ブスバーの立て曲げと平曲げ

平曲げと立て曲げは、同じ加工の 2 つの設定ではありません。限界となる不具合の様式が異なり、金型が異なり、 そして大半の機械では能力の定格も異なる、別々の成形問題です。呼び方は地域によって変わります。平曲げは イージーウェイ、フラットベンド、レベルベンドとも呼ばれ、立て曲げはハードウェイ、エッジベンド、バーチカル ベンドとも呼ばれます。力学は変わりません。

平曲げはバーを板厚方向に折るため、小さいほうの寸法が支配します。立て曲げは幅方向に折るため、大きいほうの 寸法が支配します。残りはすべて、この 1 つの入れ替わりから導かれます。

断面係数がすべてを説明する

幅 w、板厚 t の長方形断面のバーについて、2 つの主軸まわりの弾性断面係数は次のとおりです。

• 平曲げ: Z = w·t² / 6
• 立て曲げ: Z = t·w² / 6

塑性断面係数も同じ比を持ち、w·t²/4 と t·w²/4 です。成形に入ってしまえば効いてくるのは塑性側の値です。 いずれにせよ両者の比は単純に w/t です。

この 1 つの数値が、曲げモーメントに掛かる倍率です。具体例をいくつか挙げます。

幅への依存の仕方をよく読んでください。ここが意外に思われる部分です。平曲げの断面係数は幅に比例します。 幅を 2 倍にすれば力は 2 倍です。立て曲げの断面係数は幅の 2 乗 に比例します。幅を 2 倍にすれば 4 倍に なります。幅 200 mm のバーを立て曲げするのは、幅 100 mm のバーの 2 倍難しいのではありません。4 倍です。

板厚は逆の振る舞いをします。平曲げの力は t² に比例し、立て曲げの力は t に比例するだけです。したがって 薄くて幅の広いバーは、立て曲げの候補としては 2 つの点で同時に最悪です。大きな力を要しながら、次に述べる 不具合の様式に対する抵抗が最も小さいからです。特定の断面についての加圧力が必要であれば、 ブスバー曲げ力計算ツール が形状から計算します。

力より先に安定性が限界を決める

機械はモーメントで制限されます。被加工材は安定性で制限され、立て曲げでは被加工材側の限界が先に来ます。

立て曲げの外側では、繊維は中立軸から板厚の半分ではなくバー 幅 の半分の位置にあります。外側繊維の公称 ひずみは次のとおりです。

ε = 1 / (2·(R/w) + 1)

内側半径がバー幅に等しいとき、これは 33 パーセントです。幅の 2 倍で 20 パーセント、4 倍で 11 パーセント。 これを EN 13601 の質別の伸びの数値と比べてください。R240 半硬質は最小 8 パーセント、R290 硬質は 4 パーセントと規定されています。立て曲げの半径が板厚の倍数ではなく 幅 の倍数で 示される理由がここでわかります。曲げに耐えうるひずみが引張伸びを上回るのは 銅の質別と最小曲げ半径 の記事で述べたとおりですが、 その余裕は R/w がおよそ 2 を下回ってよいという一般則を安全にするほど大きくはありません。

曲げの内側では問題が異なり、そしてたいていこちらが支配します。内側繊維は弧に沿って圧縮を受けており、その 圧縮を担う材料は板厚 t だけの厚さで、深さ w の細長い板です。自身の面内で荷重を受ける細長い板であり、 圧縮を受ける細長い板は面外に座屈します。座屈応力は細長比の 2 乗で下がるため、w/t が上がるほど内側の エッジはしわが寄りやすくなっていきます。目に見える結果は、波打った、あるいは扇形にうねった内側エッジであり、 断面全体が直角から倒れ込むこともあります。

立て曲げの能力定格が平曲げよりずっと厳しいのはこのためです。 SMART-603CNC-S では、平曲げが 260 × 20 mm、立て 曲げが 125 × 15 mm と定格されています。幅だけでなく両方の寸法が下がっており、同じ傾向はブスバー曲げ設備 全般に見られます。この定格は、金型が曲げを通して断面を直角に保てなくなる点を示しています。

実務上の限界

ひずみの計算と通常の現場慣行を組み合わせると、作業範囲が得られます。以下は規定の限界ではなく、初品で確認 すべき目安の出発点として扱ってください。

内側半径は、軟質および半硬質の銅でバー幅の 2 倍以上、硬質材では 3 倍以上。特別な支持なしに安定した結果を 得るには、幅と板厚の比をおよそ 10 以下に。12–15 を超えると、半径にかかわらず内側エッジのしわを見込んで ください。バー幅は機械の平曲げ定格のおおよそ半分以内に。最も頻繁に失敗する組合せは、幅の広い断面の硬質材 です。外側繊維のひずみ限界と座屈限界が同時に厳しくなるためです。

スプリングバックの振る舞いも異なります。塑性域の形状、金型による拘束、実効的な R/t のいずれもが平曲げの 場合とは違うため、立て曲げの補正量を平曲げから導くことはできません。 スプリングバック補正 のテーブルでは、2 組の行を別に 保持してください。

金型と支持

立て曲げでは、断面が逃げうるあらゆる方向を拘束しなければならず、それを行う金型は平曲げの金型ではありません。

バーは入口だけでなく、曲げの弧の全体にわたって両方の広い面から挟み込まれている必要があります。広い面が 支持されていないと断面は倒れ、倒れた断面は角度だけでなく面外にもずれた曲げを生みます。

内側のエッジには、曲げに追随して圧縮側のエッジを押さえ、座屈を防ぐフォロワまたは押えブロックが必要です。 立て曲げができる機械と、立て曲げモードを持っているだけの機械とを分けるのがこの部品です。

金型にはバーの板厚に合わせた溝が必要です。平曲げで板厚の範囲にわたって使える汎用の V 溝は、立て曲げの 断面を保持できません。汎用性を与えているそのすきまこそ、断面が倒れ込む先のすきまだからです。

潤滑は平曲げより重要になります。金型面での接触圧力が高く、曲げの間にバーが金型上をより長く滑るためです。

直線の導入部も長く必要です。クランプ長さは部品の配置に対する寸法上の制約であり、原理的には曲げられるのに 実際に作る機械では曲げられない設計が生まれる、よくある原因です。曲げ部から穴と重ね継手を離してください。 曲げと重ね継手の間に 10 mm 以上、曲げと支持点の間に 20 mm 以上を取るのが、盤工場の通常の慣行です。

設計上の代替案

立て曲げが作業範囲に収まらない場合、回避する方法は 3 つあり、それらは互換ではありません。

ねじりと平曲げ

バーを自身の軸まわりに 90° ねじって広い面を必要な方向転換の平面に回し、その方向転換を通常の平曲げとして 行います。成形は容易で、金型は標準品、曲げの外側繊維のひずみは幅ではなく板厚で決まり、バーは端子が求める 平面にすでに乗った状態で到達します。代償は長さです。ねじりには直線部の区間が必要で、通常はバー幅の 2 倍 以上、多くの場合それ以上を要します。形状と実現できる角度については ブスバーのねじり加工の手引き で扱っており、 ねじり加工 は別の機械ではなくブスバー曲げヘッドの標準機能です。

ボルト接続によるコーナー

方向転換を、2 本の直線バーとボルト重ね継手で作ります。成形の限界はまったくないため、どの幅、どの質別でも 成立します。代償は電流経路に接続部ができることであり、それは接触抵抗、締付けトルクの指定、保全の義務、 検査点を意味します。盤の慣行では、接触面積がバー断面積の 5 倍以上になるように重ね合わせを決めます。接続部は 熱的な不連続でもあるため、温度上昇の検証が受け入れられる位置に置く必要があります。

分割または形状切出しの板材

コーナーを板から 1 枚の形状部品として切り出し、方向転換を材料の面内で起こさせて成形を不要にします。3 つの 中で抵抗は最も低く、接続部はなく、コーナー形状は完全に自由です。代償は材料の歩留りと、図面上もはや標準 断面ではない部品が生じることです。コーナーの内側の切り落としは廃却材になります。

3 つの選び方

実務で通用する判断規則は次のとおりです。

バーが機械の立て曲げの作業範囲に収まっており、図面がバー幅の 2 倍以上の内側半径を許すなら、立て曲げして ください。工程数も部品点数も最も少なくなります。

幅または幅と板厚の比がその範囲を外れるが、方向転換の手前に十分な直線長さがあるなら、ねじってから平曲げして ください。幅が広く薄いバーではこれが既定の方法であり、どちらの加工も同じ 曲げ ヘッドで行えるため、想像されるより安く済むのが通例です。

ねじりに使える長さがなく、しかもそのコーナーがもともと接続部を置くのに自然な場所であるなら、ボルト接続の コーナーにしてください。分岐、断面の切り替え、保守上の区切りがすでに必要なコーナーは、いずれにせよ接続部を 持つべきコーナーです。

電流密度や外被の形状が接続部を許さず、ねじる余地もないなら、コーナーを板から形状切出ししてください。

順序に意味があります。この一覧を 1 段下るごとに、部品か工程か廃却材のいずれかが増えます。下から始めるのでは なく、上から順に下ってください。

これが設計審査でどう現れるか

立て曲げの問題の大半は、バーが工場に届くはるか前に決まっています。160 × 10 のバーで、誤った平面に 90° の コーナーがあり、半径 100 mm という 3D の経路は、加圧力を増やして解決する加工上の問題ではありません。どれ だけ力をかけても、内側エッジにしわを寄せずには作れない形状です。

安価な介入は、設計審査で 3 つの数値を確認することです。機械の立て曲げ定格に対するバー幅、バー幅に対する 内側半径、板厚に対する幅です。3 つのうち 2 つが不合格なら、その経路は変える必要があります。 EMAC-BB-H12 のように 3D と 2D の形状を直接読み込む機械 では、この確認を自動化するのが容易です。曲げのリストはすでにファイルの中にあり、能力の範囲はすでに制御装置の 中にあるからです。