Levymetallitaivutuksen keskeiset käsitteet
Levyjen taivutuksessa on otettava huomioon useita suunnittelukäsitteitä suhteessa lopullisiin osakokoihin. Ennen näiden keskeisten ajatusten tarkastelua on hyödyllistä ymmärtää joitakin peruskäsitteitä:
Neutraaliakseli: Kuvitteellinen viiva metallissa, jota ei venytetä eikä puristeta taivutuksen aikana.
Vetovyöhyke: Taivutuksen ulkopuolinen alue, jossa materiaalia venytetään.
Puristusvyöhyke: Taivutuksen sisäpuolinen alue, jossa materiaalia puristetaan.
Taivutusviiva: Suora tai kaareva viiva, jalonge taivutus tapahtuu.
Laitteen pituus: Tasaisen osan pituus, joka ulottuu taivutusviivalta.
Pääsuunnittelun ja valmistuksen käsitteet selitetään alla.
Kaari säde
Taivutussäde on levyn taivutettaessa muodostuva sisäsäde. Tämä on ensisijainen suunnittelumuuttuja, joka vaikuttaa mittojen tarkkuuteen, lujuuteen, muotoon ja rakenteelliseen eheyteen.
Jokaisella materiaalilla ja paksuudella on minimitaivutussäde —raja, jonka alittaminen tekee taivutuksesta mahdotonta ilman vahinkoa. Yleissääntönä vähimmäistaivutussäteen tulisi olla vähintään yhtä suuri kuin materiaalin paksuus.
Pienin taivutussäde (R min ) = Materiaalin paksuus (t)
Taivutusvähennys
Taivutuksen aikana taivutusalueen materiaali venyy, mikä aiheuttaa siihen, että osan kokonaispituus tasossa on hieman lyhyempi kuin sen laitteiden summa. Taivutusvähennys on määrä, joka on vähennettävä kokonaispituudesta ennen taivutusta, jotta saavutetaan halutut lopulliset mitat taivutuksen jälkeen.
Taivutusvähennys = 2 × (Ulkoinen siirtymä – Taivutussaanti)
Taivutusvähennyksen tarkka huomioiminen on olennaista osan oikean pituuden ja teknisten tietojen saavuttamiseksi. Vähennyksen arvo riippuu materiaalilajista, paksuudesta ja taivutussäteestä.
Taitevaraus
Taivutussaanti on materiaalin pituus, joka tarvitaan taivutuksen kaarevan osan muodostamiseen neutraaliakselin varrella. Kun levyä taivutetaan, sisäpinta puristuu ja ulkopinta venyy, mutta neutraaliakseli säilyttää vakiona olevan pituutensa.
Taivutussaanti ottaa huomioon materiaalin paksuuden, taivutuskulman, taivutustavan ja K-tekijän. Se kuvaa neutraaliakselin kaaren pituutta kahden liekin välillä.
K-kerroin
K-kerroin on tärkeä parametri levyjen taivutussuunnittelussa, ja se määritellään neutraaliakselin siirtymän suhteena materiaalin paksuuteen. Se vaihtelee tyypillisesti välillä 0–1 (käytännössä yleensä 0,25–0,5). Esimerkiksi K-kerroin 0,3 tarkoittaa, että neutraaliakseli sijaitsee 30 %:n kohdalla paksuudesta taivutuksen sisemmästä pinnasta.
K-kerroin auttaa arvioimaan, kuinka paljon materiaali venyy tai puristuu, ja sitä käytetään taivutuslisän laskemiseen. Suositellut arvot vaihtelevat materiaalin ja taivutussäteen mukaan.
Taivutusreliefi
Taivutusaukko on pieni lovi tai leikkaus, joka tehdään taivutusviivan päähän estämään materiaalin repeämisen tai muodonmuutoksen. Se on olennainen osa rakenteen eheyden ja mittojen tarkkuuden ylläpitämiseksi, erityisesti kun taivutus ei ulotu koko osan poikki.
Taivutusaukkoja ei tarvita taivutuksille, jotka kulkevat kokonaan reunasta toiseen. Niitä käytetään silloin, kun taivutus päättyy levyn sisäpuolelle, jotta vältetään jännityskeskittyminen.
Suunnittelusääntö:
Vähimmäisaukon leveys ≥ Materiaalin paksuus (t)
Pienin puristussyvyys ≥ t + Taivutussäde (R) + 0,5 mm
Siihen liittyvä käsite on kulmavapaus , joka on leikkaus tehty risteäviin taivutusviivoihin saumattomien kulmien aikaansaamiseksi ja halkeamisen estämiseksi.
Karkauma
Kun taivutusvoima poistetaan, metalli pyrkii osittain palautumaan alkuperäiseen muotoonsa kimmoisen palautumisen vuoksi—tätä kutsutaan karkauma . Se vaikuttaa lopulliseen taivutuskulmaan ja säteeseen, joten suunnitelmien on kompensoitava sitä tarkkuuden saavuttamiseksi.
Kimmoisa palautuminen riippuu materiaalin kimmoisista ominaisuuksista, taivutussäteestä ja taivutustavasta. Materiaalit, joilla on korkeampi myötöraja, osoittavat enemmän kimmoista palautumista.
Taivutusjärjestys
Taivutusjärjestys on järjestys, jossa useita taivutuksia tehdään yhdelle levylle. Huolellisesti suunniteltu järjestys välttää työkalujen törmäykset, osan muodonmuutokset ja käsittelyongelmat. Yleensä taivutukset tehdään ulkoisista sisempiin, ja yksinkertaiset tai suuret taivutukset tehdään ennen monimutkaisempia. Järjestyksen on myös oltava linjassa käytettävissä olevan työkalun ja koneen ominaisuuksien kanssa.
Puurata
Metallit ovat kiteistä rakeista rakennetta, joka johtuu niiden valmistusprosessista (esim. valssauksesta). Näiden rakeiden suunta vaikuttaa taivutettavuuteen.
Murtumariskin vähentämiseksi, erityisesti tiukkoja taiteita tai tiettyjä materiaaleja käytettäessä, taiteviivan tulisi olla suunnattu kohtisuoraan rakeisuuntaan nähden kohtisuoraan. Rakeisuunnan suuntainen taivutus lisää murtumisen todennäköisyyttä.
