Kompensasi springback pada bending busbar

Tanyakan ke sebuah bengkel mengapa bending busbar 90° terukur 88.4° dan jawabannya biasanya "springback". Itu menamai efeknya. Itu tidak memberi tahu Anda apakah yang perlu diubah adalah toolnya, programnya atau materialnya, dan hanya tiga hal itulah yang bisa Anda lakukan terhadapnya.

Springback adalah aritmetika sebelum ia menjadi hal lain. Hubungan yang mengaturnya sudah ada dalam literatur pembentukan logam selama puluhan tahun, konstanta materialnya diterbitkan, dan sebaran sisa di sekitar prediksinya justru itulah yang memang dimaksudkan untuk diserap sebuah tabel kompensasi. Bagian berikut menelusuri persoalannya dalam urutan yang Anda temui di lantai produksi: apa yang memulih dan mengapa, angka material mana yang mengendalikannya, cara mendapatkan perkiraan awal, di mana perkiraan itu berhenti bisa dipercaya, dan bagaimana mesin bending CNC mengubah semuanya menjadi tabel acuan yang tak perlu lagi dipikirkan operator.

Apa yang memulih, dan mengapa

Mem-bending sebuah batang membuat serat luarnya masuk ke tarik dan serat dalamnya ke tekan. Di antara keduanya ada inti yang tegangannya tidak pernah mencapai luluh. Setiap serat pada penampang, termasuk yang sudah luluh, masih membawa komponen regangan elastis. Lepaskan punch dan komponen elastis itu pulih kembali. Batang membuka kembali sampai momen internalnya kembali nol.

Springback adalah bagian elastis dari deformasi yang sengaja Anda paksakan, keluar kembali. Bagian plastisnya tinggal. Rasio antara keduanya menentukan berapa sudut yang hilang. Ini bukan cacat material dan bukan kesalahan mesin, meski kerap dilaporkan sebagai keduanya.

Cara pandang itu langsung berguna. Apa pun yang memperbesar bagian penampang yang terdorong melewati luluh akan menurunkan springback. Apa pun yang memperbesar regangan elastis yang tersimpan pada kelengkungan tertentu akan menaikkannya. Kedua tuas itu muncul secara eksplisit di dalam persamaannya.

Rasio yang menggerakkannya

Dua rasio yang mengatur, dan variabel ketiga mengikuti dari yang kedua.

Kuat luluh dibagi modulus elastis (σy/E). Sebuah material menyimpan regangan elastis sampai σy/E sebelum ia meluluh sama sekali. Naikkan kuat luluhnya dan Anda menaikkan regangan yang dapat dipulihkan di seluruh penampang. Naikkan modulusnya dan Anda menurunkannya, karena material yang lebih kaku mencapai tegangan yang sama pada regangan yang lebih kecil. Modulus tembaga berada di sekitar 120 kN/mm² apa pun yang Anda lakukan padanya, sehingga dalam praktik σy/E adalah variabel temper. Tembaga keras ber-springback kira-kira empat kali lipat tembaga lunak pada geometri yang sama.

Radius dalam dibagi tebal (R/t). Pada R/t besar, bendingnya landai, zona plastisnya hanya kulit tipis di tiap permukaan, dan inti elastisnya mendominasi. Pada R/t kecil, zona plastisnya mencapai hampir sampai sumbu netral dan hampir tidak ada material elastis tersisa yang menarik batangnya kembali. Springback naik secara monoton seiring R/t, dan naiknya cepat. Beranjak dari R/t = 2 ke R/t = 8 kira-kira melipatempatkan sudut yang hilang.

Tebal masuk lewat rasio kedua itu, bukan berdiri sendiri. Untuk radius former yang tetap, batang yang lebih tebal punya R/t lebih kecil sehingga ber-springback lebih sedikit. Hal ini kerap menjebak. Operator yang menganggap batang tebal lebih sulit dijaga sudutnya sedang mencampuradukkan gaya dengan springback: batang 16 mm di atas former 20 mm lebih patuh secara dimensi daripada batang 6 mm di atas former yang sama, meski ia menuntut tonase tiga kali lipat. Untuk tonasenya sendiri, kalkulator gaya bending busbar mengukurnya dari penampang batang dan bukaan die.

Persamaan springback

Hubungan bentuk tertutup yang baku, dalam bentuk yang diberikan Kalpakjian dan Schmid dan direproduksi di seluruh literatur pembentukan logam, adalah:

Ri / Rf = 4 (Ri·σy / E·t)³ − 3 (Ri·σy / E·t) + 1

dengan Ri adalah radius dalam saat dibebani, Rf adalah radius dalam setelah dilepas, σy adalah kuat luluh 0.2%, E adalah modulus elastis dan t adalah tebal batang.

Kelompok di dalam kurung membawa seluruh hasilnya. Sebut saja x:

x = (Ri/t) × (σy/E)

sehingga hubungannya menyusut menjadi K = 4x³ − 3x + 1, dengan K adalah faktor springback. Dua pemeriksaan kewajaran sebelum Anda memakainya. Pertama, K harus keluar sedikit di bawah 1, karena springback selalu membuka radiusnya, tidak pernah menutupnya. Kedua, untuk tembaga x berada pada orde 10⁻³, sehingga suku kubiknya enam orde besaran lebih kecil daripada suku liniernya dan tidak menyumbang apa pun yang bisa Anda ukur. Dalam praktik K ≈ 1 − 3x. Beberapa versi rumus ini yang diterbitkan memiliki tanda yang tertukar dan akan memberi Anda K > 1. Jika itu terjadi, rumusnya yang salah, bukan materialnya.

Faktor yang sama mengonversi sudut. Panjang busur sumbu netral kekal sepanjang pemulihan elastisnya, sehingga Riθi = Rfθf, yang memberikan K = θf/θi. Satu angka mengerjakan dua tugas. Untuk mendarat pada sudut target θf, bentuklah sampai:

θi = θf / K

Angka mana yang dimasukkan

Modulusnya. Panduan busbar dari Copper Development Association memberikan modulus elastis 116 sampai 130 kN/mm² untuk tembaga berkonduktivitas tinggi, dan memakai 124 × 10³ N/mm² dalam contoh perhitungan lendutan baloknya sendiri. Rentang itu bukan kecerobohan. Tembaga bersifat anisotropik secara elastis pada tingkat kristal, dan pengerolan dingin membentuk tekstur, sehingga modulus dalam bidang sebuah lembaran tembaga hasil rol berubah menurut arah sekitar 7% tergantung seberapa berat ia dikerjakan. Pengukuran Bunge pada lembaran tembaga rol dingin menempatkan variasi angularnya di sekitar angka itu, dengan normal lembarannya sebagai sumbu simetri.

Untuk aritmetika springback, akibat praktisnya sederhana. Menghitung ulang contoh di bawah pada 116 dan pada 130 kN/mm² menggeser overbend yang dibutuhkan dari 0.85° menjadi 0.75°, sebaran sekitar 12% pada angka yang dirinya sendiri kurang dari satu derajat. Pakai 124 kN/mm² dan biarkan tabel kompensasinya menyerap selisihnya.

Kekuatannya. Di sinilah sebagian besar perkiraan meleset. Persamaannya menghendaki kuat luluh, bukan kuat tarik, sedangkan EN 13601 menomori temper menurut kuat tarik. R220 mencakup 220 sampai 260 N/mm², R240 mencakup 240 sampai 300 N/mm², R290 mencakup 290 sampai 360 N/mm². Masukkan salah satu dari angka itu ke persamaan springback dan Anda akan melebihkan prediksi dua kali lipat atau lebih.

Kuat luluh yang diterbitkan lembar data pabrik berdampingan dengan temper tersebut untuk Cu-ETP secara garis besar adalah: R220 dengan Rp0.2 dibatasi maksimum 140 N/mm², R240 minimum 180 N/mm², R290 minimum 250 N/mm². Angka CDA untuk tembaga berpenampang busbar bahkan lebih rendah lagi di ujung lunaknya, 50 sampai 55 N/mm² untuk material anil penuh dan 170 sampai 200 N/mm² untuk setengah keras.

Kasus R220 layak diberi tanda tersendiri. Spesifikasinya menetapkan batas atas untuk kuat luluh, bukan batas bawah. Batang yang dianil lunak dengan benar bisa berada di 55 N/mm² sementara batang lain yang dijual dengan penomoran yang sama berada di dekat 140. Itu selisih 2.5 kali lipat pada springback antara dua pengiriman yang keduanya sama-sama memenuhi spesifikasi. Inilah alasan tunggal paling umum mengapa tabel offset tembaga lunak yang bekerja baik kuartal lalu bergeser kuartal ini, dan seberapa pun kalibrasi mesin dilakukan tidak akan memperbaikinya. Mintalah kuat luluh terukur pada sertifikat pabrik, atau karakterisasi tiap gulungan lewat benda uji pertama.

Sebuah contoh perhitungan

Ambil batang Cu-ETP 80 × 10 mm dalam temper R240 setengah keras, di-bending 90° secara flatwise di atas radius punch 20 mm, sehingga R/t = 2.

x  = (Ri/t) × (σy/E) = 2 × (180 / 124 000) = 0.00290
K  = 4(0.00290)³ − 3(0.00290) + 1 = 0.9913
Rf = 20 / 0.9913 = 20.18 mm
θi = 90 / 0.9913 = 90.79°

Bentuklah sampai 90.8° untuk mendarat di 90°, dan harapkan radius dalamnya membuka dari 20 mm menjadi sekitar 20.18 mm. Perubahan radius itu kecil tetapi bukan nol: ia menggeser panjang terbentang, sehingga bend allowance yang dihitung dari radius tool akan meleset beberapa persepuluh milimeter terlalu pendek pada part dengan banyak bending.

Overbend tipikal menurut temper

Tabel di bawah menjalankan perhitungan yang sama untuk kombinasi temper dan R/t yang muncul dalam pekerjaan panel. Overbend adalah sudut tambahan yang diperintahkan pada bending nominal 90°, dihitung pada E = 124 kN/mm² dan pada kuat luluh 60, 180 dan 250 N/mm² masing-masing untuk R220, R240 dan R290.

Ini adalah titik awal untuk benda uji pertama, bukan setelan produksi. Empat kualifikasi berlaku, dan setiap satunya lebih besar daripada presisi yang tersirat dari dua angka desimal.

Kolom R220 mengasumsikan batang lunak penuh pada 60 N/mm². Hitung ulang pada batas atas spesifikasi 140 N/mm² dan angka R/t = 2 naik dari 0.26° menjadi 0.61°. Beli R220 tanpa persyaratan kuat luluh dan Anda telah membeli seluruh rentang itu.

Model ini memperlakukan tembaga sebagai elastis dan plastis sempurna. Tembaga mengalami pengerasan regang sepanjang bendingnya, sehingga material di zona plastis berakhir lebih kuat daripada saat mulai dan menyimpan regangan elastis lebih besar daripada yang diizinkan model. Prediksinya adalah batas bawah.

Model ini mengasumsikan radius terbentuk sama dengan radius tool. Itu berlaku untuk bottoming dan coining. Itu tidak berlaku untuk air bending, dan selisihnya cukup besar untuk pantas mendapat bagiannya sendiri.

Batang yang berasal dari pelat yang di-slitting, bukan yang dirol atau ditarik langsung ke penampangnya, bisa membawa tekstur berbeda dan sifat dalam bidang yang berbeda sepanjang panjangnya. Perlakukan sebagai material tersendiri di dalam tabel offset.

Mengapa air bending ber-springback lebih besar

Air bending membentuk batang di atas bukaan die tanpa punch pernah mencapai dasar. Batang bersentuhan dengan hidung punch dan kedua bahu die, tidak dengan yang lain, sehingga radius yang diambilnya selama langkah kerja ditentukan oleh bukaan die, bukan oleh punch. Radius terbentuk itu biasanya beberapa kali radius hidung punch, artinya R/t efektif selama pembentukan beberapa kali lebih tinggi daripada R/t yang Anda asumsikan dari toolingnya. Dorong R/t dari 2 ke 8 pada tabel di atas dan tembaga setengah keras beranjak dari 0.79° ke 3.25°. Itulah seluruh penjelasan mengapa tembaga yang di-air bending berperilaku menyimpang terhadap perhitungannya.

Bottoming menutupkan punch ke dalam die sehingga batang dipaksa mengambil geometri toolnya. Radius terbentuknya lalu sama dengan radius punch, modelnya berlaku, dan springback turun ke sesuatu yang mendekati tabel. Ongkosnya adalah gaya: bottoming lazim dikutip pada lima sampai enam kali tonase air bending untuk penampang yang sama.

Coining menekan hidung punch ke dalam material sehingga seluruh zona bending, termasuk inti elastisnya, terbawa melewati luluh. Tanpa inti elastis yang tersisa, hampir tidak ada yang bisa dipulihkan dan springback mendekati nol. Tonasenya naik jauh melampaui bottoming, dan pada penampang busbar setebal 10 sampai 20 mm angka itu cepat melampaui apa yang bisa diberikan mesin meja.

Sebagian besar kepala bending busbar CNC bekerja lebih dekat ke bottoming daripada ke air bending bebas, karena former busbar berupa set yang berpasangan, bukan die vee universal. Itulah sebabnya springback busbar umumnya mendarat di pita satu sampai tiga derajat, bukan lima sampai lima belas derajat seperti yang dikutip untuk pelat tipis, dan sebabnya tabel offset yang dibangun dengan baik tetap sahih untuk waktu yang lama.

Tiga mekanisme yang dijual sebagai kompensasi springback

Literatur mesin terus-menerus mencampuradukkannya. Ketiganya berbeda dalam apa yang diukur dan kapan.

Tabel offset yang dikunci menurut material, tebal, temper dan tool

Dasarnya. Kontrol menyimpan tabel acuan yang diindeks pada empat variabel yang menurut fisikanya penting: paduan dan temper, tebal, set tool, dan sudut target. Operator, atau sebuah siklus teach, mem-bending satu sampel, mengukurnya, dan kontrol menyimpan selisih antara sudut yang diperintahkan dan sudut yang dicapai. Berikutnya, ketika kombinasi itu dipanggil, kontrol menambahkan offset yang tersimpan sebelum ia bergerak.

Ini open loop. Ia tidak membawa pengetahuan apa pun tentang batang yang ada di hadapannya, hanya tentang batang yang ada di hadapannya terakhir kali. Sebagian besar produksi berjalan dengan cara ini, karena di dalam satu gulungan dengan satu temper variasi antar batangnya kecil. Cara ini gagal ketika materialnya berubah di bawah tabelnya, yaitu persoalan R220 yang dijelaskan di atas.

Disiplin kuncinya adalah kebersihan tabel. Offset yang disimpan dengan label "tembaga 10 mm" tidak ada gunanya. Offset yang disimpan dengan label "Cu-ETP R240, 10 mm, former R20, 90°, batch gulungan 4471" adalah catatan rekayasa yang bisa dipakai. Mesin yang membaca geometrinya langsung dari file 3D atau 2D, seperti yang dilakukan EMAC-BB-H12, bisa membawa kunci itu langsung dari sistem desainnya, sehingga menghilangkan langkah penyalinan yang menjadi sumber sebagian besar kerusakan tabel.

Pengukuran benda uji pertama

Jembatan antara open loop dan closed loop. Part pertama dalam satu batch di-bending menurut nilai tabel, diukur di luar mesin dengan busur derajat atau CMM, dan offsetnya dikoreksi sebelum batch dijalankan. Murah, berlaku universal, dan menangkap pergeseran antar material yang tidak sanggup ditangkap tabel statis.

Biayanya satu part dan satu siklus pengukuran per batch. Otomatiskan pencatatannya, bukan pengukurannya. Pada produksi pendek dengan banyak nomor part, siklus itu mendominasi anggaran waktu, dan di situlah pengukuran dalam proses membayar harganya.

Pengukuran sudut closed loop selama langkah kerja

Kontrol mengukur sudut flange selagi batang masih berada di dalam tool. Pada press brake ini dikerjakan secara optik, dengan garis laser diproyeksikan ke flange dan dibaca kamera; akurasi yang diterbitkan untuk sistem semacam ini berada di kisaran 0.1° sampai 0.15°. Urutannya: dekati target dalam kondisi terbeban, kendurkan ram secukupnya untuk melepas beban bendingnya, ukur sudut yang sudah mengendur, hitung springback untuk batang tertentu ini, lalu turun lagi melewati kedalaman semula sebesar hasil pengukurannya.

Ini closed loop dalam arti sebenarnya. Ia mengompensasi variasi tebal, variasi temper dan pengaruh arah pengerolan pada tiap benda kerja, tanpa perlu pengetahuan awal. Ia juga pilihan yang paling mahal, menambahkan siklus ukur-dan-kembali pada setiap bending, dan memerlukan garis pandang ke flange, yang tidak selalu disisakan sebuah former busbar.

Untuk busbar, hibrida yang praktis adalah tabel offset yang dirawat ditambah verifikasi benda uji pertama yang disiplin, dengan pengukuran dalam proses disimpan untuk pekerjaan beragam tinggi atau untuk material yang sertifikatnya tidak Anda percayai.

Di mana spesifikasi mesin masuk

Dua angka pada lembar data mesin bending berkaitan dengan springback dan keduanya bukan hal yang sama.

Keterulangan adalah seberapa dekat mesin mereproduksi hasilnya sendiri. Kepala servo murni EMAC-BB-S12 dan saudaranya yang hidraulik hybrid sama-sama dispesifikasikan pada akurasi bending ±0.1° pada kapasitas 200 × 16 mm. Angka itu menyatakan bahwa posisi ram, encoder dan kekakuan rangkanya cukup konsisten sehingga perintah yang sama menghasilkan sudut yang sama. Angka itu tidak menyatakan apa pun tentang apakah sudut itu adalah sudut yang Anda inginkan.

Kompensasi springback menutup jarak antara sudut yang diperintahkan dan sudut yang diinginkan. Kompensasi springback elektronik pada kepala-kepala ini adalah mekanisme tabel offset: kontrol menyimpan koreksi untuk tiap kombinasi material dan tool lalu menerapkannya secara otomatis. Bersama-sama, kedua angka itu berarti sesuatu. Kompensasi menempatkan Anda pada sudut target; keterulangan ±0.1° menjaga Anda tetap di sana untuk sisa batch-nya.

Mesin dengan keterulangan sangat baik tanpa kompensasi akan membuat lima ratus part salah yang identik. Mesin dengan kompensasi tetapi keterulangan buruk akan berpusat pada targetnya lalu menyebar di sekitarnya. Anda membutuhkan keduanya. Ketika membandingkan mesin, tanyakan "akurasi" yang dikutip itu merujuk pada yang mana di antara keduanya, karena vendor tidak konsisten soal ini.

Membangun tabel offset yang bertahan

Beberapa kebiasaan memisahkan tabel yang bertahan setahun dari tabel yang harus dibangun ulang tiap bulan.

Catat materialnya berdasarkan sertifikat pabrik, bukan berdasarkan deskripsi stok. Sertifikatnya membawa penomoran temper dan, jika Anda memintanya, kuat luluh terukur. Perilaku bending mengikuti sertifikatnya.

Simpan satu offset per sudut, bukan satu per tool. Springback dalam derajat tidak konstan di seluruh sudut bending untuk tooling yang sama, karena busur tempat pemulihannya terakumulasi berubah. Tabel yang menyimpan 1.2° untuk bending 90° lalu menerapkannya pada bending 30° akan salah pada yang 30°.

Verifikasi ulang ketika gulungannya berganti, ketika pemasoknya berganti dan ketika toolnya digerinda ulang. Former yang digerinda ulang memiliki radius hidung yang lebih besar daripada semula, yang menaikkan R/t dan menaikkan springback.

Pisahkan offset flatwise dan edgewise. Zona plastisnya berbeda, kekangannya berbeda, dan angkanya tidak berpindah, seperti diuraikan bending busbar edgewise versus flatwise.

Perlakukan springback dan radius minimum sebagai satu keputusan. Temper menggerakkan keduanya, dan menggerakkannya dengan cara yang sama: temper yang paling sedikit ber-springback adalah temper yang paling sedikit retak, dan itulah sebabnya begitu banyak persoalan bending berujung menjadi persoalan pembelian. Hubungan antara temper tembaga dan radius bending minimum menetapkan batas bawah untuk R/t; artikel ini menetapkan kompensasinya untuk R/t berapa pun yang akhirnya Anda pakai. Keduanya dibaca dari baris yang sama pada sertifikat pabrik, dan keduanya berada di dalam keputusan proses bending busbar yang sama.