Изчисляване на тонажа при штамповане: Основната формула

Накратко

Изчисляването на изискванията за тонаж при штамповане е съществено за избора на правилната преса и осигуряване на успешен производствен процес. Основната формула е: Тонаж = Периметър на рязане (инча) × Дебелина на материала (инча) × Устойчивост на материала на срязване (тон/инч²) . Точността на това изчисление зависи от използването на точната устойчивост на срязване за вашия конкретен материал, тъй като тази стойност варира значително между метали като въглеродиста стомана, алуминий и високопрочни стомани.

Основна формула за тонаж при штамповане

В основата на всяка операция по штамповане стои критично изчисление за определяне на силата, необходима за изрязване или оформяне на детайл. Тази сила, измерена в тонове, определя размера и капацитета на необходимата преса. Използването на прекалено малка преса може да доведе до повреда на оборудването и производствени неуспехи, докато прекалено голямата преса е неефективна и скъпа. Най-широко приетата формула за изчисляване на тонажа при операциите по избиване и пробиване е проста, но ефективна.

Основната формула се изразява като:

Force (Tons) = P × Th × SS

Всеки параметър в това уравнение представлява критичен аспект от операцията:

• P (Периметър): Това е общата дължина на реза, измерена в инчове. За прост кръгъл отвор това е обиколката (π × диаметър). За квадрат или правоъгълник това е сумата от всички страни.
• Th (Дебелина): Това е калибърът или дебелината на ламарината, която се перфорира, измерена в инчове.
• SS (Напрежение на срязване): Това е вътрешно свойство на материала, което определя неговата устойчивост срещу срязване, изразено в тона на квадратен инч. Това е най-важният параметър за точността.

Например, за да се изчисли нужната мощност в тонове за пробиване на отвор с диаметър 2 инча в ламарина с дебелина 0,10 инча от мека стомана, чието напрежение на срязване е приблизително 25 тона/инч², изчислението ще бъде: Мощност = (2 инча × 3,1416) × 0,10 инча × 25 тона/инч² = 15,7 тона. Често се прилага коефициент на сигурност от 15–20%, за да се отчетат променливи като износване на инструмента.

За да приложите тази формула към собствения си проект, последвайте тези стъпки:

1. Определете периметъра (P): Изчислете общата дължина на всички ръбове, които се изрязват при един ход на пресата.
2. Измерете дебелината на материала (Th): Използвайте шублер за точно измерване на дебелината на материала в инчове.
3. Определете якостта на срязване на материала (SS): Намерете якостта на срязване за вашия конкретен материал в тонове на квадратен инч. Тази стойност обикновено може да бъде намерена в техническите характеристики на материала или инженерни справочници.
4. Изчислете тонажа: Умножете трите стойности, за да намерите необходимата сила в тонове.
5. Добавете коефициент на безопасност: Увеличете изчисления тонаж с 15-20%, за да гарантирате, че пресата Ви разполага с достатъчна производителност.

Задълбочен анализ на ключовите променливи: Свойства на материала и геометрия на детайла

Точността на изчислението на тонажа зависи изцяло от качеството на използваните данни. Докато периметърът и дебелината са лесни за измерване величини, якостта на срязване на материала е по-сложна променлива, която оказва значително влияние върху крайния резултат. Неразбирането на това свойство често е причина за грешки, особено при съвременните сплави.

Якостта на срязване не е универсална константа; тя варира значително в зависимост от материала. Например, мек алуминий изисква много по-малко сила за срязване в сравнение с втвърден неръждаема стомана. Високоякостните стомани (AHSS), които все по-често се използват в автомобилната индустрия поради отличното съотношение между якост и тегло, имат якост на срязване, която може да надвишава няколко пъти тази на традиционната мека стомана. Както е отбелязано в AHSS Guidelines , конвенционалните изчисления, които са работили за меката стомана, могат сериозно да подценят необходимия тонаж за тези напреднали материали, което води до значителни проблеми.

Геометрията на детайла е също толкова важна. Преместът трябва да бъде изчислен точно за формата, която се реже. За прости форми като кръгове (Обкръжение = π × диаметър) или правоъгълници (Пerimeter = 2 × дължина + 2 × ширина), това е просто. За сложни, неправилни форми периметърът е сумата от всички отделни прави и извити линейни сегменти, които се режат едновременно.

За да се илюстрират разликите в свойствата на материала, ето таблица с приблизителни стойности на силата на рязане за обикновените метали:

Забележка: Това са приблизителни стойности. За точни данни винаги се позовавайте на спецификационния лист на доставчика на материала.

За да се осигури точност в изчисленията ви:

• Проверете спецификациите на материала: Никога не предполагайте якостта на срязване. Винаги получавайте правилната стойност за конкретния сплав и вид на материала.
• Измервайте дебелината точно: Малки отклонения в дебелината на материала могат да окажат значително влияние върху крайната тонаж, особено при високопрочни материали.
• Изчислете периметъра внимателно: За сложни детайли разбийте геометрията на по-малки сегменти, за да се гарантира правилното изчисление на общата дължина на рязане.

Изчисления за различни операции на штамповане

Въпреки че основните принципи за изчисляване на силата остават едни и същи, формулата трябва да се адаптира за различните видове штамповъчни операции. Основната разлика се крие в това коя част от процеса консумира енергия и как се напряга материала. Смесването на изискванията за изрезка, пробиване и изтегляне е честа причина за грешки в изчисленията.

Пробиване и изрезка: Това са двете операции за рязане. Пробиването отстранява материал, за да създаде отвор, докато изрязването изважда профила на детайла от по-голям лист. И в двата случая се прилага стандартната формула (Tonnage = P × Th × SS). Ключовото е да се използва периметърът на изрязваната част и якостта на материала при срязване. Например, при пробиване „P“ е обиколката на пробойника; при изрязване „P“ е периметърът на крайния детайл.

Теглене: Това е операция по оформяне, а не по рязане. Изтеглянето разтяга ламарината в триизмерна форма, като чаша или черупка. Материалът е подложен на опън, а не на срязване. Следователно изчислението трябва да бъде модифицирано. Както е обяснено от Производителят , формулата за изтегляне заменя якостта при срязване (SS) с якостта на материала при Ултимативна якост на опън (UTS) . Освен това трябва да се изчисли силата, необходима от държача на заготовката или натисковата плоча, и да се добави към общата сила.

Прогресивно штамповане: При прогресивна матрица множество операции (например пробиване, огъване, формоване) се извършват на различни станции с всеки ход на пресата. За да се изчисли общата тонажност, трябва да се изчисли силата, необходима за всяка операция, извършвана едновременно, и след това да се сумират. Това включва пробиване, формоване, огъване и дори силата, упражнявана от пружинни избутвачи и азотни натискови плочи.

По-долу е дадено сравнение на основните аспекти при различните операции:

За да изберете правилното изчисление, използвайте този контролен списък:

• [ ] Дали операцията предимно изрязва материал? Ако отговорът е да, използвайте формулата за носеща способност при срязване.
• [ ] Дали операцията разтяга или оформя материала в триизмерна форма? Ако отговорът е да, използвайте формулата за якост на опън и добавете налягането на подложката.
• [ ] Дали в един ход на пресата се извършват множество операции? Ако отговорът е да, изчислете тонажа за всяка операция и ги съберете.

Разширени съображения и фактори, влияещи на тонажа

Основната формула осигурява добър приблизителен резултат, но в реална производствена среда няколко други фактора могат да повлияят на действително необходимите тонове. Пренебрегването на тези детайли може да доведе до неточни прогнози и проблеми при обработката. Опитните инженери отчитат тези нюанси, за да уточнят изчисленията си и да гарантират стабилност на процеса.

Един от най-важните фактори е състоянието на инструментите. Стандартната формула често компенсира затъпените инструменти, като използва пълната дебелина на материала. Въпреки това, остри инструменти предизвикват скъсване на материала след проникване само в част от дебелината му (често 20–50 %), което намалява необходимата сила. Напротив, износени или затъпени инструменти изискват значително по-голяма сила. Други фактори включват зазора между пробойника и матрицата, еднородността на твърдостта на материала и скоростта на пресата.

Освен това съществува съществена разлика между тонаж (максимална сила) и енергия. Пресата може да има достатъчен тонаж, но недостатъчно енергия, за да завърши работата, особено при дълбоко изтегляне, когато материала се обработва високо в хода на пресата. Това може да доведе до спиране на пресата в долната точка на хода. Съвременните подходи все по-често разчитат на метода на крайните елементи (FEA) и софтуер за симулации, за да преодолеят ограниченията на ръчните изчисления. Както отбелязва StampingSimulation , тези инструменти могат точно да моделират сложни фактори като упрочняване на материала при деформация, остатъчна деформация (спрингбек) и налягане на щанцпresa по време на целия процес на формоване. За сложни компоненти, особено в автомобилната индустрия, използването на напреднали CAE симулации вече не е лукс, а необходимост. Водещи доставчици като Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. използват тези технологии, за да гарантират прецизност и ефективност при производството на щанци и компоненти за автомобилни каросерии.

За по-надеждни и по-безопасни операции, вземете предвид тези професионални съвети:

• Приложете коефициент на безопасност: Винаги добавяйте поне 15-20% към изчисления тонаж, за да създадете резерв за вариации в материала и износване на инструмента.
• Вземете предвид всички сили: При сложни матрици помнете да прибавите силите от азотни пружини, налягане на плочи и задвижени кулиси към общата сума.
• Имайте предвид остротата на инструмента: Ако поддържате много остър инструмент, може да използвате по-ниска стойност на тонажа, но изчисляването за затъпели инструменти осигурява по-сигурна горна граница.
• Балансирайте натоварването: При големи преси или прогресивни матрици се уверете, че натоварването е балансирано по цялото легло на пресата, за да се предотврати накланяне и преждевременно износване както на пресата, така и на матрицата.

Често задавани въпроси

1. Как се изчислява тонажът при штамповка?

Най-често срещаният метод за изчисляване на тонажа при штамповане (по-специално за пробиване и изрязване) е използването на формулата: Тонаж = Периметър на реза (в инчове) × Дебелина на материала (в инчове) × Напрежение на срязване на материала (в тона на квадратен инч). Стойността на напрежението на срязване е от решаващо значение и варира значително в зависимост от вида на използвания метал.

2. Как изчислявате необходимия тонаж?

За да изчислите общото изискване за тонаж, първо трябва да определите цялата работа, извършвана при един ход на пресата. За проста операция по изрязване се прилага стандартната формула (Периметър × Дебелина × Напрежение на срязване). При прогресивни матрици с няколко работни станции трябва да изчислите тонажа за всяка станция, която извършва едновременно работа (например пробиване, оформяне, огъване) и след това да сумирате всички тези стойности, за да получите общия необходим тонаж.

3. Как се изчислява тонажът на ковашка преса?

Изчисляването на тонажа за ковашки прес е принципно различно от този при штамповане. Вместо отрязване по периметъра, коването включва компресиране на обем материал. Формулата е по-сложна и обикновено се отнася до проектираната площ на ковашката заготовка, границата на течност на материала при температурата на коване и коефициент за сложност на формата. То не може да се използва размяната с изчисленията за тонаж при штамповане.