Fatores K, fatores Y e freio de imprensa

Pergunta: Eu tinha uma pergunta sobre fatores K para nosso software de modelagem em 3-D. Nossos engenheiros de projeto normalmente usam um fator de 0,4 para nossas peças de freio de prensa. No entanto, isso não funciona bem para nossas peças que entram em uma impressora de transferência manual.

Eu quero ajudar nossos engenheiros de projeto a criar peças mais fabricáveis. Eu diria que tenho uma boa compreensão do básico, mas ainda existem problemas que me deparo em peças de produção que eu guardei para ter em mente para projetos futuros. Você é capaz de responder minha pergunta sobre fatores-K com uma recomendação geral sem entrar em muita teoria ou cálculos?

Resposta: As respostas às suas perguntas são simples; bem, meio simples. Vou começar com os fundamentos e dar algumas recomendações gerais e terminar com alguns cálculos. A matemática é o coração da curvatura da chapa. Felizmente, não é muito complicado - nenhum cálculo diferencial, apenas geometria.

Sua prensa dobradeira e prensa de estampagem formam chapas metálicas de diferentes maneiras. No freio da prensa você está formando ar, enquanto na prensa de estampagem você está estampando ou cunhando. Estes são todos os métodos distintos de formar, e cada um é calculado de forma diferente por causa de como o raio é produzido na peça de trabalho.

Tipos de curvas

Primeiro, vamos voltar atrás e falar sobre os tipos de curvas que você pode fazer em chapas metálicas. Não tenha medo; Eu vou trazer o fator K para a discussão em breve. Até então, tenha paciência comigo.

Existem quatro tipos de curvas: mínimo-raio, nítido, perfeito e raio. Uma dobra de raio mínimo tem um raio igual ao menor raio interno que pode ser produzido sem vincar o material. Tente formar um raio menor que o mínimo, e você vincula o centro do raio, dando-lhe uma curva acentuada.

A curva perfeita tem um raio igual ou próximo da espessura do material. Especificamente, o raio da dobra perfeita varia do valor mínimo do raio até 125% da espessura do material. Se o seu raio é de 125% da espessura do material ou mais, você tem uma curva de raio.

Mesmo se você estiver produzindo uma curva acentuada, o menor raio que você pode usar para seus cálculos de dobra é o raio mínimo de dobra, se você quiser que seus números funcionem na prática. Note também que o ar formando uma curva acentuada geralmente é muito prejudicial para a consistência. O vinco no centro da curva tende a amplificar quaisquer variações angulares causadas por mudanças na direção de grão do material, dureza, espessura e resistência à tração. Quanto mais afiado e mais profundo o vinco, maior o efeito.

Seu raio de perfuração também entra em jogo aqui. Se a dobra ficar nítida em um raio interno de 0,078 pol., Em seguida, perfure os raios de 1/16 pol. (0,062 pol.), 1/32 pol. (0,032 pol.) E 1/64 pol. (0,015 pol.). .) são todos muito afiados. À medida que o raio do punção fica menor em relação à espessura do material, mais significativa é a quantidade total de variação do ângulo que você experimentará.

Mas eu divago. Agora que discutimos quais tipos de curvas existem e como as criamos, podemos passar para o fator K. Você notará como os diferentes métodos de formação ... espere um minuto - ainda não definimos os métodos de formação: formação de ar, flexão inferior e cunhagem.

Os métodos de formação

E sim, há uma diferença entre flexão inferior e cunhagem. A cunhagem força o nariz de perfuração no material, penetrando no eixo neutro. O assentamento ocorre em cerca de 20% acima da espessura do material, conforme medido a partir do fundo do molde.

Existe uma probabilidade razoável de que os conjuntos de matrizes na prensa de estampagem estejam realmente cunhando o material, empurrando o molde para menos que a espessura do material. Caso contrário, você provavelmente está se curvando para baixo, o que ocorre novamente em cerca de 20% acima da espessura do material. Um força os raios mais apertados do que o outro, mas ambos forçam o material a um certo raio. Independentemente do tipo de curva que você tem - nítida, mínima, perfeita ou radius - se você estiver usando o fundo ou cunhando, o valor do punção determina o raio resultante e, portanto, é o que usamos em nossos cálculos de dobra.

Este não é o caso na formação de ar, no entanto. Em uma forma de ar, o raio produzido é uma porcentagem da abertura da matriz. Uma curva formada a ar flutua na largura da matriz e o raio interno é estabelecido como uma porcentagem dessa largura. A porcentagem depende da resistência à tração do material. Isso é chamado de regra de 20%. É apenas um título, devido às alterações percentuais com o tipo de material e a resistência à tração.

Por exemplo, o aço inoxidável 304 forma um raio de 20 a 22 por cento da largura da matriz, enquanto um raio no alumínio 5052-H32 forma 13 a 15 por cento da largura. A regra geral aqui é esta: quanto mais macio o material, mais apertado é o raio interno.

A propósito, o aço laminado a frio de 60 KSI é nosso material básico para a maioria dos cálculos, incluindo a regra dos 20%. Esse material forma um raio entre 15 e 17% da largura do molde. Começamos com a mediana, 16%, e ajustamos conforme necessário. Digamos que precisamos trabalhar com material de 120 KSI. Isso é o dobro dos 60 KSI do nosso material de linha de base; Portanto, esta folha de 120 KSI irá formar um raio que é aproximadamente o dobro do aço laminado a frio - ou 32% da abertura da matriz (16% × 2).

E agora, o fator K

Na chapa, o fator K é a relação entre o eixo neutro e a espessura do material. Quando um pedaço de metal está sendo formado, a parte interna da curva comprime enquanto a parte externa se expande (veja a Figura 1). O eixo neutro é a área de transição entre a compressão e a expansão, onde não ocorre nenhuma alteração no material - exceto que ele se move de sua localização original a 50% da espessura do material em direção à superfície interna da dobra. O eixo neutro não muda seu comprimento, mas se realoca; isso faz com que o alongamento ocorra durante a flexão. Até que ponto o eixo neutro muda depende das propriedades físicas de um dado material, sua espessura, raio de curvatura interno e método de formação.

Pegue o valor padrão do fator K padrão de 0,446, multiplique-o pela espessura do material e você sabe onde o eixo neutro será realocado. O que estamos fazendo, em essência, é forçar o comprimento medido de um raio maior (isto é, o comprimento do eixo neutro a 50% da espessura do material) em um raio menor. O mesmo comprimento total medido espalhado sobre o raio menor significa que temos excesso de material ou alongamento.

Considere material com 0,060 pol. De espessura. Nós multiplicamos isso por um fator K de 0,446 para obter 0,0268 pol. O eixo passou de 0,030 pol. (Na metade da espessura do material) para 0,0268 pol., Conforme medido a partir das dobras da superfície interna. Em outras palavras, o eixo moveu 0,0032 pol. Para dentro. De lá, podemos encontrar as respostas que precisamos para nossos cálculos de flexão.

Observe que o tipo de material, o método de formação e a relação entre o raio da dobra e a espessura do material nos fornecem fatores K diferentes. Estes, por sua vez, afetam a quantidade total de alongamento que ocorre e as deduções de curvatura que precisamos usar.

Para os cálculos

O fator K é definido matematicamente como t / Mt, onde é a posição do eixo neutro e Mt é a espessura do material. Por causa das propriedades específicas de qualquer metal, não há uma maneira fácil de calcular esse valor perfeitamente, daí o gráfico da Figura 2.

O fator K geralmente está entre 0,3 e 0,5. Se você quiser calcular o fator K em vez de usar um gráfico, precisará de algumas peças de teste - quatro ou cinco peças devem funcionar bem para essa finalidade.

Para calcular o fator K, você precisa coletar algumas informações. Primeiro, você precisa conhecer as dimensões antes e depois de formar e medir o raio interno com a maior precisão possível. Um comparador óptico é uma boa primeira escolha devido à sua precisão; outras opções incluem pinos de bitola e medidores de raio.

Pegue o total das dimensões internas formadas, subtraia o tamanho do plano e obtenha a tolerância de dobra (BA). Em seguida, meça o ângulo de curvatura complementar e o raio de curvatura interno (Ir). Com esses pontos de dados, juntamente com a espessura do material (Mt), você pode resolver o fator K (todas as dimensões estão em polegadas):

Fator K = [(180 × BA) / (π × Ângulo de curvatura complementar × Mt)] - (Ir / Mt)

É claro que é mais fácil usar um fator K conhecido de uma tabela, como na Figura 2. Você pode usar esse fator K e o raio interno de dobra para calcular o eixo neutro. Em seguida, use o raio do eixo neutro para calcular o comprimento do arco do eixo neutro - o que equivale ao seu BA. Em seguida, calcule o recuo externo (OSSB), uma dimensão mostrada na Figura 3. Isso, juntamente com o ângulo de curvatura complementar (veja a Figura 4), fornece tudo o que você precisa para calcular a dedução de dobra (BD) ou a quantidade total de alongamento que ocorrerá em uma determinada curva:

BA = [(0,017453 × Ir) + (0,0078 × Mt)] × Ângulo de curvatura complementar

O fator K entra em jogo nesse cálculo. Você provavelmente está se perguntando quais são esses valores numéricos dentro da fórmula: 0,017453 e 0,0078. O que eles representam? Que 0,017453 é pi dividido por 180 e 0,0078 é (π / 180) × fator K.

Esta fórmula usa um fator K de 0,446. Ainda assim, se você tiver alguma alteração no método de formação, no tipo de material ou na razão entre o raio interno da dobra e a espessura do material, você terá um valor de fator-K diferente. Para incorporar esse novo valor, você pode usar uma versão expandida da mesma fórmula. Em seguida, você determina o OSSB e, em seguida, usa o resultado junto com o BA para calcular sua dedução de dobra:

BA = {[(π / 180) × Ir)] + [(π / 180) × Fator K] × Mt} × Ângulo de flexão complementarOSSB = [(Tan (ângulo de curvatura / 2)] × (Mt + Ir)] BD = (OSSB × 2) - BA

Bem-vindo o fator-Y

Usando um fator Y, seus cálculos podem ser ainda mais precisos. Isso exige que você mude a fórmula para BA, no entanto. O fator Y leva em conta as tensões dentro do material, enquanto o fator K não. No entanto, o fator K ainda está envolvido, apenas massageado um pouco.

Para encontrar o fator Y, você pode consultar um gráfico (veja a Figura 5), ​​ou você pode usar esta equação:

Fator Y = (K-factor × π) / 2Assim, inserimos o fator Y em uma nova fórmula para BA: BA = {[(π / 2) × Ir] + (fator Y × Mt)} × (Dobra ângulo complementar / 90)

Vamos percorrer o processo para os dois conjuntos de equações usando o aço laminado a frio leve de 60 KSI, com 0,062 pol. De espessura e 0,062 pol. dentro do raio de curvatura e um ângulo de curvatura de 90 graus. Para este exemplo, usaremos um fator K de 0,446.

Fator 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

Agora, aqui estão os cálculos de dobra usando apenas o fator K e nossa equação de BA original:

BA = {[(π / 180) × Ir)] + [(π / 180) × Fator K] × Mt} × Ângulo de flexão complementar

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

A diferença em BA entre os dois cálculos é de apenas 0,0001 pol., E a diferença em BD também é de 0,0001 pol., Que neste exemplo faz com que essas duas formas de calcular o BA funcionem da mesma forma. Mas altere um ângulo de dobra ou um raio de dobra interno e tudo muda. Você descobrirá que o último conjunto de fórmulas usando o fator Y é um pouco mais preciso do que usando o fator K.

Disque em seus cálculos de curvatura

É prática comum em toda a indústria usar 0,446 para um valor de fator-K. Mas ao selecionar os valores de dados apropriados, incluindo um fator K baseado em variáveis ​​específicas do aplicativo (tipo de material, método de formação e raio interno), acho que você descobrirá que muitos dos problemas que você está encontrando entre os dois diferentes métodos de produção desaparecerão.