Como especificar planeza, retilineidade e torção após o processamento

Um desenho que diz "barra deve ser plana" não especificou nada. A palavra é usada de forma solta para cobrir três características geometricamente distintas, com causas diferentes, métodos de medição diferentes e valores alcançáveis diferentes. As discussões na inspeção de recebimento normalmente são discussões sobre qual delas se queria dizer.

Planeza é uma propriedade de uma superfície: todo ponto tem de ficar entre dois planos paralelos separados pelo valor da tolerância. Não diz nada sobre a direção do erro.

Retilineidade é uma propriedade de uma linha, de uma aresta ou do eixo da barra. Em barramento retangular, ela se divide em duas. Curvatura no plano da espessura (bow) é a curvatura na direção da espessura, de modo que a barra balança quando apoiada sobre a face. Encurvamento lateral (camber) é a curvatura na direção da largura, de modo que a barra parece uma banana quando deitada. Uma barra pode ter muito de um e nada do outro.

Torção é a rotação da seção em torno do eixo longitudinal, de modo que as duas pontas não ficam no mesmo plano. É a única das três que você não enxerga apoiando a barra numa mesa e olhando ao longo dela, e é a que mais frequentemente se descobre na montagem.

Nenhuma delas significa alguma coisa sem um comprimento de referência. "Encurvamento lateral 2 mm" não diz nada. "Encurvamento lateral máximo de 2 mm em qualquer 1000 mm" é uma especificação.

O que a laminação já entregou

Antes de culpar o seu próprio processo, olhe com o que o material chega. A ASTM B187/B187M, a especificação que cobre barra, vergalhão e perfis de cobre para barramento, fixa a retilineidade na Tabela 10 como profundidade máxima de arco medida ao longo de uma parcela declarada do comprimento:

• Barra em geral: 1/4 in [6 mm] em 60 in [1500 mm]
• Barra retangular meio-dura, de 3 a 15 mm de espessura e de 50 a 150 mm de largura: 1/8 in [3 mm] em 96 in [2400 mm]
• Vergalhão: 1/2 in [13 mm] em 120 in [3000 mm]
• Perfis: 1/2 in [13 mm] em 72 in [1800 mm]

O método importa tanto quanto o valor. A norma manda apoiar a barra sobre uma mesa nivelada de modo que o desvio de retilineidade fique na horizontal, e medir a profundidade máxima do arco com escala de aço e régua, com leitura até 1/32 in [0.8 mm]. Medir na horizontal tira a gravidade do resultado. Um comprimento de 3 m de cobre 100 × 10 mm pesa 27 kg e vai fletir vários milímetros sob o próprio peso se for apoiado nas pontas e medido na vertical, e essa flecha não é uma propriedade da barra.

Três milímetros de encurvamento lateral em 2.4 m, como fornecido, é muito mais do que a maioria dos montadores espera. Se a sua tolerância de peça acabada é mais apertada que a sua tolerância de recebimento, o processo tem de remover erro em vez de preservá-lo, e isso precisa ser projetado.

Como o furo produz curvatura e encurvamento lateral

Furar não remove material de forma neutra. Deixa um campo de tensões residuais em torno de cada furo, e a soma desses campos move a barra.

Dois mecanismos atuam. Em torno do próprio furo, o material é puxado para dentro e para baixo quando o punção entra, o que coloca a região do lado de entrada em compressão, e material é empurrado para fora pela face de saída durante a fratura, o que coloca essa região em tração. Quando o termo de tração domina, a barra encurva. Isso é local: uma região muito furada encurva enquanto uma região sem furos da mesma barra continua plana, e é por isso que a curvatura muitas vezes aparece como uma quebra em vez de um arco suave.

O segundo mecanismo é o próprio golpe. Quando o punção desce, a barra flete para dentro da abertura da matriz. A superfície superior vai para compressão e a inferior para tração, e a componente plástica disso não se recupera.

Quatro coisas pioram o quadro, e todas as quatro são controláveis. A densidade de furos fixa a tensão acumulada e vem do desenho. A espessura eleva o arredondamento de borda e a força, e a força é o que deforma o material ao redor. O estado da ferramenta é o que mais importa na prática: um punção cego exige sensivelmente mais força do que um afiado e produz mais arredondamento de borda, e essa é a explicação usual para uma barra que de repente começa a sair da máquina encurvada quando nunca saía. E a folga, quando apertada, eleva a força e eleva a curvatura. Essa última é a mesma variável que governa a vida da ferramenta, e é tratada em folga entre punção e matriz para barramento de cobre e alumínio.

O encurvamento lateral, distinto da curvatura, vem da assimetria na direção da largura. Um padrão de furos correndo junto a uma das bordas de uma barra larga coloca a zona tensionada fora da linha neutra e a barra se curva em planta. Padrões simétricos em relação à linha de centro em boa medida evitam isso, o que é um dos argumentos mais discretos a favor das posições padronizadas de furo da DIN 43673-1.

Duas contramedidas além de ferramenta afiada e folga correta. Controle a pressão do prensa-chapas ou do pé prensor: ele segura a barra plana durante o corte, mas em cobre mole a pressão excessiva por si só encurva a barra, e aliviá-la é às vezes a solução. E sequencie os furos de modo a distribuir o trabalho, em vez de terminar uma ponta antes de começar a outra — o que o CNC faz para você se o nesting estiver configurado para isso.

Como o corte produz torção

Uma guilhotina não corta a largura inteira de uma vez. A lâmina superior fica em um ângulo de inclinação, de modo que o corte progride de um lado para o outro, e é isso que mantém a força administrável. Essa progressão aplica um binário ao retalho, e o retalho gira.

O ângulo de inclinação é a variável dominante. Um ângulo maior reduz a força de corte e aumenta a torção; um ângulo menor faz o contrário. Onde a inclinação é ajustável, o ajuste correto é o menor ângulo que ainda faz o corte, e usar o mesmo ângulo para barra de 6 mm e de 16 mm garante torção em excesso na fina.

A relação de aspecto decide se a torção é visível. Fabricantes de guilhotina costumam citar uma largura mínima de 10 a 15 vezes a espessura do material para que uma tira cortada fique plana. Barramento cortado no comprimento é largo em relação à sua espessura, então a torção aparece como um pequeno empeno na ponta cortada, e não como um saca-rolhas. Em barra estreita de 20 × 10 mm a razão é 2

e a torção é real.

Outras duas falhas de corte produzem distorção em vez de torção. A folga entre lâminas ajustada larga demais deixa o material rolar e dobrar sobre a lâmina inferior antes de fraturar, dando uma rebarba grande e uma peça encurvada. Lâminas cegas esmagam antes de cortar, injetando tensão na peça e encurvando-a para baixo após a separação. As duas se diagnosticam do mesmo jeito, olhando a face cortada em busca de arredondamento de borda excessivo e de uma banda polida curta. A visão geral do processo de corte cobre a geometria.

Como a dobra distorce

Dobrar é deformação intencional. A parte não intencional é o que ela faz ao redor da dobra.

Em uma dobra de plano, a fibra externa estica e a interna comprime, e como as duas não são iguais a aba adquire um leve encurvamento lateral e a seção fica marginalmente côncava ao longo da largura perto da dobra. O retorno elástico agrava: a barra relaxa depois que o punção recua, e o retorno não compensado deixa o ângulo incluído errado e a aba fora de posição.

A falha específica a vigiar é um furo próximo à tangente da dobra. O material em torno do furo é arrastado para dentro da dobra, o furo fica oval e a sua posição se desloca. Mantenha os furos de passagem a pelo menos duas espessuras da tangente e, onde o desenho obrigar a chegar mais perto, fure depois de dobrar, não antes.

Medir isso direito

Apoie a barra em três pontos sobre uma referência plana, um desempeno de granito ou uma mesa de máquina verificada com régua, em vez de ao longo de todo o comprimento sobre uma superfície desconhecida.

Para a planeza de uma face, apoie uma régua sobre a superfície em várias orientações e leia a fresta com calibradores de folga, ou varra a superfície com um relógio comparador em suporte de altura. Registre a pior leitura e o comprimento em que ela foi tomada.

Para curvatura e encurvamento lateral, use o método da ASTM B187: barra sobre mesa nivelada com o desvio de retilineidade na horizontal, régua ao longo da aresta em exame, profundidade máxima do arco lida com calibradores de folga. Registre qual das duas direções você mediu. Relatar "curvatura" quando se mediu encurvamento lateral é o erro de inspeção mais comum em barramento.

Para torção, fixe uma ponta plana sobre o desempeno e meça a fresta sob cada um dos dois cantos da ponta livre. A torção é a diferença entre essas frestas dividida pela largura da barra, informada como ângulo ou como milímetros por metro. Declare o comprimento: 0.5 mm de torção em 300 mm e 0.5 mm em 3000 mm não são comparáveis.

Onde qualquer uma dessas grandezas for ensaio de aceitação, o comprimento de referência e a condição de apoio pertencem à especificação, ao lado do número.

O que é realisticamente alcançável

Os valores abaixo são indicativos, para planejamento, e não garantias, e supõem ferramental afiado e em boas condições. As especificações de máquina citadas são valores publicados.

A precisão angular na dobra é uma especificação à parte e não deve ser confundida com planeza. Uma dobradeira servo que mantém ±0.1° no ângulo de dobra não diz nada sobre se a aba está plana, e as duas coisas precisam estar no desenho se as duas importam.

Onde o empilhamento de tolerâncias morde

Tome um trecho trifásico empilhado: quatro barras de cobre 100 × 10 mm sobre apoios isolantes, 2 m entre juntas, aparafusadas em cada ponta ao trecho adjacente.

Cada barra carrega algum encurvamento lateral, e a direção é aleatória de barra para barra. No limite da ASTM isso dá em torno de 2.5 mm em 2 m. Duas barras cujo encurvamento se opõe deixam uma fresta de vários milímetros na face da junta. Os parafusos vão fechá-la, porque cobre é dócil e um parafuso M12 não tem dificuldade nenhuma em dobrar uma barra de 10 mm. O que aconteceu é que a junta agora carrega uma pré-carga de flexão, a pressão de contato ao longo da face deixou de ser uniforme, e a área efetiva de contato é menor que a área desenhada.

Isso é um problema de elevação de temperatura, não uma questão estética. A resistência da junta é fixada pela área real de contato e, sob a IEC 61439, os limites são 105 K de elevação para barramentos de cobre nu e 70 K nos terminais destinados à conexão de condutores externos. Uma junta aparafusada por cima de uma curvatura começa a vida com menos área de contato do que o projeto supôs e perde mais à medida que cicla termicamente. Se o projeto já está perto do seu limite de capacidade de corrente na junta, essa margem não existia para ser gasta.

A posição dos furos se soma por cima. Uma barra encurvada carrega o seu padrão de furos sobre uma curva, então mesmo um padrão perfeitamente puncionado fica deslocado em relação a uma barra reta de contato. Os parafusos passam, porque furos de passagem são generosos. A junta fica pré-tensionada de qualquer jeito. A tolerância de espessura se acumula na terceira direção: quatro barras por fase em uma pilha laminada, cada uma no limite inferior da tolerância, muda a altura total da pilha e, com ela, o comprimento do parafuso de aperto e a altura dos espaçadores. Faça essa conta uma vez por configuração padrão, e não na obra.

Quando o desempeno se justifica

Desempene quando a curvatura ou a torção residual excederem o que a montagem consegue absorver sem pré-tensionar uma junta, ou quando a planeza da face de junta estiver, ela mesma, fora de especificação. Não para as barras ficarem mais bonitas no rack.

A ordem das operações é a parte que mais se erra. Aplaine o material antes de furar. Aplainar uma barra já furada redistribui tensão em torno de furos que já existem, pode distorcer furos próximos à borda da barra e, em material de têmpera dura, pode deixar um novo campo de tensões residuais que reaparece depois do próximo ciclo térmico. O aplainamento por rolos redistribui tensão; não a apaga.

Isso faz do desempeno um último recurso numa rota de processo sensata. Comece com material aplainado, mantenha o ferramental de furo afiado e com a folga correta na máquina de furo e corte, sequencie o padrão de furos de modo a distribuir o trabalho, reduza o ângulo de inclinação na guilhotina onde a máquina permitir, e compense o retorno elástico na estação de dobra para que a aba caia onde o desenho manda. Barras produzidas assim raramente precisam de desempeno.

Onde ele for necessário, especifique-o como etapa de processo com a sua própria medição de aceitação, em vez de deixá-lo a cargo de um macete na bancada de montagem, que é onde boa parte disso hoje acontece e onde nada disso é registrado.