Xoắn thanh cái: hình học, giới hạn và bộ kẹp

Thao tác xoắn xoay thanh cái quanh trục dọc của chính nó mà không đổi hướng di chuyển. Thao tác này được sử dụng khi đường đi đã đúng hướng nhưng mặt rộng nằm ở vị trí plane sai: một cầu thang thẳng đứng cấp cho một aptomat có mỏ kẹp nằm ngang, một chồng các pha phải tỏa ra các hướng đầu cuối khác nhau, một đường đi xuống một thiết bị được lắp vuông góc 90° với khoang thanh cái.

Hầu hết các xưởng thực hiện theo quy tắc kinh nghiệm, và các quy tắc kinh nghiệm đang lưu hành khác nhau tới ba lần. Chúng khác nhau vì một lý do, và lý do đó có thể tính toán được.

Chiều dài xoắn theo hàm số của chiều rộng

Các hướng dẫn công bố về chiều dài thanh cái cần dành cho một xoắn 90° trải rộng trên một dải lớn. Thực hành lắp đặt tủ điện đặt chiều dài xoắn ở mức tối thiểu gấp đôi chiều rộng thanh cái. Các nhà sản xuất máy thường chỉ định gấp 2.5 lần chiều rộng làm mức tối thiểu, với một ví dụ công bố cho chiều dài xoắn 50 mm đối với thanh cái rộng 20 mm. Các hướng dẫn chế tạo khác trích dẫn gấp 2.5 đến 5 lần chiều rộng. Thực hành kẹp bằng tay bench-vice, ở mức thấp, trích dẫn gấp 1.5 đến 2 lần chiều宽, nhưng đính kèm giới hạn độ dày 6 mm và chiều rộng 60 mm cho con số đó.

Các con số này hòa giải khi kiểm tra ứng suất. Góc của tiết diện nằm cách trục xoắn khoảng một nửa chiều宽 thanh cái. Xoay nó qua một góc θ trên một chiều dài L tạo ra một ứng suất cắt bề mặt là:

γ = (w/2) · θ / L

đối với xoắn 90° giảm thành γ = π·w / (4L). Chuyển sang ứng suất một trục tương đương để so sánh với dữ liệu kéo dài, ε ≈ γ/√3:

Công thức bỏ qua độ dày, điều này hợp lý đối với tỷ lệ thanh cái: trên thanh cái 100 × 10 mm, bán kính góc thực tế là 50.25 mm so với 50 mm mà công thức giả định.

Các hướng dẫn giờ có ý nghĩa. Ở gấp 2.5 lần chiều rộng, góc chịu khoảng 18% ứng suất tương đương, mà đồng mềm và bán cứng hấp thụ không khó khăn. Ở gấp 1.5 lần chiều宽, nó chịu 30%, chỉ sống sót được trong thanh cái mềm mỏng hẹp, chính xác là phạm vi mà quy tắc bench-vice tự áp dụng. Ở gấp 5 lần chiều rộng, góc chịu 9%, thoải mái ngay cả ở độ cứng cứng.

Một quy tắc thực tế: gấp 2.5 lần chiều rộng đối với R220 và R240, gấp 4 lần chiều rộng đối với R290, và không bao giờ thấp hơn gấp 2 lần chiều rộng bất kể độ cứng. Xác nhận trên mẫu thử là nên, vì các số liệu kéo dài theo EN 13601 là giá trị tối thiểu và vật liệu giao hàng thường vượt trội hơn chúng.

Vùng xoắn không giống về kích thước với thanh cái gốc. Tiết diện hơi lõm, các góc đi trước hoặc đi sau bề mặt giữa, và độ dày đo được ở các mép vùng xoắn ra nhỏ hơn giá trị danh nghĩa một chút. Ở tỷ lệ thanh cái thông thường, sự giảm này nhỏ, khoảng vài phần trăm, nhưng nó là nơi tập trung điện trở cục bộ và do đó là một điểm nóng tiềm năng. Bộ tính toán dòng điện thanh cái cho biết khoảng an toàn mà đường dẫn có trước khi sự giảm này trở nên quan trọng.

Mô-men xoắn và lý do tại sao xoắn tốt hơn bẻ-edge

Mô-men xoắn plastic cần thiết để xoắn một tiết diện hình chữ nhật xấp xỉ τy·(w·t²/2 − t³/6), bị chi phối bởi t² và chỉ tăng tuyến tính với chiều rộng. Mô-men uốn plastic cần thiết để uốn cùng tiết diện đó theo cạnh là σy·t·w²/4, tăng với bình phương của chiều rộng.

Lấy đồng bán cứng với cường độ chảy 180 N/mm²:

Tỷ số xấp xỉ 0.87·w/t trên toàn bộ phạm vi. Mỗi mm chiều rộng thêm làm cho việc uốn cạnh trở nên khó khăn hơn không tương xứng, trong khi chỉ làm cho việc xoắn khó khăn hơn theo tỷ lệ, và các tiết diện rộng, mỏng – nơi uốn cạnh tệ nhất – chính là nơi lợi thế lớn nhất.

Đây là cơ sở định lượng cho phương pháp thay thế xoắn-và-uốn-phẳng được thảo luận trong so sánh uốn thanh cái cạnh so với uốn phẳng. Xoắn thanh cái 90° cho phép việc thay đổi hướng tiếp theo được thực hiện như một uốn phẳng thông thường, nơi độ dày chi phối ứng suất thay vì chiều rộng. Hai thao tác dễ dàng thay thế một thao tác khó.

Biến dạng, mỏng cạnh và những gì xảy ra với tiết diện

Trục tròn dưới tác dụng xoắn giữ được mặt phẳng tiết diện. Trục hình chữ nhật thì không. Dưới mô-men xoắn Saint-Venant, các điểm trên tiết diện hình chữ nhật dịch chuyển theo trục theo kiểu yên ngựa, với dịch chuyển lớn nhất ở các góc. Đó là biến dạng, và nó không thể tránh khỏi ở tiết diện không tròn.

Hai hệ quả thực tế sau.

Biến dạng cũng bị kìm hãm ở các kẹp, vì mặt kẹp giữ cho tiết diện phẳng trong khi vật liệu giữa chúng muốn biến dạng. Biến dạng bị kìm hãm tạo ra ứng suất tập trung ở mép kẹp, đó là lý do tại sao nứt gãy trong quá trình xoắn gần như luôn bắt đầu ở đường kẹp chứ không phải ở giữa vùng xoắn. Nứt gãy ở vị trí kẹp cho thấy cần độ dài tự do dài hơn hoặc các miếng lót kẹp mềm hơn, không phải nhiều mô-men xoắn hơn.

Vùng xoắn cũng bị ứng suất làm cứng. Một đường uốn không nên được đặt bên trong hoặc ngay sát một vùng xoắn. Vật liệu ở đó đã sử dụng một phần lớn khả năng dẻo còn lại và nó sẽ nứt ở bán kính mà thanh cái gốc có thể chịu đựng. Một khoảng thẳng rõ ràng phải được để lại giữa hai thao tác.

The twisted zone is also work-hardened. A bend should not be placed inside a twist or immediately adjacent to one. The material there has already spent a large fraction of its available ductility and it will crack at a radius that the parent bar would tolerate. Clear straight bar must be left between the two operations.

Mô-men xoắn phục hồi

Các phần uốn xoắn phục hồi, và chúng phục hồi nhiều đáng kể hơn so với phần uốn thẳng.

Phục hồi đàn hồi khi giải phóng tải là Δθ = T·L/(G·J), trong đó T là mô-men xoắn áp dụng, L là độ dài uốn xoắn, G là mô-đun cắt và J là hằng số xoắn của mặt cắt. Mô-đun cắt của đồng suy ra từ mô-đun đàn hồi của nó vào khoảng 46 kN/mm². Tính toán cho một thanh 100 × 10 mm nửa cứng bị uốn xoắn 90° trên độ dài tự do 250 mm cho ra phục hồi đàn hồi khoảng 5°. Thanh tương tự bị uốn xoắn trên 400 mm phục hồi khoảng 8°. Một thanh 160 × 10 mm trên 400 mm phục hồi khoảng 7,6°.

Đây là các ước tính bậc một từ giải phóng tải đàn hồi của một mặt cắt hoàn toàn dẻo. Cần xác minh trên mẫu thử ban đầu thay vì lập trình trực tiếp từ thông số này. Những gì chúng thiết lập một cách đáng tin cậy là quy mô: phục hồi xoắn lên tới vài độ, lớn hơn gấp một bậc so với độ phục hồi khi uốn phẳng của cùng một thanh.

Phục hồi tăng lên theo độ dài uốn xoắn trong khi ứng suất giảm xuống. Kéo dài phần uốn xoắn để bảo vệ các góc làm tăng độ bù góc. Không có độ dài nào tối ưu hóa cả hai yếu tố, vì vậy độ dài phải được chọn dựa trên yêu cầu ứng suất và sử dụng bảng bù cho góc. Nguyên tắc sử dụng bảng bù tương tự như đã mô tả cho bù phục hồi được áp dụng ở đây, dựa trên vật liệu, trạng thái cứng, mặt cắt và độ dài tự do, với các mục nhập uốn xoắn được giữ hoàn toàn tách biệt khỏi các mục nhập uốn.

Kẹp và dụng cụ

Một đầu uốn xoắn gồm hai kẹp: một cố định, một quay. Đoảng tự do giữa chúng là độ dài uốn xoắn, nghĩa là độ dài uốn xoắn được đặt bởi vị trí kẹp và không phải lúc nào cũng có thể điều chỉnh liên tục trên mọi máy. Bước tăng nên được kiểm tra trước khi một thiết kế được cam kết với dung sai cụ thể.

Mặt kẹp không được để lại dấu trên thanh. Đồng mềm, và áp lực kẹp cần thiết để ngăn trượt dưới mô-men xoắn đầy đủ là rất cao. Các lõi bằng đồng thau, nhôm hoặc polyme cứng là phổ biến. Molars thép có mặt nhám sẽ tạo vết lõm trên thanh, và vết lõm này trở thành vị trí bắt đầu nứt dưới ứng suất xoắn.

Một kẹp phải được phép di chuyển tự do theo trục. Thanh co lại nhẹ dọc theo trục của nó khi nó bị uốn xoắn. Giữ cả hai đầu cố định sẽ chồng thêm lực kéo trục lên lực cắt xoắn, điều này cộng trực tiếp vào ứng suất góc và gây ra nứt viền ở các mức ứng suất mà phần uốn xoắn đơn lẻ có thể đã chịu đựng được. Một kẹp nổi, hoặc một độ dãn trục nhỏ có chủ ý, giải quyết vấn đề này.

Mặt cắt cũng phải được giữ vuông góc tại cả hai kẹp. Trượt quay rút ngắn độ dài tự do hiệu quả, làm tăng ứng suất lên trên giá trị đã tính toán, và làm sai lệch góc thành phẩm.

Các thông số uốn xoắn công bố trên máy uốn thanh cái thường nằm trong khoảng độ dày 5 đến 10 mm và chiều rộng 15 đến 100 mm, chặt chẽ hơn đáng kể so với thông số uốn phẳng của cùng một máy. uốn xoắn là một khả năng được liệt kê trên cả EMAC-BB-H12 và SMART-603CNC-S, chạy trên cùng điều khiển và cùng chương trình chi tiết như các thao tác uốn, nên một chi tiết có cả uốn xoắn và hai phần uốn thẳng chỉ cần một lần gá đặt thay vì ba lần. Thông số ±0,1° được trích dẫn cho các đầu EMAC-BB là thông số chính xác uốn; độ lặp lại uốn xoắn trên bất kỳ máy nào phụ thuộc nhiều vào lực kẹp và nên được đặc trưng trên vật liệu thực tế thay vì giả định từ thông số uốn.

Vị trí của các phần uốn xoắn trong quy trình sản xuất

Đột và cắt trước khi uốn xoắn, không phải sau. Thanh cái đã xoắn sẽ không nằm phẳng trên bàn đột và không thể định vị tin cậy được so với thước sau.

Các vị trí xoắn nên được sắp xếp trước các vị trí uốn khi hình học cho phép, vì phần đã xoắn khó kẹp vuông góc trong khuôn uốn hơn phần thẳng.

Các lỗ phải được giữ hoàn toàn khỏi vùng xoắn. Lỗ ở khu vực ứng suất cắt xoắn cao là điểm tập trung ứng suất ở vị trí xấu nhất, và vật liệu xung quanh sẽ bị xé rách trước khi hoàn tất thao tác xoắn.

Chiều dài xoắn dựa trên độ biến dạng phải được xác định ở giai đoạn thiết kế. Thêm thao tác xoắn vào quy trình đã được đo mà không có nó là lý do phổ biến khiến xưởng thường phải cố gắng thực hiện ở 1.5 lần chiều rộng và làm hỏng thanh cái. Xoắn và uốn đều là các thao tác tiêu tốn chiều dài, và chiều dài triển khai phải đáp ứng cả hai. Mô tả đầy đủ quy trình có trong phần xoắn.