Dobra de cutelo contra dobra de plano em barramento

A dobra plana e a dobra de canto não são duas configurações da mesma operação. São problemas de conformação distintos, com modos de falha diferentes, ferramental diferente e, na maioria das máquinas, classificações de capacidade diferentes. A terminologia varia por região: dobra plana é também chamada de canto fácil, dobra plana ou dobra nivelada; dobra de canto é o canto difícil, dobra de borda ou dobra vertical. A mecânica não varia.

Uma dobra plana dobra a barra ao longo de sua espessura, de modo que a dimensão menor governa. Uma dobra de canto dobra ao longo de sua largura, de modo que a dimensão maior governa. Todo o resto decorre dessa única inversão.

O módulo de seção é toda a história

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

• Plana: Z = w·t² / 6
• De canto: Z = t·w² / 6

Os módulos plásticos mantêm a mesma relação, w·t²/4 e t·w²/4, e é o valor plástico que importa quando a conformação ocorre. A relação entre eles é simplesmente w/t.

Esse único número é o multiplicador do momento fletor. Casos concretos:

A dependência da largura é notável. O módulo de seção plano é linear na largura: dobrar a largura dobra a força. O módulo de seção de canto varia com o quadrado da largura: dobrar a largura quadruplica a força. Uma barra de 200 mm de largura requer quatro vezes a força para ser dobrada de canto em comparação com uma de 100 mm, não o dobro.

A espessura se comporta de forma oposta. A força plana varia com t², a força de canto varia apenas linearmente com t. Uma barra fina e larga é o pior candidato para dobra de canto em ambos os aspectos, exigindo alta força enquanto oferece a menor resistência ao modo de falha descrito a seguir. Os valores de tonelagem para uma seção específica podem ser determinados com a calculadora de força de dobra de barramento.

A estabilidade define o limite antes da força

As máquinas são limitadas por momento. As peças de trabalho são limitadas por estabilidade e, na dobra de canto, o limite da peça de trabalho é atingido primeiro.

Na face externa de uma dobra de borda, a fibra situa-se a meia largura da barra em relação ao eixo neutro, e não a meia espessura. A deformação de engenharia da fibra externa é:

ε = 1 / (2·(R/w) + 1)

Para um raio interno igual à largura da barra, o valor é 33%. Para o dobro da largura, 20%. Para quatro vezes a largura, 11%. Esses valores comparados com as propriedades de alongamento nos temperos do EN 13601 mostram por que os raios de dobra de borda são especificados como múltiplos da largura em vez de múltiplos da espessura. O R240 meia-dureza especifica 8% de alongamento mínimo, e o R290 duro especifica 4%. A tolerância de deformação de dobra excede o alongamento por tração, pelas razões detalhadas no artigo sobre tempero de cobre e raio mínimo de dobra, mas a margem não é suficientemente grande para que R/w abaixo de aproximadamente 2 seja uma regra geral segura.

Na face interna da dobra, o problema é diferente e geralmente governa. A fibra interna sofre compressão ao longo de um arco, e o material que suporta essa compressão é uma faixa de apenas t de espessura e w de profundidade. É uma placa esbelta carregada em seu próprio plano, e placas esbeltas em compressão flambam fora do plano. A tensão crítica cai com o quadrado da esbeltez, de modo que, à medida que w/t aumenta, a borda interna torna-se progressivamente mais fácil de amassar. O resultado visível é uma borda interna ondulada ou em meia-lua, às vezes com a seção inteira virando fora do quadrado.

Por isso as classificações de capacidade de dobra de borda são mais rigorosas que as de dobra plana. Na SMART-603CNC-S, a dobra plana é classificada para 260 × 20 mm e a de borda para 125 × 15 mm. Ambas as dimensões diminuem, não apenas a largura, e o mesmo padrão está presente nas máquinas de dobra de barramento de forma geral. A classificação indica o ponto em que a ferramenta não consegue mais manter a seção quadrada durante a dobra.

Limites práticos

Combinar o cálculo de deformação com a prática normal de oficina fornece uma faixa de operação. Estes são pontos de partida indicativos a serem confirmados na primeira peça, não limites normativos.

Raio interno de pelo menos 2× a largura da barra para cobre macio e meia-dureza, e 3× ou mais para tempero duro. Razão largura-espessura abaixo de aproximadamente 10 para resultados confiáveis sem suporte especializado; acima de 12 a 15, ondulação da borda interna ocorre independentemente do raio. Largura da barra dentro de aproximadamente metade da classificação plana da máquina. Tempero duro em seções largas é a combinação que falha com mais frequência, porque tanto o limite de deformação da fibra externa quanto o limite de flambagem se tornam mais restritivos ao mesmo tempo.

A recuperação elástica (springback) também se comporta de forma diferente. A geometria da zona plástica, a restrição da ferramenta e o R/t efetivo são todos diferentes do caso plano, de modo que um ajuste de dobra de borda não pode ser derivado de um ajuste plano. A separação dos dois conjuntos de entradas na tabela de compensação de recuperação elástica é necessária.

Ferramentas e suporte

Uma dobra de borda deve ser restringida em todos os pontos onde a seção pode se soltar, e a ferramenta que faz isso não é a mesma que faz dobras planas.

A barra deve ser presa contra ambas as faces largas ao longo de todo o arco da dobra, não apenas na entrada. Faces largas sem suporte permitem que a seção vire, e uma seção virada produz uma dobra que fica fora do plano além de fora do ângulo.

A borda interna requer um seguidor ou bloco de pressão que se desloca junto com a dobra e mantém a borda comprimida contra o amassamento. Este componente diferencia uma máquina capaz de dobrar no sentido da largura de uma que possui apenas um modo no sentido da largura.

O punção (dorment) precisa de um sulco correspondente à espessura da barra. Um cunha em V universal que funciona em uma faixa de espessura no sentido plano não segura uma seção no sentido da largura, porque a folga que lhe dá flexibilidade é a mesma folga que a seção precisa para se enrolar.

A lubrificação é mais importante do que no sentido plano, porque as pressões de contato na face do punção são maiores e a barra desliza mais sobre a ferramenta durante a dobra.

O comprimento reto de entrada também deve ser maior. O comprimento de aperto é uma restrição dimensional no layout da peça, e é uma causa comum de um design que é dobrável em princípio, mas não na máquina que o produzirá. Furos e emendas sobrepostas devem ser mantidos fora da zona de dobra; permitir pelo menos 10 mm entre uma dobra e uma emenda sobreposta, e 20 mm entre uma dobra e um ponto de suporte, é uma prática normal em painelarias.

As alternativas de projeto

Quando uma dobra no sentido da largura fica fora do volume, existem três alternativas, e elas não são intercambiáveis.

Torção e dobra plana

Torcer a barra 90° em torno de seu próprio eixo rotaciona a face larga para o plano da direção desejada, após o que a mudança é feita como uma dobra plana comum. A conformação é fácil, a usinagem é padrão, a deformação na fibra externa na dobra é governada pela espessura em vez da largura, e a barra chega ao destino já no plano que o terminal requer. O custo é o comprimento: uma torção precisa de seu próprio trecho de barra reta, tipicamente pelo menos o dobro da largura da barra e frequentemente mais. O guia de torção de barramento aborda a geometria e os ângulos alcançáveis, e a torção é uma capacidade padrão nas cabeças de dobra de barramento em vez de uma máquina separada.

Canto articulado

A mudança de direção pode ser feita com duas barras retas e uma emenda sobreposta parafusada. Não existe limite de conformação, então isso funciona em qualquer largura e qualquer tempera. O custo é uma junção no caminho do fluxo de corrente, o que significa resistência de contato, uma especificação de torque, uma obrigação de manutenção e um ponto de inspeção. A prática em painel dimensiona a sobreposição para que a área de contato seja pelo menos cinco vezes a seção transversal da barra. Uma junção também é uma descontinuidade térmica, portanto precisa ficar onde a verificação de elevação de temperatura pode acomodá-la.

Chapa segmentada ou conformada

Cortar o canto como uma única peça conformada a partir de chapa coloca a mudança de direção no plano do material, então nenhuma conformação é necessária. Isso oferece a menor resistência das três opções, nenhuma junção e liberdade total sobre a geometria do canto. Os custos são o rendimento do material, já que o recorte interno no canto é sucata, e uma peça que não é mais uma seção padrão no desenho.

Escolha entre eles

Uma regra de decisão que se sustenta na prática:

Para uma barra dentro do envelope de rebitagem da máquina e onde o desenho permite um raio interno de pelo menos duas vezes a largura da barra, dobrar na direção da rebitagem. Esta é a opção com menos operações e menos peças.

Para uma largura ou proporção largura/espesse fora desse envelope, mas onde o percurso tem comprimento reto suficiente antes da mudança de direção, torcer e dobrar no sentido plano. Esta é a opção padrão para barras largas e finas, e geralmente é mais barata do que o esperado porque ambas as operações são executadas na mesma cabeça de dobra.

Se não houver comprimento disponível para uma torção, e o canto é um local natural para uma junta, usar um canto parafusado. Um canto que já precisa de um ponto de extração, uma transição entre seções ou uma interrupção de serviço é um canto que deve ter uma junta independentemente.

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

A ordem importa. Cada etapa para baixo na lista adiciona peças, operações ou refugo, então o progresso deve ser para baixo na lista em vez de começar pelo final.

Onde isso aparece na revisão do projeto

A maioria dos problemas de rebitagem são decididos muito antes da barra chegar à oficina. Um roteiro desenhado em 3D com um canto de 90° no plano errado, em uma barra de 160 × 10, com um raio de 100 mm, não é um problema de fabricação a ser resolvido com mais tonelagem. É uma geometria que nenhuma quantidade de força produzirá sem uma borda interna ondulada.

A intervenção barata é verificar três números na revisão do projeto: largura da barra em relação à classificação de rebitagem da máquina, raio interno em relação à largura da barra e largura em relação à espessura. Dois dos três falhando significa que o roteiro precisa mudar. Máquinas como a EMAC-BB-H12 que lêem 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 controle.