Največja debelina pločevine: primerjava jekla, nerjavnega jekla in aluminija

Škarje z nazivno zmogljivostjo 1,5 mm režejo približno 1,0 mm nerjavnega jekla in 2,2 mm aluminija. Isti nazivni podatek pomeni tri različne debeline. Tehnični list razlog navaja tako neopazno, da ga skoraj nihče ne opazi: ob zmogljivosti piše »400 N/mm²«. To je trdnost mehkega jekla, na katero se podatek nanaša. Z materialom se spremeni meja, pretvorbeni faktor pa ni enak za rezanje, upogibanje in valjanje. Spodaj so koeficienti, njihov izračun in meje, zunaj katerih ne veljajo več. Uradni distributer Bernardo od leta 2007.

Vsaka zmogljivost rezanja ali upogibanja, ki jo navede evropski proizvajalec, velja za določen material. Bernardo to zapiše v tehnično preglednico: »Najv. debelina pločevine (400 N/mm²)«. Teh 400 N/mm² pomeni natezno trdnost običajnega konstrukcijskega jekla, praviloma S235JR, ki ga v delavnici imenujemo mehko jeklo ali črna pločevina.

To ni trgovski dogovor, temveč osnova za primerjavo strojev različnih znamk. Težava nastane, ko delavnica obdeluje nerjavno jeklo ali aluminij in to vrednost razume kot univerzalno.

Sila, potrebna za rezanje ali upogibanje, je sorazmerna s trdnostjo materiala. Če ima stroj stalno največjo silo, je največja debelina obratno sorazmerna s trdnostjo. Iz tega izhaja vse ostalo.

Izračunamo razmerje med trdnostjo materiala in referenčnimi 400 N/mm², nato nazivno debelino delimo s tem razmerjem.

Dovoljena debelina = nazivna debelina × (400 / Rm materiala)

AISI 304 ima Rm približno 600 N/mm². Razmerje je 600/400 = 1,5, zato debelina pade na 1/1,5 = 0,65-kratnik nazivne vrednosti. Aluminij 5754 H22 je pri približno 240 N/mm²: razmerje 0,6 in debelina 1,65-kratnik nazivne vrednosti.

Ta formula velja za rezanje in upogibanje. Pri valjanju je izračun drugačen, kot bomo videli v nadaljevanju.

Vrednosti so izračunane iz nazivnih podatkov, s faktorjem 0,65 za nerjavno jeklo AISI 304 in 1,5 za aluminij serije 5000. Cene vključujejo DDV.

† Vrednost za aluminij je meja sile, ne konstrukcijska meja. Nad nazivno debelino je treba razmik med reziloma povečati po preglednici proizvajalca, pritiskač pa mora material zanesljivo vpeti. Pri hidravličnih giljotinskih škarjah odprtina pritiskača omeji zmogljivost prej kot sila: stolpec za aluminij je treba preveriti za vsak model posebej, ne ga slepo uporabiti.

Stolpec za nerjavno jeklo vedno pomeni zmanjšanje in je zato na varni strani. Če izbirate stroj predvsem za nerjavno jeklo, potrebno debelino nerjavnega jekla delite z 0,65: rezultat je nazivna zmogljivost za jeklo, ki jo iščete v katalogu. Za 2 mm AISI 304 potrebujete nazivno zmogljivost 3 mm.

Pri univerzalnem vzvodnem ali pregibnem stroju je načelo enako: stroj na prečniku razvije največji navor, ki ga trdnejši material hitreje izkoristi. Bernardo BB 2000 RS navaja 0,8 mm na dolžini 2.000 mm pri 400 N/mm², torej približno 0,5 mm AISI 304 in 1,2 mm aluminija.

Pri upogibalni stiskalnici izhodiščni podatek ni debelina, temveč tonaža, zato je smiseln neposreden izračun. V delavnici se uporablja formula:

F [kN na meter] = 1,42 × Rm × S² / V

Rm je trdnost v N/mm², S debelina in V odprtina matrice, oboje v milimetrih. Praktično pravilo za izbiro V je osemkratnik debeline pri materialih debeline od 0,7 do 6 mm.

En meter pločevine debeline 2 mm na matrici V16 zahteva:

Pri enaki debelini je razlika med mehkim in nerjavnim jeklom 7 ton na meter. Na treh metrih upogibanja je to 21 ton, zato stiskalnica, dimenzionirana za mehko jeklo, pri prvem delu z nerjavnim jeklom ne zadošča.

Ta del je redko pojasnjen, vendar ga je vredno razumeti, saj vodi do drugačne vrednosti.

Pri rezanju ali prostem upogibanju se geometrija prilagodi debelini: matrico zamenjamo in nastavimo razmik med reziloma. Sila zato raste sorazmerno z debelino in velja prej navedeni koeficient.

Pri valjalnem stroju je geometrija nespremenljiva: razdalja med spodnjima valjema se ne spreminja. Potrebni upogibni moment raste s kvadratom debeline, ne linearno. Pretvorbeni koeficient je zato kvadratni koren razmerja trdnosti, zmanjšanje zmogljivosti pa je precej manjše.

Pri valjalnem stroju prehod z mehkega jekla na AISI 304 zmanjša dovoljeno debelino za približno 19%, ne 35%. Stroj za 2 mm mehkega jekla obdela približno 1,6 mm nerjavnega jekla, ne 1,3 mm.

Koeficiente pomnožite z debelino, navedeno na tehničnem listu.

† Teoretične vrednosti zunaj mehanske zmogljivosti stroja. Glejte nadaljevanje.

Izjava »obdelujem nerjavno jeklo« pove premalo. Med tremi skupinami, ki so običajne v delavnici, je razlika v trdnosti 30%.

AISI 430 je feriten, magneten in najmanj trden od teh treh materialov. Uporablja se za opremo, panele in zaščitne pokrove. Stane 35% manj kot 304, zmogljivost stroja pa zmanjša le za 17%.

AISI 304 je referenca: avsteniten, v žarjenem stanju nemagneten in običajno mišljen, ko govorimo o nerjavnem jeklu brez natančnejše oznake.

AISI 316 vsebuje molibden za odpornost proti kloridom in se na stroju obnaša kot nekoliko trši 304.

Koeficienti pa ne zajamejo ene lastnosti: avstenitna nerjavna jekla se deformacijsko utrjujejo. Z deformacijo postajajo trša, kar ima dve praktični posledici. Pri rezanju prevelik razmik med reziloma utrdi material pred ločitvijo, zato nastane trd srh in rezilo se hitreje obrablja. Pri nerjavnem jeklu naj bo razmik manjši, približno 5% debeline namesto 8% pri mehkem jeklu. Pri upogibanju je elastično vračanje večje: AISI 304 je treba upogniti nekaj stopinj prek želenega kota, pri mehkem jeklu pa je odstopanje minimalno.

Pri aluminiju so razlike ogromne in samo ime materiala ne pove ničesar.

Žarjeni 1050, skoraj čisti aluminij za kleparska dela in obloge, ima manj kot 100 N/mm². Teoretični koeficient je 4,4. V praksi ga nobene škarje ne dosežejo, saj konstrukcijsko mejo stroja dosežemo veliko prej.

5754 H22, najpogostejša zlitina za lahke konstrukcije, ima približno 240 N/mm² in koeficient 1,65. To vrednost uporabimo, ko drugih podatkov ni.

6082 T6, toplotno obdelana konstrukcijska zlitina, doseže 320 N/mm² s koeficientom 1,25. Dopušča le malo več kot mehko jeklo.

Dobavitelji aluminija to vedo in zlitino navedejo na dobavnici. Kupci pogosto gledajo le debelino. Pred izbiro stroja pridobite oznako zlitine: trdnost 6082 je trikrat in pol večja kot pri 1050.

Pri aluminiju sta pomembni še dve praktični stvari: material je mehak, zato ga lahko potegne pod rezilo in nastane srh. Razmik je treba povečati, ne zmanjšati, na približno 10% debeline. Ročne vzvodne in giljotinske škarje imajo prav zato nastavljiv razmik.

Vsi dosedanji izračuni se nanašajo na silo. Stroj pa ima še drugo, konstrukcijsko mejo, ki ni odvisna od materiala.

Pri škarjah sta to odprtina pritiskača, ki mora pločevino vpeti pred spustom rezila, in nastavitev razmika med reziloma z omejenim območjem. Upogibalni stroj ima največjo odprtino med prečnikom in mizo: pri BB 2000 RS je to 59 mm. Večji obdelovanec ne gre skozi ne glede na material. Pri valjalnem stroju premer valjev določa najmanjši polmer krivljenja.

Zapomnite si: koeficient za aluminij velja samo znotraj območja nastavitev stroja. Zunaj njega rezilo deluje slabo, rez je poševen in podpora se deformira. Debel aluminij zahteva stroj z večjo nazivno zmogljivostjo, ne istega stroja, uporabljenega prek nazivnih omejitev.

Pri zmanjšanju za nerjavno jeklo te težave ni: vedno ostanemo pod nazivno zmogljivostjo, zato konstrukcijske meje ne dosežemo.

Tehnična preglednica vzvodnih škarij serije HS ima opombo: ne po celotni dolžini.

To pomeni, da nazivni 4 mm pri HS 5 veljajo za kratek odsek reza, ne za celotno 100-milimetrsko rezilo. Polno debelino dosežemo pri ozkem kosu, kjer je vzvodno razmerje ugodno; proti konici rezila uporabna debelina pada.

Zato vzvodne škarje za 4 mm in giljotinske škarje za 1,5 mm niso primerljive: prve režejo velike debeline na majhni širini, druge manjše debeline po vsej širini. Pri obrezovanju celih plošč je pomembna dolžina reza, pri rezanju ploščatih in okroglih palic pa debelina. To pojasnjuje razliko v ceni med skupinama, od 170,80 € do več kot 3.000 €.

Štirje koraki v tem vrstnem redu.

Prvič, zapišite celotno oznako materiala. Ne »nerjavno jeklo«, temveč »AISI 304«; ne »aluminij«, temveč »5754 H22«. Brez oznake izračun ni mogoč.

Drugič, vzemite dejansko potrebno debelino in jo delite s koeficientom iz preglednice. Rezultat je nazivna zmogljivost za mehko jeklo, ki jo iščete v katalogu.

Tretjič, preverite uporabno dolžino in odprtino. To sta ločeni omejitvi, ki ju ni mogoče preračunati.

Četrtič, če ste blizu meje, vprašajte. Če je izračunana vrednost znotraj 10% nazivne zmogljivosti, naj proizvajalec potrdi, da jo stroj prenese pri neprekinjeni uporabi, ne le kot kratkotrajno obremenitev. Na številki 0825-1494022 to preverjamo vsak dan. Za upogibanje začnite pri strojih za upogibanje pločevine, za krivljenje pri valjalnih strojih, za velike debeline pa pri hidravličnih giljotinskih škarjah.

Kaj pomeni 400 N/mm² na tehničnem listu škarij?
To je natezna trdnost materiala, na katerega se nanaša nazivna zmogljivost: konstrukcijsko jeklo tipa S235, v delavnici imenovano mehko jeklo ali črna pločevina. Vsi evropski proizvajalci uporabljajo to referenco, da so stroji različnih znamk primerljivi.

Koliko debeline izgubim pri prehodu na nerjavno jeklo?
Približno 35% pri rezanju in upogibanju AISI 304 s 600 N/mm². Škarje za 1,5 mm padejo na 1,0 mm, škarje za 4 mm pa na 2,6 mm. Pri AISI 430 je izguba le 17%, ker je manj trden kot 304.

Koliko pridobim pri aluminiju?
Odvisno od zlitine. Pri 5754 H22, najpogostejši za lahke konstrukcije, približno 65% več. Pri konstrukcijski 6082 T6 le 25%. Prirastek velja samo znotraj območja nastavitev razmika med reziloma in odprtine pritiskača.

Zakaj je koeficient pri valjalnem stroju drugačen?
Ker je geometrija nespremenljiva: razdalja med valji se z debelino ne spreminja. Potrebni moment zato raste s kvadratom debeline, ne linearno. Koeficient postane kvadratni koren razmerja trdnosti, zmanjšanje pri nerjavnem jeklu pa pade s 35% na 19%.

Kateri stroj potrebujem za rezanje 2 mm nerjavnega jekla?
Stroj z nazivno zmogljivostjo vsaj 3 mm za mehko jeklo, saj 3 × 0,65 znaša 1,95. V ponudbi to pomeni hidravlične giljotinske škarje, kot je HST 1300 × 4, z nazivno zmogljivostjo 4 mm, torej 2,6 mm AISI 304 na dolžini 1.300 mm.

Ali je treba razmik med reziloma prilagoditi materialu?
Da, ta nastavitev najbolj vpliva na kakovost reza. Okvirno velja 5% debeline za nerjavno jeklo, 8% za mehko jeklo in 10% za aluminij. Prevelik razmik utrdi nerjavno jeklo pred ločitvijo in pusti trd srh, ki ga je treba ročno odstraniti.

Koliko ton potrebujem za upogibanje nerjavnega jekla?
En meter AISI 304 debeline 2 mm na matrici V16 zahteva približno 21 ton, enaka debelina mehkega jekla pa 14,2 tone. Formula je 1,42 × Rm × debelina², deljeno z odprtino matrice; rezultat je v kN na meter.

Kaj pomeni »ne po celotni dolžini« pri vzvodnih škarjah?
Največjo nazivno debelino dosežemo na ozkem kosu, kjer je vzvodno razmerje najugodnejše, ne po celotnem rezilu. HS 5 doseže svojih 4 mm na nekaj centimetrih, ne po nazivni dolžini reza 100 mm.

Kako se obnašata baker in medenina?
Žarjeni baker ima približno 230 N/mm², zato se obnaša kot aluminij za lahke konstrukcije in omogoča približno 70% večjo debelino kot mehko jeklo. Poltrda medenina CuZn37 doseže 400 N/mm² in natančno ustreza referenčnemu jeklu, brez povečanja zmogljivosti.