اخلی ایجاد شده در لوله باعث میشود لوله در حین خمکاری در تماس با سطح داخلی قالب باقی بماند و در نتیجه از خراب شدن سطح مقطع لوله جلوگیری میشود. علاوه بر این تامین فشار لازم برای جلوگیری از چینخوردگی در شعاع داخلی خم ضروری میباشد [4].
جنس مندرل در کیفیت خم تولیدی موثر است. اگر مندرل نرم باشد در حین عملیات خمکاری فشار ایجاد شده در آن حتی در ناحیه بیرون تار خنثی مثبت خواهد بود. در نتیجه در این ناحیه فشار کافی به لوله وارد شده و لوله در تماس با سطح داخلی قالب باقی خواهد ماند و از تخت شدن و خرابی سطح مقطع آن جلوگیری میشود. در صورتیکه مندرل از جنس سخت باشد فشار ایجاد در آن در ناحیه بیرونی تار خنثی به صورت منفی خواهد بود بنابراین لوله از سطح قالب فاصله گرفته و سطح مقطع آن بیضی شکل میگردد. اما مسئله دیگری که در استفاده از لاستیک نرم وجود دارد خم شدن لوله در محل اعمال نیرو سنبه میباشد. این عیب در صورت استفاده از لاستیک سخت به وجود نمیآید. برای رفع این عیوب و بهره جستن از مزایای هر یک از لاستیکهای سخت و نرم استفاده از مندرل با ترکیبی از لاستیک سخت و نرم پیشنهاد شده است. در صورت استفاده از مندرل با ترکیبی از لاستیک سخت و نرم، عیوب ذکر شده در بالا رفع خواهند شد. علاوه بر آن عمر لاستیک‌ها و تعداد دفعاتی که میتوان لاستیک‌ها را مورد استفاده قرار داد نیز افزایش مییابد [5]، [6].
در حالتیکه از مندرل با ترکیب دو جنس سخت و نرم استفاده میشود. لاستیک سخت در دو انتهای لوله و لاستیک نرم در وسط آنها قرار میگیرد. لاستیکهای سخت کناری نقش ترمزی نیز دارند. به این صورت که بعد از اعمال فشار، مقداری افزایش قطر پیدا کرده و با سطح داخلی لوله کاملاً درگیر میشوند و درحین خمکاری نباید بین آنها و لوله لغزش رخ دهد زیرا از میزان فشار ایجاد شده توسط لاستیک نرم میانی کاسته میشود و در نتیجه به سطح داخلی لوله فشار کافی وارد نخواهد شد و احتمال چینخوردگی و بیضی شدن مقطع لوله فزایش مییابد [6].
در روش خمکاری فشاری ابتدا مندرل لاستیکی در داخل لوله قرار داده میشود. سپس مجموعه‌ی لوله و مندرل در داخل راهنمای لوله قرار گرفته و توسط سنبه جلویی به مندرل فشار وارد میشود. این فشار تا پایان عملیات خمکاری ثابت باقی می‌ماند. فشار وارد شده به مندرل موجب افزایش قطر آن میگردد در نتیجه به سطح داخلی لوله فشار اعمال میشود. در انتها لوله و مندرل توسط سنبه به داخل قالب رانده میشوند درنتیجه لوله شکل پروفیل قالب را به خود میگیرد. بعد از خمکاری فشار از روی مندرل برداشته میشود و دو کفه قالب باز شده و لوله و مندرل از داخل قالب خارج میشوند.
در این فرایند برای ایجاد فشار در داخل لوله از یک ماده انعطاف‌پذیر (معمولاً الاستومر13) استفاده میشود. پارامترهای تاثیرگذار بر شکل نهایی لوله شامل فشار داخلی، شرایط اصطکاکی بین لوله و قالب و بین لوله و مندرل، شکل اولیه لوله، ابعاد و خواص مکانیکی لوله، سرعت سنبه و غیره میباشند. انتخاب مناسب هریک از این پارامترها در کیفیت خم تولید شده موثر خواهد بود. در شکل (1-3) شماتیک این فرایند نشان داده شده است [7].
شکل (1-3): شماتیک فرایند خمکاری فشاری [7]
استفاده از روش خمکاری فشاری در مواردی که تیراژ تولید پایین باشد بسیار سودمند میباشد زیرا با هزینه کم می توان تجهیزات خمکاری آن را تولید کرد و علاوه بر این دقت قطعات خمکاری در این روش بالا میباشد. به خصوص در صنایع هوایی که لازم است قطعات مورد استفاده از دقت بالایی برخوردار باشند. در چنین مواردی هزینه کردن برای خرید تجهیزات خمکاری کششی CNC با توجه به قیمت بالای آنها مقرون به صرفه نخواهد بود. بنابراین میتوان نتیجه گرفت برای تولید خم (بویژه خم‌های با شعاع کوچک) در تیراژ کم و با دقت بالا مناسب‌ترین گزینه روش خمکاری فشاری میباشد.
روش خمکاری فشاری برای خمکاریهایی که در آنها زاویه خم بین 15 تا 120 درجه، شعاع‌های خم از 20 تا 160 میلی‌متر و ضخامت لوله در حدود 0.5 تا 2 میلی‌متر است مناسب میباشد [1].
خمکاری کششی
خمکاری کششی یکی از روش‌های بسیار رایج خمکاری لوله و پروفیل میباشد که روی ماشین‌های خمکاری چرخشی انجام میشود. این ماشین‌ها با نیروی هیدرولیکی، پنوماتیکی یا مکانیکی/الکتریکی کار می‌کنند و ممکن است به صورت دستی یا کنترل عددی کنترل شوند. اجزای اصلی قالب خمکاری چرخشی شامل قالب خم دورانی14، قالب فشاری15، گیره، مندرل16 و قالب جاروبکن17 میباشند. تمامی این اجزاء به جز مندرل و قالب جاروبکن در شکل (1-4) نشان داده شده‌اند.
در روش خمکاری کششی، لوله از یک انتها توسط گیره به قالب دورانی مقید میشود. سپس توسط یک بازویی، مندرل به درون لوله هدایت میشود. با چرخش قالب دورانی لوله روی قالب فشاری کشیده شده و به داخل قالب خم هدایت میشود. چرخش قالب دورانی به اندازه‌ای است که زاویه خم مورد نظر در لوله ایجاد شود. قالب فشاری می‌تواند ثابت یا متحرک باشد و در صورت متحرک بودن توسط یک جک به جلو و عقب حرکت می‌کند. سطوح گیره را بصورت آجدار می‌سازند در نتیجه حداکثر اصطکاک را به منظور محکم گرفتن لوله فراهم می‌آورد. سطوح قالب فشاری، مندرل و قالب جاروبکن باید کاملاً پرداخت باشند چون موقع خمکاری در تماس با سطح لوله حرکت می‌کنند. شکل (1-4) شماتیک روش خمکاری کششی را نشان میدهد.
شکل (1-4): شماتیک فرایند خمکاری کششی a)قبل از خمکاری b) بعد از خمکاری.
در روش خمکاری کششی، قالب فشاری با ایجاد فشار به لوله در شعاع بیرونی خم، از نازک شدن بیش از حد لوله جلوگیری می‌کند. این عمل، در خمکاری با زاویه خم بزرگ و شعاع خم کوچک بسیار مفید خواهد بود. مندرل همراه با قالب جاروب کن برای جلوگیری از چین خوردگی و خراب شدن سطح مقطع لوله ممکن استفاده شود ولی استفاده از مندرل در حد امکان باید پرهیز شود زیرا هزینه‌های تولید را افزایش میدهد.
در این روش امکان کنترل جریان ماده وجود دارد. بنابراین میتوان از آن برای خمکاری لوله‌های جدار نازک و شعاع خم‌های کوچک استفاده نمود. برای ضخامت‌های کمتر از 0.4 میلی‌متر نباید از این روش استفاده نمود زیرا ابزاربندی در این حالت بسیار پیچیده خواهد بود [2].
خمکاری فشاری با بازوی متحرک
در این روش لوله بدون استفاده از مندرل یا ابزاربندی دقیق تولید میشود. خمکاری فشاری مشابه خمکاری کششی میباشد با این تفاوت که در این روش قالب خم حرکت چرخشی ندارد و ثابت میباشد. در روش خمکاری فشاری یک سر لوله توسط گیره و قالب ثابت18 محکم گرفته میشود و با چرخش یک بازویی غلتکی19 (قالب جاروب کن)، لوله به دور قالب ثابت فشار داده میشود. شماتیک فرایند در شکل (1-5) نشان داده شده است.
در مواردی‌که شعاع خم مورد نظر دارای دقت بالایی نباشد استفاده از این روش ساده بوده و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه میباشد. کاهش ضخامت دیواره لوله و بیضی شدن مقطع در این روش نسبتاً زیاد میباشد به ویژه در خمکاری لوله به شعاع خم کوچک، چین خوردگی در دیواره درونی، نازک شدگی در دیواره بیرونی و بیضی شدن مقطع بسیار رایج است ولی برای شعاع خم‌های بزرگ یک روش مرسوم و سریع می باشد [2]، [8].
خمکاری پرسی
خمکاری پرسی یکی از قدیمی‌ترین روش‌های خمکاری مکانیکی لوله‌ها می باشد. در این روش مطابق شکل (1-6)، لوله روی دو تکیه‌گاه قرار میگیرد و با حرکت قالب پرسی20 خم میشود. حرکت قالب پرسی تا جایی ادامه پیدا می‌کند که خم با زاویه موردنظر روی لوله ایجاد شود.
شکل (1-5): شماتیک فرایند خمکاری فشاری با بازوی متحرک a) قبل از خمکاری b) بعد از خمکاری.
محدودیت این روش این است که از آن برای تولید خم با شعاع کوچک نمی‌توان استفاده کرد ولی برای تولید خم با شعاع خم زیاد در حدود 5D یا بیشتر مناسب است و هزینه‌ی کمی خواهد داشت. از این روش به صورت گسترده برای خمکاری لوله‌ها استفاده میشود زیرا دستگاه‌های آن براحتی قابل حمل بوده و تنظیم آنها نیز ساده میباشد. ماشین‌های مورد استفاده برای خمکاری پرسی در اندازه های متفاوتی وجود دارند که کوچکترین آنها قادر به خم کردن لوله به قطر اینچ بوده و عملگر آن یک جک دستی میباشد و بزرگترین آنها قادر هستند لوله‌هایی به قطر 20 اینچ و ضخامت 0.5 اینچ را خم کنند. در این دستگاهها قالب پرسی توسط نیروی هیدرولیک عمل می‌کند [2]، [8].
خمکاری غلتکی
در این روش برای ایجاد خم در