K-Faktoren, Y-Faktoren und Abkantpresse

Frage: Ich hatte eine Frage zu K-Faktoren für unsere 3D-Modellierungssoftware. Unsere Konstrukteure verwenden normalerweise einen Faktor von 0,4 für unsere luftgeformten Abkantpressen. Dies funktioniert jedoch nicht gut für unsere Teile, die in eine Stempelpresse für den Transfer von Hand übertragen werden.

Ich möchte unseren Konstrukteuren helfen, mehr herstellbare Teile herzustellen. Ich würde sagen, dass ich die Grundlagen gut verstehe, aber es gibt immer noch Probleme, auf die ich bei Produktionsteilen stoße, die ich für zukünftige Konstruktionen im Auge behalten möchte. Können Sie meine Frage zu K-Faktoren mit einer allgemeinen Empfehlung beantworten, ohne zu viel Theorie oder Berechnungen zu machen?

Antwort: Die Antworten auf Ihre Fragen sind einfach. Nun, irgendwie einfach. Ich fange mit den Grundlagen an, gebe einige allgemeine Empfehlungen und ende mit einigen Berechnungen. Mathematik ist das Herzstück des Blechbiegens. Zum Glück ist es nicht zu kompliziert - keine Differentialrechnung, nur Geometrie.

Ihre Abkantpresse und Stanzpresse formt Blech auf unterschiedliche Weise. An der Abkantpresse formen Sie Luft, während Sie an der Prägepresse stanzen oder prägen. Dies sind alles unterschiedliche Umformverfahren, und jede wird aufgrund der Art und Weise, wie der Radius im Werkstück erzeugt wird, unterschiedlich berechnet.

Arten von Kurven

Lassen Sie uns zunächst einen Schritt zurückgehen und über die Arten von Biegungen sprechen, die Sie mit Blech machen können. Hab keine Angst; Ich werde den K-Faktor bald in die Diskussion einbringen. Bis dahin bleib bei mir.

Es gibt vier Arten von Biegungen: minimaler Radius, scharf, perfekt und Radius. Eine Biegung mit minimalem Radius hat einen Radius, der dem kleinsten inneren Radius entspricht, der hergestellt werden kann, ohne das Material zu knicken. Bilden Sie einen Radius, der kleiner als das Minimum ist, und falten Sie die Mitte des Radius, um eine scharfe Biegung zu erhalten.

Die perfekte Kurve hat einen Radius, der gleich oder nahe an der Materialstärke ist. Insbesondere reicht der Radius der perfekten Biegung vom minimalen Radiuswert bis zu 125 Prozent der Materialstärke. Wenn Ihr Radius 125 Prozent der Materialstärke oder mehr beträgt, haben Sie eine Radiusbiegung.

Selbst wenn Sie eine scharfe Biegung erzeugen, ist der kleinste Radius, den Sie für Ihre Biegungsberechnungen verwenden können, der kleinste Biegeradius, wenn Ihre Zahlen in der Praxis funktionieren sollen. Es ist auch zu beachten, dass Luft, die eine scharfe Biegung bildet, für die Konsistenz normalerweise sehr nachteilig ist. Die Falte in der Mitte der Biegung neigt dazu, alle Winkeländerungen zu verstärken, die durch Änderungen der Richtung des Materialkorns, der Härte, der Dicke und der Zugfestigkeit verursacht werden. Je schärfer und tiefer die Falte ist, desto größer ist der Effekt.

Hier kommt auch Ihr Schlagnasenradius ins Spiel. Wenn die Biegung bei einem Innenradius von 0,078 Zoll scharf wird, stanzen Sie die Nasenradien von 1/16 Zoll (0,062 Zoll), 1/32 Zoll (0,032 Zoll) und 1/64 Zoll (0,015 Zoll) .) sind alle zu scharf. Je kleiner der Stanznasenradius im Verhältnis zur Materialdicke ist, desto größer ist die gesamte Winkeländerung, die Sie erfahren.

Aber ich schweife ab. Nun, da wir besprochen haben, welche Arten von Kurven es gibt und wie wir sie erstellen, können wir zum K-Faktor übergehen. Sie werden bemerken, wie die verschiedenen Umformungsmethoden ... eine Minute warten - die Umformungsmethoden haben wir noch nicht definiert: Luftumformung, Bodenbeugung und Prägung.

Die Umformungsmethoden

Und ja, es gibt einen Unterschied zwischen Biegung und Prägung. Durch das Zusammenpressen wird die Stanznase in das Material gedrückt und durchdringt die neutrale Achse. Das Auffüllen erfolgt etwa 20 Prozent über der Materialdicke, gemessen vom Boden der Düse.

Es ist ziemlich wahrscheinlich, dass die Stempelsätze auf Ihrer Stanzpresse tatsächlich das Material prägen, wodurch die Matrize auf weniger als die Materialstärke gedrückt wird. Ansonsten sind Sie wahrscheinlich unten gebogen, was wiederum etwa 20 Prozent über der Materialstärke liegt. Einer zwingt engere Radien als der andere, aber beide zwingen das Material auf einen bestimmten Radius. Unabhängig von der Art der Biegung (scharf, minimal, perfekt oder Radius), wenn Sie ein Tief- oder Münzverhalten haben, bestimmt der Stanznasenwert den resultierenden Radius. Daher verwenden wir ihn in unseren Biegungsberechnungen.

Dies ist jedoch bei der Luftformung nicht der Fall. In einer Luftform ist der erzeugte Radius ein Prozentsatz der Düsenöffnung. Eine luftgeformte Biegung schwebt über die Breite der Düse, und der Innenradius wird als Prozentsatz dieser Breite festgelegt. Der Prozentsatz hängt von der Zugfestigkeit des Materials ab. Dies wird als 20-Prozent-Regel bezeichnet. Es handelt sich jedoch nur um einen Titel, da sich die prozentualen Änderungen je nach Materialtyp und Zugfestigkeit ändern.

Zum Beispiel bildet Edelstahl 304 einen Radius von 20 bis 22 Prozent der Werkzeugbreite, während ein Radius aus 5052-H32-Aluminium 13 bis 15 Prozent der Breite bildet. Generell gilt: Je weicher das Material, desto enger der Innenradius.

Übrigens ist 60-KSI-Weichwarmstahl für die meisten Berechnungen unser Ausgangsmaterial, einschließlich der 20-Prozent-Regel. Dieses Material bildet einen Radius zwischen 15 und 17 Prozent der Werkzeugbreite. Wir beginnen mit dem Median von 16 Prozent und passen ihn bei Bedarf an. Angenommen, wir müssen mit 120-KSI-Material arbeiten. Das ist das Doppelte der 60 KSI unseres Ausgangsmaterials. Daher bildet dieses 120-KSI-Blech einen Radius, der etwa doppelt so groß ist wie bei kaltgewalztem Stahl - oder 32 Prozent der Düsenöffnung (16 Prozent × 2).

Und jetzt der K-Faktor

Bei Blech ist der K-Faktor das Verhältnis der neutralen Achse zur Materialstärke. Wenn ein Stück Metall geformt wird, wird der innere Abschnitt der Biegung zusammengedrückt, während sich der äußere Abschnitt ausdehnt (siehe 1). Die neutrale Achse ist der Übergangsbereich zwischen Kompression und Expansion, in dem keine Änderung des Materials auftritt - mit der Ausnahme, dass es sich bei 50 Prozent der Materialstärke von seiner ursprünglichen Position in Richtung der Innenfläche der Biegung bewegt. Die neutrale Achse ändert ihre Länge nicht, sondern verlagert sich; Dies führt dazu, dass beim Biegen eine Dehnung auftritt. Wie weit sich die neutrale Achse verschiebt, hängt von den physikalischen Eigenschaften eines Materials, seiner Dicke, dem Biegeradius und dem Umformverfahren ab.

Nehmen Sie den üblichen Standard-K-Faktor-Wert von 0,446, multiplizieren Sie ihn mit der Materialstärke und Sie wissen, wohin die neutrale Achse verschoben wird. Im Wesentlichen zwingen wir die gemessene Länge von einem größeren Radius (dh der Länge der neutralen Achse bei 50 Prozent der Materialstärke) auf einen kleineren Radius. Dieselbe gemessene Gesamtlänge über den kleineren Radius bedeutet, dass wir übermäßiges Material oder Dehnung haben.

Betrachten Sie 0,060 Zoll dickes Material. Wir multiplizieren das mit einem K-Faktor von 0,446, um 0,0268 Zoll zu erhalten. Die Achse hat sich von 0,030 Zoll (bei der halben Materialstärke) auf 0,0268 Zoll verschoben, gemessen von der inneren Oberfläche der Biegungen. Anders ausgedrückt: Die Achse hat sich um 0,0032 Zoll nach innen bewegt. Von dort können wir die Antworten finden, die wir für unsere Biegungsberechnungen benötigen.

Beachten Sie, dass der Materialtyp, die Umformmethode und das Verhältnis von Biegeradius zur Materialstärke unterschiedliche K-Faktoren ergeben. Diese beeinflussen wiederum die Gesamtlänge der auftretenden Dehnung und die zu verwendenden Biegungsabzüge.

Weiter zu den Berechnungen

Der K-Faktor wird mathematisch als t / Mt definiert, wobei es sich um den Ort der neutralen Achse handelt und Mt die Materialdicke ist. Aufgrund der spezifischen Eigenschaften eines bestimmten Metalls ist es nicht einfach, diesen Wert perfekt zu berechnen, daher das Diagramm in Abbildung 2.

Der K-Faktor liegt normalerweise zwischen 0,3 und 0,5. Wenn Sie den K-Faktor berechnen möchten, anstatt ein Diagramm zu verwenden, benötigen Sie einige Teststücke - vier oder fünf Stücke sollten für diesen Zweck gut geeignet sein.

Um den K-Faktor zu berechnen, müssen Sie einige Informationen sammeln. Zunächst müssen Sie die Abmessungen vor und nach dem Umformen kennen und den Innenradius so genau wie möglich messen. Ein optischer Komparator ist aufgrund seiner Genauigkeit eine gute erste Wahl. Weitere Optionen sind Messstifte und Radiusmessgeräte.

Nehmen Sie die Summe der gebildeten Innenabmessungen, subtrahieren Sie die Abflachung und Sie erhalten die Biegezugabe (BA). Messen Sie dann den komplementären Biegungswinkel und den inneren Biegeradius (Ir). Mit diesen Datenpunkten können Sie zusammen mit der Materialstärke (Mt) nach dem K-Faktor berechnen (alle Abmessungen sind in Zoll):

K-Faktor = [(180 × BA) / (π × Biegungswinkelkomplementär × Mt)] - (Ir / Mt)

Natürlich ist es am einfachsten, einen bekannten K-Faktor aus einer Tabelle zu verwenden, wie in Abbildung 2 dargestellt. Sie können diesen K-Faktor und den inneren Biegeradius verwenden, um die neutrale Achse zu berechnen. Verwenden Sie dann den Radius der neutralen Achse, um die Bogenlänge der neutralen Achse zu berechnen, die Ihrem BA entspricht. Als Nächstes berechnen Sie den äußeren Rückschlag (OSSB), eine in Abbildung 3 dargestellte Dimension. Diese gibt Ihnen zusammen mit Ihrem komplementären Biegewinkel (siehe Abbildung 4) alles an, was Sie zur Berechnung des Biegeabzugs (BD) oder des Gesamtbetrags von B benötigen Dehnung, die in einer gegebenen Kurve auftritt:

BA = [(0,0117453 × Ir) + (0,0078 × Mt)] × Biegungswinkelkomplementär

Bei dieser Berechnung kommt der K-Faktor zum Tragen. Sie fragen sich wahrscheinlich, welche numerischen Werte in der folgenden Formel enthalten sind: 0.017453 und 0.0078. Was repräsentieren sie? Dieser 0.017453 ist pi geteilt durch 180 und der 0,0078 ist (π / 180) × K-Faktor.

Diese Formel verwendet einen K-Faktor von 0,446. Wenn Sie jedoch Änderungen an der Umformmethode, der Materialart oder dem Verhältnis des inneren Biegeradius zu der Materialstärke vornehmen, wird der K-Faktor-Wert geändert. Um diesen neuen Wert zu übernehmen, können Sie eine erweiterte Version derselben Formel verwenden. Sie bestimmen dann die OSSB und verwenden das Ergebnis zusammen mit der BA zur Berechnung Ihres Kurvenabzugs:

BA = {[(π / 180) × Ir)] + [(π / 180) × K-Faktor] × Mt} × BiegungswinkelkomplementärOSSB = [(Tan (Biegewinkel / 2)] × (Mt + Ir)] BD = (OSSB × 2) - BA

Begrüßen Sie den Y-Faktor

Durch die Verwendung eines Y-Faktors können Ihre Berechnungen noch genauer sein. Sie müssen jedoch die Formel für BA ändern. Der Y-Faktor berücksichtigt Spannungen im Material, der K-Faktor dagegen nicht. Trotzdem ist der K-Faktor noch involviert, nur ein wenig massiert.

Um den Y-Faktor zu finden, können Sie sich auf ein Diagramm beziehen (siehe Abbildung 5) oder Sie können diese Gleichung verwenden:

Y-Faktor = (K-Faktor × π) / 2Wir fügen dann den Y-Faktor in eine neue Formel für BA ein: BA = {[(π / 2) × Ir] + (Y-Faktor × Mt)} × (Biegung) Winkel komplementär / 90)

Wir werden den Prozess für beide Gleichungssysteme durchlaufen, wobei kaltgewalzter 60-KSI-Stahl mit einer Dicke von 0,062 Zoll und 0,062 Zoll verwendet wird. innerer Biegeradius und ein Biegungswinkel von 90 Grad. In diesem Beispiel verwenden wir einen K-Faktor von 0,446.

Y-Faktor = (0,446 × & pgr;) / 2 = 0,7005

BA = {[(& pi; / 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

Hier sind Biegungsberechnungen, die nur den K-Faktor und unsere ursprüngliche BA-Gleichung verwenden:

BA = {[(π / 180) × Ir)] + [(π / 180) × K-Faktor] × Mt} × Biegungswinkelkomplementär

BA = [(0,0117453 × 0,062) + (0,0078 × 0,062)] × 90 = 0,1409

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

BD = (0,124 × 2) - 0,1409 = 0,1071

Der Unterschied in BA zwischen den beiden Berechnungen beträgt nur 0,0001 Zoll, und der Unterschied in BD beträgt ebenfalls 0,0001 Zoll. Dies macht in diesem Beispiel diese beiden Arten der funktionalen Berechnung des BA gleich. Ändern Sie jedoch einen Biegungswinkel oder einen inneren Biegeradius, und alles ändert sich. Sie werden feststellen, dass der letztere Satz von Formeln, die den Y-Faktor verwenden, etwas genauer ist als der K-Faktor.

Wählen Sie Ihre Biegungsberechnungen

In der Branche ist es üblich, für einen K-Faktor-Wert 0,446 zu verwenden. Wenn Sie jedoch die richtigen Datenwerte auswählen, einschließlich eines K-Faktors, der auf anwendungsspezifischen Variablen basiert (Materialtyp, Umformmethode und Innenradius), werden Sie feststellen, dass viele Probleme zwischen den beiden auftreten verschiedene Produktionsmethoden werden verschwinden.