Analyse des k-Faktors beim Blechbiegen

Von allen mathematischen Konstanten, die bei der Präzisionsblechherstellung verwendet werden, ist der k-Faktor einer der wichtigsten. Dies ist der Basiswert, der zur Berechnung der Biegezugaben und letztendlich des Biegungsabzugs benötigt wird. Es ist ein mathematischer Multiplikator, mit dem Sie die neu positionierte neutrale Achse der Biegung nach dem Formen lokalisieren können.

Nach der Entwicklung können Sie mit dem Wert des k-Faktors den Gesamtbetrag der Dehnung vorhersagen, der innerhalb einer bestimmten Biegung auftreten wird. Mit dem k-Faktor können Sie die Biegungstoleranz, den äußeren Rückschlag, den Biegeabzug und die flache Anordnung des Präzisionsteils berechnen, das Sie formen.

Um den k-Faktor zu verstehen, müssen Sie einige grundlegende Begriffe genau verstehen, wobei der erste die neutrale Achse ist. Die neutrale Achse ist eine theoretische Fläche, die unbelastet und flach bei 50 Prozent der Materialdicke liegt. Die neutrale Achse ist ein zwielichtiger Typ; Das heißt, es verschiebt sich in Richtung der Innenseite der Kurve. Die theoretische Linie der neutralen Achse bleibt sowohl vor als auch nach Abschluss der Biegung gleich lang.

Während der Biegung, während der Bereich zwischen der neutralen Achse und der Innenfläche Druckkräften ausgesetzt ist, wird der Bereich zwischen der neutralen Achse und der Außenfläche durch Zugkräfte belastet. Die neutrale Achse ist die Zone oder Ebene, die die Spannung von der Kompression trennt. Die Position der neutralen Achse hängt vom Biegewinkel, dem inneren Biegeradius und der Formungsmethode ab.

Das Verhalten der neutralen Achse ist der Hauptgrund dafür, dass das flache Teil kleiner sein muss als die Gesamtaußenabmessungen des Formteils. Schauen Sie sich Abbildung 1 genau an. Beachten Sie, wie sich das Blatt an der Biegung verdünnt hat. Diese Ausdünnung von 10 bis 15 Prozent während der Biegung zwingt die neutrale Achse, sich nach innen in Richtung der Innenfläche des Materials zu bewegen.

Der k-Faktor hat mehr als eine Definition, wie wir in zukünftigen Spalten dieser Reihe diskutieren werden. Die klassische Definition für den k-Faktor finden Sie jedoch aus verschiedenen Quellen. Die folgende stammt von der Abteilung für Maschinenbau und Produktionstechnik der Ahsanullah Universität für Wissenschaft und Technologie in Bangladesch.

\"Der k-Faktor ist eine Konstante, die durch Teilen der Materialdicke des Blechs durch die Position der neutralen Achse bestimmt wird. Der als neutrale Achse definierte Bereich innerhalb des Blechs wird auf der Innenseite der neutralen Achse nicht komprimiert oder erweitert die neutrale Achse erfährt während eines Biegevorgangs keine Längenänderung.

\"Die neutrale Achse bewegt sich jedoch um einen Prozentsatz zur Innenfläche, wobei dieser Prozentsatz der k-Faktor ist. Diese Verlagerung oder Verschiebung der neutralen Achse - von 50 Prozent der Materialdicke an einen neuen Ort, der gleich oder kleiner als ist.\" 50 Prozent der Materialstärke - ist der Grund, warum sich das Teil während des Formens verlängert. Der lineare Abstand um den Bogen der Biegung an der neutralen Achse ist der Ort, an dem die Messung der Biegungstoleranz durchgeführt wird. \"

Abbildung 2 Der k-Faktor ist definiert als die Verschiebung der neutralen Achse während des Biegens (t) geteilt durch die Materialstärke (Mt).

Angenommen, Sie haben eine Materialstärke von 1 Millimeter (mm). Im flachen Zustand hat das Material eine neutrale Achse bei 50 Prozent der Dicke bei 0,5 mm. Biegen Sie das Material und die neutrale Achse verschiebt sich von der Innenfläche der Biegung auf 0,446 mm. Wir definieren diese Verschiebung der neutralen Achse als t, wie in Abbildung 2 gezeigt. Wir berechnen den k-Faktor, indem wir t durch die Materialdicke (Mt) dividieren.

k-Faktor = t / Mt.

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

Der k-Faktor ist nichts anderes als ein Multiplikator, der Ihnen einen genauen Wert für die versetzte neutrale Achse geben kann. Und wenn Sie die Biegungstoleranz kennen, können Sie den k-Faktor daraus extrahieren. Sobald Sie den k-Faktor kennen, können Sie ihn verwenden, um die Biegungstoleranz für verschiedene Winkel vorherzusagen.

Der k-Faktor ist für die Entwicklung präziser Blechprodukte von grundlegender Bedeutung. Sie können den Biegeabzug für eine Vielzahl von Winkeln vorhersehen, ohne sich auf ein Diagramm verlassen zu müssen. Während moderne Biegungsabzugsdiagramme jetzt ziemlich genau sind, waren Biegeberechnungsdiagramme in der Vergangenheit sowohl für Biegezugaben als auch für Biegungsabzüge für ihre Ungenauigkeiten berüchtigt. Sie waren normalerweise nur für die Fertigungsumgebungen gültig, in denen sie erstellt wurden. Und viele dieser Charts schweben immer noch herum.

Der k-Faktor ist nicht perfekt. Beispielsweise werden keine der Spannungen und Dehnungen berücksichtigt, die sich innerhalb des gebogenen Materials entwickeln. Die Ableitung des k-Faktors hängt auch von den verwendeten Werkzeugen, der Art des Materials, der Zug- und Streckgrenze, der Umformmethode (Luftumformung, Bodenbildung oder Prägung) und anderen Variablen ab.

Das Diagramm in Abbildung 3 zeigt den Bereich der k-Faktoren, den Sie haben können, von 0,50 bis hinunter zu 0,33. Und der k-Faktor kann noch kleiner sein. In den meisten Anwendungen wird der k-Faktor als Durchschnittswert von 0,4468 angegeben.

In einer praktischen Anwendung wird niemals ein k-Faktor größer als 0,50 angezeigt, und dafür gibt es einen guten Grund. Die Druckspannung der Biegung kann die Außenspannung nicht überschreiten. Wenn das Blatt ohne angelegte Spannung flach ist, befindet sich die neutrale Achse in der Mitte des Blattes. Aber fügen Sie ein wenig Stress hinzu und zwingen Sie das Metall, sich zu biegen und zu beobachten, was passiert. Die körnigen Bindungen werden gedehnt, gezogen und brechen manchmal, wodurch die Körner auseinandergedrückt werden, wenn sie unter Zugspannungen stehen.

Dies ist Poissons Verhältnis in Aktion; Wenn Material in eine Richtung gedehnt wird, wird es in die andere Richtung kürzer. Das Poisson-Verhältnis erklärt, warum der äußere Bereich des Querschnitts einer Biegung größer ist als der innere Bereich. Wenn sich der Raum an der Außenseite der Kurve ausdehnt, schrumpft er an der Innenseite. Schauen Sie sich die Kante in Abbildung 4 genau an, und Sie können sehen, wie sich Material an der Außenseite der Biegung ausdehnt, an der Innenseite komprimiert und die Innenkante der Biegung auf \"konvex\" zwingt.

Abbildung 3 Dieses allgemeine K-Faktor-Diagramm basiert auf Informationen aus dem Maschinenhandbuch und gibt Ihnen durchschnittliche K-Faktor-Werte für eine Vielzahl von Anwendungen.

Der Begriff \"Dicke\" bezieht sich auf die Materialstärke. Für die meisten Biegeanwendungen wird ein k-Faktor-Durchschnitt von 0,4468 verwendet.

Eine zu scharfe Biegung entwickelt eine plastische Verformung aufgrund der durch die Biegung verursachten übermäßigen Beanspruchung. Das Problem äußert sich in einem Bruch an der Außenfläche, wodurch sich die Biegezugabe ändert. Je kleiner der innere Biegeradius ist, desto stärker verschiebt sich die neutrale Achse zur Innenfläche der Biegung.

Ein großer Treiber dahinter ist die Verwendung des Begriffs \"minimaler Biegeradius\" in vielen Zeichnungen und wie dieser Begriff interpretiert wird. Viele sehen \"minimalen Biegeradius\" und greifen nach dem schärfsten Stempel, den sie haben, dem mit dem kleinsten Stempelspitzenradius.

Der minimale Biegeradius ist eine Funktion des Materials, nicht des Radius des Stempels. In Luftform ist dies der kleinste innere Biegeradius, den Sie erreichen können, wenn Sie das Material nicht auf den Boden legen oder prägen.

Wenn Sie eine Luftform mit einem Stanzradius haben, der kleiner als der minimale Schwimmradius ist, falten Sie die innere Mitte der Biegung und erzeugen eine scharfe Biegung. Wenn sich Variationen im Material manifestieren, verstärken Materialänderungen von Teil zu Teil jede normale Winkelabweichung und verursachen letztendlich Maßfehler im Werkstück. (Weitere Informationen zu scharfen Kurven finden Sie in der Suchleiste unter www.thefab ricator.com unter \"Wie eine Luftkurve scharf wird\".)

Der minimale Biegeradius nimmt zwei unterschiedliche Formen an, die beide den k-Faktor auf dieselbe Weise beeinflussen. Die erste Form eines minimalen Radius befindet sich an der Grenze zwischen \"scharfem\" und \"minimalem\" Radius in einer Luftform. Hier ist der Druck zur Bildung wichtiger als der Druck zum Durchstechen, wodurch letztendlich eine Falte in der Mitte der Biegung entsteht und Materialschwankungen verstärkt werden. Wenn die Stanznase in das Material eindringt, komprimiert sie den inneren Bereich der Biegung weiter, was zu Änderungen des k-Faktors führt.

Die zweite Form des minimalen inneren Biegeradius wird durch das Verhältnis des Biegeradius zur Materialstärke erzeugt. Mit abnehmendem Verhältnis von Innenradius und Materialstärke nimmt die Zugspannung an der Außenfläche des Materials zu. Wenn das Verhältnis

Dies wird verschlimmert, wenn die Biegelinie parallel zur Korn- oder Walzrichtung des Blechs verläuft. Wenn die Biegung in einem bestimmten Metallstück mit einem scharfen Stanznasenradius relativ zur Materialdicke gebogen wird, dehnen sich die Körner im Material viel weiter aus, als wenn der Radius gleich der Materialdicke wäre. Dies ist wieder Poissons Verhältnis bei der Arbeit. In diesem Fall hat die neutrale Achse keine andere Wahl, als sich der Innenfläche zu nähern, wenn sich die Außenseite der Materialstärke weiter ausdehnt.

Diese zweite Form des minimalen Biegeradius wird daher als \"minimaler Biegeradius für eine Materialdicke\" definiert. Dies wird normalerweise als Vielfaches der Materialdicke ausgedrückt - 2Mt, 3Mt, 4Mt usw. Materiallieferanten bieten minimale Biegung an Radiusdiagramme, die Mindestradien für verschiedene Legierungen und Temperaturen dieser Legierungen definieren.

Woher kommen diese Zahlen in den Diagrammen mit dem minimalen Radius? Sie beinhalten andere Inhaltsstoffe, die unseren K-Faktor-Gumbo aufpeppen, einschließlich Duktilität. Ein Zugversuch misst die Duktilität oder die Fähigkeit eines Metalls, sich plastisch zu verformen.

Ein Maß für die Duktilität ist die Flächenreduzierung, auch als Zugreduzierung der Fläche bekannt. Wenn Sie den Zugreduzierungswert eines Materials kennen, können Sie abhängig von Ihrer Materialstärke eine grobe Schätzung des minimalen Biegeradius durchführen:

xMinimaler Biegeradius für 0,25 Zoll Dicke oder mehr =

[(50 / Zugreduzierung des Flächenprozentsatzes) - 1]

Abbildung 4 Die Kompression an der Innenseite der Biegung zwingt die Innenkante zu \"konvex\".

× Mt.

Minimaler Biegeradius für Material

weniger als 0,25 Zoll dick =

{[(50 / Zugreduzierung des Flächenprozentsatzes) - 1]

× Mt} × 0,1

In diesen Gleichungen verwenden Sie den Prozentsatz als ganze Zahl, nicht als Dezimalzahl. Wenn Ihr 0,5 Zoll dickes Material einen Reduktionsprozentsatz von 10 Prozent aufweist, anstatt 0,10 in der Gleichung zu verwenden, verwenden Sie 10 wie folgt:

[(50 / Zugreduzierung des Flächenprozentsatzes) - 1]

× Mt.

[(50/10) - 1] × 0,5 = 2

In diesem Fall beträgt der minimale innere Biegeradius das Zweifache der Materialstärke. Beachten Sie, dass dies nur eine Faustregel ist, die Ihnen eine Baseball-Figur gibt. Das Finden des richtigen Mindestbiegeradius für Stahl- oder Aluminiumplatten erfordert ein wenig Recherche und sollte Daten Ihres Materiallieferanten und einen weiteren wichtigen Bestandteil Ihres K-Faktor-Gumbo enthalten: ob Sie mit oder gegen das Korn biegen.

Die Kornrichtung, die in der Richtung erzeugt wird, in der das Blech in der Mühle gewalzt wird, verläuft über die Länge des gesamten Blechs. Sie können es auf einem neuen Blech sehen, indem Sie die Richtung der sichtbaren Linien erkennen, die durch das Blech verlaufen. Wenn das Blatt hergestellt wird, werden seine Partikel in Walzrichtung länglich.

Die Kornrichtung ist keine Oberflächenbeschaffenheit, die durch Schleifen oder andere mechanische Verfahren hergestellt wird. Trotzdem machen Kratzer auf der Oberfläche das Material anfälliger für Risse, insbesondere wenn das Finishkorn parallel zum natürlichen Korn ist.

Da die Körner gerichtet sind, verursachen sie Variationen des Winkels und möglicherweise des Innenradius. Diese Abhängigkeit von der Orientierung nennen wir Anisotropie und spielt eine wichtige Rolle, wenn Sie präzise Teile herstellen möchten.

Wenn das Metall parallel (mit) dem Korn gebogen wird, beeinflusst es den Winkel und den Radius und macht es anisotrop. Das Einbeziehen der Anisotropieeigenschaften der Metalle ist ein wesentlicher Bestandteil für genaue Vorhersagen der K-Faktor- und Biegezugaben.

Durch Biegen mit dem Korn wird die neutrale Achse nach innen gedrückt und der k-Faktor erneut geändert. Und je näher die neutrale Achse der Innenfläche der Biegung kommt, desto wahrscheinlicher ist es, dass außerhalb des Radius Risse auftreten.

Während das Biegen weniger Kraft erfordert als über das Korn, ist eine mit dem Korn hergestellte Biegung schwächer. Die Partikel ziehen sich leichter auseinander, was zu Rissen am Außenradius führen kann. Dies kann durch scharfes Biegen verstärkt werden. Wenn Sie sich jedoch mit der Maserung biegen, können Sie mit Sicherheit sagen, dass Sie einen größeren inneren Biegeradius benötigen.