Piegatura di coltello contro piegatura di piatto

La piega piatta e la piega di punta non sono due impostazioni della stessa operazione. Sono problemi di formazione diversi con differenti modalità di rottura limite, utensili diversi e, sulla maggior parte delle macchine, capacità nominali diverse. La terminologia varia per regione: la piega piatta è anche detta piega facile, piega piatta o piega orizzontale; la piega di punta è piega dura, piega di bordo o piega verticale. La meccanica non varia.

Una piega piatta piega la barra lungo il suo spessore, quindi governa la dimensione minore. Una piega di punta la piega lungo la sua larghezza, quindi governa la dimensione maggiore. Il resto consegue da questa sola inversione.

Il modulo di sezione è l'unica variabile

Per una barra rettangolare di larghezza w e spessore t, il modulo di sezione elastico rispetto ai due assi principali è:

• Piega piatta: Z = w·t² / 6
• Piega di punta: Z = t·w² / 6

I moduli plastici mantengono lo stesso rapporto, w·t²/4 e t·w²/4, ed è il valore plastico a contare una volta che la deformazione avviene. Il rapporto tra di essi è semplicemente w/t.

Questo singolo numero è il moltiplicatore del momento flettente. Casi concreti:

La dipendenza dalla larghezza è notevole. Il modulo di sezione piatto è lineare nella larghezza: raddoppiare la larghezza raddoppia la forza. Il modulo di sezione di punta varia con il quadrato della larghezza: raddoppiare la larghezza quadruplica la forza. Una barra larga 200 mm richiede quattro volte la forza per essere piegata di punta rispetto a una barra di 100 mm, non il doppio.

Lo spessore si comporta in modo opposto. La forza di piega piatta varia con t², la forza di punta solo linearmente con t. Una barra sottile e larga è il candidato peggiore per la piega di punta sotto entrambi gli aspetti, richiedendo un'alta forza offrendo al contempo la minima resistenza alla modalità di rottura descritta successivamente. La potenza in tonnellate per una sezione specifica può essere determinata con il calcolatore di forza di piega per barre in rame.

La stabilità pone il limite prima della forza

Le macchine sono limitate dal momento flettente. I pezzi sono limitati dalla stabilità, e nella piega di punta il limite del pezzo si raggiunge per primo.

Nel caso di una piega di bordo, la fibra esterna si trova a metà della larghezza della barra dall'asse neutro, e non a metà dello spessore. La deformazione ingegneristica della fibra esterna è:

ε = 1 / (2·(R/w) + 1)

Con un raggio interno pari alla larghezza della barra, la deformazione è del 33%. Con un raggio pari al doppio della larghezza, è del 20%. Con un raggio pari a quattro volte la larghezza, è dell'11%. Questi valori, confrontati con le allungamenti a rottura indicati nelle normative EN 13601 per le diverse trattazioni, spiegano perché i raggi di piega di bordo vengano espressi come multipli della larghezza e non dello spessore. La trattazione R240 mezzo duro specifica un allungamento minimo dell'8%, e la R290 duro del 4%. La tolleranza di deformazione a piega supera effettivamente l'allungamento a trazione, per i motivi illustrati nell'articolo su trattazione del rame e raggio minimo di piega, ma il margine non è sufficientemente ampio da rendere un rapporto R/w inferiore a circa 2 una regola generale sicura.

All'interno della piega il problema è diverso e generalmente predominante. La fibra interna è soggetta a compressione lungo un arco, e il materiale che resiste a tale compressione è una lamina di spessore t e profondità w. Si tratta di una piastra snella caricata nel proprio piano, e le piastre snelle in compressione tendono a deformarsi fuori piano. Lo sforzo critico diminuisce con il quadrato della snellezza, quindi con l'aumentare del rapporto w/t il bordo interno diventa progressivamente più soggetto a ondulazione. Il risultato visibile è un bordo interno ondulato o a riccio, talvolta con l'intera sezione che fuoriesce dal piano.

Per questo i parametri di potenza per le pieghe di bordo sono più restrittivi di quelli per le pieghe piatte. Sulla SMART-603CNC-S, la piega piatta ha una portata di 260 × 20 mm e quella di bordo di 125 × 15 mm. Entrambe le dimensioni diminuiscono, non solo la larghezza, e lo stesso schema si ripete nell'ambito delle macchine per piegatura delle sbarre in rame. Il valore di portata indica il punto oltre il quale l'utensile non riesce più a mantenere la sezione quadrata durante la piega.

Limiti pratici

Combinando i calcoli della deformazione con le normali pratiche di officina si definisce un campo operativo. I valori indicati sono punti di partenza da confermare sulla prima campione e non limiti normativi.

Raggio interno di almeno 2× la larghezza della barra per rame molle e mezzo duro, e 3× o più per rame duro. Rapporto larghezza/spessore inferiore a circa 10 per risultati affidabili senza supporti specializzati; sopra 12 o 15 l'ondulazione del bordo interno si verifica indipendentemente dal raggio. Larghezza della barra entro circa metà della portata piatta della macchina. La combinazione di sezioni larghe e trattazione duro è quella che fallisce più spesso, perché sia il limite di deformazione della fibra esterna sia il limite di instabilità si restringono contemporaneamente.

Anche il recupero elastico si comporta in modo diverso. La geometria della zona plastica, il vincolo imposto dagli utensili e il rapporto R/t effettivo sono tutti diversi dal caso piatto, quindi un offset per piega di bordo non può essere ricavato da uno per piega piatta. È necessaria la separazione dei due insiemi di dati nella tabella di compensazione del recupero elastico.

Utensili e supporti

Una piega di bordo deve essere contenuta ovunque la sezione possa sfuggire, e l'utensile che realizza ciò non è lo stesso utilizzato per le pieghe piatte.

La barra deve essere bloccata su entrambe le facce larghe per tutto l'arco di piega, non solo all'ingresso. Facce larghe non supportate lasciano che la sezione ruoti, e una sezione ruotata produce una piega fuori piano oltre che fuori angolo.

Il bordo interno richiede un follower o un blocco di pressione che si muove con la piega e mantiene il bordo compresso contro l'incorrugamento. Questo componente distingue una macchina in grado di piegare di taglio da una che ha semplicemente una modalità di piega di taglio.

Il matitone richiede una scanalatura corrispondente allo spessore della barra. Un vee universale che funziona su una gamma di spessori in piano non può trattenere una sezione piegata di taglio, perché il gioco che gli conferisce flessibilità è lo stesso gioco che la sezione necessita per arrotolarsi.

La lubrificazione è più importante che in piano, perché le pressioni di contatto sulla faccia del matitone sono più elevate e la barra scivola più a lungo sull'utensile durante la piega.

L'ingresso dritto deve essere più lungo. La lunghezza di bloccaggio è un vincolo dimensionale nella disposizione del pezzo ed è una causa comune di un design che è piegabile in linea di principio ma non sulla macchina che lo realizzerà. Fori e giunzioni a sovrapposizione devono essere tenuti lontani dalla zona di piega; consentire almeno 10 mm tra una piega e una giunzione a sovrapposizione, e 20 mm tra una piega e un punto di supporto, è pratica normale nei laboratori di pannelli.

Le alternative di progettazione

Quando una piega di taglio cade fuori dall'involucro, esistono tre alternative, che non sono intercambiabili.

Torsione e piega in piano

La torsione della barra di 90° attorno al proprio asse ruota la faccia larga nel piano della direzione richiesta, dopodiché il cambio di direzione viene effettuato come una normale piega in piano. La formatura è facile, l'utensileria è standard, la deformazione delle fibre esterne nella piega è governata dallo spessore piuttosto che dalla larghezza, e la barra arriva a destinazione già nel piano richiesto dal terminale. Il costo è la lunghezza: una torsione necessita del suo tratto di barra dritta, tipicamente almeno il doppio della larghezza della barra e spesso di più. La guida alla torsione delle sbarre descrive la geometria e gli angoli raggiungibili, e la torsione è una capacità standard nelle teste di piegatura delle sbarre piuttosto che una macchina separata.

Angolo con giunzione

Il cambio di direzione può essere realizzato con due barre dritte e una giunzione a sovrapposizione bullonata. Non esiste un limite di formatura, quindi funziona con qualsiasi larghezza e qualsiasi tempera. Il costo è una giunzione nel percorso della corrente, che significa resistenza di contatto, specifica di coppia, obbligo di manutenzione e punto di ispezione. La pratica dei pannelli dimensiona la sovrapposizione in modo che l'area di contatto sia almeno cinque volte la sezione trasversale della barra. Una giunzione è anche una discontinuità termica, quindi deve trovarsi dove la verifica dell'innalzamento di temperatura può accoglierla.

Piastra sagomata o segmentata

Tagliare l'angolo come un singolo pezzo sagomato dalla piastra colloca il cambio di direzione nel piano del materiale, quindi non è necessaria alcuna formatura. Questo offre la resistenza più bassa delle tre, nessuna giunzione e completa libertà sulla geometria dell'angolo. I costi sono la resa del materiale, poiché il taglio interno dell'angolo è scarto, e un pezzo che non è più una sezione standard sul disegno.

Scelta tra le opzioni

Una regola decisionale che si dimostra efficace nella pratica:

Per una sbarra all'interno dell'involucro di piegatura di macchina e dove il disegno consente un raggio interno di almeno due volte la larghezza della sbarra, piegare di taglio. Questa è l'operazione con il minor numero di passaggi e di componenti.

Per una larghezza o un rapporto larghezza/spessore al di fuori di quell'involucro, ma dove il percorso ha una lunghezza sufficiente prima del cambio di direzione, torcere e piegare di piatto. Questa è l'opzione predefinita per le sbarre larghe e sottili, ed è solitamente meno costosa del previsto perché entrambe le operazioni vengono eseguite sulla stessa testa di piegatura.

Se non è disponibile lunghezza per una torsione, e l'angolo è un punto naturale per un giunto, utilizzare un angolo bullonato. Un angolo che necessita già di un'uscita, una transizione tra sezioni o una interruzione di servizio è un angolo che dovrebbe avere un giunto indipendentemente.

Se la densità di corrente o la geometria dell'involucro escludono un giunto, e non c'è spazio per torcere, profilare l'angolo da lamiera.

L'ordine è importante. Ogni passo successivo nella lista aggiunge componenti, operazioni o scarti, quindi la progressione dovrebbe essere verso il basso nella lista piuttosto che iniziare dal fondo.

Dove si manifesta nella revisione del progetto

La maggior parte dei problemi di piegatura di taglio viene decisa molto prima che la sbarra arrivi in officina. Un percorso disegnato in 3D con un angolo di 90° nel piano sbagliato, su una sbarra 160 × 10, con un raggio di 100 mm, non è un problema di fabbricazione da risolvere con più tonnellate. È una geometria che nessuna quantità di forza produrrà senza un bordo interno arricciato.

L'intervento economico consiste nel controllare tre numeri durante la revisione del progetto: larghezza della sbarra rispetto alla valutazione di piegatura di taglio della macchina, raggio interno rispetto alla larghezza della sbarra, e larghezza rispetto allo spessore. Se due dei tre non soddisfano i requisiti, il percorso deve essere modificato. Macchine come l'EMAC-BB-H12 che leggono direttamente la geometria 3D e 2D rendono facile automatizzare questo controllo, perché l'elenco delle pieghe è già nel file e l'involucro di capacità è già nel controllo.