Analiza współczynnika k gięcia blachy

Spośród wszystkich stałych matematycznych stosowanych w precyzyjnym wytwarzaniu blach współczynnik k wyróżnia się jako jeden z najważniejszych. Jest to wartość podstawowa potrzebna do obliczenia naddatków na zgięcie i ostatecznie odliczenia zgięcia. Jest to matematyczny mnożnik, który pozwala zlokalizować przesuniętą neutralną oś zgięcia po uformowaniu.

Po opracowaniu wartość współczynnika k pozwoli Ci przewidzieć całkowitą wielkość wydłużenia, która nastąpi w danym zakręcie. Współczynnik k pozwala obliczyć naddatek na zgięcie, cofnięcie zewnętrzne, odjęcie zgięcia i płaski układ tworzonej części precyzyjnej.

Aby zrozumieć współczynnik k, musisz dobrze zrozumieć kilka podstawowych terminów, z których pierwszą jest oś neutralna. Oś neutralna to teoretyczny obszar leżący na 50 procentach grubości materiału, gdy nie jest naprężony i płaski. Oś neutralna jest zmiennym facetem; to znaczy przesuwa się do wnętrza zakrętu. Teoretyczna linia osi neutralnej pozostanie tej samej długości zarówno przed zakończeniem gięcia, jak i po nim.

Podczas zginania, podczas gdy obszar między osią neutralną a powierzchnią wewnętrzną podlega siłom ściskającym, obszar między osią neutralną a powierzchnią zewnętrzną jest obciążony siłami rozciągającymi. Oś neutralna to strefa lub płaszczyzna oddzielająca napięcie od ściskania. Położenie osi neutralnej zależy od kąta zgięcia, promienia zgięcia wewnętrznego i metody formowania.

Zachowanie osi neutralnej jest głównym powodem, dla którego płaska część musi być mniejsza niż suma wymiarów zewnętrznych formowanego elementu. Przyjrzyj się uważnie rys. 1. Zwróć uwagę, jak arkusz przerzedził się na zakręcie. To od 10 do 15 procent przerzedzenia podczas zgięcia zmusza neutralną oś do przesunięcia się do wewnątrz, w kierunku wewnętrznej powierzchni materiału.

Współczynnik k ma więcej niż jedną definicję, co omówimy w przyszłych kolumnach tej serii. To powiedziawszy, możesz znaleźć klasyczną definicję współczynnika k z różnych źródeł. Ten, który następuje, pochodzi z Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Produkcji, Ahsanullah University of Science and Technology w Bangladeszu.

\"Współczynnik k jest stałą wyznaczoną przez podzielenie grubości materiału arkusza przez położenie osi neutralnej. Obszar w arkuszu zdefiniowany jako oś neutralna nie ulega kompresji wewnątrz osi neutralnej ani nie rozszerza się na zewnątrz Oś neutralna nie ulega żadnej zmianie długości podczas operacji gięcia.

\"Jednak oś neutralna porusza się w kierunku powierzchni wewnętrznej o wartość procentową, przy czym procent ten jest współczynnikiem k. To przeniesienie lub przesunięcie osi neutralnej - z 50 procent grubości materiału do nowej lokalizacji równej lub mniejszej niż 50 procent grubości materiału - jest to powód, dla którego część wydłuża się podczas formowania. Odległość liniowa wokół łuku zagięcia na osi neutralnej jest tam, gdzie wykonywany jest pomiar naddatku na zginanie. \"

Ryc. 2 Współczynnik k definiuje się jako przesunięcie osi neutralnej podczas zginania (t) podzielone przez grubość materiału (Mt).

Załóżmy, że masz grubość 1 milimetra (mm). W stanie płaskim materiał ma oś neutralną usytuowaną na 50 procentach grubości, na 0,5 mm. Zagnij materiał, a oś neutralna przesunie się do 0,466 mm, mierzonej od wewnętrznej powierzchni zagięcia. To neutralne przesunięcie osi definiujemy jako t, jak pokazano na rysunku 2. Obliczamy współczynnik k dzieląc t przez grubość materiału (Mt).

współczynnik k = t / Mt

współczynnik k = 0,466 mm / 1,0 mm = 0,466

Współczynnik k jest niczym więcej niż mnożnikiem, który może dać dokładną wartość dla relokowanej osi neutralnej. A jeśli znasz limit na zgięcie, możesz z niego wyjąć współczynnik k. Po poznaniu współczynnika k można go użyć do przewidywania tolerancji zgięcia dla różnych kątów.

Współczynnik k ma fundamentalne znaczenie przy projektowaniu precyzyjnych produktów z blachy. Pozwala przewidywać odliczenie zgięcia dla wielu różnych kątów bez konieczności polegania na wykresie. Podczas gdy współczesne wykresy odliczania zgięć są obecnie dość dokładne, historycznie wykresy obliczeń zgięć, zarówno dla tolerancji zgięć, jak i odliczeń zgięć, były notorycznie znane z ich nieścisłości. Zazwyczaj były one ważne tylko w środowiskach produkcyjnych, w których zostały utworzone. I wiele z tych wykresów wciąż się unosi.

Współczynnik k nie jest idealny. Na przykład, nie uwzględnia żadnego naprężenia i odkształcenia, które powstają w zgiętym materiale. Wyznaczenie współczynnika k zależy również od używanego oprzyrządowania, rodzaju materiału, wytrzymałości na rozciąganie i granicy plastyczności, metody formowania (formowania powietrzem, wykańczania lub zwijania) i innych zmiennych.

Wykres na ryc. 3 pokazuje zakres współczynników k, jakie możesz mieć, od 0,50 aż do 0,33. A współczynnik k może być jeszcze mniejszy. W większości zastosowań współczynnik k podaje się jako średnią wartość 0,4468.

Nigdy nie zobaczysz współczynnika k większego niż 0,50 w praktycznym zastosowaniu i jest ku temu dobry powód. Naprężenie ściskające zgięcia nie może przekraczać naprężenia zewnętrznego. Gdy arkusz jest płaski bez żadnego naprężenia, oś neutralna znajduje się na środku arkusza. Ale dodaj trochę stresu i zmuś metal do zgięcia i obserwowania, co się stanie. Wiązania ziarniste są rozciągane, ciągnięte, a czasem łamane, co powoduje rozerwanie ziaren, gdy podlegają one naprężeniom rozciągającym.

To jest współczynnik Poissona w akcji; gdy materiał jest rozciągany w jednym kierunku, staje się krótszy w drugim kierunku. Współczynnik Poissona wyjaśnia, dlaczego zewnętrzny obszar przekroju zakrętu jest większy niż obszar wewnętrzny. Gdy przestrzeń rozszerza się na zewnątrz zakrętu, kurczy się od wewnątrz. Spójrz dokładnie na krawędź na rycinie 4, a zobaczysz, jak materiał rozszerza się na zewnątrz zagięcia, ściska się od wewnątrz, zmuszając wewnętrzną krawędź zgięcia do „wypukłości”.

Rycina 3 Ten ogólny wykres współczynnika k, oparty na informacjach z Podręcznika maszyn, daje średnie wartości współczynnika k dla różnych zastosowań.

Termin „grubość” odnosi się do grubości materiału. Średnia wartość współczynnika K wynosząca 0,4468 jest stosowana w większości zastosowań do gięcia.

Wygięcie wykonane zbyt ostro rozwija deformację plastyczną na skutek nadmiernego naprężenia spowodowanego zginaniem. Problem przejawi się jako pękanie na zewnętrznej powierzchni, zmieniające naddatek na zginanie. Im mniejszy wewnętrzny promień gięcia, tym bardziej oś neutralna przesunie się w kierunku wewnętrznej powierzchni gięcia.

Głównym powodem tego jest użycie terminu \"minimalny promień gięcia \" na wielu rysunkach i jego interpretacja. Wielu widzi \"minimalny promień gięcia \" i sięga po najostrzejszy stempel, jaki ma, ten o najmniejszym promieniu wierzchołka stempla.

Minimalny promień gięcia jest funkcją materiału, a nie promienia stempla. W formie powietrznej jest to najmniejszy wewnętrzny promień gięcia, jaki można osiągnąć przy braku dna lub zwijania materiału.

Jeśli wykonasz napowietrzanie z promieniem stempla mniejszym niż minimalny promień pływający, zagnieciesz wewnętrzny środek zagięcia, tworząc ostre zagięcie. Gdy manifestują się zmiany w materiale, zmiany materiału między częściami wzmacniają wszelkie odchylenia kątowe normalne, ostatecznie powodując błędy wymiarowe w przedmiocie obrabianym. (Aby uzyskać więcej informacji na temat ostrych zakrętów, wpisz \ „Jak wygięcie powietrzne staje się ostre \” w pasku wyszukiwania na stronie www.thefab ricator.com.)

Minimalny promień gięcia przyjmuje dwie odrębne formy, które wpływają na współczynnik k w ten sam sposób. Pierwsza forma minimalnego promienia znajduje się na granicy między promieniem „ostrym” i „minimalnym” w formie powietrznej. To tutaj nacisk na formowanie jest bardziej znaczący niż nacisk na przebijanie, ostatecznie tworząc zagięcie w środku zagięcia i wzmacniając wszelkie zmiany materiału. Gdy nos przebijaka penetruje materiał, dodatkowo ściska on wewnętrzny obszar zagięcia, powodując zmiany współczynnika k.

Druga forma minimalnego wewnętrznego promienia gięcia jest tworzona przez stosunek promienia gięcia do grubości materiału. W miarę zmniejszania się stosunku promienia wewnętrznego i grubości materiału wzrasta naprężenie rozciągające na zewnętrznej powierzchni materiału. Kiedy stosunek

Jest to jeszcze gorsze, gdy linia gięcia jest równoległa do kierunku ziaren lub kierunku walcowania blachy. Jeśli zagięcie danego kawałka metalu zostanie wygięte z ostrym promieniem dziurkacza względem grubości materiału, ziarna w materiale rozszerzają się znacznie dalej, niż gdyby promień był równy grubości materiału. To znowu jest współczynnik Poissona w pracy. Kiedy tak się dzieje, oś neutralna nie ma innego wyboru, jak tylko zbliżyć się do wewnętrznej powierzchni, ponieważ zewnętrzna grubość materiału rozszerza się dalej.

Ta druga forma minimalnego promienia gięcia jest zatem zdefiniowana jako „minimalny promień gięcia dla grubości materiału”. Jest to zwykle wyrażone jako wielokrotność grubości materiału - 2Mt, 3Mt, 4Mt itp. Dostawcy materiałów oferują minimalne gięcie wykresy promienia określające minimalne promienie dla różnych stopów i temperatury tych stopów.

Skąd pochodzą te liczby na wykresach minimalnego promienia? Obejmują one inne składniki, które doprawiają nasze gumbo o współczynniku k, w tym plastyczność. Test na rozciąganie mierzy plastyczność lub zdolność metalu do odkształcenia plastycznego.

Jedną miarą plastyczności jest zmniejszenie powierzchni, znane również jako zmniejszenie powierzchni przez rozciąganie. Jeśli znasz wartość redukcji rozciągania materiału, możesz zgrubnie oszacować minimalny promień gięcia, w zależności od grubości materiału:

x Minimalny promień gięcia dla grubości 0,25 cala lub większej =

[(50 / procent zmniejszenia powierzchni przy rozciąganiu) - 1]

Rysunek 4 Kompresja po wewnętrznej stronie zgięcia zmusza wewnętrzną krawędź do „wypukłości”.

× Mt

Minimalny promień gięcia dla materiału

mniej niż 0,25 cala grubości =

{[(50 / procent zmniejszenia powierzchni przy rozciąganiu) - 1]

× Mt} × 0,1

W tych równaniach używasz procentu jako liczby całkowitej, a nie dziesiętnej. Jeśli więc Twój materiał o grubości 0,5 cala ma 10-procentowy procent redukcji, zamiast 0,10 w równaniu, możesz użyć 10 w następujący sposób:

[(50 / procent zmniejszenia powierzchni przy rozciąganiu) - 1]

× Mt

[(50/10) - 1] × 0,5 = 2

W takim przypadku minimalny wewnętrzny promień gięcia jest dwukrotnością grubości materiału. Pamiętaj, że jest to tylko ogólna zasada, która daje ci figurę do gry w piłkę. Znalezienie prawidłowego minimalnego promienia gięcia blachy stalowej lub aluminiowej wymaga drobnych badań i powinno zawierać dane od dostawcy materiału oraz inny kluczowy składnik gumbo o współczynniku k: niezależnie od tego, czy zginasz z ziarnem, czy przeciw.

Kierunek ziarna, utworzony w kierunku walcowania blachy w młynie, biegnie wzdłuż całego arkusza. Możesz to zobaczyć na nowym kawałku blachy, zauważając kierunek przebiegających przez nią linii. Po wytworzeniu arkusza jego cząsteczki wydłużają się w kierunku walcowania.

Kierunek ziarna nie jest wykończeniem powierzchni, które wykonuje się przez szlifowanie lub inne procedury mechaniczne. Niemniej jednak zadrapania powierzchni końcowej sprawiają, że materiał jest bardziej podatny na pękanie, szczególnie gdy ziarno końcowe jest równoległe do ziarna naturalnego.

Ponieważ ziarna są kierunkowe, powodują zmiany kąta i potencjalnie promienia wewnętrznego. Tę zależność od orientacji nazywamy anizotropią i odgrywa ona ważną rolę, jeśli chcesz wykonać precyzyjne części.

Kiedy metal jest zgięty równolegle (z) ziarnem, wpływa na kąt i promień, czyniąc go anizotropowym. Włączenie właściwości anizotropii metali jest istotną częścią dokładnych prognoz współczynnika k i tolerancji zgięcia.

Zgięcie z ziarnem zmusza oś neutralną do wewnątrz, zmieniając współczynnik k ponownie. Im bliżej osi neutralnej zbliża się do wewnętrznej powierzchni zakrętu, tym bardziej prawdopodobne jest pękanie na zewnątrz promienia.

Podczas gdy zginanie wymaga mniejszej siły niż w poprzek ziarna, zgięcie wykonane z ziarna jest słabsze. Cząsteczki łatwiej się odrywają, co może prowadzić do pękania w promieniu zewnętrznym. Można to wzmocnić poprzez ostre zginanie. To powiedziawszy, jeśli zginasz się z ziarnem, możesz śmiało powiedzieć, że potrzebujesz większego wewnętrznego promienia gięcia.