Maximale plaatdikte: staal, roestvast staal en aluminium vergeleken

Een schaar met een opgegeven capaciteit van 1,5 mm knipt ongeveer 1,0 mm rvs en 2,2 mm aluminium. Dezelfde nominale waarde staat voor drie verschillende diktes. Het gegevensblad vermeldt waarom, maar bijna niemand merkt het op: naast de capaciteit staat “400 N/mm²”. Dat is de sterkte van het zachte staal waarop de waarde betrekking heeft. Een ander materiaal betekent een andere grens, en de omrekenfactor is niet hetzelfde voor knippen, buigen en rollen. Hieronder vindt u de factoren, de berekening en de grenzen waarbuiten geen factor geldt. Officieel Bernardo-distributeur sinds 2007.

Elke knip- of buigcapaciteit van een Europese fabrikant heeft betrekking op een bepaald materiaal. Bernardo vermeldt dit in de technische tabel: “Max. plaatdikte (400 N/mm²)”. Die 400 N/mm² is de treksterkte van gangbaar constructiestaal, meestal S235JR, in de werkplaats bekend als zacht staal of zwarte plaat.

Dit is geen commerciële afspraak, maar het referentiepunt waarmee machines van verschillende merken kunnen worden vergeleken. Het probleem ontstaat wanneer een werkplaats rvs of aluminium verwerkt en die waarde als universeel beschouwt.

De kracht voor knippen of buigen is evenredig met de materiaalsterkte. Als de maximale machinekracht vaststaat, is de maximale dikte omgekeerd evenredig met de sterkte. Daaruit volgt de rest.

Bereken de verhouding tussen de materiaalsterkte en de referentiewaarde van 400 N/mm². Deel vervolgens de opgegeven dikte door die verhouding.

Toegestane dikte = opgegeven dikte × (400 / Rm van het materiaal)

AISI 304 heeft een Rm van ongeveer 600 N/mm². De verhouding is 600/400 = 1,5, dus de dikte daalt naar 1/1,5 = 0,65 keer de opgegeven waarde. Aluminium 5754 H22 zit rond 240 N/mm²: verhouding 0,6 en dikte 1,65 keer de nominale waarde.

Deze formule geldt voor knippen en buigen. Voor rollen is de berekening anders; dat bespreken we verderop.

Waarden berekend op basis van de nominale capaciteiten, met factor 0,65 voor AISI 304-rvs en 1,5 voor aluminium uit de 5000-serie. Prijzen inclusief btw.

† De aluminiumwaarde is een krachtgrens, geen constructieve grens. Boven de nominale dikte moet de messpeling volgens de fabrikantentabel worden vergroot en moet de neerhouder het materiaal kunnen vastklemmen. Bij hydraulische guillotines wordt de neerhouderopening eerder de beperking dan de kracht: controleer de aluminiumkolom voor het specifieke model en pas deze niet blind toe.

De rvs-kolom geeft altijd een verlaging aan en zit dus aan de veilige kant. Kiest u een machine vooral voor rvs, deel dan de benodigde rvs-dikte door 0,65: dat is de nominale staalcapaciteit die u in de catalogus moet zoeken. Voor 2 mm AISI 304 is een opgegeven capaciteit van 3 mm nodig.

Bij een universele hefboom- of zwenkbuigmachine geldt dezelfde redenering: de machine levert een maximaal koppel op de balk, dat bij sterker materiaal eerder wordt bereikt. De Bernardo BB 2000 RS is opgegeven voor 0,8 mm over 2.000 mm bij 400 N/mm², dus ongeveer 0,5 mm AISI 304 en 1,2 mm aluminium.

Bij een kantpers is het uitgangspunt niet de dikte maar de tonnage, en is een directe berekening handiger. De werkplaatsformule luidt:

F [kN per meter] = 1,42 × Rm × S² / V

Daarbij is Rm de sterkte in N/mm², S de dikte en V de matrijsopening, beide in millimeters. De vuistregel voor V is acht keer de dikte bij materialen van 0,7 tot 6 mm.

Een meter plaat van 2 mm op een V16-matrijs vraagt:

Bij dezelfde dikte bedraagt het verschil tussen zacht staal en rvs 7 ton per meter. Over drie meter buiglengte wordt dat 21 ton. Daarom schiet een op zacht staal berekende pers tekort zodra de eerste rvs-opdracht komt.

Dit onderdeel wordt nauwelijks beschreven, maar is het begrijpen waard omdat het een ander getal oplevert.

Bij knippen of vrijbuigen wordt de geometrie aan de dikte aangepast: de matrijs wordt vervangen en de messpeling ingesteld. De kracht stijgt daardoor evenredig met de dikte en de hierboven genoemde factor geldt.

Bij een plaatwals ligt de geometrie vast: de afstand tussen de onderste rollen verandert niet. Het benodigde buigmoment neemt toe met het kwadraat van de dikte, niet lineair. De omrekenfactor is daarom de vierkantswortel van de sterkteverhouding en het capaciteitsverlies is veel kleiner.

Op een plaatwals kost de overstap van zacht staal naar AISI 304 ongeveer 19% plaatdikte, niet 35%. Een wals voor 2 mm zacht staal verwerkt ongeveer 1,6 mm rvs, niet 1,3 mm.

Vermenigvuldig deze factoren met de dikte op het gegevensblad.

† Theoretische waarden buiten de mechanische capaciteit van de machine. Zie verderop.

“Ik werk met rvs” zegt weinig. Tussen de drie gebruikelijke families in de werkplaats zit 30% verschil in sterkte.

AISI 430 is ferritisch, magnetisch en het minst sterk van de drie. Het wordt gebruikt voor inrichting, panelen en beschermkappen. Het kost 35% minder dan 304 en verlaagt de machinecapaciteit met slechts 17%.

AISI 304 is de referentie: austenitisch, niet-magnetisch in gegloeide toestand en doorgaans bedoeld wanneer men zonder nadere aanduiding over rvs spreekt.

AISI 316 bevat molybdeen voor weerstand tegen chloriden en gedraagt zich op de machine als iets harder 304.

De factoren beschrijven echter niet alles: austenitisch rvs verstevigt door vervorming. Het wordt harder tijdens vervorming, met twee praktische gevolgen. Bij knippen verstevigt een te grote messpeling het materiaal vóór het scheidt, met een harde braam en snellere messlijtage tot gevolg. Rvs vraagt een kleinere speling, ongeveer 5% van de dikte in plaats van de 8% voor zacht staal. Bij buigen is de terugvering groter: 304 moet enkele graden voorbij de gewenste hoek worden gebogen, terwijl het verschil bij zacht staal minimaal is.

Bij aluminium zijn de verschillen enorm en zegt de materiaalnaam alleen niets.

Gegloeid 1050, vrijwel zuiver aluminium voor dakwerk en bekleding, blijft onder 100 N/mm². Theoretisch is de factor 4,4. In de praktijk haalt geen schaar dit, omdat de constructieve machinegrens veel eerder wordt bereikt.

5754 H22, de meest gebruikte legering voor lichte constructies, zit rond 240 N/mm² met factor 1,65. Dit is de waarde bij gebrek aan verdere informatie.

6082 T6, een warmtebehandelde constructielegering, haalt 320 N/mm² met factor 1,25. Het laat slechts iets meer toe dan zacht staal.

Aluminiumleveranciers weten dit en vermelden de legering op de pakbon. Kopers kijken vaak alleen naar de dikte. Vraag vóór de machinekeuze naar de legeringsaanduiding: tussen 1050 en 6082 zit een sterkteverschil van een factor drieënhalf.

Daarnaast zijn er twee praktische punten: aluminium is zacht, wordt gemakkelijk onder het mes getrokken en vormt bramen. De messpeling moet daarom worden vergroot in plaats van verkleind, tot ongeveer 10% van de dikte. Handmatige hefboom- en guillotinescharen hebben juist daarvoor een instelbare speling.

Alle berekeningen tot nu toe gaan over kracht. Maar een machine heeft een tweede, constructieve grens die losstaat van het materiaal.

Een schaar heeft een neerhouderopening, waarmee de plaat wordt geklemd voordat het mes daalt, en een messpelinginstelling met een beperkt bereik. Een buigmachine heeft een maximale opening tussen balk en tafel: bij de BB 2000 RS is die 59 mm. Grotere werkstukken passen niet, ongeacht het materiaal. Bij een plaatwals bepaalt de roldiameter de minimale buigradius.

Onthoud: de aluminiumfactor geldt alleen binnen het instelbereik van de machine. Daarbuiten werkt het mes slecht, wordt de snede scheef en vervormt de ondersteuning. Dik aluminium vereist een machine met een hogere nominale capaciteit, niet dezelfde machine die boven haar opgegeven capaciteit wordt gebruikt.

Bij de verlaging voor rvs speelt dit niet: de dikte blijft altijd onder de nominale capaciteit, waardoor de constructieve grens niet wordt bereikt.

De technische tabel van de hefboomscharen uit de HS-serie bevat een voetnoot: niet over de volledige lengte.

De 4 mm van de HS 5 geldt dus voor een korte knip, niet voor het hele mes van 100 mm. De volle dikte wordt bereikt bij een smal werkstuk waar de hefboomwerking gunstig is. Richting de mespunt neemt de bruikbare dikte af.

Daarom zijn een hefboomschaar van 4 mm en een guillotine van 1,5 mm niet vergelijkbaar: de eerste knipt dikke stukken over een kleine breedte, de tweede dunnere stukken over de volle breedte. Voor het bijsnijden van hele platen telt de kniplengte; voor plat- en rondstaf de dikte. Dat verklaart het prijsverschil tussen beide groepen, van €170,80 tot meer dan €3.000.

Vier stappen, in deze volgorde.

Ten eerste: noteer de volledige materiaalaanduiding. Niet “rvs” maar “AISI 304”; niet “aluminium” maar “5754 H22”. Zonder aanduiding is de berekening niet mogelijk.

Ten tweede: neem de werkelijk benodigde dikte en deel die door de factor uit de tabel. Het resultaat is de nominale capaciteit voor zacht staal die u in de catalogus moet zoeken.

Ten derde: controleer de werklengte en opening. Dit zijn afzonderlijke grenzen die niet kunnen worden omgerekend.

Ten vierde: vraag advies als u dicht bij de grens zit. Ligt de berekende waarde binnen 10% van de nominale capaciteit, laat de fabrikant dan bevestigen dat de machine dit continu aankan en niet alleen als piekbelasting. Via 0825-1494022 voeren wij deze controle dagelijks uit. Voor buigen begint u bij de plaatbuigmachines, voor rondingen bij de plaatwalsen en voor grote diktes bij de hydraulische guillotinescharen.

Wat betekent 400 N/mm² op het gegevensblad van een schaar?
Het is de treksterkte van het materiaal waarop de opgegeven capaciteit berust: constructiestaal zoals S235, in de werkplaats bekend als zacht staal of zwarte plaat. Alle Europese fabrikanten gebruiken deze referentie, zodat machines van verschillende merken vergelijkbaar blijven.

Hoeveel diktecapaciteit verlies ik bij rvs?
Ongeveer 35% bij knippen en buigen van AISI 304 met 600 N/mm². Een schaar van 1,5 mm daalt naar 1,0 mm en een van 4 mm naar 2,6 mm. Bij AISI 430 is het verlies slechts 17%, omdat het minder sterk is dan 304.

Hoeveel win ik bij aluminium?
Dat hangt van de legering af. Bij 5754 H22, de meest gebruikte voor lichte constructies, ongeveer 65% extra. Bij constructielegering 6082 T6 slechts 25%. De winst geldt alleen binnen het instelbereik van de messpeling en neerhouderopening.

Waarom is de factor bij een plaatwals anders?
Omdat de geometrie vastligt: de rolafstand verandert niet met de dikte. Het benodigde moment stijgt daarom met het kwadraat van de dikte in plaats van lineair. De factor wordt de vierkantswortel van de sterkteverhouding en het verlies bij rvs daalt van 35% naar 19%.

Welke machine knipt 2 mm rvs?
Een machine met een nominale capaciteit van minimaal 3 mm zacht staal, want 3 × 0,65 is 1,95. Binnen het assortiment betekent dit hydraulische guillotines zoals de HST 1300 × 4, opgegeven voor 4 mm en dus geschikt voor 2,6 mm AISI 304 over 1.300 mm lengte.

Moet de messpeling aan het materiaal worden aangepast?
Ja, deze instelling heeft de grootste invloed op de snijkwaliteit. Reken op ongeveer 5% van de dikte bij rvs, 8% bij zacht staal en 10% bij aluminium. Een te grote speling verstevigt rvs vóór de scheiding en laat een harde braam achter die handmatig moet worden verwijderd.

Hoeveel ton is nodig om rvs te buigen?
Een meter AISI 304 van 2 mm op een V16-matrijs vraagt ongeveer 21 ton, tegenover 14,2 ton voor dezelfde dikte zacht staal. De formule is 1,42 × Rm × dikte² gedeeld door de matrijsopening, met de uitkomst in kN per meter.

Wat betekent “niet over de volledige lengte” bij hefboomscharen?
De maximale opgegeven dikte wordt bereikt op een smal werkstuk waar de hefboomwerking het gunstigst is, niet langs het hele mes. Een HS 5 haalt haar 4 mm over enkele centimeters, niet over de nominale kniplengte van 100 mm.

Hoe gedragen koper en messing zich?
Gegloeid koper zit rond 230 N/mm², gedraagt zich als aluminium voor lichte constructies en staat ongeveer 70% meer dikte toe dan zacht staal. Halfhard CuZn37-messing haalt 400 N/mm² en komt precies overeen met het referentiestaal, zonder capaciteitswinst.