Càlcul de la tonelada de tall i embutició: La fórmula essencial

TL;DR

Calcular els requisits de tonatge d'embutició és essencial per seleccionar la premsa adequada i assegurar un procés de fabricació exitós. La fórmula fonamental és: Tonatge = Perímetre del tall (in) × Gruix del material (in) × Resistència al tall del material (tones/in²) . La precisió d'aquest càlcul depèn de l'ús de la resistència al tall exacta pel material específic, ja que aquest valor varia significativament entre metalls com l'acer suau, l'alumini i els acers avançats d'alta resistència.

La Fórmula Fonamental per al Tonatge d'Embutició

Al centre de qualsevol operació d'embutició hi ha un càlcul crític per determinar la força necessària per tallar o conformar una peça. Aquesta força, mesurada en tones, determina la mida i capacitat de la premsa necessària. Utilitzar una premsa de mida insuficient pot provocar danys en l'equip i fallades de producció, mentre que una premsa excessivament gran és ineficient i costosa. La fórmula més àmpliament acceptada per calcular el tonatge en operacions de punxonat i embutició és senzilla però potent.

La fórmula principal s'expressa com:

Force (Tons) = P × Th × SS

Cada variable d'aquesta equació representa un aspecte clau de l'operació:

• P (Perímetre): Aquesta és la longitud total del tall que es realitza, mesurada en polzades. Per a un forat rodó simple, aquesta és la circumferència (π × diàmetre). Per a un quadrat o rectangle, és la suma de tots els costats.
• Th (Gruix): Aquest és el calibre o gruix del full metàl·lic que es punxona, mesurat en polzades.
• SS (Resistència al tall): Aquesta és una propietat intrínseca del material que defineix la seva resistència a ser tallat, expressada en tones per polzada quadrada. Aquesta és la variable més crucial per a la precisió.

Per exemple, per calcular les tones necessàries per punxonar un forat de 2 polzades de diàmetre en un full de 0,10 polzades de gruix d'acer suau, que té una resistència al tall d'aproximadament 25 tones/polzada², el càlcul seria: Tones = (2 polz. × 3,1416) × 0,10 polz. × 25 tones/polzada² = 15,7 tones. És habitual afegir un factor de seguretat del 15-20% per tenir en compte variables com el desgast de l'eina.

Per aplicar aquesta fórmula al vostre propi projecte, seguiu aquests passos:

1. Determineu el perímetre (P): Calculeu la longitud total de tots els vores que es tallen en una sola cursa de premsa.
2. Mesureu el gruix del material (Th): Utilitzeu peu de rei per obtenir una mesura exacta del gruix del material en polzades.
3. Identifiqueu la resistència al tall del material (SS): Trobeu la resistència al tall del vostre material específic en tones per polzada quadrada. Aquest valor sovint es pot trobar a les fitxes tècniques del material o als manuals d'enginyeria.
4. Calculeu la força necessària en tones: Multipliqueu els tres valors junts per trobar la força necessària en tones.
5. Afegiu un factor de seguretat: Augmenteu la vostra tonatge calculada en un 15-20% per assegurar-vos que la vostra premsa té capacitat suficient.

Anàlisi a fons de variables clau: Propietats del material i geometria de la peça

La precisió del càlcul de la tonatge és tan bona com les dades que s'utilitzen. Tot i que el perímetre i el gruix són mesures senzilles, la resistència al tall del material és una variable complexa que té un gran impacte en el resultat. Malinterpretar aquesta propietat és una causa freqüent d'errors, especialment amb aliatges moderns.

La resistència al tall no és una constant universal; varia considerablement d'un material a un altre. Per exemple, l'alumini tou requereix molt menys força per tallar-se que l'acer inoxidable endurit. Els acers avançats d'alta resistència (AHSS), que s'utilitzen cada cop més en la indústria automobilística per la seva relació resistència-pes, tenen resistències al tall que poden ser diverses vegades superiors a la de l'acer suau tradicional. Tal com s'ha assenyalat a Directrius AHSS , els càlculs convencionals de regla general que van funcionar per a l'acer suau poden subestimar severament el tonelage necessari per a aquests materials avançats, el que porta a problemes importants.

La geometria de la peça és igualment important. El perímetre s'ha de calcular amb precisió per a la forma que es tallarà. Per a formes simples com cercles (circunferència = π × diàmetre) o rectangles (perímetre = 2 × longitud + 2 × ampleur), això és simple. Per a formes complexes i irregulars, el perímetre és la suma de tots els segments de línia recta i curva individuals que es tallen simultàniament.

Per il·lustrar les diferències en les propietats del material, aquí hi ha una taula de valors aproximats de força de cisallament per a metalls comuns:

Nota: Aquests són valors aproximats. Sempre consulteu la ficha de especificacions del proveïdor del material per obtenir dades precises.

Per assegurar l'exactitud dels seus càlculs:

• Verifica les especificacions del material: Mai assumeix la força de cisallament. Sempre obtenir el valor correcte per a l'aleació i la temperadura específica del seu material.
• Mesura l'espessor amb precisió: Les petites variacions en l'espessor del material poden tenir un efecte notable en el tonelage final, especialment amb materials d'alta resistència.
• Calcula el perímetre amb cura: Per a peces complexes, desglossa la geometria en segments més petits per assegurar que la longitud total de tall es calcula correctament.

Calculs per a diferents operacions d'estampatge

Tot i que els principis fonamentals del càlcul de la força segueixen sent els mateixos, la fórmula ha d'adaptar-se per a diferents tipus d'operacions d'estampatge. La principal diferència està en quina part del procés consumeix energia i com es fa l'estrès del material. La confusió dels requisits per a l'escombratge, el perforat i el dibuix és una causa freqüent d'error de càlcul.

Punx i blanquiment: Aquestes dues són operacions de tallant. El punxonat extreu material per crear un forat, mentre que el blanking retalla el perfil d'una peça a partir d'una fulla més gran. En ambdós casos, s'aplica directament la fórmula estàndard (Tonnage = P × Th × SS). L'important és utilitzar el perímetre de la característica que es talla i la resistència al tall del material. Per exemple, en el punxonat, 'P' és la circumferència del punxó; en el blanking, 'P' és el perímetre de la peça final.

Dibuix: Aquesta és una operació de conformació, no de tallant. El deep drawing estira la xapa metàl·lica per formar una figura tridimensional, com una copa o una closca. El material queda sotmès a tensió, no a tallant. Per tant, cal modificar el càlcul. Tal com explica El Fabricant , la fórmula per al deep drawing substitueix la resistència al tall (SS) per la resistència a la tracció del material Resistència a la Tracció (UTS) . A més, cal calcular la força necessària pel retenidor de premsa o coixinet de pressió i afegir-la al total.

Estampatge progressiu: En un matís progressiu, múltiples operacions (per exemple, perforar, doblar, formar) es produeixen en diferents estacions amb cada corrent de la premsa. Per calcular el tonelage total, cal calcular la força necessària per a cada operació realitzada simultàniament i després sumar-les. Això inclou perforar, formar, doblar, i fins i tot la força exercida per les compreses de ressorgiment i les compreses de nitrogen.

Aquí hi ha una comparació de consideracions clau per a diferents operacions:

Per seleccionar el càlcul correcte, utilitza aquesta llista de verificació:

• [ ] L'operació és principalment tallar material? Si és així, utilitzeu la fórmula de força de cisallament.
• [ ] És l'operació estirar o formar material en una forma 3D? Si és així, utilitzeu la fórmula de resistència a la tracció i afegeix la pressió del pad.
• [ ] Hi ha múltiples operacions en una sola màquina? Si és així, calcular el tonelage per a cada un i sumar-los.

Consideracions avançades i factors que afecten el tonelage

La fórmula bàsica proporciona una estimació sòlida, però en un entorn de producció real, diversos altres factors poden influir en el tonelage real necessari. Ignorar aquests detalls pot portar a prediccions inexactes i problemes de processament. Els enginyers experimentats tenen en compte aquests matizes per refinar els seus càlculs i assegurar l'estabilitat del procés.

Un dels factors més significatius és l'estat de les eines. La fórmula estàndard sovint compensa l'equipació avorrit utilitzant l'espessor total del material. No obstant això, les eines afilades fan que el material es trenqui després de penetrar només una fracció del seu gruix (sovint el 20-50%), reduint així la força requerida. Per contra, les eines esgotades o opaques requeriran un volum significativament més gran. Altres factors inclouen la distància entre el punx i el matís, la consistencia de duresa del material i la velocitat de la premsa.

A més, hi ha una distinció crítica entre el tonelage (força de pic) i l'energia. Una premsa pot tenir un nombre de tones suficient, però no suficient energia per completar el treball, especialment per a les operacions de dibuix profund que involucren el material alt en la carrera de premsa. Això pot fer que la premsa s'aturï en el fons de la seva carrera. Els enfocaments moderns depenen cada vegada més de l'anàlisi d'elements finits (FEA) i el programari de simulació per superar les limitacions dels càlculs a mà. Com va assenyalar Simulació d'estampatge , aquestes eines poden modelar amb precisió factors complexos com el material de treball de endureixement, Springback, i la pressió de lligador al llarg de tot el procés de formació. Per a components complexos, particularment en el sector automotriu, aprofitar simulacions CAE avançades ja no és un luxe sinó una necessitat. Els principals proveïdors com Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. utilitzar aquestes tecnologies per garantir la precisió i l'eficiència en la fabricació de matisos i components d'estampatge d'automòbils.

Per a operacions més fiables i segures, considereu aquests consells professionals:

• Aplicar un factor de seguretat: Sempre afegir almenys 15-20% al seu tonelage calculat per crear un amortiment per a les variacions de material i l'usura de les eines.
• Comptació de totes les forces: En matrices complexes, recordeu sumar les forces dels molins d'azot, les compreses de pressió i les cames impulsades al seu total.
• Considera l'acudació de les eines: Si manté eines molt afilades, pot ser que pugui utilitzar un valor de tonalitat més baix, però el càlcul per a eines opaques proporciona un límit superior més segur.
• Equilibre la càrrega: En grans impremes o matriuscules progressives, assegureu-vos que la càrrega estigui equilibrada al llarg del llit de premsa per evitar inclinar-se i l'usura prematura tant de la premsa com de la matriu.

Preguntes freqüents

1.- El seu nom. Com calcules el volum per a estampar?

El mètode més comú per calcular el tònage en estampatge (específicament per perforar i blanquejar) és utilitzar la fórmula: tònage = Perímetre del tall (en polzades) × Grosor del material (en polzades) × Resistència a l'escissió del material (en tones per polzada quadrada El valor de la força de cisallament és crític i varia molt segons el tipus de metall utilitzat.

2. Com calcules el requisite de tonalitat?

Per calcular el requisit de tonalitat total, primer s'ha d'identificar tot el treball que es fa en una sola carrera de premsa. Per a una operació de blanqueig simple, s'aplica la fórmula estàndard (Perímetre × Espesor × Resistència a l'escissió). Per a un matís progressiu amb múltiples estacions, cal calcular el tonelage per a cada estació que realitza treballs simultàniament (per exemple, perforació, formació, doblament) i després sumar tots aquests valors per obtenir el tonelage total requerit.

3. Com es calcula el volum de la premsa de forja?

El càlcul de tonelage per a una premsa de forja és fonamentalment diferent de l'estampatge. En lloc d'una acció de tall basat en el perímetre, la forja implica comprimir un volum de material. La fórmula és més complexa i generalment es refereix a l'àrea projectada de la forja, l'estrès de flux del material a la temperatura de forja i un factor de complexitat de forma. No és intercambiable amb els càlculs de tonelage d'estampatge.