母排立弯与平弯的对比

平弯和立弯不是同一道工序的两种设置。它们是两个不同的成形问题：极限失效模式不同、模具不同，在多数设备上加工能力标称值也不同。叫法各地不一：平弯也被称作易弯方向、平折或水平折弯；立弯则叫难弯方向、侧折或立折。力学机理不会因此改变。

平弯是把母排沿厚度方向折过来，由小尺寸起控制作用；立弯是沿宽度方向折，由大尺寸起控制作用。其余的一切都由这一处对调推导而来。

截面模量说明了全部问题

对宽度为 w、厚度为 t 的矩形母排，绕两个主轴的弹性截面模量分别是：

• 平弯：Z = w·t² / 6
• 立弯：Z = t·w² / 6

塑性截面模量的比值与之相同，为 w·t²/4 和 t·w²/4，而一旦进入成形阶段，起作用的是塑性值。无论用哪一组，两者之比都就是 w/t。

这一个数字就是弯矩上的倍数。举几个具体例子：

对宽度的依赖关系要仔细看，因为让人意外的正是这一部分。平弯的截面模量与宽度成线性关系：宽度加倍，力也加倍。立弯的截面模量与宽度的平方成正比：宽度加倍，力变成四倍。200 mm 宽的母排立弯起来不是 100 mm 母排的两倍难，而是四倍难。

厚度的规律正好反过来。平弯的力与 t² 成正比，立弯的力只与 t 成线性关系。所以又薄又宽的母排在两方面同时成为最不适合立弯的对象：既需要很大的力，又对下文要讲的那种失效模式抵抗力最弱。要得到某个具体截面的吨位数值，母排折弯力计算器可以从几何尺寸算出来。

先到极限的是稳定性，不是力

设备受弯矩限制，工件受稳定性限制，而在立弯中先到的是工件这一头的限制。

在立弯的外侧，纤维离中性层的距离是半个母排宽度，而不是半个厚度。外层纤维的工程应变为：

ε = 1 / (2·(R/w) + 1)

内半径等于母排宽度时是 33%，等于两倍宽度时是 20%，等于四倍宽度时是 11%。把这些数与 EN 13601 各状态的延伸率对照——R240 半硬态规定最低 8%，R290 硬态最低 4%——就清楚为什么立弯半径是按宽度的倍数、而不是按厚度的倍数给出的。折弯所能承受的应变确实超过拉伸延伸率，原因见铜的状态与最小弯曲半径一文，但这点余量还不足以让 R/w 低于 2 左右成为一条安全的通则。

折弯内侧的问题不一样，而且通常是它起支配作用。内层纤维沿一段弧受压，承担这份压缩的材料是一条只有 t 厚、w 深的窄条。它是一块在自身平面内受载的细长板，而受压的细长板会向平面外屈曲。临界应力随长细比的平方下降，因此 w/t 越大，内侧边缘就越容易起皱。看得见的结果是内侧边缘呈波浪状或扇贝状，有时整个截面还会翻倒、失去方正。

这就是立弯的加工能力标称值比平弯紧得多的原因。在 SMART-603CNC-S 上，平弯能力标称 260 × 20 mm，立弯为 125 × 15 mm。降下来的不只是宽度，两个尺寸都降，母线折弯设备上普遍是这个规律。这个标称值标出的，是模具已经无法在整个折弯过程中把截面保持方正的那个点。

实用限值

把应变计算与通常的车间做法结合起来，可以得到一个可用的工作范围。请把它们当作有待首件确认的参考起点，而不是规定性的限值。

软态和半硬态铜的内半径至少取母排宽度的 2 倍，硬态取 3 倍或更多。在没有专门支撑的条件下要得到可靠结果，宽厚比应低于 10 左右；高于 12 至 15 时，无论半径多大都要预计内侧边缘起皱。母排宽度控制在设备平弯标称值的一半上下。宽截面配硬态是最常失败的组合，因为外层纤维的应变极限和屈曲极限在同时收紧。

回弹的表现也不一样。塑性区的几何形状、模具施加的约束以及有效 R/t 都与平弯不同，所以立弯的补偿量不能从平弯的推导出来。在回弹补偿表里把这两组条目分开存。

模具与支撑

立弯必须在截面可能跑掉的每一个方向上都加以约束，而做这件事的模具不是平弯用的那套模具。

母排必须在整段折弯弧上被两个宽面夹住，而不只是在入口处夹住。宽面没有支撑，截面就会翻转，翻转的截面折出来的弯不但角度不对，还会偏出平面。

内侧边缘需要一个随折弯一起移动的随动块或压紧块，把受压的边缘顶住，不让它屈曲。正是这个部件把真正能立弯的设备，与只是带一个立弯模式的设备区分开来。

折弯模上需要一条与母排厚度匹配的槽。在平弯时能覆盖一段厚度范围的通用 V 型模托不住立弯的截面，因为让它具备通用性的那点间隙，恰恰就是截面翻转所需要的间隙。

润滑比平弯时更重要，因为折弯模面上的接触压力更高，折弯过程中母排在模具上滑过的距离也更长。

直段引入长度也要更长。夹持长度是零件布置上的一项尺寸约束，也是一类设计的常见成因——原理上折得了，在实际要加工它的那台设备上却折不了。孔和搭接接头要避开折弯区；折弯与搭接接头之间至少留 10 mm、折弯与支撑点之间至少留 20 mm，是配电柜车间通常的做法。

设计上的替代方案

当立弯不落在可行范围内时，有三条绕开的路，而它们之间并不能互相替代。

扭转加平弯

把母排绕自身轴线扭转 90°，使宽面转到所需换向的那个平面内，再按普通平弯完成这次换向。成形容易，模具是标准的，折弯处外层纤维的应变由厚度而不是宽度控制，而且母排到达终点时已经处在接线端子所要求的平面上。代价是长度：扭转需要占用一段自己的直段母排，通常至少是母排宽度的两倍，往往还更多。母排扭转指南讲了几何关系和可实现的角度，而扭转是母线折弯头上的标准功能，不需要单独一台设备。

接头式转角

用两根直母排加一个螺栓搭接接头来完成换向。完全没有成形方面的限制，所以任何宽度、任何状态都能做。代价是电流路径上多了一个接头，也就意味着接触电阻、一条拧紧力矩规定、一项维护义务和一个检查点。配电柜的做法是把搭接尺寸定到接触面积至少为母排截面积的五倍。接头同时也是一个热学上的不连续点，所以它必须落在温升验证能够容纳的位置。

分段或板材成形件

把转角作为一整块异形件从板材上切出来，换向就发生在材料本身的平面内，不需要任何成形。这在三种方案中电阻最低，没有接头，转角几何形状也完全自由。代价是材料利用率——转角内侧切下的余料是废料——以及图纸上的这个零件不再是标准型材截面。

三者之间如何选

一条在实践中站得住的判定规则：

如果母排落在设备的立弯能力范围之内，而且图纸允许内半径达到母排宽度的两倍以上，就直接立弯。这样工序最少，零件也最少。

如果宽度或宽厚比超出这个范围，但走线在换向之前有足够的直段长度可用，就扭转再平弯。这是又宽又薄的母排的默认做法，而且通常比人们预想的便宜，因为两道工序都在同一个折弯头上完成。

如果没有长度可供扭转，而这个转角本来就是设接头的自然位置，就用螺栓转角。一个本来就需要分接、需要在不同截面之间过渡、或者需要留检修断开点的转角，无论如何都应该在那里设一个接头。

如果电流密度或柜体几何形状不允许设接头，又没有空间做扭转，就把转角从板材上切出来。

顺序是有意义的。沿这个清单每往下走一步，都会多出零件、多出工序或多出废料，所以要从上往下走，而不是从最后一条开始。

这在设计评审中如何体现

多数立弯问题在母排到达车间之前很久就已经定下来了。一条在 3D 中画出的走线，90° 转角落在错误的平面上，母排 160 × 10，半径 100 mm——这不是一个靠加大吨位来解决的制造问题，而是一个无论用多大的力都做不出、内侧边缘必定起皱的几何形状。

代价最低的干预，是在设计评审时核对三个数：母排宽度对设备的立弯标称值，内半径对母排宽度，宽度对厚度。三项中有两项不过关，就说明走线需要改。像 EMAC-BB-H12 这样直接读取 3D 和 2D 几何的设备，让这项检查很容易自动化，因为折弯清单已经在文件里，加工能力范围也已经在数控系统里。