Wat maakt een lucht buigen scherp op de kantbank

Vraag: Ik vond uw artikel over de 63% -regel nuttig. In uw artikel geeft u het voorbeeld van het buigen van 1/4 inch dik staal met verschillende perforatie-stralen.

Ik besloot om een ​​beetje met de formule te spelen en gebruikte 20-gauge koudgewalst staal met een 1/32 inch straal voor mijn berekeningen. Dit is een geweldige combinatie van stoten en materiaal, maar volgens de manier waarop ik je artikel begrijp, is dat niet omdat mijn ponstonnage minder is dan de hoeveelheid die nodig is om te vormen.

Het landoppervlak is bijvoorbeeld 0,375 inch in een voet, vermenigvuldigd met een materiaaldikte van 0,036 inch en vervolgens vermenigvuldigd met 25. Dit geeft ons een ponsvolume van 0,338 ton per voet. Volgens mijn buiggrafiek kost het 3,1 ton per voet om koudgewalst staal met een dikte van 0,036 inch te vormen met een 0,25-inch. V sterft. Betekent dit dat u voor dunne materialen altijd een sloot creëert en buigconsistentie en stabiliteit verliest? Of gebruik ik uw berekeningen verkeerd?

De enige factor die ik niet begrijp is waar de 25 vandaan komt in uw formule. Is dat gerelateerd aan materiaaldikte of een constante? Ik zou dit onderwerp graag willen begrijpen, omdat ik de diepere theorie achter wat ik met een afkantpers wil doen, wil weten.

Antwoord: U bent op de goede weg, maar we moeten enkele punten verduidelijken. Laten we dus vanaf het begin beginnen. Ten eerste, wat vertegenwoordigt de 63 procent? Dat is het geschatte percentage van de materiaaldikte waarbij de bocht verandert van minimale binnenradius naar een scherpe bocht. Dit is gebaseerd op ASTM A36 zacht koudgewalst staal met een treksterkte van 60 KSI. Dat materiaal is net zo middelzwaar als het wordt. Dat is het basismateriaal waarop onze berekeningen zijn gebaseerd.

Luchtvorming is onze basismethode voor vormen. Waarom? Het is vanwege de lage tonnages die het met zich meebrengt in vergelijking met dieptepunt of munten, en het wordt nu de meest voorkomende manier van vormen. Binnendringen en munten zijn fundamenteel anders dan luchtvorming, omdat de straal wordt "gestempeld" in plaats van "dreef" over de matrijsopening, zoals bij luchtvorming.

Merk op dat 63 procent een vuistregel is, en net als bij elke dergelijke regel zullen er uitzonderingen zijn. Wat echt het punt bepaalt waarop een bocht scherp wordt, is de relatie tussen de straal van de ponsneus, de hoeveelheid die nodig is om te vormen en de treksterkte van het materiaal.

Door de stappen lopen

Als u uw voorbeeld doorloopt, vormt u 0.036-in. koudgewalst staal met een 1/32-in. punch over een 0.25-in. die breedte. Met die informatie in de hand, is de eerste stap het vaststellen van de vormingstonnage, of de hoeveelheid die nodig is om het werkstuk te buigen:

[575 × (Materiaaldikte) 2] / Die breedte = Ton per voet (575 × 0.001296) / 0.25 = 2.9 ton per voet om het materiaal te vormen

Dat is vrij dicht bij het cijfer van 3,1 ton per voet dat u in de grafiek hebt gevonden.

Stap twee, we bepalen het landoppervlak. Dit is de interface tussen je 1/32-in. stomp neus en het oppervlak van het materiaal.

Landoppervlak = Stansradius × 12

Landoppervlak = 0.03125 × 12 = 0.375

Stap drie, wij bepalen de ponsen tonnage of piercing tonnage. We zijn op zoek naar de minimale kracht die nodig is om het oppervlak van het materiaal te doorboren. In een ponssituatie is dit het punt waar de kanteling zou stoppen en het afschuiven begint. Voor onze doeleinden bij buigen van de kantbank is de perforatietonnage het punt waarbij de punt van de afkantpers begint te penetreren en het materiaaloppervlak kreukt. Hiervoor gebruiken we een standaard tonnageberekeningsformule die wordt gebruikt voor het stansproces, waarin een materiaalvermenigvuldiger is verwerkt, zoals weergegeven in figuur 1.

In tegenstelling tot het vormen van tonnage, gebruikt ponsen tonnage feitelijk 50.000 PSI-treksterkte materiaal als een basislijn (zoals later beschreven). Dit vereist dat we een multiplicator gebruiken die ons een ponsen-tonnage oplevert dat iets hoger is dan je oorspronkelijk had berekend:

Ponsen tonnage = Landoppervlak × Materiaaldikte × 25 × Materiaal vermenigvuldiger

Ponsen tonnage = 0.375 × 0.036 × 25 × 1.2 = 0.405 ton

Hoe dan ook, het is correct om te zeggen dat dit een scherpe bocht is; het heeft meer tonnage nodig om te vormen dan te doorboren, en variaties in buighoek en dimensie zullen het resultaat zijn. Uit jarenlange persoonlijke ervaring kan ik je verzekeren dat als je echt luchtvorming hebt met een 1/32 inch radiusstempel in een materiaal met een dikte van 0,036 inch, je een zekere mate van hoekvariatie ervaart.

Wat ik hier beschrijf is niet in tegenspraak met de moderne theorie noch met de oorzaak van de variaties die in de vormingsoperatie optreden. Eenmaal gemaakt, is de vouw eenvoudig, bij gebrek aan een betere beschrijving, een versterker van de inconsistenties in het materiaal, zoals variaties in de richting van de vezel, hardheid en dikte. Deze en soortgelijke variabelen zijn de hoofdoorzaak van hoekvariaties van werkstuk tot werkstuk.

De 25 Constant

Dus waar komt de 25 in deze formule vandaan? Het is een constante die de gemiddelde afschuifsterkte van 50-KSI zacht koudgewalst staal weergeeft. Om Tooling Around the World te citeren, een Wilson Tool-publicatie uit februari 2013:

Ponsende kracht (ton VS): Landoppervlak × Dikte x 50.000 lbs./in.2 ÷ 2.000 lbs./ton

Landoppervlak × Dikte x 25 of Ponsenkracht (ton):

Landoppervlak × Dikte × 345 N / mm2 ÷ 9.806,65 N / ton

Perimeter × dikte × 0,0352

Omdat dit 50-KSI zacht staal ooit het meest gebruikte materiaal was, werd het het materiaal waarmee alle andere werden vergeleken, zoals roestvrij staal. De treksterkte van roestvrij is ongeveer 75.000 lbs./in.2 (of 518 N / mm2). In vergelijking met zacht staal heeft roestvrij 1,5 keer meer kracht nodig om te scheren.

Merk op dat de tonnage om het materiaaloppervlak te breken slechts een redelijk nauwkeurige schatting is, omdat deze formule niet bedoeld was voor kantperstoepassingen. De cijfers zijn echter voldoende voor onze doeleinden.

Scherpe bochten

Als je merkt dat je een scherpe bocht hebt - wat jouw voorbeeld is - kun je dit het beste vermijden. Door een scherpe bocht te vermijden wanneer mogelijk, worden uw bochten consistenter en stabieler van het werkstuk tot het werkstuk.

Om dat te doen, moet de radius op de neus van de stoot worden vergroot tot het punt waarop de ponsen-tonnage (die we ook de piercing-tonnage zullen noemen) groter is dan de zich vormende tonnage.

Dun materiaal en dieptepunt

Dat gezegd hebbende, laten we door de laatste twee alinea's lopen met behulp van de gegevens die al zijn berekend op basis van uw vraag. Ten eerste is er, wanneer op deze schaal wordt gewerkt, een zeer dunne lijn tussen luchtvorming, onderbuigen en kerven - in de meeste gevallen een paar duizendsten van een inch. Dit zou kunnen betekenen dat als je bochten stabiel zijn, de kansen zijn dat je bottom bending bent.

Bij luchtvorming is uw binnenstraal gebaseerd op en ontwikkeld als een percentage van de matrijsbreedte (de opening), die ik de "20 procentregel" noem - alleen een titel, aangezien de percentages per materiaaltype verschillen. Voor ons basismateriaal, ASTM A36, is die waarde 16 procent.

Dit concept wordt universeel geaccepteerd en betekent dat voor een 0.250-inch. matrijsbreedte, de zwevende binnenradius is 16 procent van die breedte of 0,040 inch. Dus tenzij je een dieptepunt bereikt met je 0.032-in. slagneusradius, 0,040 inch wordt de binnenradius van de bocht.

Maar onze theorie stelt ook, en onze gegevens hebben bevestigd, dat de hoeveelheid die nodig was om te vormen (2,9 ton) groter was dan de hoeveelheid die nodig was om het oppervlak van het materiaal te doorboren (0,405 ton). Dit betekent dat, hoewel de ponsstraal en materiaaldikte ongeveer zo dicht bij "1-op-1" liggen als het wordt, de 1/32-inch. de stootneus plooit nog steeds de binnenradius van de bocht, hoewel op een zeer kleine schaal en op een punt dat heel dicht bij de straal op de stompneus ligt. Dus voor alle doeleinden en doeleinden, het is het versterken van de materiële variabelen.

Dus hoe groot moet de perforatieradius zijn om kreuken te voorkomen? Om dit te achterhalen, kunt u een beetje wiskundig proberen en fouten maken met de ponsende tonnageformule, waarbij de punch-radiuswaarde wordt vervangen door een grotere waarde totdat de ponsen-tonnage groter is dan de vormende tonnage:

Ponsen van tonnage = (perforatie radius × 12) × materiaaldikte × 25 × materiaalfactor

In dit geval is de minimale binnenradius voor uw oorspronkelijke vraag 0.2238 inch .:

Ponsen tonnage = 0.2238 × 12 × 0.036 × 25 × 1.2 = 2.9 ton per voet

Vormtonnage = (575 × 0,001296) / 0,25 = 2,9 ton per voet

Realistisch gezien zou u dit waarschijnlijk niet doen en vasthouden aan het vormen van dit voorbeeld met behulp van de 0.032-in. neusradius. Wat doet dit dan voor jou? Weinig. Het verklaart eenvoudigweg waarom bij het buigen van deze standaard 1-op-1 materiaaldikte-straal relatie, je nog steeds dramatische schommelingen in de buighoek kunt hebben in plaats van de stabiele hoeken te hebben die we normaliter verwachten van buigen om te buigen.

Zachte stof

Vergeet niet dat het vormen van tonnage gebaseerd is op ASTM A36 60-KSI koudgewalst staal. Als een materiaal een verschillende treksterkte heeft, moet u een materiële factor opnemen.

Laten we eens kijken naar een ander voorbeeld met dikker en zachter aluminium uit de O-serie: 0,125 inch dik met een treksterkte van 13 KSI.

De eerste stap is het vinden van de materiële factor voor de formatieformuleringshoeveelheid. We zullen deze waarde schatten door de trekwaarde te delen door de 60-KSI-waarde van ons basismateriaal: 13/60 = 0,21, of 21 procent. In dit geval gebruiken we een 0.984-in. die breedte.

Alle drie deze waarden worden vervolgens als volgt in onze basisvormende tonnageberekeningen ingevoegd:

{[575 × (Materiële dikte) 2] / Die breedte} × Materiële factor = Tonnage per voet [(575 × 0.015625) / 0.984] × 0.21 = 1.917 Ton per voet

Nu is het op de ponsen tonnage. Beginnend met een 0.125-in. slagneusradius, berekenen we eerst de waarde van het landoppervlak en vervolgens de ponstonnage. Omdat dit materiaal niet wordt weergegeven in figuur 1, berekenen we de vermenigvuldiger door deze te vergelijken met onze 60-KSI-basislijn: 13 KSI / 60 KSI = 0,21. Dit wetende, beginnen we onze berekeningen.

Landoppervlak = Stansradius × 12

Landoppervlak = 0,125 x 12 = 1,5

Ponsen tonnage = Landoppervlak × Materiaaldikte × 25 × Materiaal vermenigvuldiger

Ponsen tonnage = 1.5 × 0.125 × 25 × 0.21 = 0.984 ton

Dus het heeft ongeveer 0.984 ton ponskracht nodig om het oppervlak van het materiaal te breken. Dit alles laat zien hoe de relatie tussen de straal van de perforatierand, de breedte van de matrijs en de treksterkte van het materiaal bepalen waar een "scherpe bocht" optreedt. In dit voorbeeld eindigt het vermogen van het materiaaloppervlak om weerstand te bieden aan de kracht die erop wordt uitgeoefend, op 0.984 ton. Als je dan de 1.917 ton druk zou toepassen die nodig is om het materiaal te vormen met het berekende landoppervlak, dan ga je het gedeelte kreuken.

Naast het feit dat scherpe bochten een functie zijn van het materiaal en niet de straal van de perforatierand, berekenen we de minimale binnenradius voor ons gegeven stuk materiaal. Zoals we in het vorige voorbeeld hebben gedaan, voeren we eerst verschillende mathematische problemen uit, waarbij de binnenradius wordt vervangen door een steeds grotere waarde totdat de hoeveelheid te vormen kleiner is dan de hoeveelheid die het materiaal doorboort.

In dit zachte materiaal vinden we dat pas als we een radiuswaarde van 0,250 inch hebben bereikt, we onze minimale binnenbochtradius hebben bereikt.

Landoppervlak = Stansradius × 12

Landoppervlak = 0.250 × 12 = 3.0

Piercing-tonnage = Landoppervlak × Materiaaldikte × 25 × Materiaal-multiplier

Doordringende tonnage = 3,0 x 0,125 x 25 x 0,21 = 1,996

Met een 0.250-in. radius, de tonnage of kracht vereist om het oppervlak te doorboren is 1.968 ton, gebaseerd op het landoppervlak. Het tonnage om het materiaal te vormen is 1.917 ton, wat betekent dat er geen doordringen of dunner worden van het materiaal zal plaatsvinden.

Nu hebben we vastgesteld dat 0,250 inch de minimale buigradius is. Dus wat is de van nature zwevende binnenradius van deze luchtbocht? Voor bochten waarbij de straal geen scherpe bocht nadert, schatten we gewoonlijk de zwevende straal als een percentage van de matrijsbreedte, volgens de 20 procent regel, met 16 procent van 60-KSI koudgewalst staal als onze basislijn. Als we ons 13-KSI-materiaal vergelijken met de basislijn, zal dat percentage slechts ongeveer 3 procent zijn, waardoor onze geschatte zwevende straal inderdaad erg klein is en aanzienlijk minder dan waar de bocht scherp wordt.

In dit geval berekenen we de zwevende straal op basis van onze vuistregel over waar de bocht scherp wordt - met 63 procent de materiaaldikte van ons basislijn 60-KSI zacht staal. Nogmaals, het percentage zal veel lager zijn voor ons zachte 13-KSI-materiaal. Omdat het materiaal zoveel zachter is, zal het een veel kleinere binnenradius hebben dan ons basismateriaal, net zoals roestvrij een grotere binnenradius in het onderdeel zou hebben.

Om dit te bepalen, voeren we een vergelijking uit met ons basismateriaal: 13 KSI / 60 KSI = 0,21; 0.21 × 0.63 = 0.1323. Anders gezegd, 13 KSI is 21 procent van 60 KSI en 21 procent van onze baseline 63 procent is 13 procent. Dus volgens deze, de minimale straal is 13 procent van onze 0.984-in. opening opening: 0.984 × 0.13 = 0.127 in.

Deze schatting is minder dan onze eerder berekende 0.250 in; en zoals we eerder hebben berekend, zou elke straal van minder dan 0,250 inch ervoor zorgen dat onze punt van de pons doordringt en dit zachte materiaal plooit voordat het wordt gevormd. In dit geval zouden we onze '0.50-in'-waarde met een grotere waarde kiezen. straal om onze buigingsaftrek te berekenen. Met een stootneusradius van 0,250 inch, om plooien te voorkomen en een scherpe bocht te creëren, zal het materiaal de grotere straal van de stansneus aannemen, minder de terugverende factor, of de lichte opening van de hoek en straal als het materiaal is vrij van druk.

Wanneer u werkt met scherpe bochten in luchtvorming, moet u de minimale straalwaarde gebruiken voor uw buigaftrek (BA) en de buigaftrek (BD) berekeningen. Waarom? Omdat als u de verkeerde radiuswaarde gebruikt, bijvoorbeeld een perforatieradius kleiner dan de minimale binnenradius, uw berekeningen uitgeschakeld zijn.