Tonnellaggio di punzonatura sbarre CNC: formula e dimensionamento della macchina

Il tonnellaggio di punzonatura è determinato dalla lunghezza del materiale tagliato in una singola corsa, dallo spessore della sbarra e dalla resistenza al taglio del materiale. La sola larghezza della sbarra non determina la forza. Una sbarra di rame da 120 × 12 mm può richiedere un carico modesto per un piccolo foro oppure un carico molto maggiore per un’asola lunga o per più fori punzonati contemporaneamente.

Il calcolo riportato di seguito è adatto al dimensionamento iniziale della macchina. Non sostituisce il diagramma dei carichi ammissibili della pressa, la capacità nominale di punzone e matrice, né una prova con il grado reale di rame o alluminio dell’acquirente.

Utilizzare un unico sistema di unità di misura dall’inizio alla fine

La forma ingegneristica più chiara è:

Forza di punzonatura (kN) = perimetro di taglio (mm) × spessore (mm) × resistenza al taglio (N/mm²) ÷ 1.000

Per un foro rotondo, il perimetro di taglio è π × diametro. Per un’apertura rettangolare senza correzione del raggio d’angolo, è 2 × (lunghezza + larghezza). Se più punzoni tagliano nello stesso istante, sommare i loro perimetri prima di calcolare la forza.

La guida agli utensili CONIC pubblica questo metodo in kN e fornisce valori di riferimento della resistenza al taglio di 300 N/mm² per il rame e 200 N/mm² per l’alluminio. Tali valori sono utili per una prima selezione, ma tempra, lega e dati del fornitore possono modificare il risultato. Non indicare 300 N/mm² come 300 kg/mm²; mescolare queste unità produce una conversione errata.

Esempio svolto: foro da 13 mm in rame da 10 mm

1. Perimetro: π × 13 = 40,84 mm
2. Area tagliata: 40,84 × 10 = 408,4 mm²
3. Forza: 408,4 × 300 ÷ 1.000 = 122,5 kN
4. Equivalente in tonnellate-forza: 122,5 ÷ 9,80665 = 12,5 tf

Se il certificato del laminatoio o il fornitore dell’utensile indica 250 N/mm² per la tempra reale del rame, la stessa geometria calcola 102,1 kN, ossia circa 10,4 tf. È questa differenza il motivo per cui l’acquirente dovrebbe conservare l’ipotesi di materiale accanto a ogni risultato.

Spessore e perimetro scalano il carico linearmente

La seguente tabella di prima selezione utilizza un foro rotondo da 13 mm, rame a 300 N/mm² e alluminio a 200 N/mm². I valori sono carichi di taglio calcolati, non capacità di pressa consigliate.

Raddoppiare lo spessore raddoppia il carico calcolato. Raddoppiare il diametro di un foro rotondo lo raddoppia anch’esso, perché la circonferenza è proporzionale al diametro. Un’asola lunga può richiedere più forza di un foro rotondo dall’aspetto più grande, quindi il dato determinante nella richiesta di offerta è il perimetro di taglio massimo per corsa, non semplicemente il diametro massimo del foro.

Trasformare il calcolo in un requisito della macchina

Partire dalla corsa più gravosa prevista, quindi verificare le condizioni che la formula semplice non coglie:

• il numero di fori che tagliano simultaneamente;
• la capacità di punzone e matrice nella stazione selezionata;
• il carico eccentrico e il diagramma dei carichi del costruttore della pressa;
• la forza dello spogliatore e il comportamento di espulsione dello sfrido;
• la variazione di lega e tempra del rame;
• l’usura del punzone e l’intervallo di riaffilatura;
• il ciclo di lavoro continuo e la temperatura del sistema idraulico;
• qualsiasi derating applicato a forme speciali o materiale spesso.

Un moltiplicatore arbitrario del 30–50% non sostituisce queste verifiche. Un progetto può applicare un margine ingegneristico, ma il suo valore dovrebbe derivare dal costruttore della macchina, dal costruttore dell’utensile e dal range di materiali dell’acquirente. Registrare sia il carico calcolato sia l’impostazione di pressa approvata nella scheda di processo.

La postazione di punzonatura e cesoiatura DHCNC-BP-60 è pubblicata con una forza di punzonatura nominale di 600 kN, un involucro massimo del pezzo di 6.000 × 200 × 15 mm e una precisione del passo fori di ±0,20 mm/m. Queste specifiche descrivono l’involucro della macchina; ogni schema di fori proposto necessita comunque del calcolo del perimetro e della conferma degli utensili sopra descritti.

Il gioco della matrice è una decisione sugli utensili, non una regola fissa per le sbarre

Il gioco influisce sul carico di taglio, sulla bava, sull’arrotondamento, sulla superficie di frattura, sull’espulsione dello sfrido e sulla vita dell’utensile. Deve inoltre essere dichiarato senza ambiguità come gioco totale o gioco per lato.

CONIC definisce il gioco totale come apertura della matrice meno dimensione del punzone, con gioco per lato pari alla metà di tale valore. La sua guida al gioco delle matrici di taglio fornisce fattori di riferimento per il rame per specifici utensili di punzatrici servo/idrauliche e meccaniche. Consiglia inoltre di moltiplicare il riferimento, per lamiera più spessa di 3,2 mm, per circa 1,4 e di verificare le specifiche della macchina.

Quella tabella è un punto di partenza, non un’impostazione universale per le sbarre. Un gioco totale del 15% e un gioco per lato del 15% sono due utensili molto diversi. Riportare questi elementi sul disegno dell’utensile:

• grado e tempra del materiale;
• spessore nominale e variazione ammessa;
• dimensione del punzone;
• dimensione della matrice;
• gioco totale e per lato;
• altezza della bava accettabile e condizioni della faccia di taglio;
• istruzioni di lubrificazione e riaffilatura.

Interasse dei fori e distanza dal bordo derivano dal progetto del pezzo

Regole come «la distanza dal bordo è pari a due diametri del foro» possono essere utili euristiche di officina, ma non sono requisiti universali della IEC 61439. Strappo del bordo, rifollamento del giunto, area di contatto, dimensioni della rondella, distanza di isolamento e progetto verificato dell’assieme influenzano tutti la geometria accettabile.

La macchina deve riprodurre il disegno approvato; non deve inventare i limiti strutturali del disegno. Per i lavori su apparecchiature di manovra, separare tre domande:

1. Il progetto della sbarra e del giunto soddisfa la verifica elettrica e meccanica del progettista dell’assieme?
2. Punzone e matrice possono realizzare la caratteristica senza distorsione eccessiva o rischio per l’utensile?
3. La macchina può mantenere la tolleranza del disegno su tutta la lunghezza della sbarra e del lotto?

La IEC 61439 disciplina gli assiemi di apparecchiature di manovra e controllo a bassa tensione. Non prescrive un requisito generale di posizione dei fori di ±0,1 mm per ogni sbarra. Il campo di applicazione della IEC 61439-1 va quindi citato come quadro di riferimento per gli assiemi, non come tabella di tolleranze di lavorazione.

Creare un foglio di calcolo di officina ripetibile

Per ogni famiglia di pezzi ricorrente, registrare la geometria del foro o dell’asola, il numero di caratteristiche simultanee, il grado del materiale, lo spessore, la fonte della resistenza al taglio, i kN calcolati, la stazione utensile, il gioco, l’impostazione di macchina approvata e il risultato dell’ispezione. Ricalcolare ogni volta che cambiano materiale, spessore, layout degli utensili o numero di fori simultanei.

Gli acquirenti che confrontano classi di macchine possono consultare la più ampia guida alla scelta della punzonatrice CNC per sbarre per domande su torretta, annidamento e manutenzione. Il foglio di calcolo del tonnellaggio deve restare la fonte di riferimento per la decisione sul carico.