Запитання: Мені важко зрозуміти, як радіус вигину (як я вже зазначав) на друку пов'язаний з вибором інструменту. Наприклад, у нас зараз виникають проблеми з деякими деталями, виготовленими зі сталі A36 товщиною 0,5 дюйма. Для цих деталей ми використовуємо пуансони діаметром 0,5 дюйма та матрицю діаметром 4 дюйми. Тепер, якщо я скористаюся правилом 20% і помножу на 4 дюйми, коли я збільшу отвір матриці на 15% (для сталі), я отримаю 0,6 дюйма. Але як оператор дізнається, що потрібно використовувати пуансон радіусом 0,5 дюйма, коли для друку потрібен радіус вигину 0,6 дюйма?
В: Ви згадали про одну з найбільших проблем, з якими стикається промисловість листового металу. Це помилкове уявлення, з яким доводиться стикатися як інженерам, так і виробничим цехам. Щоб виправити це, почнемо з першопричини, двох методів формування та нерозуміння різниці між ними.
З моменту появи листозгинальних верстатів у 1920-х роках і до сьогодні оператори формували деталі з нижніми вигинами або заглибленнями. Хоча нижнє згинання вийшло з моди за останні 20-30 років, методи згинання все ще пронизують наше мислення, коли ми згинаємо листовий метал.
Прецизійні шліфувальні інструменти з'явилися на ринку наприкінці 1970-х років і змінили парадигму. Тож давайте розглянемо, чим прецизійні інструменти відрізняються від стругальних верстатів, як перехід до прецизійних інструментів змінив галузь і як це все пов'язано з вашим запитанням.
У 1920-х роках формування змінилося від фальців з дисковими гальмами до V-подібних штампів з відповідними пуансонами. Пуансон з кутом 90 градусів використовуватиметься з матрицею з кутом 90 градусів. Перехід від згинання до формування став великим кроком вперед для листового металу. Це швидше, частково тому, що нещодавно розроблений гальмо пластини має електричний привод – більше не потрібно згинати кожен вигин вручну. Крім того, гальмо пластини можна згинати знизу, що підвищує точність. Окрім задніх упорів, підвищена точність може бути пов'язана з тим, що пуансон втискає свій радіус у внутрішній радіус вигину матеріалу. Це досягається шляхом застосування кінчика інструменту до товщини матеріалу, меншої за товщину матеріалу. Ми всі знаємо, що якщо ми можемо досягти постійного внутрішнього радіуса вигину, ми можемо розрахувати правильні значення для віднімання вигину, припуску на вигин, зовнішнього зменшення та коефіцієнта K незалежно від того, який тип вигину ми виконуємо.
Дуже часто деталі мають дуже гострі внутрішні радіуси вигину. Виробники, дизайнери та майстри знали, що деталь витримає, бо все здавалося перебудованим – і насправді так воно і було, принаймні порівняно із сьогоденням.
Все добре, поки не з'явилося щось краще. Наступний крок уперед відбувся наприкінці 1970-х років з появою прецизійних шліфувальних інструментів, комп'ютерних числових контролерів та вдосконалених гідравлічних систем керування. Тепер ви маєте повний контроль над листозгинальним пресом та його системами. Але переломним моментом став прецизійний шліфувальний інструмент, який змінив усе. Усі правила виробництва якісних деталей змінилися.
Історія формування сповнена стрімких змін. Одним стрибком ми перейшли від нерівномірних радіусів вигину для пластинчастих гальм до рівномірних радіусів вигину, створених за допомогою штампування, ґрунтування та тиснення. (Примітка: Рендеринг – це не те саме, що лиття; ви можете знайти додаткову інформацію в архівах колонок. Однак у цій колонці я використовую «нижній вигин», щоб позначити методи рендерингу та лиття.)
Ці методи вимагають значного тоннажу для формування деталей. Звичайно, в багатьох відношеннях це погана новина для листозгинального преса, інструменту чи деталі. Однак вони залишалися найпоширенішим методом гнуття металу протягом майже 60 років, поки промисловість не зробила наступний крок у напрямку аероформування.
Отже, що таке формування повітря (або вигин повітря)? Як воно працює порівняно з вигином дна? Цей стрибок знову змінює спосіб створення радіусів. Тепер, замість того, щоб штампувати внутрішній радіус вигину, повітря формує «плаваючий» внутрішній радіус у відсотках від отвору штампа або відстані між плечима штампа (див. Рисунок 1).
Рисунок 1. При гнутті на повітрі внутрішній радіус згину визначається шириною матриці, а не кінчиком пуансона. Радіус «плаває» в межах ширини форми. Крім того, глибина проникнення (а не кут матриці) визначає кут згину заготовки.
Нашим еталонним матеріалом є низьколегована вуглецева сталь з міцністю на розрив 60 000 фунтів на квадратний дюйм та радіусом формування повітря приблизно 16% отвору матриці. Відсоток варіюється залежно від типу матеріалу, текучості, стану та інших характеристик. Через відмінності в самому листовому металі, прогнозовані відсотки ніколи не будуть ідеальними. Однак вони досить точні.
М'який алюміній утворює повітря в радіусі від 13% до 15% від отвору матриці. Гарячекатаний маринований та змащений маслом матеріал має радіус утворення повітря від 14% до 16% від отвору матриці. Холоднокатана сталь (наша базова міцність на розрив становить 60 000 фунтів на квадратний дюйм) формується повітрям у радіусі від 15% до 17% від отвору матриці. Радіус формування повітрям нержавіючої сталі 304 становить від 20% до 22% від отвору матриці. Знову ж таки, ці відсотки мають діапазон значень через відмінності в матеріалах. Щоб визначити відсоток іншого матеріалу, можна порівняти його міцність на розрив з міцністю на розрив 60 KSI нашого еталонного матеріалу. Наприклад, якщо ваш матеріал має міцність на розрив 120 KSI, відсоток повинен бути від 31% до 33%.
Припустимо, наша вуглецева сталь має міцність на розтяг 60 000 фунтів на квадратний дюйм, товщину 0,062 дюйма та так званий внутрішній радіус вигину 0,062 дюйма. Зігніть її над V-подібним отвором матриці 0,472, і отримана формула виглядатиме так:
Отже, ваш внутрішній радіус вигину становитиме 0,075 дюйма, який ви можете використовувати для розрахунку припусків на вигин, коефіцієнтів K, втягування та віднімання вигину з певною точністю, тобто якщо ваш оператор листозгинального преса використовує правильні інструменти та проектує деталі відповідно до інструментів, які використовуються операторами.
У цьому прикладі оператор використовує 0,472 дюйма. Отвір для штампа. Оператор зайшов до офісу та сказав: «Х'юстон, у нас проблема. Це 0,075». Радіус удару? Схоже, у нас справді проблема; де нам звернутися, щоб отримати один із них? Найближче, що ми можемо отримати, це 0,078. «або 0,062 дюйма. 0,078 дюйма. Радіус удару занадто великий, 0,062 дюйма. Радіус удару занадто малий».
Але це неправильний вибір. Чому? Радіус пуансона не створює внутрішнього радіуса вигину. Пам'ятайте, ми говоримо не про нижній вигин, так, кінчик бойка є вирішальним фактором. Ми говоримо про утворення повітря. Ширина матриці створює радіус; пуансон - це просто штовхаючий елемент. Також зверніть увагу, що кут нахилу штампа не впливає на внутрішній радіус вигину. Ви можете використовувати гострі, V-подібні або канальні матриці; якщо всі три мають однакову ширину штампа, ви отримаєте однаковий внутрішній радіус вигину.
Радіус штампування впливає на результат, але не є визначальним фактором для радіуса згину. Отже, якщо сформувати радіус штампування, більший за плаваючий радіус, деталь отримає більший радіус. Це змінює припуск на згинання, звуження, коефіцієнт K та відрахування згину. Ну, це не найкращий варіант, чи не так? Розумієте – це не найкращий варіант.
Що, якщо ми використаємо радіус отвору 0,062 дюйма? Цей удар буде хорошим. Чому? Тому що, принаймні при використанні готових інструментів, він максимально наближений до природного «плаваючого» внутрішнього радіуса вигину. Використання цього пуансона в цьому застосуванні має забезпечити послідовний та стабільний вигин.
В ідеалі слід вибрати радіус пуансона, який наближається до радіуса плаваючої деталі, але не перевищує його. Чим менший радіус пуансона відносно радіуса плаваючого згину, тим більш нестабільним і передбачуваним буде згин, особливо якщо ви згинаєте багато. Занадто вузькі пуансони зімнуть матеріал і створять різкі згини з меншою узгодженістю та повторюваністю.
Багато хто запитує мене, чому товщина матеріалу має значення лише при виборі отвору матриці. Відсотки, що використовуються для прогнозування радіуса формування повітрям, припускають, що використовувана форма має отвір, що підходить для товщини матеріалу. Тобто отвір матриці не буде більшим або меншим за бажаний.
Хоча розмір форми можна зменшити або збільшити, радіуси мають тенденцію до деформації, змінюючи багато значень функції згинання. Подібний ефект можна спостерігати і при використанні неправильного радіуса удару. Таким чином, гарною відправною точкою є емпіричне правило вибирати отвір матриці, товщина якого у вісім разів перевищує товщину матеріалу.
У кращому випадку інженери прийдуть до цеху та поговорять з оператором листозгинального преса. Переконайтеся, що всі знають різницю між методами лиття під тиском. Дізнайтеся, які методи вони використовують і які матеріали вони використовують. Отримайте список усіх наявних у них пуансонів та штампів, а потім спроектуйте деталь на основі цієї інформації. Потім у документації запишіть пуансони та штампи, необхідні для правильної обробки деталі. Звичайно, у вас можуть бути пом'якшувальні обставини, коли вам доведеться налаштувати свої інструменти, але це має бути винятком, а не правилом.
Оператори, я знаю, що ви всі претензійні, я сам був одним із них! Але минули ті часи, коли ви могли вибрати свій улюблений набір інструментів. Однак, вказівки щодо використання інструменту для проектування деталей не відображають вашого рівня майстерності. Це просто факт життя. Тепер ми зроблені з повітря і більше не сутулімося. Правила змінилися.
FABRICATOR – провідний журнал з обробки металу тиском та металообробки в Північній Америці. Журнал публікує новини, технічні статті та приклади з практики, які дозволяють виробникам виконувати свою роботу ефективніше. FABRICATOR обслуговує галузь з 1970 року.
Повний цифровий доступ до The FABRICATOR тепер доступний, що надає вам легкий доступ до цінних галузевих ресурсів.
Тепер доступний повний цифровий доступ до журналу Tubing Magazine, що забезпечує вам легкий доступ до цінних галузевих ресурсів.
Тепер доступний повний цифровий доступ до The Fabricator en Español, що забезпечує легкий доступ до цінних галузевих ресурсів.
Майрон Елкінс приєднується до подкасту The Maker, щоб розповісти про свій шлях від маленького містечка до зварювальника на заводі…
Час публікації: 04 вересня 2023 р.