Doblado de canto frente a doblado de plano en barra colectora

A plano y a canto no son dos ajustes de una misma operación. Son problemas de formado diferentes, con modos de fallo límite diferentes, herramientas diferentes y, en la mayoría de las máquinas, clasificaciones de capacidad diferentes. La variación terminológica depende de la región: a plano también se denomina 'easy way', doblado plano o doblado en nivel; a canto se llama 'hard way', doblado de borde o doblado vertical. La mecánica no varía.

Un doblado a plano pliega la barra a través de su espesor, por lo que rige la dimensión pequeña. Un doblado a canto la pliega a través de su ancho, por lo que rige la dimensión grande. Todo lo demás se deriva de este único cambio.

El módulo de sección lo explica todo

Para una barra rectangular de ancho w y espesor t, el módulo de sección elástico sobre los dos ejes principales es:

• A plano: Z = w·t² / 6
• A canto: Z = t·w² / 6

Los módulos plásticos mantienen la misma proporción, w·t²/4 y t·w²/4, y es el valor plástico el que importa una vez que se produce el formado. La relación entre ambos es simplemente w/t.

Ese único número es el multiplicador del momento de flexión. Casos concretos:

La dependencia del ancho es notable. El módulo de sección a plano es lineal con el ancho: duplicar el ancho duplica la fuerza. El módulo de sección a canto varía con el cuadrado del ancho: duplicar el ancho cuadruplica la fuerza. Una barra de 200 mm de ancho requiere cuatro veces la fuerza para doblar a canto en comparación con una de 100 mm, no el doble.

El espesor se comporta de manera opuesta. La fuerza a plano varía con t², mientras que la fuerza a canto es solo lineal con t. Una barra ancha y delgada es el peor candidato para el doblado a canto en ambos aspectos, requiriendo una fuerza alta y ofreciendo la menor resistencia al modo de fallo que se describe a continuación. Las cifras de tonelaje para una sección específica se pueden determinar con la calculadora de fuerza de doblado de barras colectoras.

La estabilidad establece el límite antes que la fuerza

Las máquinas están limitadas por el momento. Las piezas de trabajo están limitadas por la estabilidad, y en el doblado a canto, el límite de la pieza de trabajo se alcanza primero.

En el exterior de un doblez por arista, la fibra se sitúa a media anchura de la barra del eje neutro, en lugar de a media espesor. La deformación en ingeniería de la fibra exterior es:

ε = 1 / (2·(R/w) + 1)

Con un radio interior igual a la anchura de la barra, es del 33%. Con el doble, del 20%. Con cuatro veces la anchura, del 11%. Estas cifras comparadas con los valores de elongación en los templeados de la EN 13601 muestran por qué los radios de doblez por arista se cotizan como múltiplos de la anchura en lugar de múltiplos del espesor. El temple R240 semiduro especifica un 8% mínimo de elongación, y el R290 duro especifica un 4%. La tolerancia de deformación por doblez sí supera la elongación traccional, por las razones expuestas en el artículo sobre templeado de cobre y radio mínimo de doblez, pero el margen no es lo suficientemente amplio como para que un R/w por debajo de aproximadamente 2 sea una regla general segura.

En el interior del doblez el problema es diferente y suele ser el factor limitante. La fibra interior está en compresión a lo largo de un arco, y el material que soporta esa compresión es una tira de solo t de espesor y w de profundidad. Es una placa delgada sometida a carga en su propio plano, y las placas delgadas en compresión se abomban fuera del plano. La tensión crítica disminuye con el cuadrado de la esbeltez, de modo que a medida que aumenta la relación w/t, el borde interior se vuelve progresivamente más propenso a arrugarse. El resultado visible es un borde interior ondulado o festoneado, y a veces toda la sección se enrolla fuera de escuadra.

Por esto las capacidades de doblez por arista son más restrictivas que las por tabla. En la SMART-603CNC-S, el doblez por tabla se califica para 260 × 20 mm y por arista para 125 × 15 mm. Ambas dimensiones se reducen, no solo la anchura, y este mismo patrón se observa en el equipamiento de doblez de barras colectoras en general. La calificación marca el punto en el que la herramienta ya no puede mantener la sección escuadra durante el doblez.

Límites prácticos

Combinar la aritmética de deformación con la práctica normal de taller proporciona un margen de trabajo. Estos son puntos de partida indicativos que deben confirmarse en una primera pieza, no límites normativos.

Radio interior de al menos 2× la anchura de la barra para cobre blando y semiduro, y 3× o más para temple duro. Relación anchura-espesor inferior a aproximadamente 10 para resultados fiables sin soporte especializado; por encima de 12 a 15, aparece arrugamiento en el borde interior independientemente del radio. La anchura de la barra dentro de aproximadamente la mitad de la capacidad por tabla de la máquina. El temple duro en secciones anchas es la combinación que más a menudo falla, porque tanto el límite de deformación de la fibra exterior como el límite de pandeo se vuelven más restrictivos simultáneamente.

El resorte también se comporta de manera diferente. La geometría de la zona plástica, la restricción impuesta por la herramienta y la R/t efectiva son todas distintas del caso por tabla, de modo que un ajuste por arista no puede derivarse de uno por tabla. Es necesaria la separación de los dos conjuntos de entradas en la tabla de compensación del resorte.

Herramientas y soporte

Un doblez por arista debe estar restringido en todos los puntos donde la sección pueda desplazarse, y la herramienta que lo hace no es la misma que se utiliza para doblar por tabla.

La barra debe quedar sujeta contra ambas caras anchas a lo largo de todo el arco del doblez, no solo en la entrada. Caras anchas sin soporte permiten que la sección ruede, y una sección enrollada produce un doblez que está fuera de plano además de fuera de ángulo.

El borde interior requiere un seguidor o bloque de presión que se desplace junto con la curva y mantenga el borde comprimido evitando que se abombado. Este componente distingue una máquina que puede doblar de canto de una que simplemente tiene un modo de doblado de canto.

La matriz anterior necesita una ranura adaptada al espesor de la barra. Una V universal que funciona en un rango de espesores a plano no mantendrá una sección de canto, porque la holgura que le da flexibilidad es la misma que la sección necesita para enrollarse.

La lubricación es más importante que en el doblado a plano, porque las presiones de contacto sobre la superficie de la matriz son mayores y la barra se desliza más distancia sobre la herramienta durante la dobladura.

La entrada recta también debe ser más larga. La longitud de sujeción es una restricción dimensional en la disposición de la pieza, y es una causa común de que un diseño sea doblable en principio, pero no en la máquina que lo fabricará. Los agujeros y las juntas de traslape deben mantenerse libres de la zona de doblado; es práctica normal de taller de tableros permitir al menos 10 mm entre una curva y una junta de traslape, y 20 mm entre una curva y un punto de soporte.

Las alternativas de diseño

Cuando un doblado de canto cae fuera del envolvente, existen tres alternativas, y no son intercambiables.

Giro y doblado a plano

Girar la barra 90° sobre su propio eje rota la cara ancha al plano del cambio de dirección requerido, después del cual se realiza el cambio como un doblado a plano ordinario. La formación es fácil, la herramienta es estándar, la deformación de fibra exterior en la curva está gobernada por el espesor en lugar del ancho, y la barra llega al destino ya en el plano que requiere el terminal. El costo es la longitud: un giro necesita su propio tramo de barra recta, típicamente al menos el doble del ancho de la barra y a menudo más. La guía de torsión de barras colectoras cubre la geometría y los ángulos alcanzables, y la torsión es una capacidad estándar en las cabezas de doblado de barras colectoras en lugar de una máquina separada.

Esquina articulada

El cambio de dirección puede realizarse con dos barras rectas y una junta de traslape atornillada. No existe límite de conformado, por lo que funciona en cualquier ancho y cualquier temple. El costo es una junta en la trayectoria de la corriente, lo que implica resistencia de contacto, especificación de par, obligación de mantenimiento y punto de inspección. La práctica de tableros dimensiona el solapamiento para que el área de contacto sea al menos cinco veces la sección transversal de la barra. Una junta también es una discontinuidad térmica, por lo que debe situarse donde la verificación del aumento de temperatura pueda acomodarla.

Placa segmentada o conformada

Cortar la esquina como una sola pieza moldeada de placa coloca el cambio de dirección en el plano del material, por lo que no se requiere formación. Esto ofrece la menor resistencia de las tres, sin junta, y libertad total sobre la geometría de la esquina. Los costos son el rendimiento del material, ya que el recorte interior de la esquina es desecho, y una pieza que ya no es una sección estándar en el dibujo.

Cómo elegir entre ellos

Una regla de decisión que funciona en la práctica:

Para una barra dentro del espacio de doblado en cantonal de la máquina y donde el dibujo permite un radio interno de al menos el doble del ancho de la barra, doblar en cantonal. Este es el procedimiento con menos operaciones y menos piezas.

Para un ancho o una relación ancho/espesor fuera de ese espacio, pero donde la ruta tiene suficiente longitud recta antes del cambio de dirección, girar y doblar a-planar. Este es el estándar para barras anchas y delgadas, y suele ser más económico de lo esperado porque ambas operaciones se ejecutan en la misma cabeza de doblado.

Si no hay longitud disponible para un giro, y la esquina es un lugar natural para una unión, usar una unión atornillada en la esquina. Una esquina que ya necesita una toma, una transición entre secciones o un corte de servicio es una esquina que debe tener una unión de todos modos.

Si la densidad de corriente o la geometría del gabinete descarta una unión, y no hay espacio para un giro, perfilar la esquina a partir de placa.

El orden importa. Cada paso hacia abajo en la lista añade piezas, operaciones o desperdicio, por lo que la progresión debe ser hacia abajo en la lista en lugar de empezar por el final.

Dónde se manifiesta en la revisión de diseño

La mayoría de los problemas en cantonal se deciden mucho antes de que la barra llegue al taller. Una ruta dibujada en 3D con una esquina de 90° en el plano incorrecto, en una barra de 160 × 10, con un radio de 100 mm, no es un problema de fabricación que se resuelva con más tonelaje. Es una geometría que ninguna cantidad de fuerza producirá sin un borde interior arrugado.

La intervención económica es verificar tres números en la revisión de diseño: el ancho de la barra contra la capacidad en cantonal de la máquina, el radio interno contra el ancho de la barra, y el ancho contra el espesor. Si dos de los tres fallan, la ruta necesita cambiarse. Máquinas como la EMAC-BB-H12 que leen la geometría 3D y 2D directamente hacen que esta verificación sea fácil de automatizar, porque la lista de doblado ya está en el archivo y el espacio de capacidad ya está en el control.