Bara delmede pres kuvvetinin belirlenmesi

Delme kuvveti, bara imalatında temel ilkelerden yola çıkarak yaklaşık otuz saniyede tam olarak hesaplanabilen birkaç şeyden biridir. Aynı zamanda en sık, önceki makinede ne varsa kopyalanarak belirlenen şeylerden biridir. Bu iki olgu yan yana durmakta zorlanır; çünkü hesap zor değildir ve yanlış yapmanın bedeli iki yönde de işler: küçük kalmış bir pres tam da önemli olan işte takılır, büyük kalmış bir pres ise harcamanız gerekmeyen sermayedir.

Formül

Delme, baranın içinden bir malzeme silindirini kesip çıkarır. Kesilen alan, deliğin çevresi ile kalınlığın çarpımıdır; kuvvet ise bu alan ile malzemenin kesme dayanımının çarpımıdır:

F = çevre × t × τ

Yuvarlak bir delikte çevre π × d'dir; çoğu kişinin ezberlediği biçim de bu:

F = π × d × t × τ

burada d ve t milimetre, τ N/mm² cinsindendir ve kuvvet newton olarak çıkar. kN için 1000'e, metrik ton için 9807'ye bölün.

Şekilli bir delikte (bir kanal, bir dikdörtgen, bir oval, bir bara kanalı panjuru) çevre, nominal ölçü değil açınım kesme boyudur. 5 mm köşe radüslü 20 × 40 mm'lik dikdörtgen bir kanalın çevresi yaklaşık 2 × (20 + 40) − 8 × 5 + 2π × 5'tir; bu da köşeleri yok saydığınızda bulacağınız 120 mm yerine kabaca 111 mm eder. Tek bir delikte bu fark gürültüdür. Sekizlik bir toplu delmede değildir.

Kullanmaya değer kesme dayanımı değerleri

Cevabı belirleyen değişken kesme dayanımıdır ve insanların tahmin ettiği de odur. Aşağıdaki değerler, gerçekten bara olarak karşınıza çıkan alaşım ve temperler için yayımlanmış takım tedarikçisi verilerinden alınmıştır. Boyutlandırma için tipik değerlerdir, sertifikalı asgari değerler değil; ve bir malzeme sertifikası her zaman bir tabloyu yener.

Gayriresmî olarak dolaşan rakamlara iki düzeltme. Birincisi, bakır sık sık 200–230 N/mm² olarak veriliyor ve bu yüksektir; o değerler, kesme dayanımıymış gibi kullanılan çekme dayanımı değerleridir. EN 13601 kapsamında Cu-ETP bara, yumuşak R220 için 220–260 N/mm², yarı sert R240 için 240–300 ve sert R290 için 300–360 çekme dayanımıyla belirtilir. Yukarıdaki ölçülmüş kesme değerleri, karşılık gelen çekme değerinin kabaca 0,65–0,70 katıdır; yaygın parmak hesabının önerdiği 0,8 değil. Elinizde çekme değerinden başka bir şey yoksa 0,8 × çekme muhafazakâr bir yedek yaklaşımdır ve bakırı %15–20 fazla tahmin eder.

İkincisi, "alüminyum yaklaşık 80 N/mm²'dir" yalnızca yumuşak 1xxx iletken kaliteleri için doğrudur. Mekanik dayanım ve sünme direncinin önemli olduğu her yerde ekstrüzyon bara için standart alaşım olan 6101-T6, bunun kabaca iki katıdır. 80 N/mm²'ye göre boyutlandırılmış bir prese 6101-T6 bara verildiğinde kuvvet yetmez ve hata biçimi temiz bir durma değil, zımbanın içinde sıkıştığı yarım delinmiş bir deliktir.

Çözülmüş bir örnek

Yaygın bir durumu ele alalım: 10 mm yarı sert bakırda 13 mm çapında M12 geçme deliği.

F = π × 13 × 10 × 179
  = 40,84 × 10 × 179
  = 73 100 N
  ≈ 73 kN  (7,5 ton)

Şimdi aynı barada, 6101-T6 alüminyumda aynı delik, τ ≈ 150:

F = π × 13 × 10 × 150 = 61 300 N ≈ 61 kN

Ve orta sınıf bir makineden genellikle istenen en büyük delik: 16 mm sert bakırda 32 mm:

F = π × 32 × 16 × 193 = 310 400 N ≈ 310 kN  (31,7 ton)

Hangi makineyi alacağınıza karar veren sayı sonuncusudur ve tek satırlık bir hesaptan geldi. Aynı hesap, herhangi bir delik ve malzeme bileşimi için bara delme kuvveti hesaplayıcısında çalışıyor.

Sıyırma kuvveti ve neden toplama dâhil olduğu

Pul ayrıldıktan sonra bara zımbanın yanağı üzerine geri yaylanır ve onu kavrar. Zımbayı çekip çıkarmak gerçek bir kuvvet ister; bunu sıyırıcı sağlar ve tepkisi makine üzerinden karşılanır.

Yayımlanmış parmak hesapları sıyırma kuvvetini delme kuvvetinin %5–20'si olarak verir; MetalForming'in kalıp tasarımı rehberliği %10–30 diyor ve daha yumuşak malzemelerle daha dar boşlukların daha fazlasını gerektirdiğini not düşüyor. Bakır yumuşaktır ve bu aralığın üst kısmına eğilimlidir. Bakır barada boyutlandırma amacıyla delme kuvvetinin %15'i savunulabilir bir çalışma değeridir; boşluğu bandın dar ucunda çalıştırıyorsanız %20.

310 kN'lik örnekte bu kabaca 45–60 kN ekler. Tepe delme kuvvetiyle aynı anda oluşmaz, dolayısıyla pres kuvveti ihtiyacına doğrudan eklenmez; ancak sıyırıcıyı, takım tutucuyu ve gövdeyi yükler ve nominal olarak yeterli bir makinenin neden titreşim yapabildiğinin ya da delik konumunda kayabildiğinin nedenidir. Sıyırma kuvvetiniz yüksek seyrediyorsa neden genellikle pres değil boşluktur; bu da zımba–kalıp boşluğu yazısında ele alınıyor.

Ortalamaya göre değil, en kötü duruma göre boyutlandırın

Bir şalt işindeki ortalama delik, 6–10 mm bakırda M10 ya da M12 geçme deliğidir ve 40–75 kN ister. Makineyi bu sayıya göre boyutlandırmak, işi yapamayacağınızı garantiler.

En kötü durum şunların bileşimidir:

• Çizim setindeki en büyük delik; kanallar ve boşaltmalar dâhil, nominal ölçüye göre değil açınım çevresine göre ölçülmüş
• İşleyeceğiniz en kalın bara; ki bu çoğu zaman en büyük deliği taşıyan bara değildir
• Kabul edeceğiniz en sert temper. Sert çekilmiş bara kesmede yarı sertten kabaca %8, tavlanmıştan %27 daha güçlüdür ve tedarik daraldığında satın alma temper ikame eder
• Tek strokta birden fazla delik deliyorsanız en büyük toplu delme

Makinenin bunlara dayanması gerekmesi için, gerçek bir parçada hepsinin bir arada bulunması şart değildir. Mümkün olmaları yeterlidir. "12 mm'ye kadar bakır" diyen bir ihale şartnamesi ve içinde 32 mm delik olan bir çizim seti, o parça henüz var olsun ya da olmasın, 12 mm sert bakırda 32 mm delik varsaymanız gerektiği anlamına gelir; bu da 233 kN'dir.

Temper ikamesi ayrıca dikkat hak eder, çünkü görünmezdir. Bara birebir aynı görünür. İlk belirti genellikle geçen ay sorunsuz çalışan bir makinede çapak yüksekliği ve delik konumunun kaymasıdır.

Toplu ve çok delikli delme

Tek strokta birkaç delik delmek kuvveti delik sayısıyla tam olarak çarpar. 10 mm yarı sert bakırda tek strokta dört adet M12 deliği 4 × 73 = 292 kN eder ve sıyırma ile gövde sehimi hesaba katıldığında 300 kN'lik bir makineye sığmaz.

Toplu delmeyi karşılanabilir kılmanın iki yolu var. Zımba boylarını kademelendirip aynı anda değil ardışık olarak temas etmelerini sağlamak; bu, kuvveti stroka yayar ama bedeli daha uzun bir strok ve daha yüksek yan yüklerdir. Ya da yüksek vuruş hızında sırayla delmek; bir CNC bara makinesinin yapmak üzere kurulduğu iş budur. Dakikada 150–200 vuruşta dört deliği toplu yerine tek tek delmenin zaman cezası iki saniyenin altındadır ve pres kuvveti sorununu tamamen ortadan kaldırır. Şalt işlerinin çoğunda bu takas yapmaya değer.

Kesme açısı taşlanmış zımba yüzleri

Düz bir zımba yüzü çevrenin tamamını aynı anda keser, dolayısıyla tepe kuvvet hesaplanan kuvvete eşittir ve kopma anındaki boşalma serttir. Zımba yüzüne kesme açısı taşlamak kesmeyi kademelendirir ve tepeyi düşürür.

Kazanç, kesme derinliğinin malzeme kalınlığına oranına bağlıdır ve kalın barada tanıtımların ima ettiğinden küçüktür. Roper Whitney'in yayımlanmış rehberliği, kesme açısının delme kuvvetini %50'ye kadar azaltabileceğini, ancak bunun en çok 14 gauge ve daha ince malzemede etkili olduğu çekincesiyle söylüyor. H. Weiss'in kesme açısı katsayı tablosu bizim kalınlıklarımız için daha kullanışlı: 1/4 inç (6,35 mm) malzemede 1/16 inç (1,6 mm) kesme derinliği 0,90 katsayısı, 3/32 inç (2,4 mm) derinlik 0,85 ve 3/16 inç (4,8 mm) derinlik 0,65 veriyor.

Bara için pratik okuma şudur: ölçülü bir kesme derinliği 6 mm bakırda %10–15 kazandırır, 12 mm'de orantılı olarak daha azını; çünkü aynı oranı korumak için kesme derinliğinin kalınlıkla birlikte büyümesi gerekirdi. Bir makineyi, kesme açısının sizi kurtaracağı varsayımıyla boyutlandırmayın. Bunu kopma anı şokuna karşı bir sigorta ve pul kontrolüne yardımcı bir önlem olarak değerlendirin; pres kuvvetini düz zımba değerinden hesaplayın.

En küçük delikler dışında her şeyde tek açılı kesme yerine çatı tipi kesme açısı kullanın. Tek açı, zımbayı saptıran ve kılavuzu yükleyen dengesiz bir yan kuvvet üretir.

Pay kuralı

En kötü durum delme kuvvetini alın, sonra formülün modellemediği şeyler için pay uygulayın:

• Takım durumu: aşınmış bir zımba keskin olandan belirgin biçimde daha fazla kuvvet ister, çünkü kenar radüsü büyür ve kesmenin daha büyük bölümü şekil değiştirmeye dönüşür. Modellenmeyen en büyük tek terim budur.
• Temper ve kalınlık toleransı: bara, kalınlık toleransının üst ucunda ve dayanım aralığının üst ucunda, önemsenecek kadar sık geliyor.
• Gövde sehimi ve hidrolik düşürme: anma kuvveti, koçta, anma basıncında ve sıcaklıkta geçerlidir.
• Gelecekteki işler: makine on beş yıl atölyede kalacak ve iş karması değişecek.

Kullanılan bir kural, en kötü durum hesaplanan kuvvetin makinenin anma kuvvetinin yaklaşık %60–70'ini aşmayacağı biçimde boyutlandırmaktır. Bu bir standart değil, birikmiş bir uygulamadır; ancak yayımlanmış makine sınırlarının gerçekte durduğu yerle tutarlıdır. Aşağıdaki 800 kN'lik makinelerde, yayımlanmış en kalın barada yayımlanmış en büyük delik sert bakırda kabaca 485 kN eder; bu da anma değerinin yaklaşık %61'idir. Bu bir tesadüf değildir.

Gerçek bir makine kademesine oturtmak

En kötü durum hesabını her gövde ölçüsünün yayımlanmış kapasitesine karşı çalıştırmak, açık bir seçim tablosu verir. Aşağıdaki tüm değerler kötümser durum olan 193 N/mm² sert bakırı kullanıyor.

"Yayımlanmış azami" işaretli satırlar, üreticinin belirttiği azami kalınlıkta belirttiği azami delik çapıdır. İki "türetilmiş" satır ise, o makineler azami delik çapı yayımlamadığı için, anma kuvvetinin kabaca üçte ikisinde hesabın izin verdiği en büyük deliktir.

Bu tabloyu bir fiyat listesi değil, bir boyutlandırma kılavuzu olarak okuyun. 300 kN sınıfı, 160 × 15 mm barada M12 ve M16 delik düzenleriyle yapılan ve egzotik hiçbir şey içermeyen pano işlerini kapsar. 400 kN'lik EMAC-BP-40 12 mm barada, dakikada 150 vuruşla şalt işlerinin çoğunu kapsar. 600 kN'ye çıkmak yalnızca daha fazla kuvvet değil, 16 mm kapasite satın alır; 800 kN'ye çıkmak ise 20 mm ve 40 mm delikleri.

İş büyük boşaltmalar, bara kanalı panjurları ya da açınım çevresi 100 mm'yi geçen herhangi bir şey içeriyorsa, yuvarlak delik hesabı ne derse desin bir sınıf yukarı çıkın. En hızlı büyüyen terim çevredir.

800 kN sınıfı ayrıca deliklerle hiç ilgisi olmayan bir nedenle de önemlidir. Birleşik delme ve kesme makinesinde kesme istasyonunun bara kesitinin tamamını kesmesi gerekir ve 300 × 20 mm bakırda bu 6000 mm²'lik bir kesme yüzeyidir. Kesme için gereken kuvveti basit çevre formülü değil bıçak geometrisi ve bıçak eğim açısı belirler, ama gövdenin bunu taşıması gerekir ve geniş, ağır barada gövde ölçüsünü çoğu zaman zımba değil makas belirler.

Formülün size söylemediği iki şey

Kuvvet, yetenekle aynı şey değildir. Yeterli pres kuvveti ve yetersiz konum hassasiyeti olan bir pres, delikleri yanlış yere açar; DIN 43673-1 uyarınca cıvatalı bir bağlantı düzeninde bu, hurdaya çıkmış bir bara demektir. Delik adım hassasiyeti, tekrarlanabilirlik ve bara beslemesinin rijitliği ayrı özelliklerdir ve ayrı incelemeyi hak ederler.

Kuvvet ayrıca vuruş hızı hakkında hiçbir şey söylemez; makinenin kendini ödeyip ödemeyeceğini belirleyen ise vuruş hızıdır. Dakikada 150 vuruşta 400 kN'lik bir makine ile dakikada 200 vuruşta 800 kN'lik bir makine farklı üretim önerileridir; hiçbir makinenin kuvvet sınırına yaklaşmadığı, M10 ve M12 geçme deliklerinin baskın olduğu bir işte önemli olan tek sayı vuruş hızıdır. Vuruş hızı, takım ömrü ve bir deliğin gerçek maliyeti arasındaki ilişki takım ömrü ve delik başına maliyet yazısında; kesmenin kendi mekaniği ise delme işlemi genel bakışında ele alınıyor.