Analisi del fattore k nella flessione della lamiera

Di tutte le costanti matematiche utilizzate nella fabbricazione di lamiere di precisione, il fattore k si distingue come uno dei più importanti. È il valore di base necessario per calcolare le quote di piega e, in definitiva, la detrazione di piega. È un moltiplicatore matematico che ti consente di individuare l'asse neutro riposizionato della curva dopo la formazione.

Una volta sviluppato, il valore del fattore k ti consentirà di prevedere la quantità totale di allungamento che si verificherà all'interno di una determinata curva. Il fattore k ti consente di calcolare la tolleranza di piega, la battuta d'arresto esterna, la detrazione di piega e il layout piatto della parte di precisione che stai formando.

Per comprendere il fattore k, è necessaria una solida conoscenza di alcuni termini di base, il primo è l'asse neutro. L'asse neutro è un'area teorica che si trova al 50 percento dello spessore del materiale mentre non sollecitato e piatto. L'asse neutro è un ragazzo sfuggente; cioè, si sposta verso l'interno della curva. La linea teorica dell'asse neutro rimarrà della stessa lunghezza sia prima che dopo il completamento della curva.

Durante la flessione, mentre l'area tra l'asse neutro e la superficie interna viene sottoposta a forze di compressione, l'area tra l'asse neutro e la superficie esterna viene sollecitata da forze di trazione. L'asse neutro è la zona o il piano che separa la tensione dalla compressione. La posizione dell'asse neutro dipende dall'angolo di piega, dal raggio di curvatura interno e dal metodo di formatura.

Il comportamento dell'asse neutro è il motivo principale per cui la parte piatta deve essere più piccola del totale delle dimensioni esterne del pezzo formato. Osserva attentamente una Figura 1. Nota come il foglio si è assottigliato nella curva. Questo assottigliamento del 10-15 percento durante la piega forza l'asse neutro a muoversi verso l'interno, verso la superficie interna del materiale.

Il fattore k ha più di una definizione, come discuteremo nelle colonne future di questa serie. Detto questo, puoi trovare la classica definizione di fattore k da varie fonti. Quello che segue viene dal Dipartimento di Ingegneria Meccanica e della Produzione, Ahsanullah University of Science and Technology in Bangladesh.

\"Il fattore k è una costante determinata dividendo lo spessore del materiale del foglio per la posizione dell'asse neutro. L'area all'interno del foglio definita come asse neutro non viene compressa all'interno dell'asse neutro o espansa su l'esterno L'asse neutro non subisce alcun cambiamento [di] lunghezza durante un'operazione di piegatura.

\"Tuttavia, l'asse neutro si sposta verso la superficie interna di una percentuale, quella percentuale è il fattore k. Questo spostamento o spostamento dell'asse neutro — dal 50 percento dello spessore del materiale a una nuova posizione uguale o inferiore a 50 percento dello spessore del materiale — è il motivo per cui la parte si allunga durante la formatura. La distanza lineare attorno all'arco della curva sull'asse neutro è il punto in cui viene presa la misurazione della tolleranza di piegatura. \"

Figura 2 Il fattore k è definito come lo spostamento dell'asse neutro durante la flessione (t) diviso per lo spessore del materiale (Mt).

Supponi di avere uno spessore del materiale di 1 millimetro (mm). Allo stato piano il materiale ha un asse neutro situato al 50 percento dello spessore, a 0,5 mm. Piegare il materiale e l'asse neutro si sposta a 0,446 mm, come misurato dalla superficie interna della curva. Definiamo questo spostamento dell'asse neutro come t, come mostrato nella Figura 2. Calcoliamo il fattore k dividendo t per lo spessore del materiale (Mt).

fattore k = t / Mt

fattore k = 0,446 mm / 1,0 mm = 0,446

Il fattore k non è altro che un moltiplicatore che può fornire un valore preciso per l'asse neutro trasferito. E se conosci il margine di piega, puoi estrarre il fattore k da esso. Una volta che conosci il fattore k, puoi usarlo per prevedere il margine di curvatura per vari angoli.

Il fattore k è fondamentale per la progettazione di prodotti in lamiera precisi. Ti consente di anticipare la deduzione della piega per una grande varietà di angoli senza dover fare affidamento su un grafico. Mentre i moderni grafici delle detrazioni di piega ora sono ragionevolmente precisi, i grafici di calcolo piega storicamente, sia per le quote di piega che per le detrazioni di piega, erano noti per le loro inesattezze. Di solito erano validi solo per gli ambienti di produzione in cui sono stati creati. E molti di questi grafici continuano a fluttuare.

Il fattore k non è perfetto. Ad esempio, non considera nessuno degli stress e delle tensioni che si sviluppano all'interno del materiale piegato. E derivare il fattore k dipende anche dalla strumentazione utilizzata, dal tipo di materiale, dalla resistenza alla trazione e allo snervamento, dal metodo di formatura (formatura ad aria, fondo o coniatura) e da altre variabili.

Il grafico in Figura 3 mostra l'intervallo di fattori k che puoi avere, da 0,50 fino a 0,33. E il fattore k può essere ancora più piccolo. Nella maggior parte delle applicazioni, il fattore k è dato come un valore medio di 0,4468.

Non vedrai mai un fattore k maggiore di 0,50 in un'applicazione pratica e c'è una buona ragione per questo. Lo sforzo di compressione della curva non può superare la tensione esterna. Quando il foglio è piatto senza alcuna sollecitazione applicata, l'asse neutro si trova al centro del foglio. Ma aggiungi un po 'di stress e forza il metallo a piegarsi e guarda cosa succede. I legami granulari vengono allungati, tirati e talvolta spezzati, costringendo i grani a separarsi quando vengono sottoposti a sollecitazioni di tensione.

Questo è il rapporto di Poisson in azione; quando il materiale viene allungato in una direzione, diventa più corto nell'altra direzione. Il rapporto di Poisson spiega perché l'area esterna della sezione trasversale di una curva è maggiore della regione interna. Man mano che lo spazio si espande all'esterno della curva, si restringe all'interno. Guarda attentamente il bordo nella Figura 4 e puoi vedere il materiale espandersi all'esterno della curva, comprimendo all'interno, forzando il bordo interno della curva a\"convesso\".

Figura 3 Questo grafico generico del fattore k, basato sulle informazioni del Manuale del macchinario, fornisce valori medi del fattore k per una varietà di applicazioni.

Il termine \"spessore \" si riferisce allo spessore del materiale. Una media del fattore k di 0,4468 viene utilizzata per la maggior parte delle applicazioni di piegatura.

Una curva resa troppo acuta sviluppa deformità plastiche dall'eccessivo stress causato dalla flessione. Il problema si manifesterà come frattura sulla superficie esterna, alterando il margine di curvatura. Più piccolo è il raggio di curvatura interno, più l'asse neutro si sposterà verso la superficie interna della piega.

Un grande driver dietro questo è l'uso del termine \"raggio minimo di curvatura \" su molti disegni e di come questo termine viene interpretato. Molti vedono \"raggio di curvatura minimo \" e raggiungono il punzone più acuto che hanno, quello con il raggio di punta più piccolo.

Il raggio di curvatura minimo è una funzione del materiale, non del raggio sul punzone. A forma di aria, è il raggio di curvatura interno più piccolo che puoi ottenere a corto di fondo o coniatura del materiale.

Se si forma aria con un raggio di perforazione inferiore al raggio minimo flottato, si piegherà il centro interno della curva, creando una curva acuta. Man mano che si manifestano variazioni nel materiale, i cambiamenti del materiale da parte a parte amplificano qualsiasi deviazione angolare normale, causando infine errori dimensionali nel pezzo. (Per ulteriori informazioni su curve strette, digitare \"Come una curva ad aria diventa nitida \" nella barra di ricerca su www.thefab ricator.com.)

Il raggio di curvatura minimo assume due forme distinte, entrambe influenzano il fattore k nello stesso modo. La prima forma di un raggio minimo è al confine tra il raggio\"acuto\" e il\"minimo\" in una forma aerea. È qui che la pressione da formare è più significativa della pressione da perforare, creando infine una piega al centro della curva e amplificando eventuali variazioni materiali. Quando la punta del punzone penetra nel materiale, comprime ulteriormente l'area interna della curva, provocando cambiamenti nel fattore k.

La seconda forma di raggio di curvatura interno minimo è creata dal rapporto tra il raggio di curvatura e lo spessore del materiale. Man mano che il rapporto tra raggio interno e spessore del materiale diminuisce, aumenta la tensione di trazione sulla superficie esterna del materiale. Quando il rapporto

Ciò è peggiorato quando la linea di piega è parallela alla grana o alla direzione di rotolamento della lamiera. Se la curvatura in un determinato pezzo di metallo viene piegata con un raggio acuto del punzone rispetto allo spessore del materiale, i grani nel materiale si espandono molto più lontano di quanto farebbero se il raggio fosse uguale allo spessore del materiale. Questo è di nuovo il rapporto di Poisson al lavoro. Quando ciò accade, l'asse neutro non ha altra scelta che avvicinarsi alla superficie interna mentre l'esterno dello spessore del materiale si espande ulteriormente.

Questa seconda forma di raggio di curvatura minimo è quindi definita come \"raggio di curvatura minimo per uno spessore del materiale. \" Questo è solitamente espresso in termini di multipli dello spessore del materiale — 2Mt, 3Mt, 4Mt, ecc. I fornitori di materiali offrono una piega minima diagrammi di raggio che definiscono raggi minimi per varie leghe e tempere di tali leghe.

Da dove provengono questi numeri nei grafici del raggio minimo? Coinvolgono altri ingredienti che arricchiscono il nostro gumbo con fattore k, compresa la duttilità. Un test di trazione misura la duttilità o la capacità di un metallo di subire una deformazione plastica.

Una misura della duttilità è la riduzione dell'area, nota anche come riduzione della trazione dell'area. Se conosci il valore di riduzione della trazione di un materiale, puoi eseguire una stima approssimativa del raggio di curvatura minimo, a seconda dello spessore del materiale:

xRaggio minimo di curvatura per 0,25 pollici di spessore o maggiore =

[(50 / Riduzione della trazione della percentuale di area) - 1]

Figura 4 La compressione all'interno della curva forza il bordo interno a \"convesso. \"

× Mt

Raggio minimo di curvatura per materiale

meno di 0,25 pollici spessi =

{[(50 / Riduzione della trazione della percentuale di area) - 1]

× Mt} × 0.1

In queste equazioni, usi la percentuale come un numero intero, non un decimale. Quindi, se il tuo materiale spesso 0,5 pollici ha una percentuale di riduzione del 10 percento, invece di utilizzare 0,10 nell'equazione, dovresti usare 10, come segue:

[(50 / Riduzione della trazione della percentuale di area) - 1]

× Mt

[(50/10) - 1] × 0,5 = 2

In questo caso, il raggio di curvatura interno minimo è due volte lo spessore del materiale. Nota che questa è solo una regola empirica che ti dà una figura da ballpark. Trovare il raggio di curvatura minimo corretto per la lamiera di acciaio o di alluminio richiede una piccola ricerca e dovrebbe includere i dati del fornitore del materiale e un altro ingrediente fondamentale nel tuo gumbo con fattore k: se ti stai piegando con o contro il grano.

La direzione della grana, creata nella direzione in cui il foglio viene arrotolato nel mulino, percorre la lunghezza del foglio intero. Puoi vederlo su un nuovo pezzo di lamiera notando la direzione delle linee visibili che lo attraversano. Quando il foglio viene realizzato, le sue particelle si allungano nella direzione di rotolamento.

La direzione del grano non è una finitura superficiale, che viene effettuata mediante levigatura o altre procedure meccaniche. Tuttavia, i graffi sulla superficie di finitura rendono il materiale più suscettibile alle crepe, specialmente quando la grana di finitura è parallela alla grana naturale.

Poiché i grani sono direzionali, causano variazioni dell'angolo e, potenzialmente, del raggio interno. Questa dipendenza dall'orientamento è ciò che chiamiamo anisotropia e svolge un ruolo importante se si desidera creare parti precise.

Quando il metallo è piegato parallelamente (con) alla grana, influenza l'angolo e il raggio, rendendolo anisotropico. Incorporare le qualità di anisotropia dei metalli è una parte essenziale per fare previsioni accurate per le quote di fattore k e curva.

La flessione con la grana forza l'asse neutro verso l'interno, modificando nuovamente il fattore k. E più l'asse neutro si avvicina alla superficie interna della curva, più è probabile che si verifichino crepe all'esterno del raggio.

Mentre richiede meno forza per piegarsi che attraverso il grano, una curva fatta con il grano è più debole. Le particelle si staccano più facilmente, il che può causare incrinature sul raggio esterno. Questo può essere amplificato piegando bruscamente. Detto questo, se ti pieghi con la grana, è sicuro di dire che avrai bisogno di un raggio di curvatura interno maggiore.