Współczynniki K, współczynniki Y i prasa krawędziowa

Pytanie: Miałem pytanie dotyczące współczynników K dla naszego oprogramowania do modelowania 3D. Nasi inżynierowie konstruktorzy zazwyczaj wykorzystują współczynnik 0,4 dla naszych części prasowanych pneumatycznie. Nie sprawdza się to jednak w przypadku naszych części, które trafiają do prasy do tłoczenia ręcznego.

Chcę pomóc naszym projektantom w tworzeniu większej liczby części do produkcji. Powiedziałbym, że dobrze rozumiem podstawy, ale wciąż są problemy, które napotykam w częściach produkcyjnych, które staram się zapamiętać na przyszłość. Czy potrafisz odpowiedzieć na moje pytanie dotyczące współczynników K za pomocą ogólnej rekomendacji, bez wchodzenia w zbyt wiele teorii lub obliczeń?

Odpowiedź: Odpowiedzi na twoje pytania są proste; cóż, w pewnym sensie proste. Zacznę od podstaw i przedstawię kilka ogólnych zaleceń, a następnie zakończę obliczeniami. Matematyka leży u podstaw gięcia blach. Na szczęście nie jest to zbyt skomplikowane - żaden rachunek różniczkowy, tylko geometria.

Twoja prasa krawędziowa i tłoczenie formują blachę na różne sposoby. Na prasie krawędziowej formujesz powietrze, a na prasie tłoczącej tłoczysz lub zwijasz. Są to różne metody formowania, a każda z nich jest obliczana inaczej, ponieważ promień jest wytwarzany w przedmiocie obrabianym.

Typy zakrętów

Po pierwsze, cofnijmy się i porozmawiajmy o rodzajach zagięć, które można wykonać w blachach. Nie bać się; Wkrótce wprowadzę czynnik K do dyskusji. Do tego czasu, miejcie ze mną.

Istnieją cztery rodzaje zagięć: minimalny promień, ostry, doskonały i promień. Zakręt o minimalnym promieniu ma promień równy najmniejszemu promieniowi wewnętrznemu, który można wytworzyć bez marszczenia materiału. Spróbuj utworzyć promień mniejszy niż minimalny, a następnie zgniecisz środek promienia, dając ci ostry zakręt.

Idealne zagięcie ma promień równy lub zbliżony do grubości materiału. W szczególności, promień idealnego zagięcia waha się od minimalnej wartości promienia do 125 procent grubości materiału. Jeśli twój promień wynosi 125 procent grubości materiału lub więcej, masz zagięcie promienia.

Nawet jeśli wytwarzasz ostre zagięcie, najmniejszy promień, którego możesz użyć do obliczeń zgięcia, to minimalny promień zgięcia, jeśli chcesz, aby Twoje liczby działały w praktyce. Należy również zauważyć, że powietrze tworzące ostre zagięcie jest zwykle bardzo szkodliwe dla konsystencji. Zagięcie w środku zakrętu ma tendencję do wzmacniania wszelkich zmian kątowych spowodowanych zmianami kierunku ziaren materiału, twardości, grubości i wytrzymałości na rozciąganie. Im ostrzejsze i głębsze zagniecenie, tym większy efekt.

Tutaj również ma swój promień dziobu. Jeśli zakręt staje się ostry przy promieniu wewnętrznym 0,078 cala, to przebij promienie nosa 1/16 cala (0,062 cala), 1/32 cala (0,032 cala) i 1/64 cala (0,015 cala) .) są zbyt ostre. Ponieważ promień dzioba stempla staje się mniejszy w stosunku do grubości materiału, tym bardziej znacząca jest całkowita zmiana kąta.

Ale dygresję. Teraz, gdy dyskutujemy, jakie są rodzaje zagięć i jak je tworzymy, możemy przejść do współczynnika K. Zauważysz, jak różne metody formowania ... poczekaj minutę - nie zdefiniowaliśmy jeszcze metod formowania: formowanie powietrzem, zginanie na dnie i formowanie.

Metody formowania

I tak, istnieje różnica między zginaniem dna a wybijaniem. Coining zmusza nos dziurku do materiału, penetrując oś neutralną. Najniższe dochodzi do około 20 procent powyżej grubości materiału, mierzonej od dołu matrycy.

Istnieje duże prawdopodobieństwo, że zestawy matryc na prasie tłoczącej faktycznie tworzą materiał, wypychając matrycę do grubości mniejszej niż grubość materiału. W przeciwnym razie prawdopodobnie wyginasz się na dole, co ponownie występuje około 20 procent powyżej grubości materiału. Jeden wymusza mocniejsze promienie niż drugi, ale oba wymuszają materiał do pewnego promienia. Niezależnie od rodzaju zagięcia - ostrego, minimalnego, doskonałego lub promienia - jeśli wykańczasz lub zwijasz, wartość dziurkowania określa promień wynikowy, a więc jest to, czego używamy w naszych obliczeniach zgięcia.

Jednak nie dotyczy to formowania powietrza. W formie powietrza wytwarzany promień jest procentem otworu matrycy. Zakrzywione w powietrze zagięcie unosi się na szerokości matrycy, a promień wewnętrzny jest ustalany jako procent tej szerokości. Procent zależy od wytrzymałości materiału na rozciąganie. Nazywa się to zasadą 20 procent. Jest to jednak tylko tytuł ze względu na procentowe zmiany w zależności od rodzaju materiału i wytrzymałości na rozciąganie.

Na przykład stal nierdzewna 304 tworzy promień od 20 do 22 procent szerokości matrycy, podczas gdy promień w aluminium 5052-H32 tworzy się na 13 do 15 procent szerokości. Ogólna zasada jest następująca: im materiał jest bardziej miękki, tym cieńszy jest promień wewnętrzny.

Przy okazji, łagodna walcowana na zimno stal 60-KSI jest naszym podstawowym materiałem do większości obliczeń, w tym reguły 20%. Materiał ten tworzy promień między 15 a 17 procent szerokości matrycy. Zaczynamy od mediany, 16 procent, a następnie dostosuj w razie potrzeby. Powiedzmy, że musimy pracować z materiałem 120-KSI. To dwukrotnie więcej niż 60 KSI naszego podstawowego materiału; w związku z tym ten arkusz 120-KSI utworzy powietrze o promieniu dwukrotnie większym niż w przypadku łagodnej stali walcowanej na zimno - lub 32 procent otworu matrycy (16 procent × 2).

A teraz współczynnik K

W blachach współczynnik K jest stosunkiem osi neutralnej do grubości materiału. Podczas formowania kawałka metalu wewnętrzna część zagięcia ściska się, podczas gdy zewnętrzna część rozszerza się (patrz rysunek 1). Oś neutralna to obszar przejścia między kompresją a rozszerzaniem, w którym nie zachodzi żadna zmiana w materiale - poza tym, że przemieszcza się z pierwotnego położenia z 50% grubości materiału w kierunku wewnętrznej powierzchni zagięcia. Oś neutralna nie zmienia swojej długości, lecz przemieszcza się; powoduje to wydłużenie podczas zginania. Jak daleko przesuwa się oś neutralna, zależy od właściwości fizycznych danego materiału, jego grubości, wewnętrznego promienia zgięcia i metody formowania.

Weź zwyczajową domyślną wartość współczynnika K równą 0,446, pomnóż ją przez grubość materiału i wiesz, gdzie przemieści się oś neutralna. To, co w istocie robimy, polega na wymuszaniu zmierzonej długości z większego promienia (to znaczy długości osi neutralnej przy 50 procentach grubości materiału) na mniejszym promieniu. Ta sama całkowita zmierzona długość rozłożona na mniejszym promieniu oznacza, że ​​mamy nadmiar materiału lub wydłużenie.

Rozważ materiał o grubości 0,060 cala. Pomnożymy to przez współczynnik K 0,446, aby uzyskać 0,0268 cala. Oś przesunęła się z 0,030 cala (przy połowie grubości materiału) do 0,0268 cala, mierzonej od wewnętrznej powierzchni zgięć. Innymi słowy, oś przesunęła się do wewnątrz o 0,0032 cala. Stamtąd możemy znaleźć odpowiedzi, których potrzebujemy do naszych obliczeń zginania.

Należy zauważyć, że rodzaj materiału, metoda formowania i stosunek promienia zgięcia do grubości materiału dają nam różne współczynniki K. Te z kolei wpływają na całkowitą wielkość wydłużenia, które ma miejsce, oraz na dedukcje, które musimy zastosować.

Do obliczeń

Współczynnik K jest zdefiniowany matematycznie jako t / Mt, gdzie jest położeniem osi neutralnej, a Mt jest grubością materiału. Ze względu na specyficzne właściwości dowolnego danego metalu, nie ma łatwego sposobu na dokładne obliczenie tej wartości, stąd wykres na rysunku 2.

Współczynnik K zwykle wynosi od 0,3 do 0,5. Jeśli chcesz obliczyć współczynnik K, zamiast korzystać z wykresu, będziesz potrzebował części testowych - cztery lub pięć kawałków powinno dobrze do tego służyć.

Aby obliczyć współczynnik K, musisz zebrać pewne informacje. Najpierw musisz znać wymiary przed i po uformowaniu i zmierzyć promień wewnętrzny tak dokładnie, jak to możliwe. Komparator optyczny jest dobrym pierwszym wyborem ze względu na jego dokładność; inne opcje obejmują kołki miernika i promienie.

Weź sumę uformowanych wymiarów wewnętrznych, odejmij rozmiar płaski, a otrzymasz naddatek na zginanie (BA). Następnie zmierz uzupełniający kąt zgięcia i promień zgięcia wewnątrz (Ir). W przypadku tych punktów danych, wraz z grubością materiału (Mt), można rozwiązać współczynnik K (wszystkie wymiary podano w calach):

Współczynnik K = [(180 × BA) / (π × kąt zgięcia komplementarny × Mt)] - (Ir / Mt)

Oczywiście najłatwiej jest użyć znanego współczynnika K z tabeli, jak na rysunku 2. Możesz użyć tego współczynnika K i wewnętrznego promienia zgięcia do obliczenia osi neutralnej. Następnie użyj promienia osi neutralnej do obliczenia długości łuku osi neutralnej - co równa się twojemu BA. Następnie obliczasz zewnętrzne obniżenie (OSSB), wymiar pokazany na rysunku 3. To, wraz z uzupełniającym kątem zgięcia (patrz rysunek 4), daje ci wszystko, czego potrzebujesz do obliczenia odliczenia zgięcia (BD) lub całkowitej ilości wydłużenie, które wystąpi w danym zakręcie:

BA = [(0,017453 × Ir) + (0,0078 × Mt)] × Kąt zagięcia uzupełniający

W obliczeniach bierze udział współczynnik K. Prawdopodobnie zastanawiasz się, jakie wartości liczbowe mieszczą się w formule - 0,017453 i 0,0078. Co oni reprezentują? To 0,017453 wynosi pi podzielone przez 180, a 0,0078 wynosi (π / 180) × współczynnik K.

Ta formuła wykorzystuje współczynnik K równy 0,446. Jeśli jednak zmienisz metodę formowania, rodzaj materiału lub stosunek wewnętrznego promienia zgięcia do grubości materiału, będziesz miał inną wartość współczynnika K. Aby włączyć tę nową wartość, możesz użyć rozszerzonej wersji tej samej formuły. Następnie określasz OSSB, a następnie wykorzystujesz wynik wraz z BA do obliczenia odliczenia zgięcia:

BA = {[(π / 180) × Ir)] + [(π / 180) × współczynnik K] × Mt} × kąt zgięcia uzupełniający OSSB = [(opalenizna (kąt zgięcia / 2)] × (Mt + Ir)] BD = (OSSB × 2) - BA

Witamy czynnik Y.

Dzięki zastosowaniu współczynnika Y Twoje obliczenia mogą być jeszcze bardziej precyzyjne. Wymaga to jednak zmiany formuły BA. Współczynnik Y uwzględnia naprężenia w materiale, podczas gdy współczynnik K nie. Niemniej jednak czynnik K nadal jest zaangażowany, po prostu trochę masuje.

Aby znaleźć współczynnik Y, możesz odwołać się do wykresu (patrz Rysunek 5) lub użyć tego równania:

Współczynnik Y = (współczynnik K × π) / 2Wstawiamy następnie współczynnik Y do nowego wzoru dla BA: BA = {[(π / 2) × Ir] + (współczynnik Y × Mt)} × (Bend kąt komplementarny / 90)

Przejdziemy przez ten proces dla obu zestawów równań, używając 60-KSI łagodnej stali walcowanej na zimno o grubości 0,062 cala i grubości 0,062 cala. wewnętrzny promień zgięcia i kąt zgięcia 90 stopni. W tym przykładzie użyjemy współczynnika K równego 0,446.

Współczynnik 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

Oto obliczenia zgięcia z wykorzystaniem tylko współczynnika K i naszego oryginalnego równania BA:

BA = {[(π / 180) × Ir)] + [(π / 180) × współczynnik K] × Mt} × kąt zgięcia komplementarny

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

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

BD = (0,124 × 2) - 0,1409 = 0,1071

Różnica w BA między dwoma obliczeniami wynosi zaledwie 0,0001 cala, a różnica w BD wynosi również 0,0001 cala, co w tym przykładzie sprawia, że ​​te dwa sposoby obliczania BA funkcjonalnie są takie same. Ale zmień kąt zgięcia lub promień zgięcia wewnętrznego i wszystko się zmieni. Przekonasz się, że ten drugi zestaw formuł używających współczynnika Y jest nieco dokładniejszy niż użycie współczynnika K.

Wybierz numer w obliczeniach zgięcia

Powszechną praktyką w branży jest stosowanie 0,446 dla wartości współczynnika K. Ale wybierając odpowiednie wartości danych, w tym współczynnik K oparty na zmiennych specyficznych dla aplikacji (rodzaj materiału, metoda formowania i promień wewnętrzny), myślę, że przekonasz się, że wiele problemów, które napotykasz między tymi dwoma różne metody produkcji znikną.