Гибка шины на ребро против гибки плашмя

Гибка вдоль плоскости и ребром — это не два режима одной операции. Это разные технологические задачи с разными предельными режимами разрушения, разной оснасткой и, у большинства станков, разной номинальной мощностью. Терминология варьируется по регионам: гибка вдоль плоскости также называется «по плоской стороне», «плоский изгиб» или «горизонтальный изгиб»; гибка ребром — «по ребру», «ребровой изгиб» или «вертикальный изгиб». Механика при этом не меняется.

При изгибе вдоль плоскости шина сгибается по толщине, поэтому определяющей является малая размерность. При изгибе ребром шина сгибается по ширине, поэтому определяющей является большая размерность. Все остальное следует из этой одной замены.

Момент сопротивления — вся суть вопроса

Для прямоугольного профиля с шириной w и толщиной t упругий момент сопротивления относительно двух главных осей составляет:

• Вдоль плоскости: Z = w·t² / 6
• Ребром: Z = t·w² / 6

Пластические моменты несут то же соотношение, w·t²/4 и t·w²/4, и именно пластическое значение имеет значение после начала деформации. Отношение между ними просто w/t.

Это единственное число является множителем для изгибающего момента. Конкретные случаи:

Зависимость от ширины значительна. Момент сопротивления при изгибе вдоль плоскости линеен от ширины: удвоение ширины удваивает силу. Момент сопротивления при изгибе ребром зависит от квадрата ширины: удвоение ширины учетверяет силу. Шина шириной 200 мм требует в четыре раза большей силы для изгиба ребром по сравнению с шиной шириной 100 мм, а не в два раза.

Толщина ведет себя противоположным образом. Сила при изгибе вдоль плоскости зависит от t², а при изгибе ребром — только линейно от t. Тонкая широкая шина — наихудший кандидат для изгиба ребром по обоим показателям, требуя высокой силы при наименьшем сопротивлении режиму разрушения, описанному далее. Тоннаж для конкретного сечения можно рассчитать с помощью калькулятора усилия изгиба шины.

Устойчивость устанавливает предел раньше, чем сила

Станки ограничены по моменту. Заготовки ограничены по устойчивости, и при изгибе ребром предел заготовки наступает первым.

Снаружи изгиба шины на ребро волокно находится на расстоянии половины ширины от нейтральной оси, а не половины толщины. Инженерная деформация внешнего волокна составляет:

ε = 1 / (2·(R/w) + 1)

При внутреннем радиусе, равном ширине шины, это 33%. При двойной ширине — 20%. При четырехкратной ширине — 11%. Эти значения в сравнении с показателями удлинения в таблицах марок EN 13601 объясняют, почему радиусы изгиба на ребро указываются кратно ширине, а не толщине. Марка R240 полумягкая指定ляет минимальное удлинение 8%, а R290 твердая — 4%. Допустимая деформация при изгибе действительно превышает удлинение при растяжении по причинам, изложимым в статье марка меди и минимальный радиус изгиба, однако запас прочности недостаточен, чтобы сделать отношение R/w ниже примерно 2 безопасным общим правилом.

На внутренней стороне изгиба возникает другая проблема, которая обычно является определяющей. Внутреннее волокно испытывает сжатие по дуге, а материал, воспринимающее это сжатие, представляет собой полосу толщиной t и глубиной w. Это тонкая пластина, нагруженная в собственной плоскости, а тонкие пластины при сжатии испытывают выпучивание (браковку) из плоскости. Критическое напряжение убывает с квадратом гибкости, поэтому по мере роста отношения w/t внутренний край все легче деформируется волнами. Визуальный результат — волнистый или зубчатый внутренний край, иногда с поворотом всего сечения.

Поэтому допуски на изгиб на ребро жестче, чем на изгиб плашмя. На станке SMART-603CNC-S допустимый изгиб плашмя составляет 260 × 20 мм, а на ребро — 125 × 15 мм. Снижаются обе размерности, а не только ширина, и такая же закономерность наблюдается в станках для обработки токопроводящих шин в целом. Номинальное значение указывает точку, инструментальная оснастка которой больше не может удерживать сечение прямым на всем протяжении изгиба.

Практические ограничения

Сочетание расчета деформаций с обычной производственной практикой определяет рабочий диапазон. Приведенные ниже значения являются ориентировочными начальными точками для подтверждения на первой опытной партии, а не нормативными ограничениями.

Внутренний радиус не менее 2× ширины шины для мягкой и полумягкой меди, и 3× или более для твердой марки. Отношение ширины к толщине — менее примерно 10 для надежных результатов без специальной поддержки; выше 12 до 15 внутренний край волнистит независимо от радиуса. Ширина шины — приблизительно в пределах половины номинальной нагрузки станка на изгиб плашмя. Твердая марка в широких сечениях — это сочетание, которое приводит к браку наиболее часто, поскольку одновременно сужаются и допустимая деформация внешнего волокна, и предел устойчивости против выпучивания.

Обратный изгиб также ведет себя иначе. Геометрия зоны пластической деформации, ограничения от инструментальной оснастки и эффективное отношение R/t отличаются от случая изгиба плашмя, поэтому поправка на обратный изгиб для изгиба на ребро не может быть вычислена из поправки для изгиба плашмя. Разделение двух наборов значений в таблице компенсация обратного изгиба необходимо.

Инструментальная оснастка и поддержка

Изгиб шины на ребро должен быть зафиксирован по всем направлениям, куда может сместиться сечение, и инструментальная оснастка для этого отличается от той, что используется для изгиба плашмя.

Шина должна быть прижата по обоим широким граням на протяжении всей дуги изгиба, а не только в точке входа. Неподдерживаемые широкие грани позволяют сечению поворачиваться, а повернутое сечение создает изгиб, отклоняющийся не только по углу, но и от плоскости.

Внутренний край требует последовательного прессующего элемента, который перемещается вместе с изгибом и удерживает сжимаемый край от деформации. Этот компонент отличает станок, способный выполнять изгиб торцом, от того, который просто имеет такой режим работы.

Пуансон должен иметь паз, соответствующий толщине шины. Универсальный V-образный пуансон, предназначенный для работы в диапазоне толщин при изгибе плоскостью, не будет удерживать профиль при изгибе торцом, поскольку зазор, обеспечивающий ему универсальность, именно тот зазор, в который профиль стремится завалиться.

Смазка важнее, чем при изгибе плоскостью, поскольку контактные давления на рабочую поверхность пуансона выше, а шина проскальзывает на большее расстояние по инструменту в процессе изгиба.

Прямая ведущая зона также должна быть длиннее. Длина зажима — это конструктивное ограничение компоновки детали и частая причина того, что конструкция теоретически пригодна для изгиба, но не может быть реализована на имеющемся станке. Отверстия и накладные соединения должны находиться за пределами зоны изгиба; как правило, в.panel-shop практике расстояние между изгибом и накладным соединением составляет не менее 10 мм, а между изгибом и точкой опоры — не менее 20 мм.

Конструктивные альтернативы

Когда изгиб торцом выходит за пределы технологического окна, существует три альтернативы, и они не являются взаимозаменяемыми.

Скручивание и изгиб плоскостью

Поворот шины на 90° вокруг собственной оси разворачивает её широкую грань в плоскость требуемого изменения направления, после чего изменение выполняется как обычный изгиб плоскостью. Процесс формообразования прост, оснастка стандартная, деформация наружных волокон в зоне изгиба определяется толщиной, а не шириной, и шина приходит на место монтажа уже в плоскости, необходимой для клеммы. Цена вопроса — длина: для скручивания требуется собственный участок прямой шины, как правило, не менее двойной ширины шины, а зачастую больше. Руководство по скручиванию шин описывает геометрию и достижимые углы, а скручивание является стандартной функцией шиногибов, а не отдельным станком.

Угловое соединение на накладке

Изменение направления может быть выполнено с помощью двух прямых шин и болтового накладного соединения. Пределов формообразования не существует, поэтому этот метод применим при любой ширине и любом состоянии отжига. Цена — наличие соединения в цепи тока, что означает контактное сопротивление, необходимость контроля затяжного момента, регламент техобслуживания и точку контроля. В щитовом производстве размер перекрытия подбирают так, чтобы площадь контакта была не менее пятикратного сечения шины. Соединение также является термическим разрывом, поэтому оно должно находиться в зоне, где результаты расчёта нагрева могут это учитывать.

Сегментированная или фрезерованная пластина

Вырезание угла в виде одной фигурной детали из пластины переносит изменение направления в плоскость материала, поэтому формообразование не требуется. Это обеспечивает наименьшее сопротивление из трёх вариантов, отсутствие соединения и полную свободу в проектировании геометрии угла. Цена — выход материала, поскольку вырез внутри угла становится отходом, и деталь на чертеже перестаёт быть стандартным профилем.

Выбор между вариантами

Практическое правило принятия решения:

Шина находится в пределах торцевого допуска станка, и чертеж допускает внутренний радиус не менее двойной ширины шины — выполняется торцевой изгиб. Это минимум операций и деталей.

Ширина или соотношение ширины к толщине выходит за пределы этого допуска, но на участке перед поворотом есть достаточная прямая длина — выполняется скручивание и плоский изгиб. Это вариант по умолчанию для широких тонких шин и обычно дешевле, чем ожидается, поскольку обе операции выполняются на одном гибочном головке.

Длина для скручивания отсутствует, а угол является естественным местом соединения — выполняется болтовое угловое соединение. Угол, в котором уже требуется отбор, переход между секциями или разрыв сервисного участка, должен иметь соединение вне зависимости от других факторов.

Плотность токов или геометрия шкафа исключают соединение, и места для скручивания нет — угол изготавливается из листа.

Порядок имеет значение. Каждый следующий пункт в списке добавляет либо детали, либо операции, либо отходы. Движение должно идти сверху вниз, а не снизу вверх.

Где это проявляется при проверке проекта

Большинство проблем с торцевым изгибом решаются задолго до того, как шина попадает в цех. Маршрут, нарисованный в 3D, с углом 90° в неверной плоскости, на шине 160 × 10, с радиусом 100 мм, — это не проблема изготовления, решаемая за счет большей силы. Это геометрия, которую никакие усилия не позволят получить без сморщенного внутреннего края.

Простое вмешательство — проверить три параметра при проверке проекта: ширина шины относительно торцевого допуска станка, внутренний радиус относительно ширины шины и ширина относительно толщины. Если два из трех параметров не проходят, маршрут требует изменения. Станки, такие как EMAC-BB-H12, которые напрямую работают с 3D и 2D геометрией, позволяют легко автоматизировать эту проверку, поскольку список гибки уже находится в файле, а допуск по мощности уже заложен в систему управления.