Analyse van de k-factor bij het buigen van plaatstaal

Van alle wiskundige constanten die worden gebruikt bij de fabricage van precisieplaatmetaal, valt de k-factor op als een van de belangrijkste. Het is de basiswaarde die nodig is om de buigrechten en uiteindelijk de buigingsaftrek te berekenen. Het is een wiskundige vermenigvuldiger waarmee u de herpositioneerde neutrale as van de bocht na het vormen kunt lokaliseren.

Eenmaal ontwikkeld, zal de waarde van de k-factor u in staat stellen om de totale hoeveelheid rek die binnen een bepaalde bocht zal optreden te voorspellen. Met de k-factor kun je de buigwaarde berekenen, de buitenwaartse tegenslag, de buigingsaftrek en de platte lay-out van het precisiedeel dat je aan het vormen bent.

Om de k-factor te begrijpen, moet je een paar basisbegrippen goed begrijpen, de eerste is de neutrale as. De neutrale as is een theoretisch gebied dat op 50 procent van de materiaaldikte ligt terwijl het niet gespannen en vlak is. De neutrale as is een slechte kerel; dat wil zeggen, het verschuift naar de binnenkant van de bocht. De theoretische lijn van de neutrale as blijft zowel voor als nadat de bocht is voltooid dezelfde lengte.

Tijdens het buigen, terwijl het gebied tussen de neutrale as en het binnenoppervlak onder drukkrachten komt te staan, wordt het gebied tussen de neutrale as en het buitenoppervlak belast door trekkrachten. De neutrale as is de zone of het vlak dat de spanning van de compressie scheidt. De positie van de neutrale as hangt af van de buighoek, binnenbuigradius en vormingsmethode.

Het gedrag van de neutrale as is de belangrijkste reden waarom het platte deel kleiner moet zijn dan het totaal van de buitenafmetingen van het gevormde stuk. Kijk goed naar figuur 1. Merk op hoe het vel in de bocht dunner is geworden. Deze 10 tot 15 procent verdunning tijdens de buiging dwingt de neutrale as naar binnen te bewegen, naar het binnenoppervlak van het materiaal.

De k-factor heeft meer dan één definitie, zoals we in toekomstige kolommen in deze serie zullen bespreken. Dat gezegd hebbende, je kunt de klassieke definitie voor k-factor uit verschillende bronnen vinden. Degene die volgt is afkomstig van de afdeling Mechanische en Productietechniek, Ahsanullah University of Science and Technology in Bangladesh.

\"De k-factor is een constante die wordt bepaald door de materiaaldikte van de plaat te delen door de locatie van de neutrale as. Het gebied binnen de plaat dat is gedefinieerd als de neutrale as wordt niet gecomprimeerd aan de binnenkant van de neutrale as of uitgebreid op de buitenkant De neutrale as heeft geen last van [lengte] verandering tijdens het buigen.

\"De neutrale as beweegt echter wel met een percentage naar het binnenoppervlak, dat percentage is de k-factor. Dit verplaatsen of verschuiven van de neutrale as - van 50 procent van de materiaaldikte naar een nieuwe locatie gelijk aan of kleiner dan 50 procent van de materiaaldikte - is de reden waarom het onderdeel langer wordt tijdens het vormen. De lineaire afstand rond de boog van de bocht op de neutrale as is waar de meting van de buigtoeslag wordt genomen. \"

Figuur 2 De k-factor wordt gedefinieerd als de neutrale asverschuiving tijdens buigen (t) gedeeld door de materiaaldikte (Mt).

Stel dat u een materiaaldikte van 1 millimeter (mm) heeft. In vlakke toestand heeft het materiaal een neutrale as op 50 procent van de dikte, op 0,5 mm. Buig het materiaal en de neutrale as verschuift naar 0,446 mm, gemeten vanaf het binnenoppervlak van de bocht. We definiëren deze neutrale asverschuiving als t, zoals weergegeven in figuur 2. We berekenen de k-factor door t te delen door de materiaaldikte (Mt).

k-factor = t / Mt

k-factor = 0,446 mm / 1,0 mm = 0,446

De k-factor is niets meer dan een vermenigvuldiger die je een nauwkeurige waarde kan geven voor de verplaatste neutrale as. En als je de buigtoeslag kent, kun je daar de k-factor uit halen. Zodra u de k-factor kent, kunt u deze gebruiken om de buigtoeslag voor verschillende hoeken te voorspellen.

De k-factor is essentieel voor het ontwerpen van nauwkeurige plaatwerkproducten. Hiermee kunt u anticiperen op de bochtaftrek voor een grote verscheidenheid aan hoeken zonder dat u op een kaart hoeft te vertrouwen. Hoewel moderne bochtaftrekgrafieken nu redelijk nauwkeurig zijn, waren historisch bochtberekeningsgrafieken, zowel voor bochtvergoedingen als bochtaftrekken, berucht om hun onnauwkeurigheden. Ze waren meestal alleen geldig voor de productieomgevingen waarin ze werden gemaakt. En veel van deze kaarten zweven nog steeds rond.

De k-factor is niet perfect. Het houdt bijvoorbeeld geen rekening met de spanningen en spanningen die zich binnen het gebogen materiaal ontwikkelen. En het afleiden van de k-factor hangt ook af van het gereedschap dat u gebruikt, het type materiaal, de treksterkte en vloeigrens, de vormmethode (luchtvorming, bodemvorming of coining) en andere variabelen.

De grafiek in figuur 3 toont het bereik van k-factoren die je kunt hebben, van 0,50 helemaal tot 0,33. En de k-factor kan nog kleiner zijn. In de meeste toepassingen wordt de k-factor gegeven als een gemiddelde waarde van 0,44468.

In een praktische toepassing zie je nooit een k-factor groter dan 0,50 en daar is een goede reden voor. De drukspanning van de bocht mag de buitenspanning niet overschrijden. Als het vel plat is zonder enige belasting, ligt de neutrale as in het midden van het vel. Maar voeg wat spanning toe en dwing het metaal te buigen en kijk wat er gebeurt. De korrelige bindingen worden uitgerekt, getrokken en soms gebroken, waardoor de korrels uit elkaar worden gedrukt als ze onder trekspanning komen te staan.

Dit is de verhouding van Poisson in actie; wanneer materiaal in de ene richting wordt uitgerekt, wordt het in de andere richting korter. Poisson's Ratio legt uit waarom het buitenste gedeelte van de doorsnede van een bocht groter is dan het binnenste gebied. Naarmate de ruimte aan de buitenkant van de bocht groter wordt, krimpt deze aan de binnenkant. Kijk goed naar de rand in Figuur 4, en je kunt materiaal zien uitzetten aan de buitenkant van de bocht, samendrukken aan de binnenkant, waardoor de binnenkant van de bocht \"convex\" wordt.

Figuur 3 Deze generieke k-factor-grafiek, gebaseerd op informatie uit het handboek van Machinery, geeft u gemiddelde k-factorwaarden voor een verscheidenheid aan toepassingen.

De term\"dikte\" verwijst naar de materiaaldikte. Voor de meeste buigtoepassingen wordt een k-factor gemiddelde van 0,44468 gebruikt.

Een te scherpe bocht ontwikkelt plastische vervorming door de overmatige spanning veroorzaakt door de buiging. Het probleem manifesteert zich als een breuk aan de buitenkant, waardoor de buigtoeslag verandert. Hoe kleiner de binnenste buigradius, hoe meer de neutrale as naar het binnenoppervlak van de bocht verschuift.

Een grote drijfveer hierachter is het gebruik van de term \"minimale buigradius \" op veel tekeningen en hoe die term wordt geïnterpreteerd. Velen zien \"minimale buigradius \" en reiken naar de scherpste stoot die ze hebben, degene met de kleinste stootradius.

De minimale buigradius is een functie van het materiaal, niet de straal op de pons. In luchtvorm is het de kleinste binnenbuigradius die u kunt bereiken zonder het materiaal te laten zakken of te coaten.

Als u lucht vormt met een ponsradius die kleiner is dan de minimale zwevende straal, vouwt u het binnenste midden van de bocht, waardoor een scherpe bocht ontstaat. Als variaties in het materiaal zich voordoen, versterken materiaalveranderingen van onderdeel tot onderdeel elke normaal in hoekafwijking, waardoor uiteindelijk dimensionale fouten in het werkstuk ontstaan. (Typ voor meer informatie over scherpe bochten \"Hoe een luchtbocht scherp wordt \" in de zoekbalk op www.thefab ricator.com.)

De minimale buigradius neemt twee verschillende vormen aan, die beide op dezelfde manier de k-factor beïnvloeden. De eerste vorm van een minimale straal is op de grens tussen \"scherpe \" en \"minimale \" straal in een luchtvorm. Dit is waar de druk om te vormen groter is dan de druk om te doorboren, waardoor uiteindelijk een vouw in het midden van de bocht ontstaat en eventuele materiaalvariaties worden versterkt. Wanneer de ponsneus het materiaal binnendringt, comprimeert deze het binnengebied van de bocht verder, wat resulteert in veranderingen in de k-factor.

De tweede vorm van minimale binnenbuigradius wordt gecreëerd door de verhouding tussen de buigradius en de materiaaldikte. Naarmate de verhouding tussen de binnenradius en de materiaaldikte afneemt, neemt de trekspanning op het buitenoppervlak van het materiaal toe. Wanneer de verhouding

Dit wordt nog erger wanneer de buiglijn evenwijdig is aan de korrel- of walsrichting van het plaatmetaal. Als de bocht in een bepaald stuk metaal wordt gebogen met een scherpe stansneusradius ten opzichte van de materiaaldikte, zetten de korrels in het materiaal veel verder uit dan wanneer de straal gelijk was aan de materiaaldikte. Dit is opnieuw de verhouding van Poisson aan het werk. Wanneer dit gebeurt, heeft de neutrale as geen andere keuze dan dichter bij het binnenoppervlak te komen, aangezien de buitenkant van de materiaaldikte verder uitzet.

Deze tweede vorm van minimale buigradius wordt daarom gedefinieerd als de \"minimale buigradius voor een materiaaldikte. \" Dit wordt meestal uitgedrukt in veelvouden van de materiaaldikte - 2Mt, 3Mt, 4Mt, enz. Materiaalleveranciers bieden een minimale buiging aan radiusgrafieken die de minimumstralen voor verschillende legeringen en temperaturen van die legeringen definiëren.

Waar komen deze getallen in de minimale radiusgrafieken vandaan? Ze bevatten andere ingrediënten die onze k-factor gumbo opfleuren, inclusief ductiliteit. Een trektest meet de ductiliteit of het vermogen van een metaal om plastische vervorming te ondergaan.

Een maat voor ductiliteit is de verkleining van het oppervlak, ook bekend als de trekvermindering van het oppervlak. Als u de trekreductiewaarde van een materiaal kent, kunt u een ruwe schatting maken van de minimale buigradius, afhankelijk van uw materiaaldikte:

xMinimale buigradius voor 0,25 inch dik of groter =

[(50 / Trekreductie van oppervlaktepercentage) - 1]

Figuur 4 Compressie aan de binnenkant van de bocht dwingt de binnenrand om \"convex. \"

× Mt

Minimale buigradius voor materiaal

minder dan 0,25 inch dik =

{[(50 / Trekreductie van oppervlaktepercentage) - 1]

× Mt} × 0,1

In deze vergelijkingen gebruik je het percentage als een geheel getal, niet als een decimaal. Dus als uw 0,5-inch dik materiaal een reductiepercentage van 10 procent heeft, in plaats van 0,10 in de vergelijking te gebruiken, zou u 10 als volgt gebruiken:

[(50 / Trekreductie van oppervlaktepercentage) - 1]

× Mt

[(50/10) - 1] × 0,5 = 2

In dit geval is de minimale binnenbuigradius tweemaal de materiaaldikte. Merk op dat dit slechts een vuistregel is die u een figuur van een marge geeft. Het vinden van de juiste minimale buigradius voor stalen of aluminium platen vereist een beetje onderzoek en moet gegevens bevatten van uw materiaalleverancier en een ander cruciaal ingrediënt in uw k-factor gumbo: of u nu met of tegen de korrel buigt.

De korrelrichting, gecreëerd in de richting waarin de plaat bij de molen wordt gerold, loopt over de lengte van de volledige plaat. Je kunt het op een nieuw stuk plaatwerk zien door de richting op te merken van zichtbare lijnen die er doorheen lopen. Wanneer het vel wordt gemaakt, worden de deeltjes langwerpig in de rolrichting.

De korrelrichting is geen oppervlakteafwerking, die wordt gemaakt door schuren of andere mechanische procedures. Desalniettemin maken krasjes op het oppervlak het materiaal gevoeliger voor scheuren, vooral wanneer de afwerkingskorrel parallel is aan de natuurlijke korrel.

Omdat de korrels directioneel zijn, veroorzaken ze variaties van de hoek en mogelijk de binnenradius. Deze afhankelijkheid van oriëntatie noemen we anisotropie en speelt een belangrijke rol als je precieze onderdelen wilt maken.

Wanneer het metaal parallel (met) de korrel wordt gebogen, beïnvloedt het de hoek en straal, waardoor het anisotroop wordt. Het opnemen van de metalen anisotropie-eigenschappen is een essentieel onderdeel van het maken van nauwkeurige voorspellingen voor k-factor en buigvergoedingen.

Buigen met de korrel dwingt de neutrale as naar binnen, waardoor de k-factor opnieuw verandert. En hoe dichter de neutrale as dichter bij het binnenoppervlak van de bocht komt, hoe groter de kans dat er scheurtjes optreden aan de buitenkant van de straal.

Hoewel het minder kracht vereist om mee te buigen dan over de korrel, is een bocht gemaakt met de korrel zwakker. De deeltjes trekken gemakkelijker uit elkaar, wat kan leiden tot scheuren in de buitenradius. Dit kan worden versterkt door scherp te buigen. Dat gezegd hebbende, als je met het graan buigt, kun je gerust zeggen dat je een grotere binnenbuigradius nodig hebt.