O que faz uma curva de ar afiada na prensa

Pergunta: Achei seu artigo sobre a regra de 63% útil. Em seu artigo, você dá o exemplo de dobrar aço de 1⁄4 de espessura com diferentes raios de punção.

Decidi brincar um pouco com a fórmula e usei aço laminado a frio de calibre 20 com um punção de 1⁄32 pol.rradio para meus cálculos. Essa é uma ótima combinação de material e perfurador, mas, de acordo com a maneira como eu entendo seu artigo, não é porque minha tonelagem de perfuração é menor do que a tonelagem necessária para formar.

Por exemplo, a área do terreno é de 0,375 pol. Em um pé, multiplicada por uma espessura de material de 0,036 pol. E, em seguida, multiplicada por 25. Isso nos dá uma tonelagem de perfuração de 0,338 toneladas por pé. De acordo com meu gráfico de dobra, são necessárias 3,1 toneladas por pé para formar aço laminado a frio de 0,036 pol. De espessura com 0,25 pol. V morrer. Isso significa que, para materiais finos, você estará sempre criando uma vala e perdendo a consistência e a estabilidade da curva? Ou estou usando seus cálculos incorretamente?

O único fator que eu não entendo é de onde os 25 vêm na sua fórmula. Isso está relacionado à espessura do material ou a uma constante? Eu gostaria de entender bem esse assunto, já que quero conhecer a teoria mais profunda por trás do que faço em uma prensa.

Resposta: Você está no caminho certo, mas precisamos esclarecer alguns pontos. Então vamos começar do começo. Primeiro, o que os 63 por cento representam? Essa é a porcentagem estimada da espessura do material na qual a dobra muda de mínimo dentro do raio para uma dobra acentuada. Isto é baseado em aço laminado a frio leve ASTM A36 com resistência à tração de 60 KSI. Esse material é o mais simples possível. Esse é o material de referência sobre o qual nossos cálculos são baseados.

A formação de ar é o nosso método de base de formação. Por quê? É por causa das baixas tonelagens envolvidas em comparação com o fundo ou cunhagem, e agora está se tornando o método predominante de formação. Assentamento e cunhagem são fundamentalmente diferentes da formação de ar, pois o raio é “estampado” em vez de “flutuado” através da abertura da matriz, como na formação de ar.

Observe que 63% é uma regra prática e, como em qualquer regra, haverá exceções. O que realmente determina o ponto no qual uma curva gira é a relação entre o raio da ponta do punção, a tonelagem necessária para formar e a resistência à tração do material.

Andando pelos Passos

Percorrendo o seu exemplo, você está formando 0,036 pol. aço laminado a frio com 1⁄32 pol. perfurar um 0,25 pol. largura do dado. Com essa informação em mãos, o primeiro passo é determinar a tonelagem de formação, ou a tonelagem necessária para dobrar a peça de trabalho:

[575 × (espessura do material) 2] / largura da matriz = toneladas por pé (575 × 0,001296) / 0,25 = 2,9 toneladas por pé para formar o material

Isso é muito próximo da figura de 3,1 toneladas por pé que você encontrou no gráfico.

Segundo passo, determinamos a área de terra. Esta é a interface entre o seu 1⁄32-in. perfure o nariz e a superfície do material.

Área de terra = raio de perfuração × 12

Área de terra = 0,03125 × 12 = 0,375

Etapa 3, determinamos a tonelagem de perfuração ou a tonelagem de perfuração. Estamos procurando a força mínima necessária para perfurar a superfície do material. Em uma situação de perfuração, este é o ponto em que o capotamento seria interrompido e o corte começaria. Para nossos propósitos na flexão de prensas, a tonelagem de perfuração é o ponto no qual a ponta do punção do prensador começa a penetrar e a vincar a superfície do material. Para isso, usamos uma fórmula de cálculo de tonelagem padrão usada para o processo de perfuração, incorporando um multiplicador de material, como mostrado na Figura 1.

Ao contrário da tonelagem, a tonelagem de puncionamento realmente usa material de resistência à tração de 50.000 PSI como linha de base (conforme descrito mais adiante). Isso exige que usemos um multiplicador de material, o que nos dá uma tonelagem de perfuração um pouco maior do que você calculou originalmente:

Tonelagem de perfuração = Área da terra × Espessura do material × 25 × Multiplicador de material

Tonelagem de perfuração = 0,375 × 0,036 × 25 × 1,2 = 0,405 ton

Independentemente disso, é correto dizer que esta é uma curva acentuada; leva mais tonelagem para formar do que para perfurar, e variações no ângulo de dobra e na dimensão serão o resultado. A partir de anos de experiência pessoal, posso assegurar-lhe que se você estiver realmente formando ar com um soco de 1⁄32 pol.-raio em material de 0,036 pol. De espessura, você está experimentando alguma variação angular de nível.

O que estou descrevendo aqui não é nem inconsistente com a teoria moderna nem a causa das variações que aparecem na operação de formação. Uma vez criado, o vinco é simplesmente, por falta de uma melhor descrição, um amplificador das inconsistências dentro do material, como variações na direção da fibra, dureza e espessura. Essas e outras variáveis ​​similares são a causa raiz das variações angulares da peça de trabalho para a peça de trabalho.

The 25 Constant

Então, de onde vêm os 25 nesta fórmula? É uma constante que representa a resistência média ao cisalhamento de aço laminado a frio leve de 50 KSI. Para citar o Tooling Around the World, uma publicação da Wilson Tool de fevereiro de 2013:

Força de perfuração (tonelada dos EUA): Área do terreno × Espessura × 50.000 lbs./in.2 ÷ 2.000 lbs./ton

Área da Terra × Espessura x 25 ou Força de Perfuração (tonelada):

Área da Terra × Espessura × 345 N / mm2 ÷ 9.806,65 N / tonelada

Perímetro × Espessura × 0.0352

Como esse aço macio de 50 KSI já foi o material mais usado, ele se tornou o material ao qual todos os outros foram comparados, como o aço inoxidável. A resistência à tração do aço inoxidável é de aproximadamente 75.000 libras / pol2 (ou 518 N / mm2). Em comparação com o aço macio, o aço inoxidável terá 1,5 vezes mais força de cisalhamento.

Por favor, note que a tonelagem para quebrar a superfície do material é apenas uma estimativa razoavelmente precisa, já que esta fórmula não foi projetada para aplicações de prensas de freio. No entanto, os números estão próximos o suficiente para nossos propósitos.

Curvas afiadas

Se você se encontrar com uma curva acentuada - como o seu exemplo -, é melhor evitá-lo. Evitar uma curva acentuada sempre que possível tornará suas dobras mais consistentes e estáveis ​​da peça de trabalho para a peça de trabalho.

Fazer isso significa aumentar o raio no nariz do punção até o ponto em que a tonelagem de perfuração (que também chamaremos de tonelagem perfurante) excede a tonelagem de formação.

Material Fino e Assentamento

Dito isso, vamos percorrer os dois últimos parágrafos usando os dados já calculados da sua pergunta. Primeiro, quando se trabalha nesta escala, existe uma linha muito fina entre a formação de ar, a dobra inferior e a cunhagem - alguns milésimos de polegada, na maioria dos casos. Isso pode significar que, se as dobras forem estáveis, você está com a inclinação para baixo.

Na formação de ar, seu raio interno é baseado e desenvolvido como uma porcentagem da largura do molde (a abertura), a qual me refiro como “regra dos 20%” - apenas título, pois as porcentagens variam de acordo com o tipo de material. Para nosso material de linha de base, ASTM A36, esse valor é de 16%.

Sendo universalmente aceito, este conceito significa que para um 0,250-in. largura da matriz, o raio interno flutuante será de 16% dessa largura ou 0,040 pol. Portanto, a menos que você esteja usando o seu 0,032 pol. raio do nariz de perfuração, 0,040 pol. será o raio interno da curva.

Mas nossa teoria também afirma, e nossos dados confirmaram, que a tonelagem necessária para formar (2,9 toneladas) era maior que a tonelagem exigida para perfurar a superfície do material (0,405 ton). Isso significa que, embora o raio do punção e a espessura do material estejam próximos de “1-para-1”, o 1⁄32 pol. O nariz do soco ainda está vincando o raio interno da curva, embora em uma escala muito pequena e em um ponto muito próximo do raio do nariz do furador. Então, para todos os efeitos, está ampliando as variáveis ​​materiais.

Então, qual é o tamanho do raio de punção para evitar um vinco? Para descobrir, você pode fazer um pequeno teste matemático e erro com a fórmula de tonelagem de perfuração, substituindo o valor do raio de perfuração por um valor maior até que a tonelagem de perfuração exceda a tonelagem de formação:

Tonelagem de perfuração = (raio do furador × 12) × espessura do material × 25 × fator do material

Neste caso, o raio interno mínimo para sua pergunta original seria 0.2238 in .:

Tonelagem de perfuração = 0,2238 × 12 × 0,036 × 25 × 1,2 = 2,9 toneladas por pé

Tonelagem de formação = (575 × 0,001296) / 0,25 = 2,9 toneladas por pé

Realisticamente, você provavelmente não faria isso e continuaria a formar este exemplo usando o 0.032-in. raio do nariz. Então, o que isso faz para você então? Não muito. Ele simplesmente explica por que, às vezes, ao dobrar essa relação básica espessura-raio de material de 1 para 1, ainda é possível ter oscilações dramáticas no ângulo de dobra, em vez de ter os ângulos estáveis ​​que normalmente esperaríamos da dobra.

Material macio

Lembre-se, a formação de tonelagem é baseada em aço laminado a frio ASTM A36 60-KSI. Se um material tiver uma resistência à tração diferente, você precisará incorporar um fator material.

Vejamos outro exemplo que incorpora alumínio da série O mais espesso e mais macio: 0,125 pol. De espessura com resistência à tração de 13 KSI.

O primeiro passo é encontrar o fator material para a fórmula de tonelagem de formação. Estimaremos esse valor dividindo seu valor de tração pelo valor de 60 KSI de nosso material de linha de base: 13/60 = 0,21 ou 21%. Neste caso, estaremos usando um 0,984-in. largura do dado.

Todos esses três valores são então inseridos em nossos cálculos básicos de tonelagem de formação, como segue:

{[575 × (Espessura do material) 2] / Largura da matriz} x Fator material = Tonelagem por pé [(575 × 0.015625) / 0.984] × 0.21 = 1.917 Toneladas por pé

Agora é para a tonelagem de perfuração. Começando com um 0,125 pol. raio do nariz de perfuração, primeiro calculamos o valor da área de terra e depois a tonelagem de perfuração. Como esse material não está listado na Figura 1, calculamos o multiplicador comparando-o com nossa linha de base de 60-KSI: 13 KSI / 60 KSI = 0,21. Sabendo disso, começamos nossos cálculos.

Área de terra = raio de perfuração × 12

Área de terra = 0,125 × 12 = 1,5

Tonelagem de perfuração = Área da terra × Espessura do material × 25 × Multiplicador de material

Tonelagem de perfuração = 1,5 × 0,125 × 25 × 0,21 = 0,984 ton

Por isso, serão necessárias aproximadamente 0,984 toneladas de força de perfuração para começar a quebrar a superfície do material. Tudo isso mostra como a relação entre o raio do punção, a largura da matriz e a resistência à tração do material determina onde ocorre uma “curva acentuada”. Neste exemplo, a capacidade da superfície do material de resistir à força sendo aplicada a ela termina em 0,984 toneladas. Se você, então, aplicasse as 1.917 toneladas de pressão necessárias para formar o material com a área calculada, você vai vincar a peça.

Em seguida, tendo em mente que as curvas acentuadas são uma função do material e não o raio do punção, calculamos o raio interno mínimo para a nossa peça de material. Como fizemos no exemplo anterior, primeiro realizamos vários problemas matemáticos de tentativa e erro, substituindo o raio interno por um valor progressivamente maior até que a tonelagem a ser formada seja menor que a tonelagem para perfurar o material.

Nesse material flexível, descobrimos que não é até atingirmos um valor de raio de 0,250 pol. Que adquirimos nosso raio mínimo de dobra interno.

Área de terra = raio de perfuração × 12

Área de terra = 0,250 × 12 = 3,0

Tonelagem perfurante = Área da terra × Espessura do material × 25 × Multiplicador de material

Tonelagem perfurante = 3,0 × 0,125 × 25 × 0,21 = 1,968

Com um 0,250 pol. raio, a tonelagem ou força necessária para perfurar a superfície é de 1.968 toneladas, com base na área terrestre. A tonelagem para formar o material é de 1.917 toneladas, o que significa que não ocorrerá perfuração ou afinamento do material.

Agora, determinamos que 0,250 pol. É o raio mínimo de curvatura. Então, qual é o raio interno naturalmente flutuante para essa curva de ar? Para curvas nas quais o raio não está se aproximando de uma curva acentuada, geralmente estimamos o raio flutuante como uma porcentagem da largura da matriz, de 20%, com 16% de aço laminado a frio de 60 KSI como nossa linha de base. Comparando nosso material de 13-KSI com a linha de base, essa porcentagem será apenas cerca de 3%, fazendo com que nosso raio flutuante estimado seja realmente muito pequeno, e significativamente menor do que onde a curva gira acentuadamente.

Nesse caso, calculamos o raio flutuante com base em nossa regra geral sobre onde a dobra fica acentuada - a 63% da espessura do material do nosso aço-carbono de base de 60-KSI. Novamente, a porcentagem será muito menor para nosso material macio de 13-KSI. Como o material é muito mais macio, ele carrega um raio interno muito menor do que o nosso material de linha de base, assim como o aço inoxidável carregaria um raio interno maior na peça.

Para determinar isso, fazemos uma comparação com nosso material de linha de base: 13 KSI / 60 KSI = 0,21; 0,21 × 0,63 = 0,1323. Em outras palavras, 13 KSI é 21% de 60 KSI e 21% de nossos 63% de base são 13%. Então, de acordo com isso, o raio mínimo é 13% do nosso 0,984-in. abertura do molde: 0,984 × 0,13 = 0,127 pol.

Essa estimativa é menor do que nossa 0,250 in. e como calculamos anteriormente, qualquer raio menor do que 0,250 pol faria com que a ponta da punção penetrasse e enrugasse esse material macio antes de formar o raio. Nesse caso, escolheríamos nosso valor “mínimo” de 0,250 pol. raio para calcular nossas deduções de curvatura. Com um raio de punção de 0,250 pol., Para evitar vincos e criar uma dobra precisa, o material assumirá o raio maior da ponta do punção, menos o fator de retorno ou a pequena abertura do ângulo e do raio conforme o material for liberado da pressão.

Ao trabalhar com curvas acentuadas na formação de ar, você precisa usar o valor de raio mínimo para seus cálculos de tolerância de dobra (BA) e dedução de dobra (BD). Por quê? Porque se você usar o valor errado do raio - por exemplo, qualquer raio do punção menor que o mínimo dentro do raio - seus cálculos serão desativados.