बसबार पंचिंग के लिए प्रेस फोर्स का साइज़ तय करना

बसबार फैब्रिकेशन में पंचिंग फोर्स उन गिने-चुने मामलों में से एक है जिसे प्रथम सिद्धांतों से, ठीक-ठीक गणना की जा सकती है, और यह गणना लगभग तीस सेकंड में हो जाती है। यह उन चीजों में से भी है जिन्हें सबसे अधिक बार पिछली मशीन की कॉपी करके निर्दिष्ट किया जाता है। ये दोनों तथ्य एक साथ असहज लगते हैं, क्योंकि गणना कठिन नहीं है और गलत होने की लागत दोनों ओर चलती है: एक अंडरसाइज़्ड प्रेस उसी एक काम पर रुक जाता है जो मायने रखता है, और एक ओवरसाइज़्ड प्रेस में खर्च होने वाली पूंजी आवश्यक नहीं है।

सूत्र

पंचिंग बार से एक सिलेंडर के आकार की सामग्री को काट देती है। काटी जा रही सतह क्षेत्रफल, छेद की परिधि गुणा मोटाई के बराबर होता है, और फोर्स उस क्षेत्रफल गुणा सामग्री की शियर स्ट्रेंथ होती है:

F = perimeter × t × τ

एक गोल छेद के लिए परिधि π × d होती है, जिससे वह रूप बनता है जिसे अधिकांश लोग याद रखते हैं:

F = π × d × t × τ

यहाँ d और t मिलीमीटर में और τ N/mm² में है, जो फोर्स न्यूटन में उत्पन्न करता है। kN के लिए 1000 से विभाजित करें, मीट्रिक टन के लिए 9807 से।

एक आकार वाले छेद (एक स्लॉट, एक आयत, एक ऑबराउंड, एक बसडक्ट लाउव्र) के लिए परिधि विकसित कट लंबाई होती है, न कि कोई नाममात्र का आकार। एक 20 × 40 मिमी आयताकार स्लॉट जिसके कोनों पर 5 मिमी रेडियस हों, उसकी परिधि लगभग 2 × (20 + 40) − 8 × 5 + 2π × 5 होती है, जो लगभग 111 मिमी आती है, न कि कोनों की अनदेखी करने पर प्राप्त 120 मिमी। एक ही छेद पर यह अंतर शोर है। आठ की एक गैंग में यह शोर नहीं है।

उपयोग करने योग्य शियर स्ट्रेंथ मान

शियर स्ट्रेंथ वह चर है जो उत्तर तय करता है, और यह वही है जिसका लोग अनुमान लगाते हैं। नीचे दी गई संख्याएँ प्रकाशित टूलिंग सप्लायर डेटा से हैं, उन मिश्र धातुओं और टेम्पर के लिए जो वास्तव में बसबार के रूप में सामने आती हैं। ये साइज़िंग के लिए विशिष्ट मान हैं, प्रमाणित न्यूनतम नहीं, और एक मिल सर्टिफिकेट हमेशा एक चार्ट से बेहतर होता है।

अनौपचारिक रूप से प्रचलित संख्याओं में दो सुधार। पहला, कॉपर को अक्सर 200-230 N/mm² उद्धृत किया जाता है, जो अधिक है; वे आंकड़े टेंसाइल स्ट्रेंथ हैं जिन्हें शियर स्ट्रेंथ के रूप में उपयोग किया गया है। EN 13601 के तहत, Cu-ETP बार R220 सॉफ्ट के लिए 220-260 N/mm² टेंसाइल, R240 हाफ-हार्ड के लिए 240-300 और R290 हार्ड के लिए 300-360 निर्दिष्ट है। ऊपर दिए गए मापे गए शियर मान संबंधित टेंसाइल आंकड़े के लगभग 0.65-0.70 हैं, न कि सामान्य नियम-ऑफ-थंब द्वारा सुझाए गए 0.8। जहाँ टेंसाइल आंकड़े के अलावा कुछ बेहतर नहीं होता, वहाँ 0.8 × टेंसाइल एक संरक्षक विकल्प है और यह कॉपर को 15-20% अधिक अनुमानित करेगा।

दूसरा, "एल्यूमीनियम लगभग 80 N/mm² है" केवल सॉफ्ट 1xxx कंडक्टर ग्रेड के लिए सच है। 6101-T6, जो एक्स्ट्रूडेड बसबार के लिए मानक मिश्र धातु है जहाँ मैकेनिकल स्ट्रेंथ और क्रीप रेजिस्टेंस मायने रखता है, लगभग दोगुना है। 80 N/mm² पर साइज़ किया गया प्रेस और फिर 6101-T6 बार डाला जाए तो फोर्स कम पड़ेगा, और फेल्योर मोड एक साफ स्टॉल नहीं बल्कि आधा-पंच्ड छेद है जिसमें पंच फंसा हुआ होता है।

एक कार्यशील उदाहरण

एक सामान्य स्थिति: 10 mm अर्ध-कठोर तांबे में 13 mm व्यास का एक M12 क्लियरेंस होल।

F = π × 13 × 10 × 179
  = 40.84 × 10 × 179
  = 73 100 N
  ≈ 73 kN  (7.5 tonnes)

उसी बार में 6101-T6 एल्यूमीनियम में वही होल, τ ≈ 150:

F = π × 13 × 10 × 150 = 61 300 N ≈ 61 kN

और एक मिड-रेंज मशीन से अक्सर अनुरोधित सबसे बड़ा होल, 16 mm कठोर तांबे में 32 mm:

F = π × 32 × 16 × 193 = 310 400 N ≈ 310 kN  (31.7 tonnes)

वह अंतिम आंकड़ा तय करता है कि कौन सी मशीन खरीदी जाती है, और यह एक ही अंकगणितीय पंक्ति से आया है। किसी भी होल और सामग्री संयोजन के लिए वही गणना बसबार पंचिंग फोर्स कैलकुलेटर में चलती है।

स्ट्रिपिंग फोर्स, और यह कुल में क्यों शामिल है

स्लग अलग होने के बाद, बार पंच के किनारे पर वापस स्प्रिंग करती है और उसे पकड़ लेती है। पंच को बाहर निकालने के लिए वास्तविक बल लगता है, जो स्ट्रिपर द्वारा प्रदान किया जाता है, और यह मशीन के माध्यम से प्रतिक्रिया करता है।

प्रकाशित नियम स्ट्रिपिंग फोर्स को पंचिंग फोर्स का 5-20% बताते हैं, जबकि MetalForming का डाइ-डिज़ाइन मार्गदर्शन 10-30% उद्धृत करता है और नोट करता है कि नरम सामग्री और टाइटर क्लियरेंस को अधिक की आवश्यकता होती है। तांबा नरम है और उस सीमा के ऊपरी भाग की ओर रुख करता है। तांबे के बसबार के लिए साइजिंग उद्देश्यों हेतु, पंच फोर्स का 15% एक सुरक्षित कार्यशील आंकड़ा है, और यदि क्लियरेंस बैंड के टाइट छोर पर चलाया जाता है तो 20%।

310 kN के उदाहरण में यह लगभग 45-60 kN जोड़ता है। यह पीक पंचिंग फोर्स के साथ समानांतर नहीं होता, इसलिए यह टनेज आवश्यकता में सीधे नहीं जुड़ता, लेकिन यह स्ट्रिपर, टूल होल्डर और फ्रेम पर लोड डालता है, और यही कारण है कि नाममात्र के लिए पर्याप्त मशीन होल की स्थिति पर कंपन कर सकती है या भटक सकती है। यदि स्ट्रिपिंग फोर्स अधिक चल रही है, तो कारण आमतौर पर क्लियरेंस है न कि प्रेस, जिसका समाधान पंच-टू-डाइ क्लियरेंस पर लेख में किया गया है।

सबसे खराब स्थिति के लिए साइज करें, औसत के लिए नहीं

स्विचगियर जॉब में औसत होल 6-10 mm तांबे में एक M10 या M12 क्लियरेंस होल है, जिसके लिए 40-75 kN की आवश्यकता होती है। उस आंकड़े पर मशीन को साइज करना यह गारंटी देता है कि वह काम नहीं कर पाएगी।

सबसे खराब स्थिति निम्नलिखित का संयोजन है:

• ड्रॉइंग सेट में सबसे बड़ा होल, स्लॉट्स और कटआउट्स सहित, नाममात्र के आकार के बजाय विकसित परिधि से मापा गया
• सबसे मोटी बार जिसे प्रोसेस किया जाएगा, जो अक्सर वह बार नहीं होती जो सबसे बड़ा होल वहन करती है
• सबसे कठोर टेम्पर स्वीकृत। हार्ड-ड्रॉन बार अर्ध-कठोर की तुलना में शियर में लगभग 8% मजबूत और एनील्ड से 27% मजबूत होती है, और आपूर्ति कसने पर प्रोक्योरमेंट टेम्पर को सब्स्टिट्यूट करेगा
• सबसे बड़ा गैंग, यदि एक स्ट्रोक में कई होल पंच किए जाते हैं

वास्तविक पार्ट पर ये एक साथ नहीं होना चाहिए कि मशीन को इन्हें सहना पड़े। इनका संभव होना आवश्यक है। एक टेंडर स्पेसिफिकेशन जिसमें "12 mm तक का कॉपर" कहा गया हो और ड्राइंग सेट में एक 32 mm का छेद हो, तो यह माना जाना चाहिए कि 12 mm के कठोर कॉपर में 32 mm का छेद है, जो 233 kN के बराबर है, चाहे वह पार्ट अभी अस्तित्व में हो या न हो।

टेम्पर सब्स्टिट्यूशन को विशेष ध्यान देना चाहिए क्योंकि यह अदृश्य होता है। पार्ट समान दिखता है। पहला लक्षण आमतौर पर पिछले महीने ठीक चल रही मशीन पर बर्र की ऊँचाई और छेद की स्थिति में ड्रिफ्ट होता है।

गैंग और मल्टी-होल पंचिंग

एक ही स्ट्रोक में कई छेद पंच करने से फोर्स छेदों की संख्या से गुणा हो जाता है, बिल्कुल सही ढंग से। 10 mm के हाफ-हार्ड कॉपर में एक सिंगल स्ट्रोक पर चार M12 छेद 4 × 73 = 292 kN के बराबर हैं, और स्ट्रिपिंग और फ्रेम डिफ्लेक्शन को ध्यान में रखते हुए, यह 300 kN मशीन पर फिट नहीं हो पाएगा।

गैंग को किफायती बनाने के दो तरीके हैं। पंच लेंथ को ऐसे स्टैगर करें कि वे एक साथ नहीं, बल्कि क्रमिक रूप से एंगेज हों, जिससे फोर्स स्ट्रोक में बँट जाता है, हालाँकि इसकी कीमत लंबे स्ट्रोक और अधिक साइड लोड्स से चुकानी पड़ती है। या उच्च हिट रेट पर क्रमिक रूप से पंच करें, जो कि एक CNC बसबार मशीन के लिए बना है। 150-200 हिट्स प्रति मिनट पर, चार छेदों को गैंग के बजाय अलग-अलग पंच करने का समय दंड दो सेकंड से कम है, और यह टनेज समस्या को पूरी तरह से दूर कर देता है। अधिकांश स्विचगियर वर्क में यह ट्रेड लेना सार्थक है।

शियर-ग्राउंड पंच फेस

एक फ्लैट पंच फेस पूरी परिधि को एक बार में काटता है, इसलिए पीक फोर्स कैलकुलेटेड फोर्स के बराबर होता है और स्नैप-थ्रू अनलोडिंग अचानक होती है। पंच फेस पर शियर ग्राइंड करने से कट स्टैगर हो जाता है और पीक कम हो जाता है।

लाभ मटेरियल थिकनेस के सापेक्ष शियर डेपथ पर निर्भर करता है, और मोटे बसबार पर यह मार्केटिंग की तुलना में कम होता है। Roper Whitney के प्रकाशित मार्गदर्शन के अनुसार, शियर पंचिंग फोर्स को 50% तक कम कर सकता है, हालाँकि यह सबसे प्रभावी 14 गेज और हल्के में है। H. Weiss का शियर-फैक्टर चार्ट इन मोटाइयों के लिए अधिक उपयोगी है: 1/4 इन (6.35 mm) स्टॉक पर 1/16 इन (1.6 mm) शियर डेपथ 0.90 का फैक्टर देता है, 3/32 इन (2.4 mm) डेपथ 0.85 देता है, और 3/16 इन (4.8 mm) डेपथ 0.65 देता है।

बसबार के लिए व्यावहारिक रीडिंग यह है कि 6 mm कॉपर पर एक मध्यम शियर डेपथ 10-15% की बचत दिलाता है, और 12 mm पर आनुपातिक रूप से कम, क्योंकि उसी अनुपात को बनाए रखने के लिए शियर डेपथ को मोटाई के साथ बढ़ाना पड़ेगा। मशीन को इस धारणा पर साइज़ नहीं करना चाहिए कि शियर इसे बचा लेगा। शियर को स्नैप-थ्रू शॉक के खिलाफ बीमा और स्लग-कंट्रोल सहायता के रूप में माना जाना चाहिए, और टनेज की गणना फ्लैट-पंच फिगर से करनी चाहिए।

सबसे छोटे छेदों को छोड़कर हर चीज पर सिंगल-एंगल शियर के बजाय रूफटॉप शियर का उपयोग किया जाता है। एक सिंगल एंगल असंतुलित साइड फोर्स पैदा करता है जो पंच को विक्षेपित करता है और गाइड पर लोड डालता है।

मार्जिन रूल

सबसे खराब स्थिति वाला पंचिंग फोर्स लिया जाता है, फिर उन चीजों के लिए मार्जिन लागू किया जाता है जो फॉर्मूला मॉडल नहीं करता:

• टूल की स्थिति: एक घिसा हुआ पंच एक तेज़ वाले की तुलना में काफ़ी अधिक बल चाहता है, क्योंकि एज रेडियस बढ़ जाता है और कट का अधिक हिस्सा डिफ़ॉर्मेशन बन जाता है। यह सबसे बड़ा अप्रमोडल्ड टर्म है।
• टेम्पर और मोटाई सहिष्णुता: बार अक्सर अपनी मोटाई सहिष्णुता के ऊपरी सिरे और स्ट्रेंथ रेंज के ऊपरी सिरे पर पहुँचता है, जो मायने रखता है।
• फ्रेम डिफ़्लेक्शन और हाइड्रोलिक डेरेटिंग: रेटेड फ़ोर्स रैम पर, रेटेड प्रेशर पर, तापमान पर होता है।
• भविष्य का कार्य: मशीन पंद्रह साल तक शॉप में रहेगी और जॉब मिक्स बदलता रहेगा।

एक काम का नियम यह है कि इस तरह से साइज़ करें कि वर्स्ट-केस गणना वाला फ़ोर्स मशीन की रेटेड फ़ोर्स के लगभग 60-70% से अधिक न हो। यह कोई मानक नहीं है, यह जमा हुआ अभ्यास है, लेकिन यह प्रकाशित मशीन सीमाओं की वास्तविक स्थिति के अनुरूप है। नीचे दी गई 800 kN मशीनों पर, सबसे मोटी प्रकाशित बार में सबसे बड़ा प्रकाशित छेद, हार्ड कॉपर में लगभग 485 kN निकलता है, जो रेटिंग का लगभग 61% है। यह संयोग नहीं है।

एक वास्तविक मशीन लैडर पर मैपिंग

प्रत्येक फ्रेम साइज़ की प्रकाशित क्षमता के विरुद्ध वर्स्ट-केस अंकगणित चलाने से एक सीधा सिलेक्शन टेबल मिलता है। नीचे दी गई सभी आंकड़े 193 N/mm² पर हार्ड कॉपर का उपयोग करते हैं, जो पेसिमिस्टिक केस है।

"प्रकाशित अधिकतम" के रूप में चिह्नित पंक्तियाँ निर्माता द्वारा बताई गई उस बताई गई अधिकतम मोटाई में अधिकतम छेद व्यास हैं। दो "डेराइव्ड" पंक्तियाँ वह सबसे बड़ा छेद हैं जो रेटेड फ़ोर्स के लगभग दो-तिहाई पर अंकगणित द्वारा अनुमत है, क्योंकि उन मशीनों में अधिकतम छेद व्यास प्रकाशित नहीं होता।

इस टेबल को एक सिलेक्शन गाइड के रूप में पढ़ा जाना चाहिए, मूल्य सूची के रूप में नहीं। 300 kN क्लास M12 और M16 छेद पैटर्न वाली 160 × 15 mm बार में पैनल वर्क को कवर करती है, कुछ भी एक्सोटिक नहीं। 400 kN EMAC-BP-40 150 हिट्स प्रति मिनट की दर से 12 mm बार में अधिकांश स्विचगियर को कवर करता है। 600 kN तक कदम केवल अधिक फ़ोर्स नहीं, बल्कि 16 mm क्षमता खरीदता है, और 800 kN तक कदम 20 mm और 40 mm के छेद खरीदता है।

यदि जॉब में बड़े कटआउट्स, बसडक्ट लूवर्स या कुछ भी शामिल है जहां डेवलप्ड परिमाप 100 mm से अधिक चलता है, तो गोल-छेद अंकगणित कुछ भी कहे, एक क्लास ऊपर जाना आवश्यक है। परिमाप वह टर्म है जो सबसे तेजी से बढ़ता है।

800 kN क्लास एक कारण से भी महत्वपूर्ण है जो छेदों से बिल्कुल संबंधित नहीं है। एक कंबाइंड पंच एंड शियर मशीन पर शियरिंग स्टेशन को पूरी बार सेक्शन को क्रॉप करना होता है, और 300 × 20 mm कॉपर पर यह एक 6000 mm² कट फेस है। शियरिंग के लिए आवश्यक फ़ोर्स ब्लेड ज्यामिति और रेक एंगल द्वारा नियंत्रित होता है, सरल परिमाप फ़ॉर्मूले द्वारा नहीं, लेकिन फ्रेम को इसे सहना होता है, और चौड़ी भारी बार पर फ्रेम साइज़ अक्सर शियर द्वारा निर्धारित होता है, पंच द्वारा नहीं।

दो चीजें जो फ़ॉर्मूला नहीं बताता

फ़ोर्स क्षमता के समान नहीं है। पर्याप्त टनेज और अपर्याप्त स्थितीय सटीकता वाली प्रेस गलत जगह पर छेद बनाती है, जो DIN 43673-1 के बोल्टेड जॉइंट पैटर्न पर एक स्क्रैप्ड बार है। छेद पिच सटीकता, रीपीटेबिलिटी और बार फ़ीड की स्टिफनेस अलग-अलग स्पेसिफिकेशंस हैं और इनकी अलग से जांच की जानी चाहिए।

फ़ोर्स हिट रेट के बारे में कुछ नहीं कहता, और हिट रेट ही यह निर्धारित करता है कि मशीन कब भुगतान करती है। 150 हिट्स प्रति मिनट की दर वाली एक 400 kN मशीन और 200 हिट्स प्रति मिनट की दर वाली एक 800 kN मशीन अलग-अलग प्रोडक्शन प्रपोजिशंस हैं, और M10 और M12 क्लियरेंस छेदों से भरे जॉब में, जहां कोई भी मशीन अपनी फ़ोर्स लिमिट के करीब नहीं है, हिट रेट ही एकमात्र संख्या है जो मायने रखती है। हिट रेट, टूल लाइफ़ और एक छेद की वास्तविक लागत के बीच संबंध टूल लाइफ़ और कॉस्ट प्रति होल में शामिल है, और कट की मैकेनिक्स पंचिंग प्रोसेस अवलोकन में है।