부스바 수직 절곡과 평면 절곡

평면 절곡과 수직 절곡은 같은 작업의 두 가지 설정이 아닙니다. 한계를 정하는 파손 모드가 다르고, 금형이 다르며, 대부분의 기계에서는 능력 정격까지 다른 별개의 성형 문제입니다. 부르는 이름은 지역마다 다릅니다. 평면 절곡은 이지 웨이, 플랫 벤딩, 수평 굽힘이라고도 하고, 수직 절곡은 하드 웨이, 에지 벤딩, 세로 굽힘이라고도 합니다. 역학은 달라지지 않습니다.

평면 절곡은 부스바를 두께 방향으로 접으므로 작은 치수가 지배합니다. 수직 절곡은 폭 방향으로 접으므로 큰 치수가 지배합니다. 나머지는 전부 이 치수 하나가 뒤바뀐 데서 따라 나옵니다.

단면계수가 전부입니다

폭 w, 두께 t인 직사각형 부스바에서 두 주축에 대한 탄성 단면계수는 다음과 같습니다.

• 평면 절곡: Z = w·t² / 6
• 수직 절곡: Z = t·w² / 6

소성 단면계수는 w·t²/4와 t·w²/4로 같은 비를 가지며, 성형에 들어간 뒤 의미를 갖는 쪽은 소성값입니다. 어느 쪽으로 보든 둘 사이의 비는 그저 w/t입니다.

이 숫자 하나가 굽힘 모멘트에 곱해지는 배수입니다. 구체적인 예를 들면 이렇습니다.

폭에 대한 의존성을 눈여겨보십시오. 사람들이 놓치는 대목이 여기입니다. 평면 절곡의 단면계수는 폭에 선형입니다. 폭을 두 배로 하면 힘도 두 배가 됩니다. 수직 절곡의 단면계수는 폭의 제곱을 따라갑니다. 폭을 두 배로 하면 힘은 네 배가 됩니다. 폭 200 mm 부스바를 수직으로 절곡하는 일은 100 mm 부스바보다 두 배 어려운 것이 아닙니다. 네 배 어렵습니다.

두께는 반대로 움직입니다. 평면 절곡의 힘은 t²을 따라가지만 수직 절곡의 힘은 t에 선형으로만 비례합니다. 그래서 얇고 넓은 부스바는 두 가지 이유에서 동시에 최악의 수직 절곡 대상이 됩니다. 큰 힘을 요구하면서, 바로 뒤에 설명할 파손 모드에는 가장 약합니다. 특정 단면의 소요 능력 수치가 필요하시면 부스바 절곡력 계산기가 형상에서 계산해 드립니다.

힘보다 안정성이 먼저 한계를 정합니다

기계는 모멘트로 한계가 정해집니다. 소재는 안정성으로 한계가 정해지고, 수직 절곡에서는 소재 쪽 한계가 먼저 옵니다.

수직 절곡의 바깥쪽에서 섬유는 중립축으로부터 두께의 절반이 아니라 부스바 폭의 절반만큼 떨어져 있습니다. 바깥쪽 섬유의 공칭 변형률은 다음과 같습니다.

ε = 1 / (2·(R/w) + 1)

내측 반경이 부스바 폭과 같으면 33퍼센트입니다. 폭의 두 배이면 20퍼센트, 네 배이면 11퍼센트입니다. 이 값을 EN 13601 질별의 연신율과 비교해 보십시오. R240 반경질은 최소 8퍼센트, R290 경질은 4퍼센트로 규정되어 있습니다. 수직 절곡의 반경을 두께의 배수가 아니라 폭의 배수로 인용하는 이유가 여기서 분명해집니다. 굽힘에서 견디는 변형률이 인장 연신율보다 크다는 것은 사실이며 그 이유는 구리 질별과 최소 굽힘 반경에서 다뤘습니다. 다만 그 여유가 R/w를 대략 2 아래로 내려도 된다는 일반 규칙을 세울 만큼 크지는 않습니다.

굽힘 안쪽의 문제는 성격이 다르고, 보통 이쪽이 한계를 정합니다. 안쪽 섬유는 원호를 따라 압축을 받으며, 그 압축을 감당하는 소재는 두께가 t뿐이고 깊이가 w인 좁은 띠입니다. 자기 평면 안에서 하중을 받는 세장한 판이고, 압축을 받는 세장한 판은 면외로 좌굴합니다. 좌굴 임계응력은 세장비의 제곱에 반비례해 떨어지므로 w/t가 커질수록 안쪽 모서리는 점점 쉽게 주름집니다. 눈에 보이는 결과는 물결지거나 부채꼴로 우는 안쪽 모서리이고, 단면 전체가 직각을 잃고 넘어가는 경우도 있습니다.

수직 절곡의 능력 정격이 평면 절곡보다 훨씬 빡빡한 이유가 그것입니다. SMART-603CNC-S에서 평면 절곡의 정격은 260 × 20 mm이고 수직 절곡은 125 × 15 mm입니다. 폭만 내려가는 것이 아니라 두 치수가 함께 내려가며, 같은 양상이 부스바 절곡 설비 전반에서 나타납니다. 이 정격은 금형이 굽힘 내내 단면을 직각으로 붙들지 못하게 되는 지점을 표시합니다.

실무 적용 범위

변형률 계산에 현장의 통상 관행을 더하면 실제로 쓸 수 있는 범위가 나옵니다. 아래 값은 규정 한계가 아니라 초도품으로 확인해야 할 출발점 참고값으로 보십시오.

내측 반경은 연질과 반경질 구리에서 부스바 폭의 2배 이상, 경질 질별에서는 3배 이상. 특별한 지지 없이 안정된 결과를 얻으려면 폭 대 두께 비는 대략 10 아래. 12에서 15를 넘어가면 반경과 무관하게 안쪽 모서리 주름을 예상하십시오. 부스바 폭은 기계의 평면 절곡 정격의 대략 절반 이내. 넓은 단면에 경질 질별을 쓰는 조합이 가장 자주 실패합니다. 바깥쪽 섬유의 변형률 한계와 좌굴 한계가 동시에 조여 오기 때문입니다.

스프링백의 거동도 다릅니다. 소성역의 형상, 금형이 주는 구속, 유효 R/t가 모두 평면 절곡과 다르므로 수직 절곡의 보정값을 평면 절곡값에서 유도할 수 없습니다. 스프링백 보정 테이블에서 두 항목군을 분리해 두십시오.

금형과 지지

수직 절곡은 단면이 빠져나갈 수 있는 모든 방향을 구속해야 하며, 그 일을 하는 금형은 평면 절곡용 금형이 아닙니다.

부스바는 진입부에서만이 아니라 굽힘 원호 전 구간에 걸쳐 양쪽 넓은 면이 클램핑되어야 합니다. 넓은 면을 지지하지 않으면 단면이 돌아가고, 돌아간 단면은 각도뿐 아니라 평면까지 어긋난 굽힘을 만듭니다.

안쪽 모서리에는 굽힘을 따라 함께 이동하면서 압축받는 모서리를 좌굴로부터 붙들어 주는 팔로어나 압력 블록이 필요합니다. 수직 절곡을 실제로 할 수 있는 기계와 수직 절곡 모드만 갖춘 기계를 가르는 부품이 바로 이것입니다.

절곡 금형에는 부스바 두께에 맞춘 홈이 필요합니다. 평면 절곡에서 여러 두께에 두루 쓰이는 범용 V 금형은 수직 절곡 단면을 붙들지 못합니다. 그 범용성을 만들어 주는 여유 간극이, 바로 단면이 돌아 들어가는 데 필요한 간극이기 때문입니다.

윤활은 평면 절곡보다 더 중요합니다. 절곡 금형면의 접촉 압력이 더 높고, 굽힘 중에 부스바가 금형 위를 더 멀리 미끄러지기 때문입니다.

직선 진입 구간도 더 길어야 합니다. 클램핑 길이는 부품 배치에 걸리는 치수 제약이며, 원리상으로는 절곡할 수 있지만 실제로 만들 기계에서는 절곡할 수 없는 설계가 나오는 흔한 원인입니다. 홀과 겹침 접속부는 절곡 구간에서 떼어 놓으십시오. 절곡과 겹침 접속부 사이에 최소 10 mm, 절곡과 지지점 사이에 20 mm를 두는 것이 배전반 공장의 통상 관행입니다.

설계상의 대안

수직 절곡이 적용 범위에 들어오지 않을 때 우회하는 방법은 세 가지이며, 서로 바꿔 쓸 수 있는 것이 아닙니다.

비틀림과 평면 절곡

부스바를 자기 축을 중심으로 90° 비틀어 넓은 면을 필요한 방향 전환의 평면으로 돌린 다음, 그 전환을 평범한 평면 절곡으로 만드는 방법입니다. 성형이 쉽고, 금형은 표준품이며, 굽힘에서 바깥쪽 섬유의 변형률을 폭이 아니라 두께가 지배하고, 부스바는 단자가 원하는 평면에 이미 놓인 상태로 도착합니다. 대가는 길이입니다. 비틀림에는 자기 몫의 직선 구간이 필요하며 보통 부스바 폭의 두 배 이상, 그보다 더 긴 경우도 많습니다. 부스바 비틀림 가이드에서 기하와 실현 가능한 각도를 다뤘고, 비틀림 가공은 별도의 기계가 아니라 부스바 절곡 헤드의 표준 기능입니다.

접속부를 둔 코너

직선 부스바 두 개와 볼트 겹침 접속부로 방향을 바꾸는 방법입니다. 성형 한계가 아예 없으므로 어떤 폭, 어떤 질별에서도 됩니다. 대가는 전류 경로에 접속부가 하나 생긴다는 것이고, 이는 접촉 저항, 체결 토크 사양, 유지보수 의무, 점검 지점을 뜻합니다. 배전반 현장에서는 접촉 면적이 부스바 단면적의 5배 이상이 되도록 겹침 길이를 잡습니다. 접속부는 열적 불연속이기도 하므로, 온도 상승 검증이 그것을 수용할 수 있는 자리에 놓여야 합니다.

분할 부품 또는 판재 형상 가공

코너를 판재에서 하나의 형상 부품으로 잘라 내어, 방향 전환이 소재 평면 안에서 일어나고 성형이 아예 필요 없게 하는 방법입니다. 세 가지 중 저항이 가장 낮고, 접속부가 없으며, 코너 형상을 완전히 자유롭게 잡을 수 있습니다. 대가는 재료 수율입니다. 코너 안쪽의 잔재가 폐기되고, 도면에서 더 이상 표준 단면이 아닌 부품이 하나 생깁니다.

셋 중에서 고르는 법

실무에서 통하는 판단 순서입니다.

부스바가 기계의 수직 절곡 적용 범위 안에 있고 도면이 부스바 폭의 두 배 이상인 내측 반경을 허용한다면, 수직으로 절곡하십시오. 공정 수도 부품 수도 가장 적습니다.

폭이나 폭 대 두께 비가 그 범위를 벗어나지만 방향 전환 앞에 충분한 직선 길이가 확보된다면, 비틀고 평면으로 절곡하십시오. 넓고 얇은 부스바에서는 이것이 기본 선택이며, 두 공정이 같은 절곡 헤드에서 돌아가기 때문에 보통 예상보다 저렴합니다.

비틀림에 쓸 길이가 없고 그 코너가 어차피 접속부를 두기에 자연스러운 자리라면, 볼트 접속 코너로 하십시오. 분기, 단면 변경, 점검용 분리가 이미 필요한 코너라면 어느 쪽이든 접속부를 두어야 할 코너입니다.

전류 밀도나 함체 형상 때문에 접속부를 둘 수 없고 비틀 여유도 없다면, 코너를 판재에서 형상 가공하십시오.

순서에는 의미가 있습니다. 목록을 한 단계 내려갈 때마다 부품이든 공정이든 폐기 소재든 늘어나므로, 맨 아래에서 시작하지 말고 위에서부터 내려오십시오.

설계 검토에서 드러나는 지점

수직 절곡 문제의 대부분은 부스바가 현장에 도착하기 훨씬 전에 결정됩니다. 3D로 그린 경로에서 90° 코너가 엉뚱한 평면에 놓여 있고, 부스바가 160 × 10이며, 반경이 100 mm라면, 이는 능력을 더 키워서 풀 제작 문제가 아닙니다. 얼마나 큰 힘을 쓰든 안쪽 모서리에 주름 없이는 만들어지지 않는 형상입니다.

값싼 개입은 설계 검토 단계에서 세 가지 숫자를 확인하는 것입니다. 기계의 수직 절곡 정격 대비 부스바 폭, 부스바 폭 대비 내측 반경, 두께 대비 폭입니다. 셋 중 둘이 걸리면 경로를 바꿔야 합니다. EMAC-BB-H12처럼 3D와 2D 형상을 직접 읽는 기계에서는 이 확인을 자동화하기 쉽습니다. 절곡 목록이 이미 파일 안에 있고 능력 범위가 이미 제어기 안에 있기 때문입니다.