Torção de barramento: geometria, limites e ferramental

Uma torção gira a barra em torno de seu próprio eixo longitudinal sem alterar a direção em que se desloca. Esta operação é utilizada quando o trajeto está no caminho correto, mas a face larga está no plano errado: um condutor vertical alimentando um disjuntor cujas abas estão na horizontal, um conjunto de fases que precisa se distribuir para diferentes orientações de terminais, um condutor que desce para um dispositivo montado a 90° em relação à câmara de barramento.

A maioria das oficinas executa com base na regra de três, e as regra de três em circulação divergem entre si por um fator de três. Essas divergências existem por um motivo, e esse motivo é calculável.

Comprimento da torção em função da largura

A orientação publicada sobre o comprimento da barra a ser destinado para uma torção de 90° abrange uma faixa ampla. A prática de instalação de quadros chaveados estabelece o comprimento da torção como no mínimo duas vezes a largura da barra. Fabricantes de máquinas especificam comumente 2,5 vezes a largura como limite inferior, sendo que um exemplo publicado dá um comprimento de torção de 50 mm para uma barra de 20 mm de largura. Outras orientações de fabricação citam 2,5 a 5 vezes a largura. A prática manual com morsa, na faixa inferior, cita 1,5 a 2 vezes a largura, mas condiciona esse valor a uma espessura máxima de 6 mm e uma largura máxima de 60 mm.

Esses valores se conciliam quando se examina a deformação. O canto da seção situa-se a aproximadamente metade da largura da barra em relação ao eixo de torção. Girá-lo por um ângulo θ ao longo de um comprimento L impõe uma deformação de cisalhamento superficial de:

γ = (w/2) · θ / L

que, para uma torção de 90°, se reduz a γ = π·w / (4L). Convertendo para uma deformação uniaxial equivalente para comparação com dados de alongamento, ε ≈ γ/√3:

A fórmula desconsidera a espessura, o que é legítimo para as proporções de barramento: em uma barra de 100 × 10 mm, o verdadeiro raio do canto é 50,25 mm em comparação com os 50 mm que a fórmula assume.

A orientação agora faz sentido. A 2,5 × largura, o canto sofre cerca de 18% de deformação equivalente, valor que o cobre maleável e semi-dure absorve sem dificuldade. A 1,5 × largura, sofre 30%, valor que é viável apenas em barras estreitas e finas de cobre maleável, exatamente o envelope que a regra da morsa define. A 5 × largura, o canto sofre 9%, valor confortável mesmo para tempera dura.

Uma regra prática: 2,5 × largura para R220 e R240, 4 × largura para R290, e nunca abaixo de 2 × largura, independentemente da tempera. A confirmação em uma primeira peça é aconselhável, pois os valores de alongamento da EN 13601 são mínimos e o material entregue geralmente os supera.

A direção da relação é oposta à da dobra: quanto maior a torção, mais suave a deformação. O comprimento da torção é uma folga de projeto e não um ajuste da máquina; portanto, se o trajeto não dispuser de comprimento reto para ceder, a torção não estará disponível.

Torque e por que torcer é melhor que dobrar na borda

O torque plástico necessário para torcer uma seção retangular é aproximadamente τy·(w·t²/2 − t³/6), dominado por t² e cresce apenas linearmente com a largura. O momento plástico necessário para dobrar a mesma seção na borda é σy·t·w²/4, que cresce com o quadrado da largura.

Considerando cobre meio-duro com resistência provada de 180 N/mm²:

A razão é aproximadamente 0,87·w/t em toda a faixa. Cada milímetro adicional de largura torna a dobra na borda desproporcionalmente mais difícil, enquanto a torção fica apenas proporcionalmente mais difícil. As seções largas e finas, onde a dobra na borda é mais problemática, são exatamente onde a vantagem é maior.

Este é o argumento quantitativo para a alternativa de torção e dobra plana discutida em dobra de barramento na borda versus aplanada. Torcer a barra em 90° permite que a mudança de direção subsequente seja feita como uma dobra plana comum, onde a espessura governa a deformação em vez da largura. Duas operações fáceis substituem uma difícil.

Amassamento, afinamento da borda e o que acontece com a seção

Um eixo circular sob torção mantém seu plano de seção transversal. Um retangular não mantém. Sob torção de Saint-Venant, os pontos em uma seção retangular deslocam-se axialmente em um padrão de sela, com o maior deslocamento nos cantos. Isto é amassamento, e é inevitável em uma seção não circular.

Duas consequências práticas decorrem disso.

A zona torcida não é dimensionalmente idêntica à barra original. A seção amassa ligeiramente, os cantos se adiantam ou atrasam em relação à face média, e a espessura medida nas bordas da zona torcida fica marginalmente abaixo do nominal. Nas proporções normais de barramento, a redução é pequena, da ordem de alguns por cento, mas representa um aumento de resistência local e, portanto, um ponto quente candidato. O calculador de capacidade de corrente de barramento indica a margem que o trecho tem antes que a redução seja significativa.

O amassamento também é restringido nas grampos, pois as faces do grampo mantêm a seção plana enquanto o material entre elas tende a amassar. O amassamento restringido gera tensões axiais concentradas nas bordas do grampo, razão pela qual fissuras na torção quase sempre se iniciam na linha do grampo em vez de no meio da torção. Fissuras no grampo indicam a necessidade de um comprimento livre maior ou inserts de grampo mais macios, não mais torque.

A zona torcida também é encruada. Uma dobra não deve ser posicionada dentro de uma torção ou imediatamente adjacente a uma. O material ali já utilizou uma grande fração de sua ductilidade disponível e irá fissurar em um raio que a barra original toleraria. Deve ser deixada uma seção de barra reta e livre entre as duas operações.

Retorno elástico na torção

Torsões apresentam retorno elástico, e este retorno é consideravelmente maior do que o de dobras.

A recuperação elástica na descarga é Δθ = T·L/(G·J), onde T é o torque aplicado, L o comprimento da torção, G o módulo de cisalhamento e J a constante de torção da seção. O módulo de cisalhamento do cobre decorre de seu módulo de elasticidade em aproximadamente 46 kN/mm². O cálculo para uma barra de 100 × 10 mm, meio dureza, torcida 90° com um comprimento livre de 250 mm fornece uma recuperação elástica de aproximadamente 5°. A mesma barra, torcida em 400 mm, recupera cerca de 8°. Uma barra de 160 × 10 mm em 400 mm recupera cerca de 7,6°.

Estas são estimativas de primeira ordem da descarga elástica de uma seção totalmente plástica. A verificação em uma primeira amostra é necessária em vez de programar a partir deste texto. O que se estabelece de forma confiável é a escala: o retorno na torção alcança vários graus, uma ordem de magnitude maior do que o retorno na dobra de canto da mesma barra.

A recuperação aumenta com o comprimento da torção, enquanto a deformação diminui. Alongar uma torção para proteger os cantos torna a compensação angular maior. Não há um comprimento que otimize ambos, portanto, a seleção deve ser feita com base no requisito de deformação, utilizando a tabela de compensação para o ângulo. A mesma disciplina da tabela de offset descrita para compensação de retorno se aplica aqui, indexada por material, dureza, seção e comprimento livre, com as entradas de torção mantidas inteiramente separadas das entradas de dobra.

Fixação e ferramental

Uma cabeça de torção possui duas mordentes: uma fixa e uma giratória. O vão livre entre elas é o comprimento da torção, o que significa que o comprimento da torção é definido pela posição da mordente e não é continuamente ajustável em todas as máquinas. O incremento deve ser verificado antes que o projeto seja comprometido a uma determinada tolerância.

As faces da mordente não devem marcar a barra. O cobre é macio, e a pressão de fixação necessária para evitar deslizamento sob torque total é alta. Inserções de bronze, alumínio ou polímero duro são comuns. Mordentes de aço com face serrada embutirão a barra, e o relevo torna-se um local de iniciação de trinca sob a deformação de torção.

Uma mordente deve poder se deslocar livremente no sentido axial. Uma barra encurta ligeiramente ao longo de seu eixo quando é torcida. Manter ambas as extremidades rígidas impõe tração axial sobre o cisalhamento de torção, o que se soma diretamente à deformação do canto e produz fissura nas bordas em níveis de deformação que a torção por si só teria suportado. Uma mordente flutuante, ou uma pequena conformidade axial intencional, elimina o problema.

A seção também deve ser mantida perpendicular em ambas as mordentes. O deslizamento rotacional encurta o comprimento livre efetivo, o que eleva a deformação acima do valor calculado e desloca o ângulo final.

Os envelopes de torção publicados para máquinas de processamento de barramento são tipicamente na faixa de 5 a 10 mm de espessura e 15 a 100 mm de largura, notavelmente mais restritos do que a classificação de dobra plana da mesma máquina. A torção é uma capacidade listada em ambas as EMAC-BB-H12 e SMART-603CNC-S, operando no mesmo controle e no mesmo programa de peça das operações de dobra, de modo que uma peça com tanto uma torção quanto duas dobras é uma única montagem em vez de três. O valor de ±0,1° citado para as cabeças EMAC-BB é uma especificação de precisão de dobra; a repetibilidade da torção em qualquer máquina depende fortemente da fixação da mordente e deve ser caracterizada no material real em vez de ser assumida a partir da figura de dobra.

Onde as torções se encaixam no plano de processo

Corte e furo antes de torcer, não depois. Uma barra torcida não assenta plana sobre a mesa de furação e não pode ser posicionada com confiabilidade contra o paralelo traseiro.

Torções devem ser sequenciadas antes de dobras quando a geometria permite, porque uma seção torcida é mais difícil de prender perpendicularmente em um punção de dobra do que uma seção reta.

Furos devem ser mantidos fora da zona de torção. Um furo em uma região de alto cisalhamento por torção é uma concentração de tensões no pior lugar possível, e o material ao seu redor rasgará antes que a torção seja concluída.

O comprimento de torção baseado em deformação deve ser considerado na etapa de projeto. Retrofitar uma torção em um roteiro que foi dimensionado sem ela é a razão pela qual uma oficina frequentemente tenta executá-la a 1,5 vezes a largura e descarta a barra. Torção e dobra são operações que consomem comprimento, e o comprimento desenvolvido deve suportar ambos. A descrição completa do processo está em torção.