Domanda: Ho faticato a capire come il raggio di curvatura (come ho sottolineato) nella stampa sia correlato alla selezione degli utensili. Ad esempio, al momento stiamo riscontrando problemi con alcuni pezzi realizzati in acciaio A36 da 0,5". Per questi pezzi utilizziamo punzoni da 0,5" di diametro, raggio e matrice da 4 pollici. Ora, se uso la regola del 20% e moltiplico per 4 pollici, quando aumento l'apertura della matrice del 15% (per l'acciaio), ottengo 0,6 pollici. Ma come fa l'operatore a sapere di dover usare un punzone con raggio di curvatura di 0,5" quando la stampa richiede un raggio di curvatura di 0,6"?
R: Hai menzionato una delle maggiori sfide che l'industria della lamiera deve affrontare. Si tratta di un equivoco con cui sia gli ingegneri che le officine di produzione devono fare i conti. Per risolvere questo problema, partiremo dalla causa principale, ovvero i due metodi di formatura, e dalla mancata comprensione delle differenze tra loro.
Dall'avvento delle piegatrici negli anni '20 fino ai giorni nostri, gli operatori hanno stampato pezzi con pieghe o nervature inferiori. Sebbene la piegatura inferiore sia passata di moda negli ultimi 20-30 anni, i metodi di piegatura permeano ancora il nostro modo di pensare quando pieghiamo la lamiera.
Gli utensili per la rettifica di precisione sono entrati sul mercato alla fine degli anni '70, cambiando radicalmente il paradigma. Diamo quindi un'occhiata a come gli utensili di precisione differiscono dagli utensili per pialla, a come la transizione agli utensili di precisione ha cambiato il settore e a come tutto ciò si collega alla tua domanda.
Negli anni '20, lo stampaggio passò dalle pieghe per freni a disco a matrici a V con punzoni corrispondenti. Un punzone a 90 gradi verrà utilizzato con una matrice a 90 gradi. Il passaggio dalla piegatura alla formatura rappresentò un grande passo avanti per la lamiera. È più veloce, in parte perché la piegatrice a piastra di nuova concezione è azionata elettricamente, senza più bisogno di piegare manualmente ogni piega. Inoltre, la piegatrice a piastra può essere piegata dal basso, il che migliora la precisione. Oltre ai registri posteriori, la maggiore precisione può essere attribuita al fatto che il punzone preme il suo raggio nel raggio di piegatura interno del materiale. Questo si ottiene applicando la punta dell'utensile a uno spessore del materiale inferiore allo spessore del materiale. Sappiamo tutti che se riusciamo a ottenere un raggio di piegatura interno costante, possiamo calcolare i valori corretti per la sottrazione di piega, la tolleranza di piega, la riduzione esterna e il fattore K, indipendentemente dal tipo di piegatura che stiamo eseguendo.
Molto spesso i componenti presentano raggi di curvatura interni molto stretti. I produttori, i progettisti e gli artigiani sapevano che il componente avrebbe resistito perché tutto sembrava essere stato ricostruito – e in effetti lo era, almeno rispetto a oggi.
Tutto va bene finché non arriva qualcosa di meglio. Il passo successivo arrivò alla fine degli anni '70 con l'introduzione di utensili rettificati di precisione, controllori numerici computerizzati e comandi idraulici avanzati. Ora si ha il pieno controllo della pressa piegatrice e dei suoi sistemi. Ma il punto di svolta è un utensile rettificato di precisione che cambia tutto. Tutte le regole per la produzione di componenti di qualità sono cambiate.
La storia della formazione è costellata di passi da gigante. In un balzo, siamo passati da raggi di flessione incoerenti per i freni a disco a raggi di flessione uniformi creati tramite stampaggio, primerizzazione e goffratura. (Nota: il rendering non è la stessa cosa della fusione; potete consultare gli archivi delle rubriche per maggiori informazioni. Tuttavia, in questa rubrica uso il termine "piegatura inferiore" per indicare i metodi di rendering e fusione.)
Questi metodi richiedono un tonnellaggio significativo per la formatura dei pezzi. Naturalmente, per molti versi questo è un problema per la pressa piegatrice, l'utensile o il pezzo. Tuttavia, sono rimasti il metodo di piegatura dei metalli più comune per quasi 60 anni, fino a quando l'industria non ha compiuto il passo successivo, passando alla formatura ad aria.
Quindi, cos'è la formazione d'aria (o piegatura ad aria)? Come funziona rispetto alla flessione inferiore? Questo salto cambia ancora una volta il modo in cui vengono creati i raggi. Ora, invece di stampare il raggio interno della piega, l'aria forma un raggio interno "fluttuante" come percentuale dell'apertura dello stampo o della distanza tra i bracci dello stampo (vedi Figura 1).
Figura 1. Nella piegatura in aria, il raggio interno della piega è determinato dalla larghezza della matrice, non dalla punta del punzone. Il raggio "fluttua" all'interno della larghezza della forma. Inoltre, la profondità di penetrazione (e non l'angolo della matrice) determina l'angolo di piega del pezzo.
Il nostro materiale di riferimento è acciaio al carbonio debolmente legato con una resistenza alla trazione di 60.000 psi e un raggio di formatura in aria pari a circa il 16% del foro dello stampo. La percentuale varia a seconda del tipo di materiale, della fluidità, delle condizioni e di altre caratteristiche. A causa delle differenze nella lamiera stessa, le percentuali previste non saranno mai perfette. Tuttavia, sono piuttosto accurate.
L'aria in alluminio dolce forma un raggio compreso tra il 13% e il 15% dell'apertura dello stampo. Il materiale laminato a caldo, decapato e oliato ha un raggio di formazione dell'aria compreso tra il 14% e il 16% dell'apertura dello stampo. L'acciaio laminato a freddo (la nostra resistenza alla trazione di base è di 60.000 psi) è formato dall'aria entro un raggio compreso tra il 15% e il 17% dell'apertura dello stampo. Il raggio di formazione dell'aria in acciaio inossidabile 304 è compreso tra il 20% e il 22% del foro dello stampo. Anche in questo caso, queste percentuali hanno un intervallo di valori dovuto alle differenze tra i materiali. Per determinare la percentuale di un altro materiale, è possibile confrontare la sua resistenza alla trazione con la resistenza alla trazione di 60 KSI del nostro materiale di riferimento. Ad esempio, se il materiale ha una resistenza alla trazione di 120 KSI, la percentuale dovrebbe essere compresa tra il 31% e il 33%.
Supponiamo che il nostro acciaio al carbonio abbia una resistenza alla trazione di 60.000 psi, uno spessore di 0,062 pollici e un raggio di curvatura interno di 0,062 pollici. Pieghiamolo sopra il foro a V della matrice da 0,472 e la formula risultante sarà la seguente:
Quindi il raggio di piegatura interno sarà di 0,075″, che potrai utilizzare per calcolare le tolleranze di piegatura, i fattori K, la trazione e la sottrazione di piegatura con una certa precisione, vale a dire se l'operatore della pressa piegatrice utilizza gli strumenti giusti e progetta le parti in base agli strumenti utilizzati dall'operatore.
Nell'esempio, l'operatore usa 0,472 pollici. Apertura del timbro. L'operatore è entrato in ufficio e ha detto: "Houston, abbiamo un problema. È 0,075". Raggio d'impatto? Sembra che abbiamo davvero un problema; dove possiamo andare per trovarne uno? Il più vicino che possiamo ottenere è 0,078. "o 0,062 pollici. 0,078 pollici. Il raggio del punzone è troppo grande, 0,062 pollici. Il raggio del punzone è troppo piccolo".
Ma questa è la scelta sbagliata. Perché? Il raggio del punzone non crea un raggio di curvatura interno. Ricorda, non stiamo parlando della flessione inferiore, sì, la punta del percussore è il fattore decisivo. Stiamo parlando della formazione di aria. La larghezza della matrice crea un raggio; il punzone è solo un elemento di spinta. Si noti inoltre che l'angolo della matrice non influisce sul raggio interno della curvatura. È possibile utilizzare matrici acute, a V o a canale; se tutte e tre hanno la stessa larghezza della matrice, si otterrà lo stesso raggio di curvatura interno.
Il raggio del punzone influisce sul risultato, ma non è il fattore determinante per il raggio di piegatura. Ora, se si forma un raggio del punzone maggiore del raggio di smusso, il pezzo avrà un raggio maggiore. Questo modifica la tolleranza di piegatura, la contrazione, il fattore K e la deduzione di piegatura. Beh, non è l'opzione migliore, vero? Capite? Non è l'opzione migliore.
E se usassimo un raggio di foratura di 0,062 pollici? Questo risultato sarebbe positivo. Perché? Perché, almeno quando si utilizzano utensili già pronti, è il più vicino possibile al raggio di piegatura interno "fluttuante" naturale. L'uso di questo punzone in questa applicazione dovrebbe garantire una piegatura costante e stabile.
Idealmente, dovresti selezionare un raggio di punzone che si avvicini, ma non superi, il raggio della feature della parte flottante. Più piccolo è il raggio di punzone rispetto al raggio di piegatura della parte flottante, più instabile e prevedibile sarà la piegatura, soprattutto se si finisce per piegare molto. I punzoni troppo stretti accartocciano il materiale e creano pieghe nette con minore uniformità e ripetibilità.
Molti mi chiedono perché lo spessore del materiale sia importante solo nella scelta del foro per la matrice. Le percentuali utilizzate per prevedere il raggio di formatura in aria presuppongono che lo stampo utilizzato abbia un'apertura adatta allo spessore del materiale. In altre parole, il foro della matrice non sarà né più grande né più piccolo del desiderato.
Sebbene sia possibile ridurre o aumentare le dimensioni dello stampo, i raggi tendono a deformarsi, modificando molti dei valori della funzione di piegatura. Un effetto simile può verificarsi anche utilizzando un raggio di battuta errato. Pertanto, un buon punto di partenza è la regola empirica di selezionare un'apertura dello stampo pari a otto volte lo spessore del materiale.
Nella migliore delle ipotesi, gli ingegneri si recheranno in officina e parleranno con l'operatore della pressa piegatrice. Assicuratevi che tutti conoscano la differenza tra i metodi di stampaggio. Scoprite quali metodi utilizzano e quali materiali utilizzano. Ottenete un elenco di tutti i punzoni e le matrici in loro possesso e progettate il pezzo in base a tali informazioni. Quindi, nella documentazione, annotate i punzoni e le matrici necessari per la corretta lavorazione del pezzo. Naturalmente, potrebbero esserci circostanze attenuanti in cui è necessario modificare gli utensili, ma questa dovrebbe essere l'eccezione piuttosto che la regola.
Operatori, so che siete tutti pretenziosi, anch'io ero uno di loro! Ma sono finiti i giorni in cui si poteva scegliere il proprio set di utensili preferito. Tuttavia, sentirsi dire quale utensile usare per la progettazione dei componenti non riflette il proprio livello di competenza. È semplicemente un dato di fatto. Ora siamo fatti di aria sottile e non siamo più goffi. Le regole sono cambiate.
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Data di pubblicazione: 04-09-2023