Facteurs K, facteurs Y et presse plieuse

Question: J'avais une question sur les facteurs K pour notre logiciel de modélisation 3D. Nos ingénieurs en conception utilisent généralement un facteur de 0,4 pour nos pièces de presse-plieuses à air. Cependant, cela ne fonctionne pas bien pour nos pièces qui vont dans une presse d’estampage à transfert manuel.

Je souhaite aider nos ingénieurs de conception à créer davantage de pièces pouvant être fabriquées. Je dirais que j'ai une bonne compréhension des bases, mais il y a toujours des problèmes que je rencontre dans les pièces de production que je garde à garder pour les futures conceptions. Pouvez-vous répondre à ma question sur les facteurs K par une recommandation générale sans entrer dans trop de théorie ou de calculs?

Réponse: Les réponses à vos questions sont simples. bien, en quelque sorte simple. Je vais commencer par les principes fondamentaux et donner quelques recommandations générales, puis terminer par des calculs. Les mathématiques sont au cœur du pliage de la tôle. Heureusement, ce n’est pas trop compliqué - pas de calcul différentiel, juste de la géométrie.

Votre presse-plieuse et votre presse à emboutir forment des tôles de différentes manières. Sur la presse plieuse, vous formez de l'air, tandis que sur la presse à emboutir, vous emboutissez ou frappez. Ce sont toutes des méthodes de formage distinctes, et chacune d’elles est calculée différemment en raison de la façon dont le rayon est produit dans la pièce.

Types de courbures

Tout d’abord, prenons du recul et parlons des types de courbures que vous pouvez effectuer dans une tôle. N'ai pas peur; Je ferai bientôt entrer le facteur K dans la discussion. Jusque-là, supporte-moi.

Il existe quatre types de coudes: rayon minimal, net, parfait et rayon. Un rayon de courbure minimum a un rayon égal au plus petit rayon intérieur pouvant être produit sans froisser le matériau. Essayez de former un rayon plus petit que le minimum et pliez le centre du rayon en vous donnant un virage serré.

Le coude parfait a un rayon égal ou proche de l’épaisseur du matériau. En particulier, le rayon de courbure parfait va de la valeur du rayon minimum à 125% de l’épaisseur du matériau. Si votre rayon correspond à 125% de l’épaisseur du matériau ou plus, vous avez un rayon de courbure.

Même si vous produisez une courbure nette, le rayon le plus petit que vous pouvez utiliser pour vos calculs de courbure est le rayon de courbure minimal, si vous souhaitez que vos nombres soient calculés dans la pratique. Notez également que l’air formant une courbe prononcée nuit généralement à la cohérence. Le pli au centre de la courbure tend à amplifier les variations angulaires causées par les changements de direction du grain du matériau, de sa dureté, de son épaisseur et de sa résistance à la traction. Plus le pli est net et profond, plus l'effet est puissant.

Votre rayon de poinçon entre en jeu ici aussi. Si la courbure devient nette dans un rayon intérieur de 0,078 pouce, percer des rayons de nez de 1/16 po (0,062 po), 1/32 po (0,032 po) et 1/64 po (0,015 po). .) sont tous trop forte. Plus le rayon de la pointe du poinçon est petit par rapport à l'épaisseur du matériau, plus la variation totale de l'angle que vous ferez sera importante.

Mais je m'éloigne du sujet. Maintenant que nous avons discuté des types de coudes existants et de la manière dont nous les créons, nous pouvons passer au facteur K. Vous remarquerez que les différentes méthodes de formage ... attendez une minute - nous n’avons pas encore défini les méthodes de formage: formation à l’air, cintrage du fond et frappe.

Les méthodes de formage

Et oui, il y a une différence entre plier et percer. La frappe force le nez de la perforatrice dans le matériau, en pénétrant dans l'axe neutre. La mise au rebut se produit environ 20% au-dessus de l'épaisseur du matériau, mesurée à partir du bas de la matrice.

Il existe une probabilité raisonnable que les jeux de matrices de votre presse à emboutir soient en train de mouler le matériau, le poussant à une épaisseur inférieure à celle du matériau. Sinon, vous courez probablement vers le bas, ce qui se produit à nouveau environ 20% au-dessus de l’épaisseur du matériau. L'un force des rayons plus serrés que l'autre, mais les deux forcent le matériau à un certain rayon. Quel que soit le type de courbure que vous utilisez (forte, minimum, parfaite ou rayon), si vous appuyez ou frappez, la valeur de la pointe du poinçon détermine le rayon obtenu et est donc ce que nous utilisons dans nos calculs de courbure.

Ce n'est pas le cas dans l'air formant, cependant. Dans une forme aérienne, le rayon produit est un pourcentage de l'ouverture de la matrice. Une courbure formée à l'air flotte sur toute la largeur de la matrice et le rayon intérieur est établi en tant que pourcentage de cette largeur. Le pourcentage dépend de la résistance à la traction du matériau. C'est ce qu'on appelle la règle des 20%. Ce n’est cependant qu’un titre, en raison du pourcentage de changement avec le type de matériau et la résistance à la traction.

Par exemple, l’acier inoxydable 304 forme un rayon de 20 à 22% de la largeur de la matrice, tandis que celui de l’aluminium 5052-H32 se situe entre 13 et 15% de la largeur. La règle générale est la suivante: plus le matériau est mou, plus le rayon intérieur est serré.

À propos, l'acier laminé à froid doux de 60 KSI est notre matériau de base pour la plupart des calculs, y compris la règle des 20%. Ce matériau forme un rayon compris entre 15 et 17% de la largeur de la matrice. Nous commençons avec la médiane, 16%, puis ajustons au besoin. Supposons que nous devons travailler avec du matériel de 120 KSI. C’est le double des 60 KSI de notre matériau de base; par conséquent, cette feuille de 120 KSI formera un rayon d’air environ deux fois supérieur à celui de l’acier doux laminé à froid, soit 32% de l’ouverture de la matrice (16% × 2).

Et maintenant, le facteur K

En tôle, le facteur K est le rapport entre l’axe neutre et l’épaisseur du matériau. Lorsqu'une pièce de métal est en cours de formation, la partie interne de la courbure se compresse pendant que la partie externe se dilate (voir Figure 1). L'axe neutre est la zone de transition entre la compression et la dilatation, où aucun changement de matériau ne se produit, à l'exception du fait qu'il se déplace de son emplacement d'origine à 50% de l'épaisseur du matériau vers la surface intérieure du pli. L'axe neutre ne change pas de longueur mais se déplace à la place. cela provoque l'allongement lors de la flexion. L’étendue des déplacements de l’axe neutre dépend des propriétés physiques d’un matériau donné, de son épaisseur, du rayon de courbure interne et de la méthode de formage.

Prenez la valeur par défaut habituelle du facteur K de 0,446, multipliez-la par l'épaisseur du matériau et vous saurez où l'axe neutre sera déplacé. Ce que nous faisons en réalité consiste à forcer la longueur mesurée d’un rayon plus grand (c’est-à-dire la longueur de l’axe neutre à 50% de l’épaisseur du matériau) sur un rayon plus petit. La même longueur totale mesurée sur le plus petit rayon signifie que nous avons un excès de matière ou d’allongement.

Considérez un matériau de 0,060 po d'épaisseur. Nous multiplions cela par un facteur K de 0,446 pour obtenir 0,0268 pouce. L'axe est passé de 0,030 pouce (à la moitié de l'épaisseur du matériau) à 0,0268 pouce. En d'autres termes, l'axe s'est déplacé de 0,0032 pouce vers l'intérieur. À partir de là, nous pouvons trouver les réponses dont nous avons besoin pour nos calculs de pliage.

Notez que le type de matériau, la méthode de formage et la relation entre le rayon de courbure et l'épaisseur du matériau donnent tous des facteurs K différents. Ceux-ci, à leur tour, affectent la quantité totale d'allongement qui se produit et les déductions de courbure que nous devons utiliser.

Sur les calculs

Le facteur K est défini mathématiquement comme t / Mt, où il est l'emplacement de l'axe neutre et Mt est l'épaisseur du matériau. En raison des propriétés spécifiques de tout métal donné, il n’existe aucun moyen facile de calculer cette valeur à la perfection, d’où le graphique de la figure 2.

Le facteur K se situe généralement entre 0,3 et 0,5. Si vous souhaitez calculer le facteur K plutôt que d'utiliser un graphique, vous aurez besoin de quelques pièces de test - quatre ou cinq pièces devraient suffire à cette fin.

Pour calculer le facteur K, vous devez collecter des informations. Premièrement, vous devez connaître les dimensions avant et après le formage et mesurer le rayon intérieur aussi précisément que possible. Un comparateur optique est un bon premier choix en raison de sa précision; les autres options comprennent des goupilles de jauge et des jauges de rayon.

Prenez le total des dimensions intérieures formées, soustrayez la taille à plat et vous obtenez la tolérance de courbure (BA). Ensuite, mesurez l'angle de courbure complémentaire et le rayon de courbure intérieur (Ir). Avec ces points de données, ainsi que l'épaisseur du matériau (Mt), vous pouvez résoudre le facteur K (toutes les dimensions sont en pouces):

Facteur K = [(180 × BA) / (π × Angle de courbure complémentaire × Mt)] - (Ir / Mt)

Bien sûr, il est plus simple d’utiliser un facteur K connu à partir d’un tableau, comme dans la Figure 2. Vous pouvez utiliser ce facteur K et le rayon de courbure intérieur pour calculer l’axe neutre. Utilisez ensuite le rayon de l’axe neutre pour calculer la longueur de l’arc de l’axe neutre, ce qui correspond à votre BA. Vous calculez ensuite la marge extérieure (OSSB), une dimension illustrée à la figure 3. Elle vous donne, avec votre angle de courbure complémentaire (voir figure 4), tout ce dont vous avez besoin pour calculer la déduction de courbure (BD), allongement qui se produira dans un pli donné:

BA = [(0,017453 × Ir) + (0,0078 × Mt)] × Angle de courbure complémentaire

Le facteur K entre en jeu dans ce calcul. Vous vous demandez probablement quelles sont ces valeurs numériques dans la formule: 0,017453 et 0,0078. Que représentent-ils? Ce 0,017453 est pi divisé par 180, et le 0,0078 est (π / 180) × facteur K.

Cette formule utilise un facteur K de 0,446. Néanmoins, si vous modifiez la méthode de formage, le type de matériau ou le rapport entre le rayon de courbure intérieur et l'épaisseur du matériau, votre facteur K sera différent. Pour incorporer cette nouvelle valeur, vous pouvez utiliser une version développée de la même formule. Vous déterminez ensuite le BSPO, puis utilisez le résultat avec le BA pour calculer votre déduction pour courbure:

BA = {[(π / 180) × Ir)] + [(π / 180) × facteur K] × Mt} × Angle de courbure complémentaireOSSB = [(Tan (angle de courbure / 2)] × (Mt + Ir)] BD = (OSSB × 2) - BA

Bienvenue le facteur Y

En utilisant un facteur Y, vos calculs peuvent être encore plus précis. Cependant, vous devez modifier la formule pour BA. Le facteur Y prend en compte les contraintes au sein du matériau, contrairement au facteur K. Néanmoins, le facteur K est toujours impliqué, juste massé un peu.

Pour trouver le facteur Y, vous pouvez vous référer à un graphique (voir Figure 5) ou utiliser cette équation:

Facteur Y = (facteur K × π) / 2Nous insérons ensuite le facteur Y dans une nouvelle formule pour BA: BA = {[(π / 2) × Ir] + (facteur Y × Mt)} × (Courbure angle complémentaire / 90)

Nous allons suivre le processus pour les deux jeux d’équations en utilisant de l’acier doux laminé à froid de 60 KSI d’une épaisseur de 0,062 po avec un diamètre de 0,062 po. rayon de courbure intérieur et un angle de courbure de 90 degrés. Pour cet exemple, nous allons utiliser un facteur K de 0,446.

Facteur Y = (0,446 × π) / 2 = 0,7005

BA = {[(π / 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

Maintenant, voici les calculs de courbure utilisant uniquement le facteur K et notre équation de BA originale:

BA = {[(π / 180) × Ir)] + [(π / 180) × facteur K] × Mt} × Angle de courbure complémentaire

BA = [(0,017453 × 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

La différence de BA entre les deux calculs est juste de 0,0001 pouce, et la différence de BD est également de 0,0001 pouce. Ce qui, dans cet exemple, rend ces deux méthodes de calcul du BA fonctionnellement identiques. Mais changez l'angle de courbure ou le rayon de courbure intérieur, et tout change. Vous constaterez que le dernier ensemble de formules utilisant le facteur Y est légèrement plus précis que celui utilisant le facteur K.

Composer vos calculs de courbure

Il est de pratique courante dans l’ensemble du secteur d’utiliser 0,446 pour une valeur du facteur K. Mais en sélectionnant les valeurs de données appropriées, y compris un facteur K basé sur des variables spécifiques à l'application (type de matériau, méthode de formation et rayon intérieur), vous constaterez que bon nombre des problèmes que vous rencontrez entre les deux différentes méthodes de production disparaîtront.