Dobra de cutelo contra dobra de plano em barramento

Dobra de plano e dobra de cutelo não são dois ajustes da mesma operação. São problemas de conformação diferentes, com modos de falha limitantes diferentes, ferramental diferente e, na maioria das máquinas, capacidades nominais diferentes. O vocabulário varia por região: a dobra de plano também é chamada de dobra fácil ou dobra deitada; a de cutelo é a dobra difícil, a dobra de aresta ou a dobra vertical. A mecânica não varia.

Uma dobra de plano dobra a barra através da espessura, então a dimensão pequena governa. Uma dobra de cutelo a dobra através da largura, então a dimensão grande governa. Todo o resto decorre dessa única troca.

O módulo de seção é a história inteira

Para uma barra retangular de largura w e espessura t, o módulo elástico de seção em torno dos dois eixos principais é:

• De plano: Z = w·t² / 6
• De cutelo: Z = t·w² / 6

Os módulos plásticos guardam a mesma razão, w·t²/4 e t·w²/4, e é o valor plástico que importa uma vez que se está conformando. De um jeito ou de outro, a razão entre eles é simplesmente w/t.

Esse número isolado é o multiplicador do momento de dobra. Alguns casos concretos:

Leia a dependência da largura com atenção, porque é a parte que surpreende. O módulo de seção de plano é linear na largura: dobre a largura e você dobra a força. O módulo de seção de cutelo vai com o quadrado da largura: dobre a largura e você a quadruplica. Uma barra de 200 mm de largura não é duas vezes mais difícil de dobrar de cutelo do que uma de 100 mm. É quatro vezes mais difícil.

A espessura se comporta ao contrário. A força de plano vai com t², a de cutelo apenas linearmente com t. Ou seja, uma barra fina e larga é o pior candidato possível para dobra de cutelo nos dois quesitos ao mesmo tempo, exigindo força alta e oferecendo a menor resistência ao modo de falha descrito a seguir. Se você quiser valores de tonelagem para uma seção específica, a calculadora de força de dobra de barramento os obtém a partir da geometria.

A estabilidade fixa o limite antes da força

As máquinas são limitadas por momento. As peças são limitadas por estabilidade, e na dobra de cutelo o limite da peça chega primeiro.

Do lado de fora de uma dobra de cutelo, a fibra fica a meia largura de barra da linha neutra, e não a meia espessura. A deformação de engenharia na fibra externa é:

ε = 1 / (2·(R/w) + 1)

Com raio interno igual à largura da barra, isso dá 33%. Com o dobro da largura, 20%. Com quatro vezes a largura, 11%. Compare esses valores com os de alongamento das têmperas da EN 13601, em que o R240 meio-duro é especificado em 8% no mínimo e o R290 duro em 4%, e fica claro por que os raios de cutelo são citados como múltiplos da largura, e não múltiplos da espessura. A tolerância de deformação em dobra de fato excede o alongamento em tração, pelas razões expostas no artigo sobre têmpera do cobre e raio mínimo de dobra, mas a margem não é grande o bastante para tornar R/w abaixo de aproximadamente 2 uma regra geral segura.

Do lado de dentro da dobra o problema é outro e normalmente é ele que governa. A fibra interna está em compressão ao longo de um arco, e o material que carrega essa compressão é uma tira de apenas t de espessura e w de profundidade. É uma placa esbelta carregada no próprio plano, e placas esbeltas em compressão flambam para fora do plano. A tensão crítica cai com o quadrado da esbeltez, então, à medida que w/t sobe, a aresta interna fica progressivamente mais fácil de enrugar. O resultado visível é uma aresta interna ondulada ou festonada, às vezes com a seção inteira rolando para fora de esquadro.

É por isso que as capacidades nominais de cutelo são tão mais apertadas do que as de plano. Na SMART-603CNC-S, a dobra de plano é classificada em 260 × 20 mm e a de cutelo em 125 × 15 mm. As duas dimensões caem, não apenas a largura, e o mesmo padrão aparece em equipamentos de dobra de barramento em geral. A capacidade nominal marca o ponto em que o ferramental já não consegue manter a seção em esquadro durante a dobra.

Limites práticos

Combinar a aritmética de deformação com a prática normal de oficina dá um envelope de trabalho. Trate estes valores como pontos de partida indicativos, a serem confirmados em uma peça piloto, e não como limites normativos.

Raio interno de pelo menos 2× a largura da barra para cobre mole e meio-duro, e 3× ou mais para têmpera dura. Razão largura/espessura abaixo de aproximadamente 10 para resultados confiáveis sem apoio especializado; acima de 12 a 15, espere enrugamento da aresta interna independentemente do raio. Largura de barra dentro de aproximadamente metade da capacidade de plano da máquina. Têmpera dura em seção larga é a combinação que mais falha, porque tanto o limite de deformação na fibra externa quanto o limite de flambagem apertam ao mesmo tempo.

O retorno elástico também se comporta de outro jeito. A geometria da zona plástica, a restrição imposta pelo ferramental e o R/t efetivo são todos diferentes do caso de plano, então uma compensação de cutelo não pode ser deduzida de uma de plano. Mantenha os dois conjuntos de entradas separados na tabela de compensação do retorno elástico.

Ferramental e apoio

Uma dobra de cutelo tem de ser restringida em todos os lugares para onde a seção pode escapar, e o ferramental que faz isso não é o ferramental que dobra de plano.

A barra tem de ser apertada contra as duas faces largas ao longo de todo o arco da dobra, não apenas na entrada. Faces largas sem apoio deixam a seção rolar, e uma seção rolada produz uma dobra fora do plano além de fora do ângulo.

A aresta interna precisa de um seguidor ou bloco de pressão que acompanhe a dobra e segure a aresta comprimida contra a flambagem. É esse o componente que separa uma máquina que consegue dobrar de cutelo de uma que apenas tem um modo de cutelo.

A matriz precisa de um canal casado à espessura da barra. Um V universal que funciona em uma faixa de espessuras na dobra de plano não vai segurar uma seção de cutelo, porque a folga que lhe dá flexibilidade é exatamente a folga para dentro da qual a seção precisa rolar.

A lubrificação importa mais do que na dobra de plano, porque as pressões de contato na face da matriz são maiores e a barra desliza mais sobre a ferramenta durante a dobra.

O trecho reto de entrada também precisa ser mais longo. O comprimento de fixação é uma restrição dimensional no leiaute da peça, e é causa comum de um projeto que é dobrável em princípio, mas não na máquina que vai fazê-lo. Mantenha furos e juntas sobrepostas fora da zona da dobra; deixar pelo menos 10 mm entre uma dobra e uma junta sobreposta, e 20 mm entre uma dobra e um ponto de apoio, é prática normal de oficina de painel.

As alternativas de projeto

Quando uma dobra de cutelo não cabe no envelope, há três jeitos de contorná-la, e eles não são intercambiáveis.

Torção mais dobra de plano

Torça a barra 90° em torno do próprio eixo, de modo que a face larga gire para o plano da mudança de direção exigida, e depois faça essa mudança como uma dobra de plano comum. A conformação é fácil, o ferramental é padrão, a deformação na fibra externa da dobra é governada pela espessura e não pela largura, e a barra chega ao destino já no plano que o terminal quer. O custo é comprimento: uma torção precisa do seu próprio trecho de barra reta, tipicamente ao menos duas vezes a largura da barra e muitas vezes mais. O guia de torção de barramento cobre a geometria e os ângulos alcançáveis, e a torção é capacidade padrão em cabeçotes de dobra de barramento, e não uma máquina à parte.

Canto emendado

Faça a mudança de direção com duas barras retas e uma junta sobreposta parafusada. Não há limite de conformação nenhum, então isso funciona em qualquer largura e qualquer têmpera. O custo é uma junta no caminho da corrente, o que significa resistência de contato, uma especificação de torque, uma obrigação de manutenção e um ponto de inspeção. A prática de painel dimensiona a sobreposição de modo que a área de contato seja pelo menos cinco vezes a seção da barra. Uma junta também é uma descontinuidade térmica, então precisa ficar onde a verificação de elevação de temperatura consiga acomodá-la.

Chapa segmentada ou perfilada

Corte o canto como uma única peça conformada a partir de chapa, de modo que a mudança de direção aconteça no plano do material e nenhuma conformação seja necessária. Isso dá a menor resistência das três, sem junta, e liberdade completa sobre a geometria do canto. Os custos são o aproveitamento do material, já que o retalho interno do canto é sucata, e uma peça que deixa de ser uma seção padronizada no desenho.

Como escolher entre elas

Uma regra de decisão que se sustenta na prática:

Se a barra cabe no envelope de cutelo da máquina e o desenho admite um raio interno de pelo menos duas vezes a largura da barra, dobre de cutelo. É o menor número de operações e de peças.

Se a largura ou a razão largura/espessura está fora desse envelope, mas a rota tem comprimento reto disponível antes da mudança de direção, torça e dobre de plano. Este é o padrão para barras largas e finas, e normalmente sai mais barato do que se espera, porque as duas operações rodam no mesmo cabeçote de dobra.

Se não há comprimento disponível para uma torção, e o canto já é um lugar natural para uma junta, use um canto parafusado. Um canto que já precisa de uma derivação, de uma transição entre seções ou de uma quebra para manutenção é um canto que deveria ter uma junta de qualquer forma.

Se a densidade de corrente ou a geometria do invólucro descarta uma junta, e não há espaço para torcer, perfile o canto a partir de chapa.

A ordem importa. Cada degrau descido na lista acrescenta peças, operações ou sucata, então percorra-a de cima para baixo em vez de começar pelo fim.

Onde isso aparece na análise crítica de projeto

A maior parte dos problemas de dobra de cutelo se decide muito antes de a barra chegar à oficina. Um roteamento desenhado em 3D com um canto de 90° no plano errado, em uma barra de 160 × 10, com raio de 100 mm, não é um problema de fabricação a ser resolvido com mais tonelagem. É uma geometria que nenhuma quantidade de força vai produzir sem uma aresta interna enrugada.

A intervenção barata é conferir três números na análise crítica de projeto: largura da barra contra a capacidade de cutelo da máquina, raio interno contra largura da barra, e largura contra espessura. Dois dos três reprovando significa que o roteamento precisa mudar. Máquinas como a EMAC-BB-H12, que leem geometria 3D e 2D diretamente, tornam essa verificação fácil de automatizar, porque a lista de dobras já está no arquivo e o envelope de capacidade já está no comando.