Was macht eine Luftkurve an der Abkantpresse scharf

Frage: Ich fand Ihren Artikel über die 63-Prozent-Regel hilfreich. In Ihrem Artikel geben Sie das Beispiel für das Biegen von 1⁄4-Zoll-Stahl mit unterschiedlichen Stanzradien.

Ich entschied mich für ein wenig mit der Formel und verwendete 20-Gauge kaltgewalzten Stahl mit einem 1 punch32-Zoll-Radius für meine Berechnungen. Dies ist eine großartige Kombination aus Schlag und Material, aber je nachdem, wie ich Ihren Artikel verstehe, liegt dies nicht daran, dass meine Stichtonnage geringer ist als die zum Formen erforderliche Tonnage.

Zum Beispiel beträgt die Landfläche 0,375 Zoll in einem Fuß, multipliziert mit einer Materialstärke von 0,036 Zoll und dann mit 25 multipliziert. Dies ergibt eine Stanztonnage von 0,338 Tonnen pro Fuß. Gemäß meiner Biegungstabelle sind 3,1 Tonnen pro Fuß erforderlich, um 0,036 Zoll dicken kaltgewalzten Stahl mit einem 0,25 Zoll zu bilden. V sterben. Bedeutet dies, dass Sie bei dünnen Materialien immer einen Graben anlegen und die Konsistenz und Stabilität der Biegung verlieren? Oder benutze ich Ihre Berechnungen falsch?

Der einzige Faktor, den ich nicht verstehe, ist, woher die 25 in Ihrer Formel kommen. Bezieht sich das auf die Materialstärke oder eine Konstante? Ich möchte dieses Thema gut verstehen, da ich wissen möchte, was sich hinter einer Abkantpresse verbirgt.

Antwort: Sie sind auf dem richtigen Weg, aber wir müssen einige Punkte klären. Fangen wir also von vorne an. Erstens, was machen die 63 Prozent aus? Dies ist der geschätzte Prozentsatz der Materialstärke, bei dem die Biegung vom minimalen Innenradius in eine scharfe Biegung übergeht. Dieser basiert auf kaltgewalztem ASTM A36-Stahl mit einer Zugfestigkeit von 60 ksi. Dieses Material ist so mittendrin wie es nur geht. Das ist das Ausgangsmaterial, auf dem unsere Berechnungen basieren.

Luftformung ist unsere Basisformmethode. Warum? Dies ist auf die niedrigen Tonnagen zurückzuführen, die im Vergleich zu Bodenbildung oder Prägungen erforderlich sind, und wird jetzt zur vorherrschenden Form der Umformung. Bodenbildung und Prägung unterscheiden sich grundlegend von der Luftformung, da der Radius "gestanzt" wird und nicht wie bei der Luftformung über die Düsenöffnung "schwebt".

Beachten Sie, dass 63 Prozent eine Daumenregel sind, und wie bei jeder solchen Regel gibt es Ausnahmen. Was wirklich den Punkt bestimmt, an dem eine Biegung scharf wird, ist die Beziehung zwischen dem Stempelnasenradius, der zum Formen erforderlichen Tonnage und der Zugfestigkeit des Materials.

Durch die Stufen gehen

Wenn Sie durch Ihr Beispiel gehen, bilden Sie 0.036-in. kaltgewalzter Stahl mit einem 1⁄32-Zoll. Schlag über einen 0,25-Zoll. Würfelbreite. Mit diesen Informationen in der Hand besteht der erste Schritt darin, die Formiertonnage oder die zum Biegen des Werkstücks erforderliche Tonnage zu bestimmen:

[575 × (Materialdicke) 2] / Die Breite = Tonnen pro Fuß (575 × 0,001296) / 0,25 = 2,9 Tonnen pro Fuß, um das Material zu bilden

Das ist ziemlich nahe an der Zahl von 3,1 Tonnen pro Fuß, die Sie in der Tabelle gefunden haben.

Schritt zwei, wir bestimmen die Landfläche. Dies ist die Schnittstelle zwischen Ihrem 1⁄32-Eingang. Stanznase und die Oberfläche des Materials.

Landfläche = Lochradius × 12

Landfläche = 0,03125 × 12 = 0,375

Schritt drei, wir bestimmen die Stanz- oder Stechtonnage. Wir suchen nach der Mindestkraft, die erforderlich ist, um die Oberfläche des Materials zu durchdringen. In einer Stanzsituation würde dies der Punkt sein, an dem der Überschlag aufhören würde und das Abscheren beginnt. Für unsere Zwecke beim Abkanten der Abkantpresse ist die Stanz-Tonnage der Punkt, an dem die Stempelspitze der Abkantpresse beginnt, die Materialoberfläche zu durchdringen und zu falten. Dazu verwenden wir eine Standard-Berechnungsformel für die Tonnage, die für den Stanzprozess verwendet wird und einen Materialmultiplikator enthält (siehe Abbildung 1).

Im Gegensatz zur Formiertonnage verwendet die Stanztonnage tatsächlich Material mit einer Zugfestigkeit von 50.000 PSI (wie später beschrieben). Dies erfordert, dass wir einen Materialmultiplikator verwenden, der uns eine etwas höhere Stanzkraft gibt, als Sie ursprünglich berechnet hatten:

Stanzzahl = Landfläche × Materialstärke × 25 × Materialmultiplikator

Stanzmenge = 0,375 × 0,036 × 25 × 1,2 = 0,405 Tonnen

Unabhängig davon ist es richtig zu sagen, dass dies eine scharfe Kurve ist; Die Formgebung erfordert mehr Tonnage als das Durchstechen, und Abweichungen des Biegungswinkels und der Abmessungen sind die Folge. Aus jahrelanger persönlicher Erfahrung kann ich Ihnen versichern, dass Sie, wenn Sie wirklich Luftformung mit einem 1⁄32-Zoll-Lochstempel aus 0,036 Zoll dickem Material durchführen, eine gewisse Winkeländerung erfahren.

Was ich hier beschreibe, steht weder im Widerspruch zur modernen Theorie noch zur Ursache der Variationen, die beim Umformvorgang auftreten. Sobald die Falte erzeugt ist, ist sie, mangels einer besseren Beschreibung, einfach ein Verstärker der Inkonsistenzen innerhalb des Materials, wie beispielsweise Abweichungen in der Kornrichtung, der Härte und der Dicke. Diese und ähnliche Größen sind die Hauptursache für Winkeländerungen von Werkstück zu Werkstück.

Die 25 Konstante

Woher kommen also die 25 in dieser Formel? Es ist eine Konstante, die die durchschnittliche Scherfestigkeit von kaltgewalztem 50-KSI-Stahl darstellt. Um Tooling Around the World zu zitieren, eine Wilson-Tool-Veröffentlichung aus dem Februar 2013:

Stanzkraft (US-Tonne): Landfläche × Dicke × 50.000 lbs./in.2 ÷ 2.000 lbs./ton

Landfläche × Dicke x 25 oder Stanzkraft (Tonne):

Landfläche × Dicke × 345 N / mm² ÷ 9.806,65 N / Tonne

Umfang × Dicke × 0,0352

Da dieser 50-KSI-Weichstahl früher das am häufigsten verwendete Material war, wurde er zum Material, mit dem alle anderen verglichen wurden, beispielsweise Edelstahl. Die Zugfestigkeit von Edelstahl beträgt etwa 75.000 Pfund / Zoll (518 N / mm2). Verglichen mit Weichstahl benötigt Edelstahl für die Scherung 1,5-mal mehr Kraft.

Bitte beachten Sie, dass die Tonnage zum Brechen der Materialoberfläche nur eine recht genaue Schätzung ist, da diese Formel nicht für Abkantpressenanwendungen vorgesehen war. Die Zahlen sind jedoch nahe genug für unsere Zwecke.

Scharfe Biegungen

Wenn Sie sich in einer scharfen Kurve befinden - was Ihr Beispiel ist -, sollten Sie es am besten vermeiden. Wenn Sie möglichst keine scharfen Biegungen vermeiden, werden Ihre Biegungen vom Werkstück zum Werkstück stabiler.

Um dies zu erreichen, muss der Radius an der Stanznase so vergrößert werden, dass die Stanztonnage (die wir auch als Piercing-Tonnage bezeichnen) die Formiertonnage überschreitet.

Dünnes Material und Boden

Lassen Sie uns durch die letzten beiden Absätze gehen und die Daten verwenden, die bereits aus Ihrer Frage berechnet wurden. Erstens, wenn auf dieser Skala gearbeitet wird, gibt es eine sehr feine Linie zwischen Luftformung, Biegung am Boden und Prägung - in den meisten Fällen ein paar Tausendstel Zoll. Dies könnte bedeuten, dass Sie, wenn Ihre Biegungen stabil sind, die Wahrscheinlichkeit haben, dass Sie sich am Boden beugen.

Bei der Luftumformung basiert Ihr Innenradius auf dem Prozentsatz der Werkzeugbreite (der Öffnung), den ich als „20-Prozent-Regel“ bezeichne - und zwar nur als Titel, da die Prozentsätze je nach Materialtyp variieren. Für unser Ausgangsmaterial, ASTM A36, beträgt dieser Wert 16 Prozent.

Dieses Konzept wird allgemein akzeptiert und bedeutet das für einen 0,250-Zoll. Die Breite des gesplitteten Innenradius beträgt 16 Prozent dieser Breite oder 0,040 Zoll (0,040 Zoll). Wenn Sie also nicht mit einem 0,032-Zoll-Boden auf dem Boden liegen. Der Radius der Stanznase, 0,040 Zoll, ist der Innenradius der Biegung.

Unsere Theorie besagt jedoch auch, und unsere Daten haben bestätigt, dass die zur Bildung erforderliche Tonnage (2,9 Tonnen) größer war als die zum Durchstechen der Oberfläche des Materials erforderliche Tonnage (0,405 Tonnen). Dies bedeutet, dass, obwohl der Stempelradius und die Materialstärke ungefähr so ​​nahe wie möglich an „1 zu 1“ liegen, der 1⁄32-In. Die Stempelnase knittert immer noch den Innenradius der Biegung, wenn auch in einem sehr kleinen Maßstab und an einem Punkt, der sehr nahe am Radius der Stempelnase liegt. Es verstärkt also die materiellen Variablen.

Wie groß muss der Stempelradius sein, um eine Falte zu vermeiden? Um dies herauszufinden, können Sie mit der Stanz-Tonnage-Formel ein wenig mathematisches Ausprobieren durchführen und den Stanzradius durch einen größeren Wert ersetzen, bis die Stanz-Tonnage die Formier-Tonnage übersteigt:

Stanzzahl = (Lochradius × 12) × Materialstärke × 25 × Materialfaktor

In diesem Fall wäre der minimale Innenradius für Ihre ursprüngliche Frage 0,2238 Zoll:

Stanzmenge = 0,2238 × 12 × 0,036 × 25 × 1,2 = 2,9 Tonnen pro Fuß

Formiertonnage = (575 × 0,001296) / 0,25 = 2,9 Tonnen pro Fuß

Realistisch gesehen würden Sie dies wahrscheinlich nicht tun und dieses Beispiel mit dem 0.032-in bilden. Nasenradius. Was macht das dann für Sie? Nicht viel. Es erklärt einfach, warum beim Biegen dieser grundlegenden 1: 1-Materialdicke-zu-Radius-Beziehung die Biegungswinkel immer noch drastisch schwanken können, anstatt die stabilen Winkel zu haben, die wir normalerweise von Biegung zu Biegung erwarten würden.

Weiches Material

Denken Sie daran, dass die Umformung auf kaltgewalztem Stahl ASTM A36 60-KSI basiert. Wenn ein Material eine andere Zugfestigkeit hat, müssen Sie einen Materialfaktor berücksichtigen.

Schauen wir uns ein weiteres Beispiel an, das dickeres und weicheres Aluminium der O-Serie enthält: 0,125 Zoll (0,125 Zoll) Dicke mit einer Zugfestigkeit von 13 KSI.

Der erste Schritt besteht darin, den Materialfaktor für die Formel der Umformung zu ermitteln. Wir schätzen diesen Wert, indem wir den Zugwert durch den 60-KSI-Wert unseres Ausgangsmaterials teilen: 13/60 = 0,21 oder 21 Prozent. In diesem Fall verwenden wir einen 0.984-In. Würfelbreite.

Alle drei dieser Werte werden dann wie folgt in unsere grundlegenden Berechnungen der Umformung eingefügt:

{[575 × (Materialdicke) 2] / Düsenbreite} × Materialfaktor = Tonnage pro Fuß [(575 × 0,015625) / 0,984] × 0,21 = 1,917 Tonnen pro Fuß

Nun geht es weiter zur Stanztonnage. Beginnen mit einem 0,125-Zoll. Stanznasenradius berechnen wir zuerst den Wert der Landfläche und dann die Stichtonnage. Da dieses Material in Abbildung 1 nicht aufgeführt ist, berechnen wir den Multiplikator durch Vergleich mit unserer 60-KSI-Basislinie: 13 KSI / 60 KSI = 0,21. Wenn wir das wissen, beginnen wir mit unseren Berechnungen.

Landfläche = Lochradius × 12

Landfläche = 0,125 × 12 = 1,5

Stanzzahl = Landfläche × Materialstärke × 25 × Materialmultiplikator

Stanzzahl = 1,5 × 0,125 × 25 × 0,21 = 0,984 Tonnen

Es werden also ca. 0,984 Tonnen Stanzkraft benötigt, um die Oberfläche des Materials zu brechen. All dies zeigt, wie die Beziehung zwischen dem Stempelnasenradius, der Werkzeugbreite und der Zugfestigkeit des Materials bestimmt, wo eine "scharfe Biegung" auftritt. In diesem Beispiel endet die Fähigkeit der Materialoberfläche, der auf sie einwirkenden Kraft zu widerstehen, bei 0,984 Tonnen. Wenn Sie dann den Druck von 1,917 Tonnen aufbringen müssen, der erforderlich ist, um das Material mit der berechneten Landfläche zu formen, werden Sie das Teil falten.

In Anbetracht dessen, dass scharfe Biegungen eine Funktion des Materials und nicht des Radius der Stanznase sind, berechnen wir den minimalen Innenradius für unser gegebenes Materialstück. Wie im vorherigen Beispiel haben wir zunächst einige mathematische Probierprobleme ausgeführt, bei denen der Innenradius durch einen zunehmend größeren Wert ersetzt wurde, bis die zu bildende Tonnage die Tonnage für das Durchstechen des Materials unterschreitet.

In diesem weichen Material stellen wir fest, dass wir erst bei Erreichen eines Radiuswerts von 0,250 Zoll unseren minimalen inneren Biegeradius erreichen.

Landfläche = Lochradius × 12

Landfläche = 0,250 × 12 = 3,0

Piercing-Tonnage = Landfläche × Materialstärke × 25 × Materialmultiplikator

Piercing-Tonnage = 3,0 × 0,125 × 25 × 0,21 = 1,968

Mit einem 0,250-Zoll. Radius beträgt die zum Durchstoßen der Oberfläche erforderliche Tonnage oder Kraft 1,968 Tonnen, bezogen auf die Landfläche. Die Tonnage zur Bildung des Materials beträgt 1,917 Tonnen. Dies bedeutet, dass kein Durchstechen oder Ausdünnen des Materials auftritt.

Nun haben wir festgestellt, dass 0,250 Zoll der minimale Biegeradius ist. Was ist also der natürlich schwebende Innenradius für diesen Luftbogen? Für Kurven, in denen der Radius sich keiner scharfen Biegung nähert, schätzen wir den Schwimmradius normalerweise als Prozentsatz der Werkzeugbreite nach der 20-Prozent-Regel, wobei 16 Prozent des kaltgewalzten 60-KSI-Stahls als Basis dienen. Vergleicht man unser 13-KSI-Material mit der Basislinie, beträgt dieser Prozentsatz nur etwa 3 Prozent, wodurch unser geschätzter Schwimmradius sehr klein wird und deutlich weniger als dort, wo die Kurve scharf wird.

In diesem Fall berechnen wir den Schwimmradius anhand unserer Faustregel, wo die Biegung scharf wird - bei 63 Prozent der Materialstärke unseres Basis-60-KSI-Weichstahls. Der Prozentsatz wird für unser weiches 13-KSI-Material wieder deutlich niedriger sein. Da das Material so viel weicher ist, trägt es einen viel kleineren Innenradius als unser Ausgangsmaterial, genauso wie Edelstahl einen größeren Innenradius in dem Teil tragen würde.

Um dies festzustellen, führen wir einen Vergleich mit unserem Ausgangsmaterial durch: 13 KSI / 60 KSI = 0,21; 0,21 × 0,63 = 0,1323. Anders ausgedrückt: 13 KSI machen 21 Prozent von 60 KSI aus und 21 Prozent unserer Basislinien, 63 Prozent sind 13 Prozent. Demnach beträgt der minimale Radius 13 Prozent unserer 0,984 Zoll. Düsenöffnung: 0,984 × 0,13 = 0,127 Zoll.

Diese Schätzung liegt unter unserer zuvor berechneten 0,250 Zoll .; Und wie wir zuvor berechnet haben, würde ein beliebiger Radius, der kleiner als 0,250 Zoll ist, bewirken, dass unsere Stanzerspitze dieses weiche Material durchdringt und knickt, bevor es geformt wird. In diesem Fall würden wir unser größeres "Minimum" von 0,250 Zoll wählen. Radius, um unsere Biegeabzüge zu berechnen. Bei einem Stanznasenradius von 0,250 Zoll nimmt das Material den größeren Radius der Stanznase an, um Falten zu vermeiden und eine scharfe Biegung zu erzeugen, abzüglich des Rückfederungsfaktors oder der leichten Öffnung des Winkels und des Radius vom druck befreit.

Wenn Sie mit scharfen Biegungen in der Luftformung arbeiten, müssen Sie den Mindestradiuswert für die Biegungstoleranz (BA) und die Biegeabzugsberechnung (BD) verwenden. Warum? Wenn Sie den falschen Radiuswert verwenden, z. B. einen beliebigen Stanznasenradius, der unter dem minimalen Innenradius liegt, werden Ihre Berechnungen deaktiviert.