Fråga: Jag har kämpat med att förstå hur böjningsradien (som jag påpekade) i utskriften relaterar till verktygsvalet. Till exempel har vi för närvarande problem med vissa delar tillverkade av 0,5″ A36-stål. Vi använder stansar med 0,5″ diameter för dessa delar, radie och 4″ matris. Om jag nu använder 20%-regeln och multiplicerar med 4″, och jag ökar matrisöppningen med 15% (för stål), får jag 0,6 tum. Men hur vet operatören att man ska använda en stans med 0,5″ radie när utskrift kräver en böjningsradie på 0,6″?
A: Du nämnde en av de största utmaningarna för plåtindustrin. Detta är en missuppfattning som både ingenjörer och produktionsverkstäder måste brottas med. För att åtgärda detta börjar vi med grundorsaken, de två formningsmetoderna, och att vi inte förstår skillnaderna mellan dem.
Från bockningsmaskinernas tillkomst på 1920-talet fram till idag har operatörer gjutit delar med bottenbockningar eller slipningar. Även om bottenbockning har gått ur modet under de senaste 20 till 30 åren, genomsyrar bockningsmetoder fortfarande vårt tänkande när vi bockar plåt.
Precisionsslipverktyg kom ut på marknaden i slutet av 1970-talet och förändrade paradigmet. Låt oss ta en titt på hur precisionsverktyg skiljer sig från hyvlar, hur övergången till precisionsverktyg har förändrat branschen och hur allt detta relaterar till din fråga.
På 1920-talet övergick gjutningen från skivbromsveck till V-formade formar med matchande stansar. En 90-gradersstans kommer att användas med en 90-graders matris. Övergången från falsning till formning var ett stort steg framåt för plåt. Det är snabbare, delvis för att den nyutvecklade plåtbromsen är elektriskt aktiverad – ingen mer manuell bockning av varje böjning. Dessutom kan plåtbromsen böjas underifrån, vilket förbättrar noggrannheten. Förutom bakanslagen kan den ökade noggrannheten tillskrivas det faktum att stansen pressar sin radie in i materialets inre böjningsradie. Detta uppnås genom att applicera verktygets spets på en materialtjocklek som är mindre än tjockleken. Vi vet alla att om vi kan uppnå en konstant inre böjningsradie, kan vi beräkna korrekta värden för böjsubtraktion, böjningsmån, utvändig reduktion och K-faktor oavsett vilken typ av böjning vi gör.
Väldigt ofta har delar mycket skarpa inre böjningsradier. Tillverkarna, formgivarna och hantverkarna visste att delen skulle hålla eftersom allt verkade ha byggts om – och det var det faktiskt, åtminstone jämfört med idag.
Allt är bra tills något bättre dyker upp. Nästa steg framåt kom i slutet av 1970-talet med introduktionen av precisionsslipade verktyg, datorstyrda numeriska styrenheter och avancerade hydrauliska kontroller. Nu har du full kontroll över kantpressen och dess system. Men den avgörande punkten är ett precisionsslipat verktyg som förändrar allt. Alla regler för produktion av kvalitetsdelar har ändrats.
Bildandets historia är full av språng och gränser. I ett enda språng gick vi från inkonsekventa flexradier för plåtbromsar till enhetliga flexradier skapade genom stansning, grundning och prägling. (Obs: Puttning är inte detsamma som gjutning; se kolumnarkiven för mer information. I den här kolumnen använder jag dock "bottenböjning" för att referera till både puttning och gjutningsmetoder.)
Dessa metoder kräver betydande tonnage för att forma delarna. Naturligtvis är detta på många sätt dåliga nyheter för kantpressen, verktyget eller detaljen. De förblev dock den vanligaste metallbockningsmetoden i nästan 60 år tills industrin tog nästa steg mot luftformning.
Så, vad är luftbildning (eller luftböjning)? Hur fungerar det jämfört med bottenböjning? Detta hopp förändrar återigen hur radier skapas. Istället för att stansa ut böjningens innerradie bildar luften nu en "flytande" innerradie som en procentandel av formöppningen eller avståndet mellan formarmarna (se figur 1).
Figur 1. Vid luftbockning bestäms böjningens innerradie av formens bredd, inte stansens spets. Radien "flyter" inom formens bredd. Dessutom bestämmer inträngningsdjupet (och inte formens vinkel) arbetsstyckets böjningsvinkel.
Vårt referensmaterial är låglegerat kolstål med en draghållfasthet på 60 000 psi och en luftbildningsradie på cirka 16 % av formhålet. Procentandelen varierar beroende på materialtyp, fluiditet, skick och andra egenskaper. På grund av skillnader i själva plåten kommer de förutspådda procenttalen aldrig att vara perfekta. De är dock ganska exakta.
Mjuk aluminiumluft bildar en radie på 13 % till 15 % av formöppningen. Varmvalsat betat och oljat material har en luftbildningsradie på 14 % till 16 % av formöppningen. Kallvalsat stål (vår grundläggande draghållfasthet är 60 000 psi) bildas av luft inom en radie på 15 % till 17 % av formöppningen. Luftbildningsradien för 304 rostfritt stål utgör 20 % till 22 % av formhålet. Återigen har dessa procentsatser ett värdespann på grund av skillnader i material. För att bestämma procentandelen av ett annat material kan du jämföra dess draghållfasthet med draghållfastheten 60 KSI för vårt referensmaterial. Om ditt material till exempel har en draghållfasthet på 120 KSI bör procentandelen ligga mellan 31 % och 33 %.
Låt oss säga att vårt kolstål har en draghållfasthet på 60 000 psi, en tjocklek på 0,062 tum och en inre böjningsradie på 0,062 tum. Böj det över V-hålet på 0,472-matrisen och den resulterande formeln kommer att se ut så här:
Så din inre böjningsradie blir 0,075 tum, vilket du kan använda för att beräkna böjningsmån, K-faktorer, retraktion och böjningssubtraktion med viss noggrannhet – dvs. om din kantpressoperatör använder rätt verktyg och konstruerar delar kring de verktyg som operatörerna används.
I exemplet använder operatören 0,472 tum. Stämpelöppning. Operatören gick fram till kontoret och sa: "Houston, vi har ett problem. Det är 0,075." Slagradie? Det ser ut som att vi verkligen har ett problem; var ska vi gå för att få tag på en av dem? Det närmaste vi kan komma är 0,078. "eller 0,062 tum. 0,078 tum. Stansradien är för stor, 0,062 tum. Stansradien är för liten."
Men detta är fel val. Varför? Stansradien skapar inte en inre böjningsradie. Kom ihåg att vi inte pratar om bottenböjning, utan det är spetsen på slagstiftet som är den avgörande faktorn. Vi pratar om luftbildning. Matrisens bredd skapar en radie; stansen är bara ett tryckande element. Observera också att matrisvinkeln inte påverkar böjens innerradie. Du kan använda spetsiga, V-formade eller kanalmatriser; om alla tre har samma matrisbredd får du samma inre böjningsradie.
Stansradien påverkar resultatet, men är inte den avgörande faktorn för böjningsradien. Om du formar en stansradie som är större än den flytande radien, kommer detaljen att anta en större radie. Detta ändrar böjningsmån, kontraktion, K-faktor och böjningsavdrag. Det är väl inte det bästa alternativet? Du förstår – det här är inte det bästa alternativet.
Tänk om vi använder 0,062 tum? Slagradie? Denna träff blir bra. Varför? För att den, åtminstone när man använder färdiga verktyg, är så nära den naturliga "flytande" inre böjningsradien som möjligt. Användningen av denna stans i denna applikation bör ge en konsekvent och stabil böjning.
Helst bör du välja en stansradie som närmar sig, men inte överstiger, radien för den flytande delens funktion. Ju mindre stansradien är i förhållande till den flytande böjningsradien, desto mer instabil och förutsägbar blir böjningen, särskilt om du böjer dig mycket. Stansar som är för smala kommer att sönderriva materialet och skapa skarpa böjningar med mindre konsistens och repeterbarhet.
Många frågar mig varför materialets tjocklek bara spelar roll när man väljer ett formhål. Procentsatserna som används för att förutsäga luftformningsradien förutsätter att den form som används har en formöppning som är lämplig för materialets tjocklek. Det vill säga att matrishålet inte kommer att vara större eller mindre än önskat.
Även om du kan minska eller öka formens storlek tenderar radierna att deformeras, vilket ändrar många av böjningsfunktionens värden. Du kan också se en liknande effekt om du använder fel träffradie. Därför är en bra utgångspunkt tumregeln att välja en formens öppning som är åtta gånger materialtjockleken.
I bästa fall kommer ingenjörerna till verkstaden och pratar med kantpressoperatören. Se till att alla känner till skillnaden mellan formningsmetoderna. Ta reda på vilka metoder de använder och vilka material de använder. Skaffa en lista över alla stansar och formar de har och designa sedan detaljen baserat på den informationen. Skriv sedan ner i dokumentationen de stansar och formar som behövs för korrekt bearbetning av detaljen. Naturligtvis kan det finnas förmildrande omständigheter när du måste finjustera dina verktyg, men detta bör vara undantaget snarare än regeln.
Operatörer, jag vet att ni alla är pretentiösa, jag var själv en av dem! Men förbi är de dagar då man kunde välja sin favorituppsättning verktyg. Men att bli tillsagd vilket verktyg man ska använda för detaljdesign återspeglar inte ens skicklighetsnivå. Det är bara ett faktum. Vi är nu gjorda av tomma intet och sitter inte längre slött. Reglerna har ändrats.
FABRICATOR är den ledande tidskriften för metallformning och metallbearbetning i Nordamerika. Tidskriften publicerar nyheter, tekniska artiklar och fallbeskrivningar som gör det möjligt för tillverkare att utföra sitt jobb mer effektivt. FABRICATOR har betjänat branschen sedan 1970.
Full digital åtkomst till The FABRICATOR är nu tillgänglig, vilket ger dig enkel tillgång till värdefulla branschresurser.
Full digital åtkomst till Tubing Magazine är nu tillgänglig, vilket ger dig enkel tillgång till värdefulla branschresurser.
Full digital åtkomst till The Fabricator på spanska är nu tillgänglig, vilket ger enkel tillgång till värdefulla branschresurser.
Myron Elkins medverkar i The Maker-podden för att prata om sin resa från småstad till fabrikssvetsare…
Publiceringstid: 25 augusti 2023