với hộp chữ nhật, uốn theo cạnh nhỏ (weak axis) dễ hơn; uốn theo cạnh lớn cần R lớn hơn và hỗ trợ trong lòng hộp.
– Mandrel hộp: dùng mandrel dạng khối hoặc bi hình chữ nhật để chống lõm mặt phẳng; có thể thêm “anti-collapse insert” tại góc.
– Góc bo trong: tối thiểu ≈ 1.5×t để tránh nứt góc ngoài; nếu yêu cầu bo sắc, xem xét cán/ép lại sau uốn với gá đỡ trong.
– Giảm lõm mặt: tăng boost, dùng wiper, tăng R, hoặc dùng con lăn ép mặt sau uốn (calibrating roll).

Quy trình 10 bước uốn không móp dành cho xưởng

1) Xác định tiêu chí: R/CLR, góc uốn, dung sai, giới hạn ovality/mỏng thành, bề mặt hoàn thiện.
2) Chọn vật liệu: 201/304/316 đúng tiêu chuẩn; kiểm tra t, OD/size và vị trí đường hàn.
3) Chuẩn bị phôi: cắt đúng kích; tỉa ba via; làm sạch dầu; dán phim bảo vệ bề mặt.
4) Chọn phương pháp và bộ khuôn: R mục tiêu, set bend die, clamp/pressure die tương ứng, wiper và loại mandrel.
5) Bôi trơn: phủ đều lòng trong (vị trí mandrel) và bề mặt tiếp xúc khuôn.
6) Canh seam/weld: đặt ở trung hòa hoặc phía ngoài cung uốn; đánh dấu thước đo và mốc GOG (start of bend).
7) Thiết lập máy: tốc độ, boost 2–6% ban đầu, vị trí mandrel nhô 0.5–1.0 mm, lực kẹp đủ không trượt.
8) Uốn thử: bù góc +3–5°; đo R thực, góc, ovality, mỏng thành, chất lượng bề mặt.
9) Tối ưu: tăng/giảm boost, chỉnh wiper/mandrel, thay đổi tốc độ; nếu vẫn dẹt → tăng R hoặc đổi loại mandrel.
10) Hoàn thiện: rửa sạch dầu, xử lý tẩy gỉ/passivation nếu có uốn nóng hoặc trầy xước; kiểm tra cuối theo tiêu chí.

Mẹo thực tế cho xưởng vừa và nhỏ

– Không có mandrel bender: ưu tiên R ≥ 3–4D; dùng lốc 3 trục cho biên dạng lớn.
– Hỗ trợ tạm: nạp cát mịn khô/nhựa nhiệt thấp vào ống, bịt kín để hỗ trợ lòng trong khi uốn tay; lưu ý làm sạch hoàn toàn sau uốn.
– Tránh uốn nóng đối với bề mặt trang trí (BA/HL/No.4) vì đổi màu/oxy hóa; nếu buộc uốn nóng, phải pickling + passivation.
– Bề mặt đẹp: dùng lót PU trên khuôn kẹp, luôn giữ phim PVC, lau sạch hạt cứng trước khi uốn.

Khắc phục lỗi thường gặp

– Nhăn lòng trong: tiến mandrel 0.2–0.5 mm; tăng áp wiper; tăng boost nhẹ; giảm tốc; tăng R nếu cần.
– Dẹt/oval cao: tăng R; tăng boost; dùng mandrel bi nhiều đoạn; giảm tốc; chọn ống t lớn hơn.
– Nứt mặt ngoài: giảm góc/ tăng R; đổi vật liệu (304 thay 201); kiểm tra ba via/sước; đảm bảo bo trong ≥ 1.5×t với hộp.
– Xoắn tiết diện: cân chỉnh clamp/pressure; tăng lực kẹp; canh lại seam; thêm dẫn hướng.
– Cào xước/galling: đổi vật liệu khuôn phủ cứng; tăng bôi trơn; giảm áp kẹp; dùng lót mềm.

Kiểm soát chất lượng sau uốn

– Đo góc và bán kính tâm uốn (CLR) bằng dưỡng hoặc CMM cầm tay; bù góc nếu thiếu.
– Đo ovality: dùng thước cặp/đồng hồ so tại cung uốn; mục tiêu ≤ 7–10% theo yêu cầu.
– Kiểm tra mỏng thành: đo siêu âm hoặc cắt mẫu; mục tiêu ≤ 12%.
– Quan sát bề mặt: không rạn nứt, không vết cào sâu; đường hàn nguyên vẹn; với ống áp lực có thể thử kín/hydrotset theo yêu cầu.

Tham chiếu nhanh (gợi ý R tối thiểu với uốn có mandrel)

– Ống Ø19.05 × 1.0 mm (304): R khuyến nghị ≥ 45–60 mm (≈ 2.5–3.0D).
– Ống Ø25.4 × 1.2 mm (304/316): R ≥ 60–75 mm (≈ 2.4–3.0D).
– Ống Ø38.1 × 1.2 mm (201): R ≥ 110–130 mm (≈ 2.9–3.4D, bù do 201 đàn hồi hồi lớn).
– Hộp 20×20 × 1.0 mm (304): R ≥ 50–60 mm (≈ 2.5–3.0D).
– Hộp 40×20 × 1.2 mm (304): R ≥ 70–90 mm; ưu tiên mandrel chữ nhật để giảm lõm mặt.
Ghi chú: Giá trị mang tính thực hành; điều chỉnh theo t/D thực tế, bề mặt yêu cầu và năng lực máy/khuôn.

Bảng bù góc tham khảo

– 304: +2–4° (R nhỏ) đến +4–5° (R lớn).
– 316: +2–5°.
– 201: +3–6°.
Luôn uốn thử và hiệu chỉnh theo từng lô vật liệu.

An toàn và hoàn thiện bề mặt

– Không uốn gần nguồn lửa với ống bịt kín (nguy cơ nổ).
– Bảo hộ mắt/da khi dùng dầu bôi trơn và hóa chất tẩy gỉ.
– Sau uốn nóng hoặc có biến màu: tẩy gỉ bằng gel/paste phù hợp Inox và passivation khôi phục lớp thụ động.

Kết luận

Để uốn ống và hộp Inox không bị móp, hãy bắt đầu từ thiết kế đúng R/CLR theo t/D, chọn đúng phương pháp (ưu tiên uốn kéo có mandrel cho R nhỏ), cấu hình bộ khuôn chuẩn (mandrel, wiper, boost, clamp), bôi trơn hợp lý và bù góc theo mác Inox. Kiểm soát ovality, mỏng thành và bề mặt bằng uốn thử – tối ưu thông số trước khi sản xuất loạt. Với quy trình trên, bạn sẽ đạt được cung uốn sạch, đúng biên dạng cho 201/304/316, đáp ứng đồng thời yêu cầu kỹ thuật lẫn thẩm mỹ.