Fattori K, fattori Y e pressione del freno

Domanda: ho avuto una domanda sui fattori K per il nostro software di modellazione 3D. I nostri ingegneri progettisti utilizzano tipicamente un fattore di 0,4 per le nostre parti di presse piegate ad aria. Tuttavia, questo non funziona bene per le nostre parti che entrano in una macchina da stampa per il trasferimento a mano.

Voglio aiutare i nostri progettisti a creare parti più fabbricabili. Direi che ho una buona conoscenza delle nozioni di base, ma ci sono ancora problemi in cui mi imbatto in parti di produzione che ho messo da parte per tenere a mente i progetti futuri. Sei in grado di rispondere alla mia domanda sui fattori K con una raccomandazione generale senza entrare in troppa teoria o calcoli?

Risposta: le risposte alle tue domande sono semplici; bene, una specie di semplice. Inizierò con i fondamenti e fornirò alcuni consigli generali, quindi terminerò con alcuni calcoli. La matematica è il cuore della piegatura della lamiera. Fortunatamente, non è troppo complicato: nessun calcolo differenziale, solo geometria.

La tua pressa piegatrice e stampatrice formano la lamiera in diversi modi. Sulla pressa piegatrice si forma aria, mentre sulla pressa per stampaggio si esegue la stampa o coniatura. Questi sono tutti metodi distinti di formatura, e ciascuno è calcolato in modo diverso a causa del modo in cui il raggio viene prodotto nel pezzo.

Tipi di piegature

Per prima cosa, facciamo un passo indietro e parliamo dei tipi di pieghe che si possono creare nella lamiera. Non avere paura; Porterò presto il fattore K nella discussione. Fino ad allora, sopportati con me.

Esistono quattro tipi di curve: raggio minimo, tagliente, perfetto e raggio. Una curva con raggio minimo ha un raggio uguale al raggio interno più piccolo che può essere prodotto senza piegare il materiale. Prova a formare un raggio più piccolo del minimo, e piega il centro del raggio, dandoti una curva acuta.

La curva perfetta ha un raggio uguale o vicino allo spessore del materiale. In particolare, il raggio di curvatura perfetto varia dal valore minimo del raggio fino al 125 percento dello spessore del materiale. Se il raggio è pari al 125 percento dello spessore del materiale o superiore, hai un raggio di curvatura.

Anche se stai producendo una curva affilata, il raggio più piccolo che puoi utilizzare per i calcoli di piegatura è il raggio di curvatura minimo, se vuoi che i tuoi numeri funzionino in pratica. Si noti inoltre che l'aria che forma una curva acuta di solito è molto dannosa per la consistenza. La piega al centro della curva tende ad amplificare qualsiasi variazione angolare causata da cambiamenti nella direzione della grana del materiale, durezza, spessore e resistenza alla trazione. Più è profonda e profonda la piega, maggiore è l'effetto.

Anche qui il raggio del naso pugno entra in gioco. Se la curva diventa nitida con un raggio interno di 0,078 pollici, quindi punzare il raggio del naso di 1/16 poll. (0,062 pollici), 1/32 poll. (0,032 poll.) E 1/64 poll. (0,015 in .) sono tutti troppo nitidi. Man mano che il raggio del naso del punzone diventa più piccolo in relazione allo spessore del materiale, tanto più significativa è la quantità totale di variazione dell'angolo che sperimenterai.

Ma sto divagando. Ora che abbiamo discusso su quali tipi di curve ci sono e su come li creiamo, possiamo passare al fattore K. Noterai come i diversi metodi di formazione ... attendi un minuto - non abbiamo ancora definito i metodi di formatura: formazione di aria, flessione del fondo e coniatura.

I metodi di formatura

E sì, c'è una differenza tra piegamento del fondo e coniatura. Il conio forza il naso del punzone nel materiale, penetrando nell'asse neutro. Il fondo avviene a circa il 20 percento sopra lo spessore del materiale, misurato dal fondo dello stampo.

C'è una buona probabilità che gli stampi sulla macchina da stampa stiano effettivamente coniando il materiale, spingendo il dado a meno dello spessore del materiale. Altrimenti, probabilmente stai piegando il fondo, che si verifica ancora a circa il 20 percento sopra lo spessore del materiale. Uno forza i raggi più stretti rispetto all'altro, ma entrambi costringono il materiale a un certo raggio. Indipendentemente dal tipo di curva che hai - nitido, minimo, perfetto o raggio - se stai toccando il fondo o il conio, il valore del naso di punzone determina il raggio risultante e, quindi, è ciò che usiamo nei nostri calcoli di piega.

Questo non è il caso della formazione di aria, tuttavia. In una forma d'aria, il raggio prodotto è una percentuale dell'apertura dello stampo. Una curva formata dall'aria fluttua attraverso la larghezza del dado e il raggio interno è stabilito come una percentuale di quella larghezza. La percentuale dipende dalla resistenza alla trazione del materiale. Questa è chiamata la regola del 20 percento. È solo un titolo, però, a causa delle variazioni percentuali con il tipo di materiale e la resistenza alla trazione.

Per esempio, l'acciaio inossidabile 304 forma un raggio dal 20 al 22 percento della larghezza dello stampo, mentre un raggio in alluminio 5052-H32 forma dal 13 al 15 percento della larghezza. La regola generale qui è questa: più morbido il materiale, più stretto il raggio interno.

A proposito, l'acciaio laminato a freddo a 60 KSI è il nostro materiale di base per la maggior parte dei calcoli, inclusa la regola del 20 percento. Quel materiale forma un raggio tra il 15 e il 17 percento della larghezza dello stampo. Iniziamo con la mediana, 16 percento, quindi aggiustiamo secondo necessità. Supponiamo di dover lavorare con materiale 120-KSI. Questo è il doppio dei 60 KSI del nostro materiale di base; quindi, questo foglio da 120 KSI formerà un raggio d'aria che è circa il doppio rispetto all'acciaio laminato a freddo o al 32 percento dell'apertura dello stampo (16 percento × 2).

E ora, il fattore K

Nella lamiera, il fattore K è il rapporto tra l'asse neutro e lo spessore del materiale. Quando viene formato un pezzo di metallo, la parte interna della curva si comprime mentre la parte esterna si espande (vedere la Figura 1). L'asse neutro è l'area di transizione tra compressione ed espansione, in cui non si verifica alcuna variazione nel materiale, tranne che si sposta dalla sua posizione originale al 50 percento dello spessore del materiale verso la superficie interna della piega. L'asse neutro non cambia la sua lunghezza ma si trasferisce invece; ciò causa l'allungamento durante la piegatura. La distanza dell'asse neutro dipende dalle proprietà fisiche di un determinato materiale, dal suo spessore, dal raggio di curvatura e dal metodo di formazione.

Prendi il valore predefinito del fattore K predefinito di 0.446, moltiplicalo per lo spessore del materiale e sai dove si riposizionerà l'asse neutro. Ciò che stiamo facendo, in sostanza, è forzare la lunghezza misurata da un raggio più ampio (ovvero la lunghezza dell'asse neutro al 50 percento dello spessore del materiale) su un raggio più piccolo. La stessa lunghezza totale misurata sparsa sul raggio più piccolo significa che abbiamo materiale in eccesso o allungamento.

Considerare un materiale di spessore pari a 0,060 pollici. Moltiplichiamo quello per un fattore K di 0.446 per ottenere 0,0268 pollici. L'asse si è spostato da 0,030 pollici (a metà dello spessore del materiale) a 0,0268 pollici, come misurato dalle pieghe all'interno della superficie. In altre parole, l'asse si è spostato di 0,0032 pollici verso l'interno. Da lì possiamo trovare le risposte di cui abbiamo bisogno per i nostri calcoli di piega.

Si noti che il tipo di materiale, il metodo di formazione e il rapporto tra raggio di curvatura e spessore del materiale ci danno tutti fattori K diversi. Questi, a loro volta, influenzano la quantità totale di allungamento che si verifica e le deduzioni di piegatura che dobbiamo usare.

Su per i calcoli

Il fattore K è definito matematicamente come t / Mt, dove si trova la posizione dell'asse neutro e Mt è lo spessore del materiale. A causa delle proprietà specifiche di un determinato metallo, non esiste un modo semplice per calcolare perfettamente quel valore, da cui il grafico in Figura 2.

Il fattore K è in genere compreso tra 0,3 e 0,5. Se desideri calcolare il fattore K piuttosto che usare un grafico, avrai bisogno di alcuni pezzi di prova: quattro o cinque pezzi dovrebbero fare bene a questo scopo.

Per calcolare il fattore K, è necessario raccogliere alcune informazioni. Innanzitutto, è necessario conoscere le dimensioni prima e dopo la formazione e misurare il raggio interno nel modo più preciso possibile. Un comparatore ottico è una buona scelta per la sua precisione; altre opzioni includono spilli di gauge e misuratori di raggio.

Prendi il totale delle dimensioni interne formate, sottrai le dimensioni piatte e ottieni la tolleranza di piegatura (BA). Quindi misurare l'angolo di piegatura complementare e il raggio di curvatura interno (Ir). Con questi punti dati, insieme allo spessore del materiale (Mt), puoi risolvere il fattore K (tutte le dimensioni sono espresse in pollici):

Fattore K = [(180 × BA) / (π × Angolo di piega complementare × Mt)] - (Ir / Mt)

Ovviamente, è più semplice utilizzare un fattore K noto da una tabella, come nella Figura 2. È possibile utilizzare questo fattore K e il raggio di piegatura interno per calcolare l'asse neutro. Quindi usa il raggio dell'asse neutro per calcolare la lunghezza dell'arco dell'asse neutro, che equivale al tuo BA. Successivamente calcoli la battuta d'arresto esterna (OSSB), una dimensione mostrata in Figura 3. Questo, insieme al tuo angolo di piega complementare (vedi Figura 4), ti offre tutto il necessario per calcolare la deduzione di piega (BD), o la quantità totale di allungamento che si verificherà in una curva data:

BA = [(0,017453 × Ir) + (0,0078 × Mt)] × Angolo di piega complementare

Il fattore K entra in gioco in questo calcolo. Probabilmente ti starai chiedendo quali sono quei valori numerici compresi nella formula-0,017453 e 0,0078. Cosa rappresentano? Quello 0,017453 è pi diviso per 180 e il fattore 0,0078 è (π / 180) × K.

Questa formula utilizza un fattore K di 0.446. Tuttavia, se si modifica il metodo di formatura, il tipo di materiale o il rapporto tra il raggio della piega e lo spessore del materiale, si avrà un valore del fattore K diverso. Per incorporare questo nuovo valore, è possibile utilizzare una versione estesa della stessa formula. Quindi si determina l'OSSB, quindi si utilizza il risultato insieme al BA per calcolare la deduzione di piegatura:

BA = {[(π / 180) × Ir)] + [(π / 180) × Fattore K] × Mt} × Angolo di piegatura complementareOSSB = [(Tan (angolo di piegatura / 2)] × (Mt + Ir)] BD = (OSSB × 2) - BA

Accogli il fattore Y

Usando un fattore Y, i tuoi calcoli possono essere ancora più precisi. Tuttavia, è necessario modificare la formula per BA. Il fattore Y tiene conto degli stress all'interno del materiale, mentre il fattore K no. Tuttavia, il fattore K è ancora coinvolto, appena massaggiato un po '.

Per trovare il fattore Y, puoi fare riferimento a un grafico (vedi Figura 5), oppure puoi usare questa equazione:

Fattore Y = (Fattore K × π) / 2Abbiamo quindi inserito il fattore Y in una nuova formula per BA: BA = {[(π / 2) × Ir] + (Fattore Y × Mt)} × (Curvatura angolo complementare / 90)

Esamineremo il processo per entrambe le serie di equazioni usando acciaio dolce laminato a freddo 60-KSI con uno spessore di 0,062 pollici con uno 0,062 pollici. raggio di piega interno e angolo di piega di 90 gradi. Per questo esempio, useremo un fattore K di 0.446.

Fattore Y = (0,446 × π) / 2 = 0,7005

BA = {[(π / 2) × 0,062)] + (0,7005 × 0,062)} × (90/90) = 0,1408

OSSB = [(Tan (90/2)] × (0,062 + 0,062)] = 0,124

BD = (0,124 × 2) - 0,1408 = 0,1072

Ora, qui ci sono i calcoli di piega usando solo il fattore K e la nostra equazione originale BA:

BA = {[(π / 180) × Ir)] + [(π / 180) × fattore K] × Mt} × Angolo di piega complementare

BA = [(0,017453 × 0,062) + (0,0078 × 0,062)] × 90 = 0,1409

OSSB = [(Tan (90/2)] × (0,062 + 0,062)] = 0,124

BD = (0,124 × 2) - 0,1409 = 0,1071

La differenza di BA tra i due calcoli è di soli 0,0001 pollici, e la differenza di BD è anche 0,0001 pollici, che in questo esempio rende questi due modi di calcolare il BA in modo funzionalmente uguale. Ma cambia un angolo di piega o un raggio di piega interno, e tutto cambia. Scoprirai che l'ultima serie di formule che usano il fattore Y è leggermente più accurata rispetto all'utilizzo del fattore K.

Componi i calcoli della tua curva

È prassi comune in tutto il settore utilizzare 0.446 per un valore del fattore K. Ma selezionando i valori dei dati corretti, incluso un fattore K basato su variabili specifiche dell'applicazione (tipo di materiale, metodo di formazione e raggio interno), penso che troverete che molti dei problemi che state incontrando tra i due diversi metodi di produzione spariranno.