การบิดบัสบาร์: เรขาคณิต ขีดจำกัด และทูล

การบิดหมุนบาร์รอบแกนยาวของตัวเองโดยไม่เปลี่ยนทิศทางที่วิ่ง การทำงานนี้จะใช้เมื่อแนวท่อไปในทิศทางที่ถูกต้องแล้ว แต่หน้ากว้างอยู่ในระนาบที่ไม่ถูกต้อง: ตัวขึ้นแนวตั้งที่ป้อนเซอร์กิตเบรกเกอร์ซึ่งหนีบนั้นวางอยู่ในแนวนอน, ชุดเฟสที่ต้องกางออกแบบไปยังขั้วต่อที่มีการวางแนวต่างกัน, หรือทางลงสู่อุปกรณ์ที่ติดตั้งอยู่ที่มุม 90° กับห้องบัสบาร์

โรงงานส่วนใหญ่จะใช้หลักการประเมิน และหลักการที่ใช้กันทั่วไปนั้นขัดแย้งกันเองถึงสามเท่า ความขัดแย้งนั้นมีเหตุผล และเหตุผลนั้นสามารถคำนวณได้

ความยาวบิดเป็นฟังก์ชันของความกว้าง

คำแนะนำที่มีการตีพิมพ์เกี่ยวกับความยาวของบาร์ที่จัดสรรสำหรับการบิด 90° มีช่วงกว้างมาก практикаการติดตั้งตู้สวิตช์บอร์ดระบุความยาวบิดที่ความยาวอย่างน้อยสองเท่าของความกว้างบาร์ ผู้ผลิตเครื่องจักรมักจะกำหนด 2.5 เท่าของความกว้างเป็นค่าต่ำสุด โดยมีตัวอย่างที่ตีพิมพ์หนึ่งระบุความยาวบิด 50 mm สำหรับบาร์กว้าง 20 mm คำแนะนำอื่นในการผลิตอ้าง 2.5 ถึง 5 เท่าของความกว้าง สำหรับ практикаการใช้คีมหนีบในงานฝีมือ ที่ด้านล่างสุดจะอ้าง 1.5 ถึง 2 เท่าของความกว้าง แต่จำกัดตัวเลขนั้นไว้ที่ความหนา 6 mm และความกว้าง 60 mm

ตัวเลขเหล่านี้จะสอดคล้องกันเมื่อพิจารณาค่าเค้น มุมของหน้าตัดจะอยู่ห่างจากแกนบิดประมาณครึ่งหนึ่งของความกว้างบาร์ การหมุนมุม θ เหนือความยาว L จะสร้างค่าเค้นบนผิวในลักษณะนี้:

γ = (w/2) · θ / L

ซึ่งสำหรับการบิด 90° จะลดเหลือ γ = π·w / (4L) แปลงเป็นค่าเค้นเชิงเส้นเดี่ยวเพื่อเปรียบเทียบกับข้อมูลการยืดออก, ε ≈ γ/√3:

สูตรนี้ละเลยความหนา ซึ่งเป็นที่ยอมรับได้สำหรับสัดส่วนบัสบาร์: บนบาร์ 100 × 10 mm รัศมีมุมที่แท้จริงคือ 50.25 mm เมื่อเทียบกับ 50 mm ที่สูตรสมมติไว้

คำแนะนำตอนนี้มีความสมเหตุสมผล ที่ 2.5 × ความกว้าง มุมจะเห็นค่าเค้นเทียบเท่าประมาณ 18% ซึ่งทองแดงเนื้ออ่อนและเนื้อกึ่งแข็งจะดูดซับได้โดยไม่มีปัญหา ที่ 1.5 × ความกว้าง จะเห็น 30% ซึ่งจะรอดได้เฉพาะในบาร์เนื้ออ่อนที่แคบและบางเท่านั้น ซึ่งตรงกับขอบเขตที่กฎคีมหนีบกำหนดไว้พอดี ที่ 5 × ความกว้าง มุมจะเห็น 9% ซึ่งสะดวกสบายแม้แต่ในเนื้อแข็ง

กฎการทำงาน: 2.5 × ความกว้าง สำหรับ R220 และ R240, 4 × ความกว้าง สำหรับ R290 และไม่ต่ำกว่า 2 × ความกว้าง ไม่ว่าจะเป็นเนื้อแบบใด การยืนยันบนชิ้นงานตัวอย่างชิ้นแรกเป็นสิ่งที่แนะนำ เพราะค่าการยืดออกตาม EN 13601 เป็นค่าต่ำสุด และวัสดุที่ส่งมอบมักจะดีกว่าค่าเหล่านั้น

ทิศทางของความสัมพันธ์ตรงข้ามกับการดัด: ยิ่งบิดยาว ค่าเค้นก็ยิ่งนุ่มนวล ความยาวบิดเป็นค่าเผื่อการออกแบบมากกว่าค่าตั้งของเครื่องจักร ดังนั้นหากเส้นทางไม่มีความยาวตรงที่จะสละให้ การบิดนั้นจะไม่สามารถทำได้เลย

ทอร์ก และเหตุใดการบิดจึงดีกว่าการดัดขวาง

ทอร์กพลาสติกที่จำเป็นสำหรับการบิดหน้าตัดสี่เหลี่ยมจะประมาณ τy·(w·t²/2 − t³/6) ซึ่งขับเคลื่อนโดยค่า t² และเพิ่มขึ้นเพียงแบบเชิงเส้นกับความกว้าง ในขณะที่โมเมนต์พลาสติกที่จำเป็นสำหรับการดัดหน้าตัดเดียวกันในทิศทางขวางจะเป็น σy</>·t·w²/4 ซึ่งเพิ่มขึ้นตาม กำลังสอง ของความกว้าง

โดยใช้ทองแดงกึ่งแข็งแรงดึงที่มีความแข็งแรงพิสูจน์ 180 N/mm²:

อัตราส่วนจะอยู่ที่ประมาณ 0.87·w/t ทั่วทั้งช่วง มิลลิเมตรที่เพิ่มขึ้นทุกหน่วยของความกว้างจะทำให้การดัดขางยากขึ้นอย่างไม่สมส่วน ในขณะที่ทำให้การบิดยากขึ้นเพียงสัดส่วน และหน้าตัดกว้างบางที่การดัดขวางแย่ที่สุดก็เป็นจุดที่ข้อได้เปรียบมีมากที่สุด

นี่คือข้อมูลเชิงปริมาณสำหรับทางเลือกแบบบิดแล้วดัดแบนที่กล่าวถึงใน การดัดบัสบาร์ขวางเทียบกับดัดแบน การบิดแท่ง 90° ช่วยให้สามารถเปลี่ยนทิศทางถัดไปได้โดยการดัดแบนปกติซึ่งความหนาจะกำหนดค่าเกรนแทนความกว้าง สองขั้นตอนง่ายๆ แทนที่หนึ่งขั้นตอนยาก

การบิดงอ การบางของขอบ และสิ่งที่เกิดขึ้นกับหน้าตัด

เพลาทรงกลมที่อยู่ภายใต้แรงบิดจะรักษาหน้าตัดให้คงที่ แต่หน้าตัดสี่เหลี่ยมไม่เป็นเช่นนั้น ภายใต้แรงบิดแบบแซ็ง-班็อง จุดบนหน้าตัดสี่เหลี่ยมจะเลื่อนในแนวแกนเป็นรูปแบบอานม้า โดยมีการเลื่อนมากที่สุดที่มุม นี่คือการบิดงอ และเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในหน้าตัดที่ไม่ใช่ทรงกลม

มีผลทางปฏิบัติตามมาสองประการ

โซนที่บิดแล้วไม่ได้มีขนาดเท่ากับแท่งวัสดุเดิม หน้าตัดจะบุ๋มเล็กน้อย มุมจะนำหรือตามหน้าตรงกลาง และความหนาที่วัดได้ที่ขอบของโซนที่บิดจะต่ำกว่าค่าปกติเล็กน้อย ในอัตราส่วนบัสบาร์ปกติ ปริมาณการลดลงจะน้อย ประมาณไม่กี่เปอร์เซ็นต์ แต่เป็นจุดที่ความต้านทานเพิ่มขึ้นในท้องถิ่น และเป็นจุดที่อาจเกิดความร้อนสูง เครื่องคำนวณกระแสไฟฟ้าบัสบาร์ จะระบุขอบเขตที่สามารถรับได้ก่อนที่การลดลงจะมีความสำคัญ

การบิดงอยังถูกจำกัดที่หนีบด้วย เนื่องจากผิวหนีบจะกดให้หน้าตัดคงที่ในขณะที่วัสดุระหว่างหนีบต้องการที่จะบิดงอ การบิดงอที่ถูกจำกัดจะสร้างแรงกระทำในแนวแกนที่กระจุกตัวที่ขอบหนีบ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมรอยแตกในการบิดจึงมักเริ่มต้นที่แนวหนีบ而非ตรงกลางโซนบิด รอยแตกที่หนีบบ่งบอกถึงความจำเป็นที่จะต้องมีความยาวอิสระมากขึ้นหรืออินเสิร์ตหนีบที่นุ่มนวลขึ้น ไม่ใช่ต้องเพิ่มทอร์ก

โซนที่บิดแล้วยังถูก Work-harden ด้วย ไม่ควรวางรอยดัดภายในโซนบิดหรือติดกันโดยตรง วัสดุบริเวณนั้นได้ใช้ค่าความเหนียวที่มีอยู่ไปแล้วเป็นส่วนใหญ่ และจะแตกที่รัศมีที่แท่งวัสดุเดิมจะรับได้ ควรมีแท่งตรงว่างเปล่าเหลือไว้ระหว่างสองขั้นตอน

การคืนตัวของแรงบิด

การบิดจะคืนตัว และคืนตัวมากกว่าการดัดอย่างเห็นได้ชัด

การคืนตัวยืดหยุ่นเมื่อปล่อยแรงคือ Δθ = T·L/(G·J) โดยที่ T คือแรงบิดที่ใช้, L คือความยาวการบิด, G คือมอดูลัสการเฉือน และ J คือค่าคงที่การบิดของหน้าตัด ค่ามอดูลัสการเฉือนของทองแดงประมาณ 46 kN/mm² ซึ่งได้มาจากค่ามอดูลัสยืดหยุ่น การคำนวณสำหรับบาร์ขนาด 100 × 10 มม. ความแข็งครึ่งหนึ่ง บิด 90° เหนือความยาวอิสระ 250 มม. ให้การคืนตัวประมาณ 5° บาร์เดียวกันบิดเหนือความยาว 400 มม. คืนตัวประมาณ 8° บาร์ขนาด 160 × 10 มม. เหนือความยาว 400 มม. คืนตัวประมาณ 7.6°

เหล่านี้เป็นการประมาณคร่าวๆ จากการคืนตัวยืดหยุ่นของหน้าตัดที่เสียรูปสมบูรณ์ จำเป็นต้องตรวจสอบยืนยันบนชิ้นงานต้นแบบ แทนที่จะโปรแกรมมิ่งจากข้อมูลในหน้านี้โดยตรง สิ่งที่ข้อมูลนี้ระบุได้อย่างน่าเชื่อถือคือขนาดของผลกระทบ: การคืนตัวจากการบิดอยู่ในระดับหลายองศา ซึ่งมากกว่าการคืนตัวจากการดัดแบบแบนราบของบาร์เดียวกันถึงหนึ่งอันดับความขนาด

การคืนตัวเพิ่มขึ้นตามความยาวการบิด ในขณะที่ค่าเค้นลดลงตามความยาว การเพิ่มความยาวการบิดเพื่อรักษาขอบมุม ทำให้ต้องชดเชยองศามากขึ้น ไม่มีความยาวที่จะปรับให้เหมาะกับทั้งสองปัจจัย ดังนั้นความยาวต้องเลือกจากข้อกำหนดค่าเค้น และใช้ตารางชดเชยมุมแทน หลักการใช้ตารางชดเชยแบบเดียวกับที่อธิบายไว้สำหรับ การชดเชยคืนตัว มีผลบังคับใช้ที่นี่ โดยยึดตามวัสดุ, ความแข็ง, หน้าตัด และความยาวอิสระ โดยรายการบิดจะถูกแยกออกจาก弯รายการดัดอย่างชัดเจน

ระบบหนีบและอุปกรณ์จับยึด

หัวบิดประกอบด้วยหนีบสองตัว: ตัวหนึ่งคงที่ อีกตัวหมุนได้ ช่วงอิสระระหว่างหนีบทั้งสองคือความยาวการบิด ซึ่งหมายความว่าความยาวการบิดถูกกำหนดโดยตำแหน่งของหนีบ และไม่สามารถปรับได้อย่างต่อเนื่องบนเครื่องทุกรุ่น ควรตรวจสอบช่วงการเพิ่มทีละน้อยก่อนที่จะออกแบบและกำหนดค่า

ผิวหนีบต้องไม่ทำรอยบนบาร์ ทองแดงเป็นวัสดุอ่อน และแรงหนีบที่จำเป็นเพื่อป้องกันการลื่นไถลภายใต้แรงบิดสูงสุดมีค่าสูง ปกติจะใช้แผ่นรองหน้าสัมผัสจากบรอนซ์, อะลูมิเนียม หรือพอลิเมอร์แข็ง หนีบเหล็กที่มีผิวหยาบจะพิมพ์รอยบนบาร์ และรอยพิมพ์นั้นจะกลายเป็นจุดเริ่มต้นของรอยแตกภายใต้แรงเค้นจากการบิด

หนีบตัวหนึ่งต้องอิสระที่จะเคลื่อนที่ตามแนวแกน บาร์จะหดสั้นลงเล็กน้อยตามแนวแกนเมื่อบิด การยึดทั้งสองปลายไว้อย่างแข็งทื่อจะเพิ่มแรงดึงตามแนวแกนซ้อนทับกับแรงเฉือนจากการบิด ซึ่งเพิ่มโดยตรงกับแรงเค้นที่มุม และทำให้เกิดรอยแตกที่ขอบในระดับแรงเค้นที่การบิดเพียงอย่างเดียวอาจไม่ทำให้เกิดรอยแตกได้ การใช้หนีบลอยตัว หรือความยืดหยุ่นตามแกนเล็กน้อยอย่างจงใจจะแก้ปัญหานี้

หน้าตัดยังต้องถูกยึดให้ตั้งฉากที่หนีบทั้งสองจุด การลื่นไถลแบบหมุนจะลดความยาวอิสระที่มีประสิทธิผล ซึ่งทำให้แรงเค้นสูงกว่าค่าที่คำนวณไว้ และทำให้มุมสุดท้ายคลาดเคลื่อน

พิกัดการบิดที่เผยแพร่บนเครื่องแปรรูปบัสบาร์โดยทั่วไปอยู่ที่ความหนา 5 ถึง 10 มม. และความกว้าง 15 ถึง 100 มม. ซึ่งแคบกว่าพิกัดการดัดแบบแบนราบของเครื่องเดียวกันอย่างเห็นได้ชัด การบิดเป็นความสามารถที่ระบุไว้ทั้งใน EMAC-BB-H12 และ SMART-603CNC-S โดยใช้ระบบควบคุมและโปรแกรมชิ้นงานเดียวกันกับการดัด ดังนั้นชิ้นงานที่มีทั้งการบิดหนึ่งครั้งและการดัดสองครั้งจึงเป็นการตั้งค่าเดียว ไม่ใช่สามการตั้งค่า ค่าความถูกต้อง ±0.1° ที่ระบุไว้สำหรับหัว EMAC-BB เป็นข้อกำหนดความแม่นยำในการดัด ความสม่ำเสมอของการบิดบนเครื่องใดๆ ก็ตามขึ้นอยู่กับแรงหนีบเป็นอย่างมาก และควรตรวจสอบกับวัสดุจริงมากกว่าจะสมมติจากค่าการดัด

ตำแหน่งของการบิดในแผนงานผลิต

เจาะและตัดก่อนบิด ไม่ใช่หลังบิด บัสบาร์ที่บิดแล้วจะไม่ราบเรียบบนโต๊ะเจาะ และจะไม่สามารถจัดตำแหน่งได้อย่างน่าเชื่อถือกับหลังเกจ

การบิดควรจัดลำดับก่อนการดัดในกรณีที่เรขาคณิตเอื้ออำนวย เนื่องจากส่วนที่บิดแล้วจะหนีบได้ยากกว่าในแม่พิมพ์ดัดให้ฉากเรียบเมื่อเทียบกับส่วนที่ยังตรง

รูเจาะจะต้องอยู่ห่างจากโซนบิดโดยสิ้นเชิง รูเจาะในบริเวณที่มีแรงเค้นเฉือนแบบบิดตัวสูงจะเป็นจุดรวมแรงเค้นในตำแหน่งที่แย่ที่สุด และวัสดุรอบๆ รูเจาะจะฉีกขาดก่อนที่การบิดจะเสร็จสิ้น

ความยาวการบิดที่คำนวณจากค่าเค้นจะต้องถูกพิจารณาตั้งแต่ขั้นตอนการวาดแบบ การนำการบิดมาใส่ในขบวนการที่กำหนดมิติโดยไม่ได้คำนึงถึงมักเป็นสาเหตุที่ทำให้โรงงานต้องพยายามบิดในส่วนที่กว้างเป็น 1.5 เท่า และทำให้บัสบาร์เสียหาย ทั้งการบิดและการดัดล้วนเป็นขบวนการที่กินความยาว และความยาวที่พัฒนาได้จะต้องรองรับทั้งสองขบวนการ คำอธิบายขบวนการทั้งหมดอยู่ภายใต้การบิด