K-factoren, Y-factoren en kantpers

Vraag: Ik had een vraag over K-factoren voor onze 3D-modelleringssoftware. Onze ontwerpingenieurs gebruiken doorgaans een factor 0,4 voor onze luchtgevormde kantbankonderdelen. Dit werkt echter niet goed voor onze onderdelen die in een handoverdrachtsstempelpers gaan.

Ik wil onze ontwerpingenieurs helpen om meer produceerbare onderdelen te maken. Ik zou zeggen dat ik een goed begrip heb van de basis, maar er zijn nog steeds problemen die ik tegenkom in productiedelen die ik wegstop om in gedachten te houden voor toekomstige ontwerpen. Ben je in staat om mijn vraag over K-factoren te beantwoorden met een algemene aanbeveling zonder in te veel theorie of berekeningen te gaan?

Antwoord: de antwoorden op uw vragen zijn eenvoudig; nou, een beetje simpel. Ik begin met de grondbeginselen en geef enkele algemene aanbevelingen, en eindig met wat berekeningen. Wiskunde vormt de kern van plaatbuigen. Gelukkig is het niet al te ingewikkeld - geen differentiaalrekening, alleen geometrie.

Uw kantpers en stempelpers vormen op verschillende manieren plaatwerk. Op de kantpers kun je lucht vormen, terwijl je op de stempelpers stampen of smelten. Dit zijn allemaal verschillende manieren van vormen, en elk wordt anders berekend vanwege de manier waarop de straal in het werkstuk wordt geproduceerd.

Soorten bochten

Laten we eerst een stap terug doen en praten over de soorten bochten die u kunt maken in plaatwerk. Geen schrik hebben; Ik zal de K-factor binnenkort in de discussie brengen. Tot die tijd, heb geduld met mij.

Er zijn vier soorten bochten: minimale straal, scherp, perfect en radius. Een bocht met minimale straal heeft een straal die gelijk is aan de kleinste binnenradius die kan worden geproduceerd zonder het materiaal te plooien. Probeer een straal te vormen die kleiner is dan het minimum, en je vouwt het midden van de straal, waardoor je een scherpe bocht krijgt.

De perfecte bocht heeft een straal die gelijk is aan of dicht bij de materiaaldikte. In het bijzonder varieert de straal van de perfecte bocht van de minimale straalwaarde tot 125 procent van de materiaaldikte. Als uw straal 125 procent van de materiaaldikte of meer is, hebt u een radiusbocht.

Zelfs als u een scherpe bocht maakt, is de kleinste straal die u voor uw buigberekeningen kunt gebruiken de minimale buigradius, als u wilt dat uw getallen in de praktijk uitkomen. Merk ook op dat lucht die een scherpe bocht vormt meestal zeer schadelijk is voor de consistentie. De vouw in het midden van de bocht heeft de neiging om eventuele hoekvariaties veroorzaakt door veranderingen in de richting van de materiaalkorrel, hardheid, dikte en treksterkte te versterken. Hoe scherper en dieper de vouw, hoe groter het effect.

De straal van je stootneus komt ook hier in het spel. Als de bocht scherp wordt met een binnenradius van 0,078 inch, perforeert u de neusradius van 1/16 inch (0,062 inch), 1/32 inch (0,032 inch) en 1/64 inch (0,015 inch) .) zijn allemaal te scherp. Naarmate de straal van de ponsneus kleiner wordt in verhouding tot de materiaaldikte, wordt de totale hoeveelheid hoekvariatie die u zult ervaren significanter.

Maar ik dwaal af. Nu we hebben besproken welke soorten bochten er zijn en hoe we ze maken, kunnen we verder gaan met de K-factor. U zult opmerken hoe de verschillende manieren van vormen ... wacht even - we hebben de vormmethoden nog niet gedefinieerd: luchtvorming, onderbuigen en bedekken.

De vormmethoden

En ja, er is een verschil tussen bottom bending en coining. Coining forceert de ponsneus in het materiaal en dringt de neutrale as binnen. Dieptepunt treedt op bij ongeveer 20 procent boven de materiaaldikte, gemeten vanaf de onderkant van de matrijs.

Er is een redelijke kans dat de matrijzen op uw stempelpers daadwerkelijk het materiaal bedekken, waardoor de matrijs minder dan de materiaaldikte wordt ingedrukt. Anders bent u waarschijnlijk bottom bending, wat zich opnieuw voordoet op ongeveer 20 procent boven de materiaaldikte. De ene dwingt strakkere stralen dan de andere, maar beide dwingen het materiaal tot een bepaalde straal. Ongeacht het type bocht dat je hebt - scherp, minimaal, perfect, of radius - als je een dieptepunt hebt of muntt, bepaalt de waarde van de stootneus de resulterende straal en is daarom wat we gebruiken in onze buigberekeningen.

Dit is echter niet het geval bij luchtvorming. In een luchtvorm is de geproduceerde straal een percentage van de matrijsopening. Een luchtgevormde bocht zweeft over de breedte van de matrijs en de binnenradius wordt vastgesteld als een percentage van die breedte. Het percentage is afhankelijk van de treksterkte van het materiaal. Dit wordt de 20 procent regel genoemd. Het is echter slechts een titel vanwege de procentuele veranderingen met het materiaaltype en de treksterkte.

Bijvoorbeeld, 304 roestvrij staal vormt een straal van 20 tot 22 procent van de matrijsbreedte, terwijl een straal in 5052-H32 aluminium zich vormt op 13 tot 15 procent van de breedte. De algemene regel is hier: hoe zachter het materiaal, des te strakker de binnenradius.

Overigens is 60-KSI mild koudgewalst staal ons basismateriaal voor de meeste berekeningen, inclusief de 20 procent regel. Dat materiaal vormt een straal tussen 15 en 17 procent van de matrijsbreedte. We beginnen met de mediaan, 16 procent, vervolgens aanpassen indien nodig. Stel dat we moeten werken met 120-KSI-materiaal. Dat is het dubbele van de 60 KSI van ons basismateriaal; daarom zal deze 120-KSI-plaat een radius vormen die ongeveer het dubbele is van die van mild koudgewalst staal of van 32 procent van de matrijsopening (16 procent × 2).

En nu, de K-factor

In plaatwerk is de K-factor de verhouding tussen de neutrale as en de materiaaldikte. Wanneer een stuk metaal wordt gevormd, comprimeert het binnenste deel van de bocht terwijl het buitenste gedeelte uitzet (zie figuur 1). De neutrale as is het overgangsgebied tussen compressie en expansie, waar geen verandering in het materiaal optreedt, behalve dat het van de oorspronkelijke locatie wordt verplaatst met 50 procent van de materiaaldikte naar het binnenoppervlak van de bocht. De neutrale as verandert de lengte niet maar verplaatst in plaats daarvan; dit veroorzaakt rek tijdens het buigen. Hoe ver de neutrale as verschuift, hangt af van de fysieke eigenschappen van een gegeven materiaal, de dikte, de buigradius binnen en de vormingsmethode.

Neem de gebruikelijke standaard K-factorwaarde van 0,444, vermenigvuldig deze met de materiaaldikte en u weet waar de neutrale as zal verplaatsen. Wat we in essentie doen, is de gemeten lengte vanaf een grotere straal (dat wil zeggen de lengte van de neutrale as bij 50 procent van de materiaaldikte) op een kleinere straal te forceren. Dezelfde totale gemeten lengte gespreid over de kleinere straal betekent dat we overtollig materiaal of rek hebben.

Overweeg 0.060-inch dik materiaal. We vermenigvuldigen dat met een K-factor van 0,444 om 0,0268 inch te krijgen. De as is verschoven van 0,030 inch (bij de helft van de materiaaldikte) naar 0,0268 inch, gemeten vanaf het binnenoppervlak van de bocht. Anders gezegd, de as is 0.0032 inch naar binnen verplaatst. Van daaruit kunnen we de antwoorden vinden die we nodig hebben voor onze buigberekeningen.

Merk op dat het materiaaltype, de manier van vormen en de relatie tussen de buigradius en de materiaaldikte ons allemaal verschillende K-factoren geven. Deze hebben op hun beurt invloed op de totale hoeveelheid rek die optreedt en de buigingaftrek die we moeten gebruiken.

Op naar de berekeningen

De K-factor is wiskundig gedefinieerd als t / Mt, waar het de neutrale aslocatie is en Mt de materiaaldikte. Vanwege de specifieke eigenschappen van een bepaald metaal, is er geen eenvoudige manier om die waarde perfect te berekenen, vandaar de grafiek in figuur 2.

De K-factor ligt meestal ergens tussen 0,3 en 0,5. Als u de K-factor wilt berekenen in plaats van een grafiek te gebruiken, heeft u enkele proefstukken nodig - vier of vijf stuks moeten hiervoor goed werken.

Om de K-factor te berekenen, moet je wat informatie verzamelen. Eerst moet u de afmetingen voor en na het vormen kennen en de binnenradius zo nauwkeurig mogelijk meten. Een optische comparator is een goede eerste keuze vanwege de nauwkeurigheid; andere opties zijn peilstokjes en radiusmeters.

Neem het totaal van de gevormde binnenmaten, trek de vlakke afmeting af en u krijgt de bochtvergoeding (BA). Meet vervolgens de complementaire buighoek en binnenste buigradius (Ir). Met die gegevenspunten, samen met de materiaaldikte (Mt), kunt u de K-factor oplossen (alle afmetingen zijn in inches):

K-factor = [(180 × BA) / (π × buighoek complementair × Mt)] - (Ir / Mt)

Natuurlijk is het het gemakkelijkst om een ​​bekende K-factor uit een tabel te gebruiken, zoals in figuur 2. Je kunt deze K-factor en de binnenste buigradius gebruiken om de neutrale as te berekenen. Gebruik vervolgens de straal van de neutrale as om de booglengte van de neutrale as te berekenen, die gelijk is aan uw BA. Vervolgens bereken je de externe verlaging (OSSB), een dimensie zoals weergegeven in figuur 3. Dit, samen met je aanvullende buighoek (zie figuur 4), geeft je alles wat je nodig hebt om de buigaftrek (BD) of de totale hoeveelheid verlenging die in een bepaalde bocht zal optreden:

BA = [(0,017453 × Ir) + (0,0078 x Mt)] x buighoek complementair

De K-factor komt in deze berekening om de hoek kijken. Je vraagt ​​je waarschijnlijk af wat die numerieke waarden zijn binnen de formule-0.017453 en 0.0078. Wat vertegenwoordigen ze? Dat 0,017453 is pi gedeeld door 180, en de 0,0078 is (n / 180) x K-factor.

Deze formule gebruikt een K-factor van 0.446. Toch, als je een verandering in de vormmethode, het type materiaal of de verhouding van de binnenste buigradius tot de materiaaldikte hebt, heb je een andere K-factorwaarde. Als u deze nieuwe waarde wilt opnemen, kunt u een uitgebreide versie van dezelfde formule gebruiken. U bepaalt vervolgens de OSSB en gebruikt het resultaat samen met de BA om uw buigingsaftrek te berekenen:

BA = {[(π / 180) × Ir)] + [(π / 180) × K-factor] × Mt} × Bendhoek complementairOSSB = [(Tan (bochthoek / 2)] × (Mt + Ir)] BD = (OSSB × 2) - BA

Welkom bij de Y-factor

Door een Y-factor te gebruiken, kunnen uw berekeningen nog nauwkeuriger zijn. U moet echter wel de formule voor BA wijzigen. De Y-factor houdt rekening met spanningen in het materiaal, terwijl de K-factor dat niet doet. Desalniettemin is de K-factor nog steeds betrokken, slechts een beetje gemasseerd.

Om de Y-factor te vinden, kunt u verwijzen naar een grafiek (zie Figuur 5), of u kunt deze vergelijking gebruiken:

Y-factor = (K-factor × π) / 2We voeg vervolgens de Y-factor in een nieuwe formule in voor BA: BA = {[(π / 2) × Ir] + (Y-factor × Mt)} × (Bend hoek complementair / 90)

We zullen het proces van beide sets vergelijkingen doorlopen met koudgewalst staal van 60-KSI dat 0,062 inch dik is met een 0.062-in. binnenste buigradius en een bocht van 90 graden. Voor dit voorbeeld gebruiken we een K-factor van 0.446.

Y-factor = (0,446 x n) / 2 = 0,7005

BA = {[(π / 2) × 0,062)] + (0,7005 x 0,062)} x (90/90) = 0,1408

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

BD = (0,124 x 2) - 0,1408 = 0,1072

Nu, hier zijn buigberekeningen met alleen de K-factor en onze oorspronkelijke BA-vergelijking:

BA = {[(π / 180) × Ir)] + [(π / 180) × K-factor] × Mt} × aanvullende buighoek

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

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

BD = (0,124 x 2) - 0,1409 = 0,1071

Het verschil in BA tussen de twee berekeningen is slechts 0,0001 inch, en het verschil in BD is ook 0,0001 inch, wat in dit voorbeeld deze twee manieren om de BA functioneel te berekenen hetzelfde maakt. Maar verander een buighoek of een binnenste buigradius, en alles verandert. Je zult merken dat de laatste reeks formules die de Y-factor gebruikt, iets nauwkeuriger is dan het gebruik van de K-factor.

Voer uw Bend-berekeningen in

In de industrie is het gebruikelijk om 0,446 te gebruiken voor een K-factorwaarde. Maar door de juiste gegevenswaarden te selecteren, inclusief een K-factor op basis van toepassingsspecifieke variabelen (materiaaltype, de methode van vormen en binnenradius), denk ik dat u zult ontdekken dat veel van de problemen die u ondervindt tussen de twee verschillende productiemethoden zullen verdwijnen.