Вопрос: Мне сложно понять, как радиус изгиба (как я уже говорил) в печати связан с выбором инструмента. Например, у нас сейчас возникают проблемы с некоторыми деталями из стали марки A36 толщиной 0,5 дюйма. Для этих деталей мы используем пуансоны диаметром 0,5 дюйма и матрицу диаметром 4 дюйма. Если применить правило 20% и умножить на 4 дюйма, то при увеличении раскрытия матрицы на 15% (для стали) я получу 0,6 дюйма. Но как оператор узнает, что нужно использовать пуансон с радиусом 0,5 дюйма, если для печати требуется радиус изгиба 0,6 дюйма?
О: Вы упомянули одну из самых серьёзных проблем, стоящих перед отраслью листового металла. Это заблуждение, с которым приходится бороться как инженерам, так и производственным цехам. Чтобы исправить это, давайте начнём с первопричины — двух методов формовки и непонимания различий между ними.
С момента появления гибочных станков в 1920-х годах и до наших дней операторы формовали детали с нижним изгибом или основанием. Хотя нижний изгиб вышел из моды за последние 20–30 лет, методы гибки по-прежнему присутствуют в нашем мышлении при гибке листового металла.
Прецизионные шлифовальные инструменты появились на рынке в конце 1970-х годов и изменили сложившуюся ситуацию. Давайте рассмотрим, чем прецизионные инструменты отличаются от строгальных, как переход на прецизионные инструменты изменил отрасль и как всё это связано с вашим вопросом.
В 1920-х годах формовка перешла от гибки дискового тормоза к V-образным штампам с соответствующими пуансонами. 90-градусный пуансон будет использоваться с 90-градусным штампом. Переход от фальцовки к формовке стал большим шагом вперед для листового металла. Это быстрее, отчасти потому, что недавно разработанный пластинчатый тормоз имеет электрический привод — больше не нужно вручную сгибать каждый изгиб. Кроме того, пластинчатый тормоз можно сгибать снизу, что повышает точность. В дополнение к задним упорам, повышенная точность может быть объяснена тем фактом, что пуансон вдавливает свой радиус во внутренний радиус изгиба материала. Это достигается путем приложения кончика инструмента к толщине материала меньше толщины материала. Мы все знаем, что если мы можем добиться постоянного внутреннего радиуса изгиба, мы можем рассчитать правильные значения для вычитания изгиба, припуска на изгиб, внешнего уменьшения и коэффициента K независимо от того, какой тип гибки мы делаем.
Очень часто детали имеют очень острые внутренние радиусы изгиба. Производители, конструкторы и мастера знали, что деталь выдержит, потому что, казалось, всё было переделано – и это действительно так, по крайней мере, по сравнению с сегодняшним днём.
Всё было хорошо, пока не появилось что-то лучшее. Следующий шаг вперёд был сделан в конце 1970-х годов с появлением прецизионных шлифованных инструментов, числового программного управления и передовых гидравлических систем. Теперь вы полностью контролируете листогибочный пресс и его системы. Но переломный момент — это прецизионный шлифованный инструмент, который меняет всё. Все правила производства качественных деталей изменились.
История формовки полна скачков и рывков. Одним прыжком мы перешли от нестабильных радиусов изгиба для дисковых тормозов к единообразным радиусам изгиба, создаваемым штамповкой, грунтовкой и тиснением. (Примечание: рендеринг — это не то же самое, что литьё; вы можете поискать дополнительную информацию в архивах рубрики. Однако в этой рубрике я использую термин «нижний изгиб», подразумевая методы рендеринга и литья.)
Эти методы требуют значительных усилий для формовки деталей. Конечно, во многих отношениях это неблагоприятно сказывается на гибочном прессе, инструменте или детали. Тем не менее, они оставались наиболее распространённым методом гибки металла почти 60 лет, пока отрасль не сделала следующий шаг в развитии пневмоформовки.
Итак, что же такое воздушное формование (или воздушная гибка)? Как оно работает по сравнению с нижней гибкой? Этот скачок снова меняет способ создания радиусов. Теперь, вместо штамповки внутреннего радиуса гибки, воздух формирует «плавающий» внутренний радиус, определяемый в процентах от раскрытия штампа или расстояния между его лопастями (см. рисунок 1).
Рисунок 1. При гибке на воздухе внутренний радиус гиба определяется шириной матрицы, а не кончика пуансона. Радиус «плавает» в пределах ширины формы. Кроме того, глубина проникновения (а не угол матрицы) определяет угол гиба заготовки.
В качестве исходного материала мы используем низколегированную углеродистую сталь с пределом прочности на разрыв 60 000 фунтов на кв. дюйм и радиусом формовки на воздухе, составляющим примерно 16% от диаметра фильеры. Процентное содержание варьируется в зависимости от типа материала, текучести, состояния и других характеристик. Из-за различий в составе самого листового металла прогнозируемые процентные содержания никогда не будут идеальными. Тем не менее, они довольно точны.
Мягкий алюминий воздух образует радиус от 13% до 15% отверстия матрицы. Горячекатаный травленый и промасленный материал имеет радиус образования воздуха от 14% до 16% отверстия матрицы. Холоднокатаная сталь (наша базовая прочность на разрыв составляет 60 000 фунтов на квадратный дюйм) формуется воздухом в радиусе от 15% до 17% отверстия матрицы. Радиус воздушного формования нержавеющей стали 304 составляет от 20% до 22% отверстия матрицы. Опять же, эти проценты имеют диапазон значений из-за различий в материалах. Чтобы определить процент другого материала, вы можете сравнить его предел прочности на разрыв с пределом прочности на разрыв 60 KSI нашего эталонного материала. Например, если ваш материал имеет предел прочности на разрыв 120-KSI, процент должен быть между 31% и 33%.
Допустим, прочность нашей углеродистой стали на разрыв составляет 60 000 фунтов на квадратный дюйм, толщина — 0,062 дюйма, а так называемый внутренний радиус изгиба — 0,062 дюйма. Согните её над V-образным отверстием матрицы диаметром 0,472 дюйма, и формула будет выглядеть так:
Таким образом, ваш внутренний радиус изгиба составит 0,075″, что можно использовать для расчета допусков изгиба, коэффициентов K, вычитания натяжения и изгиба с некоторой точностью, то есть, если оператор листогибочного пресса использует правильные инструменты и проектирует детали вокруг инструментов, которые использует оператор.
В примере оператор использует 0,472 дюйма. Раскрытие штампа. Оператор зашёл в офис и сказал: «Хьюстон, у нас проблема. Это 0,075». Радиус удара? Похоже, у нас действительно проблема; где нам найти один из них? Ближайшее значение, которое мы можем получить, — 0,078. «или 0,062 дюйма. 0,078 дюйма. Радиус пуансона слишком большой, 0,062 дюйма. Радиус пуансона слишком маленький».
Но это неправильный выбор. Почему? Радиус пуансона не создаёт внутренний радиус гиба. Помните, речь идёт не о нижнем изгибе, да, решающий фактор — кончик бойка. Речь идёт о формировании воздуха. Ширина матрицы создаёт радиус; пуансон — лишь толкающий элемент. Также обратите внимание, что угол матрицы не влияет на внутренний радиус гиба. Можно использовать острые, V-образные или канальные матрицы; если у всех трёх матриц одинаковая ширина, вы получите одинаковый внутренний радиус гиба.
Радиус пуансона влияет на результат, но не является определяющим фактором для радиуса гиба. Если радиус пуансона больше плавающего радиуса, деталь приобретёт больший радиус. Это изменяет припуск на изгиб, усадку, коэффициент К и вычет на изгиб. Что ж, это не лучший вариант, не так ли? Вы понимаете — это не лучший вариант.
Что, если использовать радиус отверстия 0,062 дюйма? Это будет хороший результат. Почему? Потому что, по крайней мере, при использовании готовых инструментов, он максимально близок к естественному «плавающему» внутреннему радиусу гиба. Использование этого пуансона в данном случае должно обеспечить равномерную и стабильную гибку.
В идеале следует выбирать радиус пуансона, приближающийся к радиусу плавающего элемента, но не превышающий его. Чем меньше радиус пуансона относительно радиуса плавающего элемента, тем менее стабильным и предсказуемым будет изгиб, особенно если приходится много гнуть. Слишком узкие пуансоны будут сминать материал и создавать острые изгибы с меньшей стабильностью и повторяемостью.
Многие спрашивают меня, почему при выборе отверстия матрицы важна только толщина материала. Процентные значения, используемые для расчета радиуса воздушной формовки, предполагают, что используемая форма имеет отверстие, подходящее для толщины материала. То есть отверстие матрицы не будет больше или меньше желаемого.
Хотя размер пресс-формы можно уменьшить или увеличить, радиусы имеют тенденцию к деформации, что приводит к изменению многих значений функции изгиба. Аналогичный эффект может наблюдаться и при использовании неправильного радиуса удара. Поэтому хорошей отправной точкой будет эмпирическое правило: выбирать отверстие пресс-формы, в восемь раз превышающее толщину материала.
В лучшем случае инженеры придут в цех и поговорят с оператором листогибочного пресса. Убедитесь, что все знают разницу между методами формовки. Узнайте, какие методы и материалы они используют. Получите список всех имеющихся у них пуансонов и матриц, а затем спроектируйте деталь на основе этой информации. Затем в документации укажите, какие пуансоны и матрицы необходимы для правильной обработки детали. Конечно, у вас могут быть смягчающие обстоятельства, когда вам придётся дорабатывать инструменты, но это должно быть скорее исключением, чем правилом.
Операторы, я знаю, вы все претенциозны, я сам был одним из них! Но прошли те времена, когда можно было выбрать любимый набор инструментов. Однако, когда вам указывают, какой инструмент использовать для проектирования детали, это не отражает вашего уровня мастерства. Это просто факт. Теперь мы сделаны из воздуха и больше не ленимся. Правила изменились.
FABRICATOR — ведущий журнал по обработке металлов давлением и металлообработке в Северной Америке. Журнал публикует новости, технические статьи и примеры применения, помогающие производителям повышать эффективность своей работы. FABRICATOR работает в отрасли с 1970 года.
Теперь доступен полный цифровой доступ к The FABRICATOR, что обеспечивает вам легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Теперь доступен полный цифровой доступ к журналу Tubing Magazine, что обеспечивает вам легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Теперь доступен полный цифровой доступ к The Fabricator en Español, обеспечивающий легкий доступ к ценным отраслевым ресурсам.
Майрон Элкинс присоединяется к подкасту The Maker, чтобы рассказать о своем пути от маленького городка до сварщика на заводе…
Время публикации: 04 сентября 2023 г.