Gięcie szyn prądowych na sztorc a gięcie na płask

Gięcie na płask i gięcie na sztorc to nie są dwa ustawienia tej samej operacji. To dwa różne zagadnienia kształtowania, o różnych rządzących mechanizmach uszkodzenia, różnym oprzyrządowaniu i — na większości maszyn — różnych zakresach znamionowych. Nazewnictwo bywa regionalne: gięcie na płask nazywa się też gięciem łatwym albo poziomym; gięcie na sztorc to gięcie w trudnym kierunku, na kant albo pionowe. Mechanika się nie zmienia.

Gięcie na płask składa szynę przez jej grubość, więc rządzi wymiar mały. Gięcie na sztorc składa ją przez szerokość, więc rządzi wymiar duży. Wszystko inne wynika z tej jednej zamiany.

Wskaźnik wytrzymałości przekroju to cała historia

Dla szyny prostokątnej o szerokości w i grubości t sprężysty wskaźnik wytrzymałości względem dwóch osi głównych wynosi:

• Na płask: Z = w·t² / 6
• Na sztorc: Z = t·w² / 6

Wskaźniki plastyczne mają ten sam stosunek, w·t²/4 i t·w²/4, a przy kształtowaniu liczy się właśnie wartość plastyczna. Tak czy inaczej stosunek między nimi to po prostu w/t.

Ta jedna liczba jest mnożnikiem momentu gnącego. Kilka konkretnych przypadków:

Czytaj zależność od szerokości uważnie, bo to ta część ludzi zaskakuje. Wskaźnik przy gięciu na płask jest liniowy względem szerokości: podwój szerokość, a podwoisz siłę. Wskaźnik przy gięciu na sztorc idzie z kwadratem szerokości: podwój szerokość, a siła wzrośnie czterokrotnie. Szyna o szerokości 200 mm nie jest dwa razy trudniejsza do zgięcia na sztorc niż szyna 100 mm. Jest cztery razy trudniejsza.

Grubość zachowuje się odwrotnie. Siła przy gięciu na płask idzie z t², a przy gięciu na sztorc tylko liniowo z t. Cienka, szeroka szyna jest więc najgorszym możliwym kandydatem do gięcia na sztorc z obu powodów naraz: wymaga dużej siły, a jednocześnie stawia najmniejszy opór mechanizmowi opisanemu niżej. Jeśli chcesz wartości siły dla konkretnego przekroju, kalkulator siły gięcia szyn prądowych policzy ją z geometrii.

Granicę wyznacza stateczność, zanim wyznaczy ją siła

Maszyny są ograniczone momentem. Przedmioty obrabiane są ograniczone statecznością, a przy gięciu na sztorc granica przedmiotu przychodzi pierwsza.

Po stronie zewnętrznej zagięcia na sztorc włókno leży pół szerokości szyny od osi obojętnej, a nie pół grubości. Odkształcenie umowne włókna zewnętrznego wynosi:

ε = 1 / (2·(R/w) + 1)

Przy promieniu wewnętrznym równym szerokości szyny daje to 33%. Przy dwukrotności szerokości 20%. Przy czterokrotności 11%. Porównaj to z wartościami wydłużenia dla stanów umocnienia z EN 13601, gdzie R240 półtwarda jest określona na minimum 8%, a R290 twarda na 4%, a stanie się jasne, dlaczego promienie przy gięciu na sztorc podaje się jako wielokrotności szerokości, a nie grubości. Dopuszczalne odkształcenie przy gięciu rzeczywiście przewyższa wydłużenie z próby rozciągania, z powodów wyłożonych w artykule o stanie umocnienia miedzi i minimalnym promieniu gięcia, ale zapas nie jest na tyle duży, żeby R/w poniżej mniej więcej 2 było bezpieczną regułą ogólną.

Po stronie wewnętrznej zagięcia problem jest inny i zwykle to on rządzi. Włókno wewnętrzne jest ściskane wzdłuż łuku, a materiał przenoszący to ściskanie to pas o grubości zaledwie t i głębokości w. Jest to smukła płyta obciążona w swojej płaszczyźnie, a smukłe płyty ściskane wyboczają się poza płaszczyznę. Naprężenie krytyczne spada z kwadratem smukłości, więc wraz ze wzrostem w/t krawędź wewnętrzną coraz łatwiej pofałdować. Widocznym skutkiem jest falista albo pokarbowana krawędź wewnętrzna, czasem z całym przekrojem przewracającym się z prostopadłości.

Dlatego zakresy znamionowe dla gięcia na sztorc są tak dużo ciaśniejsze niż dla gięcia na płask. Na SMART-603CNC-S gięcie na płask ma zakres 260 × 20 mm, a na sztorc 125 × 15 mm. Spadają oba wymiary, nie tylko szerokość, a ten sam wzorzec widać na maszynach do gięcia szyn prądowych w ogóle. Wartość znamionowa wyznacza punkt, w którym oprzyrządowanie nie utrzyma już przekroju prostopadle przez całe zagięcie.

Granice praktyczne

Połączenie rachunku odkształceń z normalną praktyką warsztatową daje zakres roboczy. Traktuj poniższe jako orientacyjne punkty wyjścia do potwierdzenia na sztuce pierwszej, a nie jako granice normatywne.

Promień wewnętrzny co najmniej 2× szerokość szyny dla miedzi miękkiej i półtwardej oraz 3× albo więcej dla stanu twardego. Stosunek szerokości do grubości poniżej mniej więcej 10 dla pewnych wyników bez specjalnego podparcia; powyżej 12 do 15 spodziewaj się pofałdowania krawędzi wewnętrznej niezależnie od promienia. Szerokość szyny mniej więcej w połowie zakresu maszyny dla gięcia na płask. Stan twardy w szerokim przekroju to kombinacja, która zawodzi najczęściej, bo jednocześnie zaciskają się obie granice: odkształcenia włókna zewnętrznego i wyboczenia.

Sprężynowanie powrotne też zachowuje się inaczej. Geometria strefy plastycznej, skrępowanie od oprzyrządowania i efektywne R/t są inne niż przy gięciu na płask, więc korekty dla gięcia na sztorc nie da się wyprowadzić z korekty dla gięcia na płask. Trzymaj oba zestawy wpisów osobno w tablicy kompensacji sprężynowania powrotnego.

Oprzyrządowanie i podparcie

Zagięcie na sztorc musi być skrępowane wszędzie tam, gdzie przekrój może uciec, a oprzyrządowanie, które to robi, nie jest tym samym, które gnie na płask.

Szyna musi być zaciśnięta na obu szerokich powierzchniach przez cały łuk zagięcia, a nie tylko na wejściu. Niepodparte szerokie powierzchnie pozwalają przekrojowi się przewrócić, a przewrócony przekrój daje zagięcie wykręcone z płaszczyzny, nie tylko z kąta.

Krawędź wewnętrzna potrzebuje elementu nadążnego albo klocka dociskowego, który wędruje razem z zagięciem i trzyma ściskaną krawędź przed wyboczeniem. To ten element odróżnia maszynę, która potrafi giąć na sztorc, od takiej, która ma jedynie tryb gięcia na sztorc.

Narzędzie kształtujące potrzebuje rowka dopasowanego do grubości szyny. Uniwersalne V, które przy gięciu na płask działa w pewnym zakresie grubości, nie utrzyma przekroju gniętego na sztorc, bo luz dający mu elastyczność jest dokładnie tym luzem, w który przekrój chce się przewrócić.

Smarowanie znaczy więcej niż przy gięciu na płask, bo naciski na powierzchni narzędzia są wyższe, a szyna przesuwa się po nim podczas zagięcia dalej.

Dłuższy musi być też prosty odcinek wejściowy. Długość zamocowania jest wymiarowym ograniczeniem układu detalu i częstą przyczyną projektu, który da się zgiąć w zasadzie, ale nie na maszynie, która ma go wykonać. Trzymaj otwory i połączenia zakładkowe poza strefą zagięcia; pozostawienie co najmniej 10 mm między zagięciem a połączeniem zakładkowym i 20 mm między zagięciem a punktem podparcia to zwykła praktyka zakładów rozdzielnicowych.

Alternatywy konstrukcyjne

Gdy zagięcie na sztorc nie mieści się w zakresie, są trzy drogi obejścia i nie są one wymienne.

Skręt i gięcie na płask

Skręć szynę o 90° wokół jej własnej osi, żeby szeroka powierzchnia obróciła się w płaszczyznę wymaganej zmiany kierunku, a potem wykonaj tę zmianę jako zwykłe gięcie na płask. Kształtowanie jest łatwe, oprzyrządowanie standardowe, odkształceniem włókna zewnętrznego rządzi grubość zamiast szerokości, a szyna dociera na miejsce już w płaszczyźnie, jakiej oczekuje zacisk. Kosztem jest długość: skręt potrzebuje własnego odcinka prostej szyny, zwykle co najmniej dwukrotności jej szerokości, a często więcej. Geometrię i osiągalne kąty omawia przewodnik po skręcaniu szyn prądowych, a skręcanie jest standardową możliwością głowic gnących do szyn, a nie osobną maszyną.

Narożnik łączony śrubami

Wykonaj zmianę kierunku dwiema prostymi szynami i zakładkowym połączeniem śrubowym. Nie ma tu żadnej granicy kształtowania, więc działa to przy każdej szerokości i każdym stanie umocnienia. Kosztem jest złącze w drodze prądu, czyli rezystancja przejścia, specyfikacja momentu, obowiązek utrzymania i punkt kontrolny. Praktyka rozdzielnicowa dobiera zakładkę tak, żeby powierzchnia styku była co najmniej pięć razy większa od przekroju szyny. Złącze jest też nieciągłością cieplną, więc musi wypaść tam, gdzie weryfikacja przyrostu temperatury je pomieści.

Narożnik wycinany z blachy

Wytnij narożnik jako jeden kształtowy element z blachy, tak żeby zmiana kierunku zaszła w płaszczyźnie materiału i żadne kształtowanie nie było potrzebne. Daje to najniższą rezystancję z całej trójki, brak złącza i pełną swobodę geometrii narożnika. Kosztem jest uzysk materiału, bo odpad wewnątrz narożnika idzie na złom, oraz detal, który na rysunku przestaje być standardowym przekrojem.

Jak wybrać

Reguła decyzyjna, która broni się w praktyce:

Jeśli szyna mieści się w zakresie maszyny dla gięcia na sztorc, a rysunek dopuszcza promień wewnętrzny co najmniej dwukrotnie większy od szerokości szyny, gnij na sztorc. To najmniej operacji i najmniej części.

Jeśli szerokość albo stosunek szerokości do grubości wychodzi poza ten zakres, ale trasa ma przed zmianą kierunku dość prostej długości, skręć i zegnij na płask. To rozwiązanie domyślne dla szerokich, cienkich szyn i zwykle tańsze, niż ludzie zakładają, bo obie operacje idą na tej samej głowicy gnącej.

Jeśli na skręt nie ma długości, a narożnik i tak jest naturalnym miejscem na złącze, użyj narożnika skręcanego śrubami. Narożnik, który i tak potrzebuje odgałęzienia, przejścia między przekrojami albo przerwy serwisowej, to narożnik, w którym złącze powinno się znaleźć niezależnie od innych względów.

Jeśli gęstość prądu albo geometria obudowy wyklucza złącze, a na skręt nie ma miejsca, wytnij narożnik z blachy.

Kolejność ma znaczenie. Każdy krok w dół listy dokłada albo części, albo operacje, albo odpad, więc schodź nią stopniowo, zamiast zaczynać od dołu.

Gdzie to wychodzi na przeglądzie projektu

Większość problemów z gięciem na sztorc rozstrzyga się na długo przed dotarciem szyny do zakładu. Trasa narysowana w 3D z narożnikiem 90° w złej płaszczyźnie, na szynie 160 × 10, przy promieniu 100 mm, nie jest problemem produkcyjnym do rozwiązania większą siłą nacisku. Jest geometrią, której żadna siła nie wykona bez pofałdowanej krawędzi wewnętrznej.

Tanią interwencją jest sprawdzenie na przeglądzie projektu trzech liczb: szerokości szyny wobec zakresu maszyny dla gięcia na sztorc, promienia wewnętrznego wobec szerokości szyny i szerokości wobec grubości. Niespełnienie dwóch z trzech oznacza, że trasa wymaga zmiany. Maszyny takie jak EMAC-BB-H12, które czytają geometrię 3D i 2D bezpośrednio, ułatwiają zautomatyzowanie tego sprawdzenia, bo lista zagięć jest już w pliku, a zakres możliwości już w sterowaniu.