Uốn cạnh so với uốn phẳng thanh cái

Uốn phẳng và uốn cạnh không phải hai thiết lập của cùng một nguyên công. Chúng là hai bài toán tạo hình khác nhau với những kiểu hỏng giới hạn khác nhau, khuôn dao khác nhau và, trên phần lớn máy, những trị số năng lực khác nhau. Cách gọi thay đổi theo vùng: uốn phẳng còn được gọi là uốn theo chiều dễ, uốn nằm hay uốn ngang; uốn cạnh là uốn theo chiều khó, uốn đứng hay uốn theo cạnh. Phần cơ học thì không đổi.

Một mối uốn phẳng gập thanh qua chiều dày của nó, nên kích thước nhỏ chi phối. Một mối uốn cạnh gập thanh qua bề rộng, nên kích thước lớn chi phối. Mọi thứ khác đều bắt nguồn từ một lần hoán đổi đó.

Mô men chống uốn là toàn bộ câu chuyện

Với một thanh chữ nhật bề rộng w và chiều dày t, mô men chống uốn đàn hồi quanh hai trục chính là:

• Uốn phẳng: Z = w·t² / 6
• Uốn cạnh: Z = t·w² / 6

Các mô men chống uốn dẻo mang đúng tỷ lệ đó, w·t²/4 và t·w²/4, và chính giá trị dẻo mới là thứ có ý nghĩa một khi bạn đang tạo hình. Dù theo cách nào thì tỷ số giữa chúng đơn giản là w/t.

Chỉ một con số đó thôi là hệ số nhân cho mô men uốn. Vài trường hợp cụ thể:

Hãy đọc kỹ phần phụ thuộc vào bề rộng, bởi đó là phần khiến người ta bất ngờ. Mô men chống uốn khi uốn phẳng tuyến tính theo bề rộng: gấp đôi bề rộng là gấp đôi lực. Mô men chống uốn khi uốn cạnh đi theo bình phương bề rộng: gấp đôi bề rộng là gấp bốn lần. Một thanh rộng 200 mm không phải khó uốn cạnh gấp hai lần thanh 100 mm. Nó khó gấp bốn lần.

Chiều dày thì cư xử ngược lại. Lực uốn phẳng đi theo t², còn lực uốn cạnh chỉ tuyến tính theo t. Vậy một thanh mỏng mà rộng là ứng viên uốn cạnh tệ nhất có thể, tệ trên cả hai phương diện cùng lúc: nó vừa cần lực cao vừa chống lại yếu nhất cái kiểu hỏng mô tả ngay dưới đây. Nếu bạn muốn các con số lực ép cho một tiết diện cụ thể, công cụ tính lực uốn thanh cái sẽ tính ra từ hình học.

Tính ổn định đặt ra giới hạn trước cả lực

Máy thì bị giới hạn bởi mô men. Phôi thì bị giới hạn bởi tính ổn định, và trong uốn cạnh thì giới hạn của phôi tới trước.

Ở mặt ngoài của một mối uốn cạnh, thớ vật liệu nằm cách trục trung hòa nửa bề rộng thanh chứ không phải nửa chiều dày. Biến dạng kỹ thuật ở thớ ngoài là:

ε = 1 / (2·(R/w) + 1)

Ở bán kính trong bằng đúng bề rộng thanh thì đó là 33%. Ở gấp đôi bề rộng, 20%. Ở gấp bốn lần bề rộng, 11%. Đem so với các con số độ giãn dài của những cấp độ cứng theo EN 13601, nơi R240 nửa cứng được quy định tối thiểu 8% và R290 cứng là 4%, thì rõ ra vì sao bán kính uốn cạnh được nêu theo bội số của bề rộng chứ không theo bội số của chiều dày. Khả năng chịu biến dạng khi uốn quả thật vượt độ giãn dài khi kéo, vì những lý do đã trình bày trong bài về cấp độ cứng của đồng và bán kính uốn nhỏ nhất, nhưng phần dư đó không đủ lớn để biến R/w dưới khoảng 2 thành một quy tắc chung an toàn.

Ở mặt trong của mối uốn, vấn đề lại khác và thường mới là thứ chi phối. Thớ trong chịu nén dọc theo một cung, và phần vật liệu gánh lực nén đó là một dải chỉ dày t và sâu w. Đó là một tấm mảnh chịu tải trong chính mặt phẳng của nó, mà tấm mảnh chịu nén thì oằn ra ngoài mặt phẳng. Ứng suất tới hạn giảm theo bình phương độ mảnh, nên khi w/t tăng lên thì mép trong ngày càng dễ bị nhăn. Kết quả nhìn thấy được là một mép trong gợn sóng hoặc dạng vỏ sò, đôi khi kèm cả tiết diện bị xoay lệch khỏi phương vuông góc.

Đó là lý do các trị số năng lực uốn cạnh chặt hơn hẳn so với uốn phẳng. Trên SMART-603CNC-S, uốn phẳng có định mức 260 × 20 mm còn uốn cạnh là 125 × 15 mm. Cả hai kích thước đều giảm chứ không riêng bề rộng, và cùng quy luật đó xuất hiện ở thiết bị uốn thanh cái nói chung. Trị số định mức đánh dấu điểm mà tại đó bộ khuôn không còn giữ nổi tiết diện vuông góc suốt mối uốn.

Giới hạn thực tế

Kết hợp phép tính biến dạng với thực hành thông thường của xưởng cho ra một dải làm việc. Hãy coi những con số này là điểm khởi đầu mang tính chỉ dẫn, cần được xác nhận trên một chi tiết mẫu đầu tiên, chứ không phải giới hạn quy định.

Bán kính trong ít nhất bằng 2× bề rộng thanh với đồng mềm và đồng nửa cứng, và 3× trở lên với cấp độ cứng cao. Tỷ số bề rộng trên chiều dày dưới khoảng 10 để có kết quả đáng tin mà không cần đồ gá đỡ chuyên dụng; trên 12 đến 15 thì hãy chờ đợi mép trong bị nhăn bất kể bán kính là bao nhiêu. Bề rộng thanh nằm trong khoảng một nửa định mức uốn phẳng của máy. Cấp độ cứng cao trên tiết diện rộng là tổ hợp hỏng thường xuyên nhất, bởi cả giới hạn biến dạng thớ ngoài lẫn giới hạn oằn đều đang siết lại cùng lúc.

Đàn hồi ngược cũng cư xử khác. Hình học vùng dẻo, điều kiện ràng buộc từ bộ khuôn và R/t hữu hiệu đều khác so với trường hợp uốn phẳng, nên một lượng bù cho uốn cạnh không suy ra được từ lượng bù cho uốn phẳng. Hãy giữ hai bộ mục này tách riêng trong bảng bù đàn hồi ngược.

Khuôn dao và đồ gá đỡ

Một mối uốn cạnh phải được chặn ở mọi hướng mà tiết diện có thể chạy thoát, và bộ khuôn làm việc đó không phải bộ khuôn dùng để uốn phẳng.

Thanh phải được kẹp áp vào cả hai mặt rộng suốt cả cung uốn, chứ không chỉ ở chỗ vào. Mặt rộng không được đỡ sẽ để tiết diện xoay, và một tiết diện đã xoay cho ra một mối uốn vừa lệch mặt phẳng vừa sai góc.

Mép trong cần một khối tì đi theo hoặc một khối ép chạy cùng mối uốn và giữ cho mép bị nén khỏi oằn. Đây chính là bộ phận phân biệt một cỗ máy uốn cạnh được với một cỗ máy chỉ đơn thuần có chế độ uốn cạnh.

Khuôn uốn cần một rãnh khớp với chiều dày thanh. Một cối chữ V vạn năng chạy được trên cả một dải chiều dày khi uốn phẳng sẽ không giữ nổi một tiết diện khi uốn cạnh, bởi đúng cái khe hở cho nó tính linh hoạt lại là khe hở mà tiết diện cần để xoay vào.

Bôi trơn quan trọng hơn so với uốn phẳng, bởi áp lực tiếp xúc trên mặt khuôn uốn cao hơn và thanh trượt trên khuôn một quãng dài hơn trong lúc uốn.

Đoạn dẫn vào thẳng cũng phải dài hơn. Chiều dài kẹp là một ràng buộc kích thước lên cách bố trí chi tiết, và nó là nguyên nhân phổ biến của những thiết kế uốn được trên nguyên tắc nhưng không uốn được trên cỗ máy sẽ làm ra nó. Hãy giữ lỗ và mối nối chồng ra xa vùng uốn; chừa ít nhất 10 mm giữa một mối uốn và một mối nối chồng, và 20 mm giữa một mối uốn và một điểm đỡ, là thực hành thông thường trong xưởng làm tủ điện.

Các phương án thiết kế thay thế

Khi một mối uốn cạnh không lọt vào dải làm việc thì có ba cách đi vòng, và chúng không thay thế cho nhau được.

Xoắn rồi uốn phẳng

Xoắn thanh 90° quanh trục của chính nó để mặt rộng xoay vào mặt phẳng của hướng cần đổi, rồi thực hiện việc đổi hướng đó bằng một mối uốn phẳng thông thường. Việc tạo hình thì dễ, khuôn dao là loại tiêu chuẩn, biến dạng thớ ngoài trong mối uốn do chiều dày chi phối chứ không do bề rộng, và thanh tới đích với sẵn đúng mặt phẳng mà đầu nối muốn. Cái giá là chiều dài: một mối xoắn cần đoạn thanh thẳng của riêng nó, thường ít nhất gấp hai lần bề rộng thanh và thường là hơn. Hướng dẫn xoắn thanh cái bàn về hình học và các góc đạt được, còn xoắn là một năng lực tiêu chuẩn trên các đầu uốn thanh cái chứ không phải một cỗ máy riêng.

Góc ghép nối

Thực hiện việc đổi hướng bằng hai thanh thẳng và một mối nối chồng bắt bu lông. Hoàn toàn không có giới hạn tạo hình nào, nên cách này chạy được ở mọi bề rộng và mọi cấp độ cứng. Cái giá là một mối nối nằm trên đường đi của dòng, và điều đó nghĩa là có điện trở tiếp xúc, một đặc tả mô men siết, một nghĩa vụ bảo trì và một điểm kiểm tra. Thực hành trong xưởng làm tủ điện chọn phần chồng lấn sao cho diện tích tiếp xúc ít nhất gấp năm lần tiết diện thanh. Một mối nối cũng là một điểm gián đoạn về nhiệt, nên nó phải nằm ở chỗ mà việc kiểm chứng độ tăng nhiệt còn dung nạp được.

Tấm cắt theo biên dạng hoặc ghép đoạn

Cắt cả góc thành một chi tiết định hình duy nhất từ tấm, để việc đổi hướng diễn ra ngay trong mặt phẳng vật liệu và không cần tạo hình gì. Cách này cho điện trở thấp nhất trong ba phương án, không có mối nối, và hoàn toàn tự do về hình học của góc. Cái giá là hiệu suất sử dụng vật liệu, vì phần cắt bỏ nằm bên trong góc là phế liệu, cộng thêm một chi tiết không còn là tiết diện tiêu chuẩn trên bản vẽ.

Chọn giữa chúng

Một quy tắc quyết định đứng vững được trên thực tế:

Nếu thanh nằm trong dải uốn cạnh của máy và bản vẽ cho phép bán kính trong ít nhất gấp đôi bề rộng thanh thì hãy uốn cạnh. Đó là ít nguyên công nhất và ít chi tiết nhất.

Nếu bề rộng hoặc tỷ số bề rộng trên chiều dày nằm ngoài dải đó, nhưng tuyến đi còn đủ chiều dài thẳng trước chỗ đổi hướng, thì hãy xoắn rồi uốn phẳng. Đây là phương án mặc định cho thanh rộng mà mỏng, và nó thường rẻ hơn người ta tưởng bởi cả hai nguyên công đều chạy trên cùng một đầu uốn.

Nếu không có chiều dài nào dành cho một mối xoắn, và cái góc đó dù sao cũng là chỗ tự nhiên để đặt một mối nối, thì hãy dùng một góc bắt bu lông. Một cái góc vốn đã cần một điểm rẽ nhánh, một chỗ chuyển tiếp giữa các tiết diện, hoặc một điểm ngắt để bảo trì thì là cái góc nên có một mối nối trong đó, bất kể thế nào.

Nếu mật độ dòng điện hoặc hình học vỏ tủ loại trừ khả năng có mối nối, và không còn chỗ để xoắn, thì hãy cắt góc theo biên dạng từ tấm.

Thứ tự có ý nghĩa. Mỗi bước đi xuống trong danh sách đều thêm hoặc chi tiết, hoặc nguyên công, hoặc phế liệu, nên hãy đi từ trên xuống chứ đừng bắt đầu từ dưới lên.

Chỗ điều này lộ ra trong buổi soát xét thiết kế

Phần lớn vấn đề về uốn cạnh đã được định đoạt từ rất lâu trước khi thanh tới xưởng. Một tuyến đi được vẽ trong 3D với một góc 90° nằm sai mặt phẳng, trên thanh 160 × 10, ở bán kính 100 mm, không phải một vấn đề chế tạo mà thêm lực ép là giải quyết được. Đó là một hình học mà không lượng lực nào tạo ra nổi nếu không kèm một mép trong bị nhăn.

Can thiệp rẻ tiền là kiểm tra ba con số trong buổi soát xét thiết kế: bề rộng thanh đối chiếu với định mức uốn cạnh của máy, bán kính trong đối chiếu với bề rộng thanh, và bề rộng đối chiếu với chiều dày. Hai trong ba mà trượt thì tuyến đi cần được sửa. Những cỗ máy như EMAC-BB-H12 đọc trực tiếp hình học 3D và 2D làm cho phép kiểm tra này dễ tự động hóa, bởi danh sách mối uốn vốn đã nằm trong tệp còn dải năng lực thì vốn đã nằm trong bộ điều khiển.