加工後の平面度、真直度、ねじれの指定

図面上に「バーを平らにする」と記載しても、何の意味も持たない。この言葉は、原因・測定方法・達成可能な値が異なる3つの幾何学的に異なる特性を含んでおり、入库検査における紛争は、どの特性を意図していたかの曖昧さから生じることが多い。

平面度は表面の性質であり、すべての点が許容値で隔てられた2つの平行平面の間に位置する必要がある。誤差の方向は定義しない。

直線度は、ライン、エッジ、またはバーの軸の性質である。矩形ブスバーでは、2つの特性に分かれる。バウは板厚方向の曲がりであり、面を下にして置いたときにバーが揺れる原因となる。ケンマは幅方向の曲がりであり、平らに置いたときにバーがバナナ型に見える。バウが顕著でケンマがない場合もあれば、その逆の場合もある。

ねじれは、縦軸に対する断面の回転であり、両端が同一面上にない状態である。これは、3つの特性のうち、テーブルにバーを置いてそこを見ただけでは確認できず、最もよく組立時に発見される。

これらすべての性質は、基準長がなければ意味をなさない。「ケンマ 2 mm」は仕様ではない。「任意の 1000 mm あたり最大ケンマ 2 mm」が仕様となる。

既に提供されている材料の状態

加工の影響を検討する前に、材料の入库状態を評価する必要がある。銅ブスバー、棒鋼、および形状鋼の規格である ASTM B187/B187M は、表 10 で一定の長さで測定した弧の最大深度として直線度を定義している。

• 一般的なバー: 60 in [1500 mm] あたり 1/4 in [6 mm]
• 半硬質矩形バー（板厚 3 ～ 15 mm、幅 50 ～ 150 mm）: 96 in [2400 mm] あたり 1/8 in [3 mm]
• 棒鋼: 120 in [3000 mm] あたり 1/2 in [13 mm]
• 形状鋼: 72 in [1800 mm] あたり 1/2 in [13 mm]

測定方法は値と同様に重要である。この規格では、バーを水平なテーブル上に置き、直線からの偏差を水平にし、鋼製定規と定規で最大弧深を 1/32 in [0.8 mm] まで測定することを要求している。水平方向の測定は重力の影響を排除する。100 × 10 mm の銅バー 3 m 段は 27 kg の重量があり、両端で垂直に測定すると自重で数ミリメートル沈む。この沈みはバーの性質ではない。

入库時の 2.4 m あたり 3 mm のケンマは、ほとんどの組立業者の期待を超える量である。完成部品の許容差が入库許容差より厳しい場合、工程は誤差を除去し、保持するのではなく、除去する必要があり、これは設計時に考慮しなければならない。

打抜きによるバウとケンマの発生

打抜きは材料を中立的に除去するものではない。各穴の周囲に残留応力場を生成し、それらの場の合計がバーを歪ませる。

2つの機構が作用しています。穴の周辺では、パンチが侵入する際に材料が内側および下方向に引き込まれ、打入り側の領域に圧縮応力を生じさせます。一方、破断時には材料が出口面から押し出され、その領域に引張応力を生じます。引張成分が優勢な場合、バーは反ります。この効果は局所的です。穴を多く開けた領域は反りますが、同じバーの未加工領域は平らのままであり、これが反りが滑らかな弧ではなく、しばしば折れ曲がりとして現れる理由です。

2番目の機構はストロークです。パンチが下降するにつれて、バーはダイ開口部に挠みます。上面は圧縮に、下面は引張に、この変形の塑性成分は回復しません。

これらの効果を悪化させる4つの因子があり、すべては制御可能です。穴の密度は累積応力を決定し、設計から導きます。板厚は面取りと力を増加させ、力が周囲材料を変形させます。工具の状態は最も一般的な実務因子です。鈍ったパンチは鋭いものに比べて明らかに多くの力を必要とし、より多くの面取りを生み、これが BAR が突然加工機から反って出てくる原因となります。クリアランスは tight な場合、力を増加させ、反りを増します。この最後の変数は工具寿命にも影響し、銅およびアルミニウムブスバーのパンチ・ダイクリアランスで議論されています。

反り（bow）とは異なるカムバーは、幅方向の非対称性から生じます。広いバーの一方の端に沿った穴パターンは、中立軸からずれた位置に応力領域を配置し、バーを平面内で湾曲させます。中心線に関して対称的なパターンはほぼこれを回避し、これはDIN 43673-1の標準的な穴位置を支持しています。

鋭い工具と正しいクリアランスに加え、2つの対策が適用されます。ストリッパーまたはプレッサーフットの圧力を制御します。これは切断中にバーを平坦に保持しますが、軟銅では過度の圧力自体がバーを反らせる場合があり、時々、圧力を減らすことが解決策となります。穴の順序を、一端を完了してから他端を開始するのではなく、作業を分散させるように組み立てます。CNCはネスティングが適切に設定されていれば、これを実行できます。

剪断によるねじれの発生

ギロチン剪断機は、幅全体を同時に切断しません。上刃はラク角が設定されており、切断は一方の側から他方の側へ進行し、力を管理可能な状態に保ちます。この進行が切り落とし部品に Couple を適用し、回転させます。

ラク角が主要な変数です。大きなラクは剪断力を減少させ、ねじれを増加させます。小さなラクは逆の効果があります。ラク角が調整可能な場合、正しい設定はまだ切断が可能な最小の角度です。6 mm と 16 mm のバーで同じ角度を使用すると、薄い材料では必然的に過度のねじれが生じます。

アスペクト比がねじれが目に見えるかどうかを決定します。剪断機メーカーは、切断されたストリップが平らになる最小幅として、一般的に材料厚度の10～15倍を提示しています。定尺に切断されたブスバーは、厚さに対して幅広いため、ねじれは剪断端での小さなねじれとして現れ、コルクスクリュー状にはなりません。20 × 10 mm のような狭いバーでは、比率は2

、ねじれは顕著です。

その他の2つの剪断欠陥は、ねじれではなく歪みを引き起こします。刃物の隙間が広すぎると、材料は破断する前に下刃の上で転がり折り畳まれ、大きなバリと反った部品を生みます。鈍った刃物は切断前に材料を潰し、応力を部品に加え、分離後に部品を下方に反らせます。いずれも、切断面を確認して過度の面取りと短い光沢帯があるかどうかで診断します。剪断工程の概要で幾何学を説明しています。

曲げによる歪み

曲げは意図的な変形です。意図しない効果は、曲げ部の周辺で発生します。

平面曲げでは、外縁繊維が伸張し、内縁繊維が圧縮される。この変形量は等しくないため、フランジに軽度のカンタ（反り）が生じ、曲げ部近辺では断面が幅方向にわずかに中空になる。スプリングバックも影響する。パンチが撤去された後、バーが緩み、補正なしでは内角が不正確になり、フランジが嵩 上がる。

特に注意すべき不良は、曲げ接線に近い穴である。穴周辺の材料が曲げ部に引き込まれ、穴が楕円に変形し、位置がずれる。逃し穴は接線から少なくとも板厚の2倍以上離す必要がある。設計上、より近い位置に穴を設ける必要がある場合は、曲げ前に穴を打つのではなく、曲げ後に穴あけ加工を行う。

正しい測定方法

バーを未知の面上で全長にわたって支持するのではなく、 granite 表面計器台や定規で確認された機械テーブルなどの平面基準面上で3点支持する。

面の平面度を測定するには、定規を面上の複数の方向に渡し、しきい金で隙間を読むか、高さゲージにダイヤルゲージを取り付けて走査する。最も悪い読み取り値と、それが測定された範囲の長さを記録する。

反り（ボウ）とカンタ（カムバー）の測定には、ASTM B187 方法を用いる。バーを水平な台上に、直線性の偏差を水平方向にして置き、定規を測定対象の辺に沿わせ、最大の弧の深さをしきい金で読む。測定した方向のどちらかを記録する。カンタの測定結果を「ボウ」と報告することは、ブスバー検査で最も一般的な誤りである。

ねじれの測定では、片面を表面計器台に固定し、自由端の2つの角の下の隙間を測定する。ねじれは、その2つの隙間の差をバー幅で除した値であり、角度またはミリメートル毎メートルで報告する。測定対象の長さを明記する。300 mm で 0.5 mm のねじれと、3000 mm で 0.5 mm のねじれは比較できない。

これらの特性のいずれかが受入試験の対象となる場合は、参考長さと支持条件を数値とともに仕様に記載する。

実現可能な精度

以下の数値は指標となる計画値であり、保証値ではない。良好な状態の鋭利な工具を前提としている。引用されている機械仕様は、公表されている値である。

曲げの角度精度は別個の仕様であり、平面度と混同すべきでない。曲げ角度を ±0.1° で保持するサーボ曲げ機は、フランジが平面かどうかについての情報を提供しない。両方のパラメータが重要であれば、両方を仕様に含める必要がある。

積み重ねがもたらす問題

3位相の積層配線を想定する。100 × 10 mmの銅バーを4本、絶縁台上に設置し、ジョイント間隔2 m、両端を隣接セクションにボルト締めする場合を例に取る。

各バーにはcamber（反り）があり、方向はバーごとにランダムである。ASTM規格の限界では、2 mに対して約2.5 mmの反りが許容される。反り方向が相反する2本のバーでは、ジョイント面に数mmのギャップが生じる。ボルトはこのギャップを閉じる。銅は塑性変形しやすく、M12ボルトで10 mmのバーを容易に曲げられるからだ。その結果、ジョイントには曲げ荷重が初期条件として作用し、面全体の接触圧力は不均一になり、有効接触面積は描画面積よりも小さくなる。

これは外観上の問題ではなく、温度上昇に関する問題である。ジョイント抵抗は実接触面積によって決まり、IEC 61439では、裸銅ブスバーの上昇限度は105 K、外部導体接続用端子では70 Kと定められている。反りのあるバーを通じて締結されたジョイントは、設計が想定する接触面積よりも少ない状態で初期状態とし、さらに熱サイクルによってさらに損失する。もし設計がジョイント部で許容電流密度限界に近い場合、このマージンは確保されていなかった。

穴位置の積み重ねも加わる。camberのあるバーは穴パターンを曲面上に有するため、完全に打抜かれた穴パターンでも、直線的なメーティングバーに対して位置がずれる。ボルトは通過する。クリアランス穴は余裕をもって設計されているからだ。このため、ジョイントには初期応力が生じる。厚み公差は第3方向で積み重なる。積層スタックの各相に4本のバーがあり、すべてが公差下限の場合、総積層高さ、すなわちクランプボルトの長さとスペーサの高さが変化する。この計算は、現場で行うのではなく、標準構成ごとに一度実施すべきである。

真直度の補正が必要な場合

残留反りやねじれが、ジョイントに初期応力を与えずにアセンブリが吸収できる範囲を超える場合、またはジョイント面の平坦度自体が仕様を満たさない場合にのみ、補正が正当化される。これは、保管ラック上のバーの外観を改善するために行うものではない。

最も誤って適用される部分は、作業手順の順序である。まず材料を平らにしてから、穴あけを行う。穴あけ済みのバーを平らにすると、既存する穴周辺の応力を再分布させ、端部に近い穴を歪ませ、硬化材質では新たな残留応力場を残し、次の熱サイクル後に再現する可能性がある。ローラレベルingは応力を再分布させるが、除去はしない。

このため、合理的な工程ルートでは、補正は最終手段となる。レベル材から始め、穴あけ・せん断機のパンチ工具を鋭利にし、適切なクリアランスを保ち、穴パターンを配置して作業を分散させ、機械が許す限りせん断のラク角を減少させ、曲げ加工機でバックスプリングを補正し、フランジを描画通りに仕上げる。この方法で製造されたバーは、補正を必要とすることがほとんどない。

補正が必要な場合は、組立台上でのハンマー作業（現行の大部分がこれであり、記録も残らない）に委ねるのではなく、独自の検査基準を持つ工程手順として明示すべきである。