Cấp độ cứng của đồng và bán kính uốn nhỏ nhất

"Thanh đồng, 100 × 10, 3 mét" không phải là một thông số kỹ thuật có thể đặt hàng. Nó nêu tên vật liệu và kích thước mặt cắt, nhưng bỏ sót một thuộc tính quyết định liệu thanh có thể uốn theo bán kính trên bản vẽ hay bị nứt ngang bề mặt ngoài ngay ở chi tiết đầu tiên. Thuộc tính đó là độ cứng (temper), và nó là một thông số chuỗi cung cấp trước khi là vấn đề tại xưởng: một khi thanh đã lên giá, không ai có thể thay đổi nó nếu không có lò nung.

Các chỉ dẫn sau đây liên kết bán kính uốn với các mã độ cứng thường xuất hiện trên đơn đặt hàng và giấy chứng nhận nhà máy, chứ không chỉ dựa vào độ dày. Độ dày quan trọng, nhưng nó là biến số thứ hai.

Ý nghĩa của mã EN 13601

EN 13601 quy định về thanh tròn, thanh dẹt và dây đồng dùng cho mục đích điện, và đối với công việc gia công thanh cái, cấp độ quan tâm là Cu-ETP, ký hiệu CW004A. Tiêu chuẩn xác định tình trạng vật liệu theo hai cách, cả hai đều xuất hiện trên giấy chứng nhận.

Ký hiệu R dựa trên độ bền kéo tối thiểu tính bằng N/mm². R220 nghĩa là độ bền kéo tối thiểu là 220. Ký hiệu H dựa trên độ cứng Vickers tối thiểu. H040 nghĩa là 40 HV tối thiểu. Hai ký hiệu này hoạt động song song, đó là lý do chúng được ghép đôi.

Các phạm vi độ bền kéo là theo tiêu chuẩn. Các thông số giới hạn chảy, kéo dài và độ cứng là những gì bảng dữ liệu nhà máy công bố cùng với các ký hiệu này cho Cu-ETP và nên được coi là giá trị điển hình chứ không phải quy chuẩn; hướng dẫn thanh cái của Hiệp hội Phát triển Đồng trích dẫn 50 đến 55 N/mm² giới hạn chảy cho đồng thanh cái dạng annealed hoàn toàn và 170 đến 200 N/mm² cho dạng bán cứng, thấp hơn ở mức mềm so với các giá trị dải ở trên.

Hai điều cần rút ra từ bảng này và cả hai đều quan trọng hơn chính các con số.

Thứ nhất, chuỗi là một chiều. Làm việc lạnh làm tăng độ bền kéo, tăng giới hạn chảy, tăng độ cứng và làm giảm kéo dài. Mọi thuộc tính trong hàng di chuyển cùng nhau vì chúng đều xuất phát từ cùng một mật độ khuyết tật. Đồng cứng không thể mua được loại vừa có tính dẻo của đồng mềm.

Thứ hai, cột kéo dài sụt giảm nhanh hơn nhiều so với sự gia tăng của các cột độ bền. Từ R220 đến R290, độ bền kéo tăng khoảng 40% nhưng kéo dài giảm khoảng 88%. Sự bất đối xứng này là lý do việc chọn độ cứng bị chi phối bởi các yếu tố gia công hơn là bởi độ bền.

The size effect nobody mentions

There is a caveat on hard temper that catches people out on large sections. The maximum strength obtainable depends on the cross-section, because the amount of cold reduction a mill can put into a bar is limited by how much area reduction the process allows. CDA guidance puts hard-condition busbar in the range 250 to 340 N/mm² depending on cross-sectional area, with the larger sections at the lower end.

Thuật ngữ "cứng" trên thanh 30 × 5 và "cứng" trên thanh 200 × 12 không phải là trạng thái vật liệu giống nhau, ngay cả khi cả hai chứng chỉ đều ghi R290. Thanh có tiết diện lớn sẽ nằm gần đáy hơn của dải tính chất, có độ chấp nhận uốn dễ hơn một chút và ít bị bẻ ngược lại hơn một chút. Nếu một bảng bù offset đã được chứng minh được chuyển từ tiết diện nhỏ sang tiết diện lớn, nó sẽ mang tính thận trọng hơn là sai lệch.

Bán kính uốn tối thiểu, uốn phẳng

Điểm khởi đầu được công bố là hướng dẫn của CDA cho đồng dẫn điện cao ở trạng thái cứng nửa hoặc cứng, đưa ra bán kính khuôn tối thiểu dưới dạng bội số của độ dày:

Trên 50 mm, thanh thường không được uốn; CDA lưu ý rằng có thể thực hiện được với việc xử lý nhiệt cục bộ trước khi tạo hình.

Các số liệu đó đã giả định các trạng thái cứng hơn, vì vậy chúng là giới hạn an toàn cho R240 và R290. Với R220, bán kính chặt hơn là khả thi, nhưng hiếm có lý do để sử dụng nó. Những gì các dải độ dày không hiển thị là trục trạng thái, vì vậy trong thực tế một bảng làm việc trông giống như thế này:

Cột R220 và cột R290 nên được coi là mang tính chỉ dẫn. Bảng CDA là mốc tham chiếu đã được xác minh; khoảng cách mở rộng ở hai bên phản ánh thực hành workshop thông thường và cần được xác nhận trên mẫu thử cho mỗi tổ hợp vật liệu, độ dày và dụng cụ.

Độ giãn dài xếp hạng trạng thái; nó không tính toán cho biến dạng uốn

Biến dạng kỹ thuật ở sợi ngoài của vết uốn suy ra trực tiếp từ hình học:

ε = t / (2R + t) = 1 / (2·(R/t) + 1)

Ở R/t = 1, giá trị đó là 33%. Ở R/t = 2 là 20%. Ở R/t = 4 là 11%. So sánh những giá trị đó với cột độ giãn dài cho thấy R290 được chỉ định ở mức tối thiểu 4%, mà theo cách đọc đơn giản sẽ yêu cầu R/t trên 11 trước khi sợi ngoài có thể chịu đựng được.

Điều này không đúng, và việc hiểu nguyên nhân sẽ giúp tránh việc quy định quá mức bán kính uốn. Một thí nghiệm kéo đo độ kéo dài đến đứt trong một khoảng gauge đồng nhất, nơi mà cổ co rút tự do hình thành và di chuyển. Trong một vết uốn, ứng suất cực đại chỉ tồn tại ở bề mặt ngoài trên một cung ngắn, và vật liệu không biến dạng xung quanh kìm hãm sự phát triển của cổ. Do đó, ứng suất uốn có thể đạt được vượt xa độ kéo dài kéo một cách rõ rệt, chính vì vậy CDA có thể quy định bán kính uốn 1 t cho đồng cứng có độ dày lên đến 10 mm trên một vật liệu có độ kéo dài 4%.

Số liệu độ kéo dài được dùng để xếp hạng các loại Temper so với nhau và dự đoán loại nào sẽ bị nứt trước. Nó không phải là một 'ngân sách ứng suất uốn'.

Hình thức lỗi như thế nào

Nứt tại sợi ngoài tiến triển qua các giai đoạn có thể nhận biết được, và việc phát hiện ở giai đoạn đầu sẽ tiết kiệm được lô hàng.

Hiệu ứng vỏ cam xuất hiện trước. Bề mặt ngoài thô ráp thành một kết cấu có thể nhìn thấy khi các hạtindividual biến dạng độc lập. Bản thân nó chỉ là lỗi thẩm mỹ, nhưng nó chỉ ra rằng sợi ngoài đang ở gần giới hạn, và nó trở nên tệ hơn với kích thước hạt thô, vốn tự nó là một triệu chứng của quá trình nung annealing quá mức.

Vết nứt vi mô ngang tiếp theo, chạy song song với trục uốn trên mặt ngoài. Trên thanh được mạ, chúng có thể chỉ hiển thị dưới dạng các đứt gãy trên lớp mạ. Chi tiết trở thành phế phẩm tại thời điểm này, vì vết nứt là điểm tập trung ứng suất nằm chính xác ở nơi tải trọng mỏi cao nhất trong quá trình hoạt động. Nứt xuyên qua là giai đoạn cuối cùng và không cần mô tả thêm.

Ở mặt trong, chế độ lỗi là khác: mất ổn định nén, thể hiện dưới dạng móp hoặc nhăn. Khi uốn phẳng, đây thường là dấu hiệu rằng thanh không được hỗ trợ đầy đủ. Khi uốn theo cạnh, đây là ràng buộc chi phối chứ không phải là một yếu tố ngẫu nhiên.

Uốn theo cạnh cần bán kính lớn hơn đáng kể

Tất cả những điều trên áp dụng cho uốn phẳng, khi thanh gập qua độ dày và kích thước nhỏ chi phối ứng suất. Uốn cùng một thanh theo hướng khó hơn, qua chiều rộng, thay đổi hoàn toàn hình học: sợi ngoài giờ đây nằm ở khoảng cách bán chiều rộng thanh từ trục trung tính thay vì bán độ dày, và sợi trong có một khoảng_span không hỗ trợ dài trong vùng nén.

Bằng chứng thực tế nằm ở các bảng thông số năng suất máy. SMART-603CNC-S được xếp hạng 260 × 20 mm cho uốn phẳng và 125 × 15 mm cho uốn theo cạnh, và việc giảm khoảng một nửa cả hai kích thước này là một mô hình được tìm thấy trên các thiết bị uốn thanh cái nói chung. Bán kính tối thiểu cho công việc theo cạnh thường là các bội số của chiều rộng thanh, không phải độ dày, và thường gấp nhiều lần số liệu uốn phẳng. So sánh uốn theo cạnh và uốn phẳng thanh cái đề cập đến cơ học và các lựa chọn thiết kế.

Quy tắc bán kính uốn phẳng không được áp dụng cho một vết uốn theo cạnh. Đây là con đường nhanh nhất dẫn đến việc mép ngoài bị nứt.

Hướng hạt

Đồng cuộn và kéo có cấu trúc tinh thể định hướng theo hướng gia công, và khả năng tạo hình phụ thuộc vào hướng này. Quy tắc chung áp dụng cho việc tạo hình tấm: trục uốn vuông góc với hướng cuộn là hướng thuận lợi, còn trục uốn song song với hướng này thì dễ bị nứt.

Với thanh cái thông thường, điều này luôn có lợi cho nhà thiết kế mà không cần nỗ lực thêm. Thanh được cuộn hoặc kéo dọc theo chiều dài, và một vết uốn ngang bình thường đặt trục uốn ngang qua thanh, vuông góc với hướng gia công. Đây là hướng thuận lợi.

Trường hợp không còn tự động nữa là khi thanh cắt từ tấm rộng hoặc xẻ từ cuộn, khi đó chiều dài thanh thành phẩm có thể không thẳng hàng với hướng cuộn ban đầu. Nếu nhà cung cấp thay thanh kéo bằng vật liệu xẻ, hành vi uốn có thể thay đổi dù giấy chứng nhận ghi giống hệt về độ bền. Đó là lý do tốt để ghi hình thức vật liệu, không chỉ bậc và trạng thái nhiệt, trong quy trình uốn.

Đọc giấy chứng nhận nhà máy

Một giấy chứng nhận hữu ích cho thanh cái chứa bậc và tiêu chuẩn, Cu-ETP CW004A theo EN 13601. Nó chứa ký hiệu trạng thái nhiệt dưới cả hai dạng khi nhà máy cung cấp cả hai, R240 / H065. Nó chứa độ bền kéo, độ giãn và độ cứng đo được so với số lô đúc. Nó chứa độ dẫn điện dưới dạng phần trăm IACS, với vật liệu tôi sẽ là 100% hoặc cao hơn và với vật liệu kéo cứng ít nhất 97%, vì gia công nguội làm mất 2 đến 3% độ dẫn điện.

Nội dung thường không có, trừ khi yêu cầu, là độ bền yield 0,2% đo được. Đây là số liệu cần thiết cho tính toán phục hồi lò xo, và với R220 nó chứa biên độ cho phép rộng nhất. Tiêu chuẩn đặt mức tối đa cho độ bền yield của vật liệu mềm, không phải mức tối thiểu, nên hai thanh R220 đạt chuẩn có thể khác nhau gấp đôi về độ phục hồi lò xo. Nếu đồng mềm được dùng trong sản xuất, Rp0,2 đo được nên được ghi trên đơn đặt hàng.

Điều cần kiểm tra khác là giấy chứng nhận tham chiếu đến lô hàng giao thực tế chứ không phải mẫu thử loại. Giấy chứng nhận thử loại phổ biến và không phải bằng chứng giống nhau.

Khi nào cần tôi là giải pháp đúng

Có trường hợp hợp lệ. Thanh dày trên 50 mm, khi đó tôi cục bộ tại vết uốn trước khi tạo hình là cách khả thi duy nhất. Gia công lại thanh đã uốn, khi vùng uốn đã bị công cứng hóa bởi thao tác đầu tiên và uốn lần hai tại cùng vị trí sẽ gây nứt. Bán kính uốn rất nhỏ trên thiết bị cải tạo khi thanh đã cắt và lựa chọn khác là phế liệu.

Cũng có trường hợp phổ biến không phải lý do hợp lệ: mua thanh cứng vì đó là hàng có sẵn, rồi tôi nó để có thể uốn. Chuỗi này trả tiền cho gia công nguội, rồi trả tiền lần nữa để loại bỏ nó, và nó loại bỏ các tính chất cơ học mà trạng thái nhiệt cứng cung cấp. Thanh cứng chống xệ trên nhịp dài không được chống đỡ và chống biến dạng vĩnh viễn dưới lực điện từ ngắn mạch. Tôi toàn bộ thanh không mua được cả khả năng tạo hình của R220 lẫn độ cứng của R290.

Hai giới hạn kỹ thuật áp dụng trước khi cam kết tôi: Cu-ETP mềm dần trên khoảng 150 °C, và một chu trình tôi kết tinh lại đầy đủ thường chạy quanh 400 °C, khi đó kết tinh lại về cơ bản hoàn thành trong vài phút. Ủ lâu hơn làm thô hạt, và hạt thô tạo bề mặt cam trên vết uốn tiếp theo, nên ủ lâu có thể làm xấu bề mặt trong khi làm vật liệu mềm hơn.

Giới hạn thứ hai đặc thù cho bậc này. Cu-ETP chứa oxy dư. Ủ trong môi trường chứa hydro cho phép hydro khuếch tán vào, khử các incluzione ôxít và tạo hơi nước tại ranh giới hạt, làm giòn vật liệu không thể đảo ngược. EN 13601 yêu cầu không bị giòn do hydro đúng vì lý do này. Nếu tôi là một phần của quy trình, khí lò phải được kiểm soát hoặc thay bằng bậc không chứa ôxít.

Viết đơn đặt hàng

Bộ thông tin tối thiểu cho một đơn hàng thanh cái bao gồm grade và tiêu chuẩn, temper designation, tiết diện, hình dạng và yêu cầu chứng chỉ. Việc bổ sung thông số yield strength đã đo được không tốn kém gì cho nhà máy và loại bỏ nguồn gây sai lệch lớn nhất trong quá trình uốn. Nếu một thanh được đưa vào máy uốn có bảng bù co giãn được lưu sẵn, mã temper chính là thông tin mà bảng đó dựa vào, và nếu temper không được chỉ rõ thì bảng sẽ không có mục dữ liệu hợp lệ.

Temper cũng không liên quan đến khả năng mang dòng điện, vốn được xác định bởi tiết diện, cách bố trí và môi trường nhiệt; nếu đây là ràng buộc cần xem xét, công cụ tính ampacity xử lý nó độc lập với quy trình gia công của thanh. Hai quyết định này có thể tách rời, và việc giữ chúng tách rời ngăn cản các tranh luận về khả năng gia công len lỏi vào các tranh luận về sizedesign.