बसबार पंचिंग के लिए प्रेस फोर्स का साइज़ तय करना

बसबार फ़ैब्रिकेशन में पंचिंग फोर्स उन गिनी-चुनी चीज़ों में है जिन्हें मूल सिद्धांतों से, ठीक-ठीक, लगभग तीस सेकंड में गिना जा सकता है। यह उन चीज़ों में भी है जिन्हें सबसे ज़्यादा बार पिछली मशीन का आँकड़ा नक़ल करके स्पेसिफ़ाई कर दिया जाता है। ये दोनों तथ्य साथ में अटपटे बैठते हैं, क्योंकि गणना कठिन नहीं है और इसे गलत करने की क़ीमत दोनों दिशाओं में चलती है: छोटी पड़ी प्रेस ठीक उसी काम पर अटकती है जो मायने रखता था, और ज़रूरत से बड़ी प्रेस वह पूँजी है जो खर्च करने की ज़रूरत नहीं थी।

सूत्र

पंचिंग बार में से मटीरियल का एक बेलन काटकर निकालती है। शियर हो रहा क्षेत्रफल होल के परिमाप को मोटाई से गुणा करके मिलता है, और फोर्स उस क्षेत्रफल को मटीरियल की शियर स्ट्रेंथ से गुणा करके:

F = perimeter × t × τ

गोल होल के लिए परिमाप π × d होता है, जिससे वह रूप बनता है जो ज़्यादातर लोग याद रखते हैं:

F = π × d × t × τ

जहाँ d और t मिलीमीटर में हैं और τ N/mm² में, और फोर्स न्यूटन में निकलती है। kN के लिए 1000 से भाग दें, मीट्रिक टन के लिए 9807 से।

किसी आकार वाले होल (स्लॉट, आयत, ऑब्राउंड, बसडक्ट लूवर) के लिए परिमाप विकसित कट लंबाई है, कोई नॉमिनल साइज़ नहीं। 5 mm कोने-रेडियस वाले 20 × 40 mm आयताकार स्लॉट का परिमाप लगभग 2 × (20 + 40) − 8 × 5 + 2π × 5 है, जो मोटे तौर पर 111 mm बनता है, न कि वह 120 mm जो कोनों को अनदेखा करने पर मिलता है। एक अकेले होल पर यह फ़र्क शोर भर है। आठ के गैंग पर नहीं।

शियर स्ट्रेंथ के वे मान जिन्हें इस्तेमाल करना सार्थक है

शियर स्ट्रेंथ वही वेरिएबल है जो जवाब तय करता है, और यही वह है जिसका लोग अंदाज़ा लगा लेते हैं। नीचे दिए आँकड़े उन अलॉय और टेम्पर के लिए प्रकाशित टूलिंग-सप्लायर डेटा से हैं जो असल में बसबार के रूप में आते हैं। ये साइज़ तय करने के लिए सामान्य मान हैं, प्रमाणित न्यूनतम नहीं, और मिल सर्टिफ़िकेट हमेशा किसी चार्ट पर भारी पड़ता है।

अनौपचारिक रूप से घूमते आँकड़ों में दो सुधार। पहला, कॉपर को अक्सर 200-230 N/mm² बताया जाता है, जो ज़्यादा है; वे टेंसाइल स्ट्रेंथ के आँकड़े हैं जिन्हें शियर स्ट्रेंथ मानकर इस्तेमाल कर लिया गया है। EN 13601 के तहत Cu-ETP बार R220 सॉफ़्ट के लिए 220-260 N/mm² टेंसाइल, R240 हाफ़-हार्ड के लिए 240-300 और R290 हार्ड के लिए 300-360 पर स्पेसिफ़ाई होता है। ऊपर दिए मापे हुए शियर मान संगत टेंसाइल आँकड़े के मोटे तौर पर 0.65-0.70 हैं, न कि 0.8 जो आम अनुभव-नियम बताता है। जहाँ आपके पास टेंसाइल आँकड़े से बेहतर कुछ न हो, वहाँ 0.8 × टेंसाइल एक सुरक्षित विकल्प है और यह कॉपर को 15-20% ज़्यादा आँकेगा।

दूसरा, "एल्युमिनियम लगभग 80 N/mm² है" केवल नरम 1xxx कंडक्टर ग्रेडों के लिए सही है। 6101-T6, जो जहाँ भी यांत्रिक मज़बूती और क्रीप प्रतिरोध मायने रखते हैं वहाँ एक्सट्रूडेड बसबार का मानक अलॉय है, इससे मोटे तौर पर दोगुना है। 80 N/mm² पर साइज़ की गई प्रेस को अगर 6101-T6 बार खिलाया जाए तो फोर्स कम पड़ेगी, और विफलता का ढंग साफ़-सुथरा अटकाव नहीं, बल्कि आधा पंच हुआ होल होता है जिसमें पंच फँसा रह जाता है।

एक हल किया हुआ उदाहरण

एक आम मामला लें: 10 mm हाफ़-हार्ड कॉपर में 13 mm व्यास का M12 क्लीयरेंस होल।

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

अब उसी बार में वही होल, पर 6101-T6 एल्युमिनियम पर, τ ≈ 150:

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

और सबसे बड़ा होल जो मध्य-श्रेणी की मशीन से आम तौर पर माँगा जाता है, 16 mm हार्ड कॉपर में 32 mm:

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

आख़िरी वाला अंक ही तय करता है कि आप कौन-सी मशीन खरीदेंगे, और वह गणित की एक पंक्ति से आया। किसी भी होल और मटीरियल के संयोजन के लिए यही गणना बसबार पंचिंग फोर्स कैलकुलेटर में चलती है।

स्ट्रिपिंग फोर्स, और यह कुल में क्यों गिनी जाती है

स्लग अलग होने के बाद बार पंच के फ़्लैंक पर वापस सिकुड़कर उसे जकड़ लेता है। पंच को बाहर खींचने में असली फोर्स लगती है, जो स्ट्रिपर देता है, और उसकी प्रतिक्रिया मशीन से होकर जाती है।

प्रकाशित अनुभव-नियम स्ट्रिपिंग फोर्स को पंचिंग फोर्स का 5-20% रखते हैं, जबकि MetalForming का डाई-डिज़ाइन मार्गदर्शन 10-30% बताता है और यह भी कहता है कि नरम मटीरियल और कसे हुए क्लीयरेंस को ज़्यादा चाहिए। कॉपर नरम है और उस रेंज के ऊपरी हिस्से की ओर झुकता है। कॉपर बसबार पर साइज़ तय करने के लिए पंच फोर्स का 15% एक बचाव-योग्य कामकाजी आँकड़ा है, और अगर आप क्लीयरेंस को पट्टी के कसे सिरे पर चला रहे हैं तो 20%।

310 kN वाले उदाहरण पर यह मोटे तौर पर 45-60 kN जोड़ता है। यह पीक पंचिंग फोर्स के साथ एक ही समय पर नहीं होती, इसलिए यह सीधे टनेज की ज़रूरत में नहीं जुड़ती, पर यह स्ट्रिपर, टूल होल्डर और फ़्रेम पर भार डालती है, और यही वजह है कि नाम भर के लिए पर्याप्त मशीन भी चैटर कर सकती है या होल की जगह पर खिसक सकती है। अगर आपकी स्ट्रिपिंग फोर्स ऊँची चल रही है, तो कारण आम तौर पर प्रेस नहीं बल्कि क्लीयरेंस होता है, जिस पर पंच-टू-डाई क्लीयरेंस वाले लेख में बात की गई है।

औसत के लिए नहीं, सबसे कठिन स्थिति के लिए साइज़ तय करें

स्विचगियर के काम में औसत होल 6-10 mm कॉपर में M10 या M12 का क्लीयरेंस होल होता है, जिसे 40-75 kN चाहिए। उस अंक पर मशीन का साइज़ तय करना इस बात की गारंटी है कि आप वह काम नहीं कर पाएँगे।

सबसे कठिन स्थिति इनका संयोजन है:

• ड्रॉइंग सेट में सबसे बड़ा होल, जिसमें स्लॉट और कटआउट भी शामिल हैं, और जिसे नॉमिनल साइज़ के बजाय विकसित परिमाप से नापा गया हो
• सबसे मोटा बार जो आप प्रोसेस करेंगे, जो अक्सर वह बार नहीं होता जिस पर सबसे बड़ा होल है
• सबसे कड़ा टेम्पर जो आप स्वीकार करेंगे। हार्ड-ड्रॉन बार शियर में हाफ़-हार्ड से मोटे तौर पर 8% और एनील्ड से 27% ज़्यादा मज़बूत है, और सप्लाई तंग होने पर खरीद विभाग टेम्पर बदल देगा
• सबसे बड़ा गैंग, अगर आप एक स्ट्रोक पर कई होल पंच करते हैं

मशीन को इन्हें झेलने लायक होने के लिए यह ज़रूरी नहीं कि ये सब किसी असली पार्ट पर एक साथ आएँ। बस इनका संभव होना काफ़ी है। "12 mm तक कॉपर" कहने वाला टेंडर स्पेसिफ़िकेशन और 32 mm होल वाला ड्रॉइंग सेट, दोनों मिलकर इसका मतलब है कि आपको 12 mm हार्ड कॉपर में 32 mm होल मानना होगा, जो 233 kN है — चाहे वह पार्ट अभी मौजूद हो या न हो।

टेम्पर की अदला-बदली पर ख़ास ध्यान चाहिए क्योंकि यह दिखती नहीं। बार एक जैसा ही लगता है। पहला लक्षण आम तौर पर उस मशीन पर बर की ऊँचाई और होल की जगह का खिसकना होता है जो पिछले महीने ठीक चल रही थी।

गैंग और मल्टी-होल पंचिंग

एक स्ट्रोक पर कई होल पंच करना फोर्स को होल की संख्या से ठीक-ठीक गुणा कर देता है। 10 mm हाफ़-हार्ड कॉपर में एक ही स्ट्रोक पर चार M12 होल यानी 4 × 73 = 292 kN, और स्ट्रिपिंग तथा फ़्रेम के लचकने का हिसाब लगाने के बाद यह 300 kN की मशीन पर नहीं बैठेगा।

गैंग को वहन-योग्य बनाने के दो रास्ते हैं। पंच की लंबाइयाँ आगे-पीछे रखें ताकि वे एक साथ नहीं बल्कि क्रम से लगें, जिससे फोर्स पूरे स्ट्रोक पर फैल जाती है, पर क़ीमत लंबे स्ट्रोक और ज़्यादा साइड लोड की होती है। या तेज़ हिट रेट पर क्रम से पंच करें, जो CNC बसबार मशीन का बनाया जाना ही इसीलिए हुआ है। 150-200 हिट प्रति मिनट पर चार होल को गैंग के बजाय अलग-अलग पंच करने का समय-दंड दो सेकंड से कम है, और यह टनेज की समस्या को पूरी तरह हटा देता है। ज़्यादातर स्विचगियर काम पर यह अदला-बदली लेने लायक है।

शियर-ग्राउंड पंच फ़ेस

सपाट पंच फ़ेस पूरे परिमाप को एक साथ काटता है, इसलिए पीक फोर्स गणना की गई फोर्स के बराबर होती है और स्नैप-थ्रू पर भार अचानक हटता है। पंच फ़ेस पर शियर ग्राइंड करने से कट क्रमवार होता है और शिखर नीचे आता है।

लाभ मटीरियल की मोटाई के सापेक्ष शियर गहराई पर निर्भर करता है, और मोटे बसबार पर यह मार्केटिंग के दावे से कम है। Roper Whitney का प्रकाशित मार्गदर्शन कहता है कि शियर पंचिंग फोर्स को 50% तक घटा सकता है, इस शर्त के साथ कि यह 14 गेज और उससे पतले पर सबसे असरदार है। हमारी मोटाइयों के लिए H. Weiss का शियर-फ़ैक्टर चार्ट ज़्यादा काम का है: 1/4 in (6.35 mm) स्टॉक पर 1/16 in (1.6 mm) शियर गहराई 0.90 का फ़ैक्टर देती है, 3/32 in (2.4 mm) गहराई 0.85 देती है, और 3/16 in (4.8 mm) गहराई 0.65।

बसबार के लिए इसका व्यावहारिक पाठ यह है कि मामूली शियर गहराई 6 mm कॉपर पर 10-15% देती है और 12 mm पर उसी अनुपात में कम, क्योंकि वही अनुपात बनाए रखने के लिए शियर गहराई को मोटाई के साथ बढ़ना पड़ेगा। मशीन का साइज़ इस मान्यता पर न तय करें कि शियर आपको बचा लेगा। इसे स्नैप-थ्रू के झटके के खिलाफ़ बीमा और स्लग नियंत्रण की मदद मानें, और टनेज सपाट-पंच वाले आँकड़े से गिनें।

सबसे छोटे होल को छोड़कर बाक़ी सब पर सिंगल-एंगल शियर के बजाय रूफ़टॉप शियर इस्तेमाल करें। अकेला कोण असंतुलित साइड फोर्स पैदा करता है जो पंच को विक्षेपित करती है और गाइड पर भार डालती है।

मार्जिन का नियम

सबसे कठिन स्थिति की पंचिंग फोर्स लें, फिर उन चीज़ों के लिए मार्जिन लगाएँ जिन्हें सूत्र नहीं गिनता:

• टूल की हालत: घिसे हुए पंच को तेज़ पंच के मुकाबले काफ़ी ज़्यादा फोर्स चाहिए, क्योंकि एज का रेडियस बढ़ जाता है और कट का ज़्यादा हिस्सा विरूपण बन जाता है। बिना गिना गया सबसे बड़ा पद यही है।
• टेम्पर और मोटाई की टॉलरेंस: बार अपनी मोटाई टॉलरेंस के ऊपरी सिरे पर और अपनी स्ट्रेंथ रेंज के ऊपरी सिरे पर इतनी बार आता है कि यह मायने रखता है।
• फ़्रेम का लचकना और हाइड्रॉलिक डीरेटिंग: रेटेड फोर्स रैम पर है, रेटेड दबाव पर, और तापमान पर।
• आगे का काम: मशीन शॉप में पंद्रह साल रहेगी और काम का मिश्रण बदलेगा।

एक कामकाजी नियम यह है कि साइज़ ऐसा रखें कि सबसे कठिन स्थिति की गणना की गई फोर्स मशीन की रेटेड फोर्स के लगभग 60-70% से ज़्यादा न हो। यह कोई स्टैंडर्ड नहीं, जमा हुआ अनुभव है, पर यह इस बात से मेल खाता है कि प्रकाशित मशीन सीमाएँ असल में कहाँ बैठती हैं। नीचे दी 800 kN मशीनों पर, सबसे मोटे प्रकाशित बार में सबसे बड़ा प्रकाशित होल हार्ड कॉपर में मोटे तौर पर 485 kN बनता है, जो रेटिंग का लगभग 61% है। यह संयोग नहीं है।

असली मशीन-सीढ़ी पर उतारना

हर फ़्रेम साइज़ की प्रकाशित क्षमता के सामने सबसे कठिन स्थिति का गणित चलाने से एक सीधा-सादा चयन टेबल मिलता है। नीचे के सारे आँकड़े 193 N/mm² पर हार्ड कॉपर के हैं, जो निराशावादी स्थिति है।

"प्रकाशित अधिकतम" वाली पंक्तियाँ निर्माता द्वारा बताई गई अधिकतम मोटाई पर बताया गया अधिकतम होल व्यास हैं। दो "व्युत्पन्न" पंक्तियाँ वह सबसे बड़ा होल हैं जिसकी अनुमति गणित रेटेड फोर्स के मोटे तौर पर दो-तिहाई पर देता है, क्योंकि वे मशीनें अधिकतम होल व्यास प्रकाशित नहीं करतीं।

इस टेबल को मूल्य-सूची नहीं, साइज़ तय करने का मार्गदर्शन मानकर पढ़ें। 300 kN श्रेणी 160 × 15 mm बार में M12 और M16 होल पैटर्न वाले पैनल काम को कवर करती है, कुछ भी असामान्य नहीं। 400 kN EMAC-BP-40 12 mm बार में ज़्यादातर स्विचगियर को 150 हिट प्रति मिनट पर कवर करती है। 600 kN तक का क़दम सिर्फ़ ज़्यादा फोर्स नहीं, 16 mm की क्षमता खरीदता है, और 800 kN तक का क़दम 20 mm और 40 mm होल खरीदता है।

अगर काम में बड़े कटआउट, बसडक्ट लूवर, या कुछ भी ऐसा है जहाँ विकसित परिमाप 100 mm से आगे जाता है, तो गोल-होल के गणित का जो भी कहना हो, एक श्रेणी ऊपर जाएँ। सबसे तेज़ी से बढ़ने वाला पद परिमाप ही है।

800 kN श्रेणी एक ऐसी वजह से भी मायने रखती है जिसका होल से कोई लेना-देना नहीं। संयुक्त पंच और शियर मशीन पर शियरिंग स्टेशन को पूरा बार सेक्शन काटना पड़ता है, और 300 × 20 mm कॉपर पर वह 6000 mm² का कट फ़ेस है। शियरिंग के लिए ज़रूरी फोर्स सादे परिमाप सूत्र के बजाय ब्लेड की ज्यामिति और रेक कोण से तय होती है, पर फ़्रेम को उसे झेलना है, और चौड़े भारी बार पर फ़्रेम का साइज़ अक्सर पंच नहीं बल्कि शियर तय करता है।

दो चीज़ें जो सूत्र आपको नहीं बताता

फोर्स और क्षमता एक चीज़ नहीं हैं। पर्याप्त टनेज पर अपर्याप्त स्थिति-सटीकता वाली प्रेस होल गलत जगह बनाती है, और DIN 43673-1 के अनुसार बने बोल्टेड जॉइंट पैटर्न पर इसका मतलब स्क्रैप हुआ बार है। होल पिच की सटीकता, दोहरावशीलता और बार फ़ीड की कड़ाई अलग स्पेसिफ़िकेशन हैं और उन्हें अलग जाँच चाहिए।

फोर्स हिट रेट के बारे में भी कुछ नहीं कहती, और यह हिट रेट ही तय करता है कि मशीन का पैसा वसूल होता है या नहीं। 150 हिट प्रति मिनट वाली 400 kN मशीन और 200 हिट प्रति मिनट वाली 800 kN मशीन अलग-अलग उत्पादन प्रस्ताव हैं, और M10 तथा M12 क्लीयरेंस होल से भरे काम में, जहाँ दोनों में से कोई भी मशीन अपनी फोर्स सीमा के आसपास तक नहीं है, हिट रेट ही एकमात्र अंक है जो मायने रखता है। हिट रेट, टूल लाइफ़ और किसी होल की असली लागत के बीच का रिश्ता टूल लाइफ़ और प्रति होल लागत में है, और कट की अपनी यांत्रिकी पंचिंग प्रोसेस के सिंहावलोकन में।