Calculul tonajului de stampare: Formula esențială

REZUMAT

Calcularea cerinței de tonaj pentru ambutisare este esențială pentru selectarea presei corecte și asigurarea unui proces de fabricație reușit. Formula fundamentală este: Tonaj = Perimetrul tăieturii (in) × Grosimea materialului (in) × Rezistența la forfecare a materialului (tone/in²) acuratețea acestui calcul depinde de utilizarea valorii exacte a rezistenței la forfecare pentru materialul dumneavoastră specific, deoarece această valoare variază semnificativ între metale precum oțelul moale, aluminiul și oțelurile avansate cu înaltă rezistență.

Formula fundamentală pentru tonajul de ambutisare

La baza oricărei operațiuni de ambutisare se află un calcul critic pentru determinarea forței necesare pentru tăierea sau formarea unei piese. Această forță, măsurată în tone, dictează dimensiunea și capacitatea presei necesare. Utilizarea unei prese subdimensionate poate duce la deteriorarea echipamentului și la eșecuri în producție, în timp ce o presă supradimensionată este ineficientă și costisitoare. Formula cea mai larg acceptată pentru calculul tonajului în operațiunile de decupare și perforare este simplă, dar puternică.

Formulaa principală este exprimată astfel:

Force (Tons) = P × Th × SS

Fiecare variabilă din această ecuație reprezintă un aspect critic al operațiunii:

• P (Perimetru): Aceasta este lungimea totală a tăieturii efectuate, măsurată în inch. Pentru o gaură rotundă simplă, aceasta este circumferința (π × diametrul). Pentru un pătrat sau dreptunghi, este suma tuturor laturilor.
• Th (Grosime): Aceasta este calibrul sau grosimea tablei de oțel care este perforată, măsurată în inch.
• SS (Rezistența la Forfecare): Aceasta este o proprietate intrinsecă a materialului care definește rezistența acestuia la forfecare, exprimată în tone pe inch pătrat. Aceasta este variabila cea mai importantă pentru precizie.

De exemplu, pentru a calcula sarcina necesară pentru a perfora o gaură cu diametrul de 2 inch într-o foaie de oțel moale cu grosimea de 0,10 inch, care are o rezistență la forfecare de aproximativ 25 tone/inch², calculul ar fi: Sarcină = (2 inch × 3,1416) × 0,10 inch × 25 tone/inch² = 15,7 tone. Este o practică obișnuită să se adauge un factor de siguranță de 15-20% pentru a ține cont de variabile precum uzura sculelor.

Pentru a aplica această formulă în proiectul dumneavoastră, urmați acești pași:

1. Determinați Perimetrul (P): Calculați lungimea totală a tuturor muchiilor tăiate într-o singură cursă de presare.
2. Măsurați Grosimea Materialului (Th): Utilizați un subler pentru a obține o măsurătoare exactă a grosimii materialului în inci.
3. Identificați Rezistența la Forfecare a Materialului (SS): Găsiți rezistența la forfecare a materialului specific în tone pe inch pătrat. Aceasta poate fi adesea găsită în fișele tehnice ale materialului sau în manualele de inginerie.
4. Calculați TonaJul: Înmulțiți cele trei valori împreună pentru a găsi forța necesară în tone.
5. Adăugați un Factor de Siguranță: Măriți tonajul calculat cu 15-20% pentru a vă asigura că presa are capacitatea adecvată.

Analiză detaliată a variabilelor cheie: Proprietățile materialelor și geometria piesei

Precizia calculului de tonaj este direct proporțională cu calitatea datelor utilizate. Deși perimetrul și grosimea sunt măsurători simple, rezistența la forfecare a materialului este o variabilă complexă care are un impact major asupra rezultatului. Neînțelegerea acestei proprietăți este o sursă frecventă de eroare, în special în cazul aliajelor moderne.

Rezistența la forfecare nu este o constantă universală; variază semnificativ de la un material la altul. De exemplu, aluminiul moale necesită mult mai puțină forță pentru forfecare decât oțelul inoxidabil dur. Oțelurile înalte rezistență (AHSS), utilizate din ce în ce mai mult în industria auto pentru raportul lor excelent între greutate și rezistență, au rezistențe la forfecare care pot fi de mai multe ori mai mari decât cele ale oțelului moale tradițional. Așa cum s-a menționat în AHSS Guidelines , calculele convenționale bazate pe reguli empirice care funcționau pentru oțelul moale pot subestima grav forța necesară pentru aceste materiale avansate, ceea ce duce la probleme semnificative.

Geometria piesei este la fel de importantă. Perimetrul trebuie calculat cu precizie pentru forma care se taie. Pentru forme simple, cum ar fi cercurile (Circumferința = π × diametrul) sau dreptunghiurile (Perimetrul = 2 × lungime + 2 × lățime), acest lucru este simplu. Pentru forme complexe și neregulate, perimetrul reprezintă suma tuturor segmentelor individuale, drepte și curbe, care sunt tăiate simultan.

Pentru a ilustra diferențele dintre proprietățile materialelor, iată un tabel cu valori aproximative ale rezistenței la forfecare pentru metalele obișnuite:

Notă: Acestea sunt valori aproximative. Consultați întotdeauna fișa tehnică a furnizorului dumneavoastră de material pentru date precise.

Pentru a asigura acurateţea în calculele dumneavoastră:

• Verificaţi specificaţiile materialului: Nu presupune niciodată forţa de tăiere. Obţineţi întotdeauna valoarea corectă pentru aliajul şi temperamentul specific al materialului.
• Măsoară grosimea cu precizie: Variatiile mici ale grosimii materialului pot avea un efect semnificativ asupra tonajului final, in special in cazul materialelor cu rezistenta ridicata.
• Calculaţi perimetrul cu atenţie: Pentru piesele complexe, se desparte geometria în segmente mai mici pentru a se asigura că lungimea totală a tăieturii este calculată corect.

Calculele pentru diferitele operațiuni de ștampilare

Deși principiile de bază ale calculului forței rămân aceleași, formula trebuie adaptată pentru diferite tipuri de operațiuni de ștampilare. Diferența principală constă în ce parte a procesului consumă energie și în modul în care materialul este stresat. Confuzia dintre cerinţele de blaning, punching şi desen este o cauză frecventă a erorilor de calcul.

Perforare și decuplaj: Acestea sunt ambele operațiuni de tăiere. Presarea elimină material pentru a crea o gaură, în timp ce decuparea taie profilul unei piese dintr-o foaie mai mare. Pentru ambele, formula standard (Tonnaj = P × Th × SS) se aplică direct. Esențial este să folosiți perimetrul conturului tăiat și rezistența la forfecare a materialului. De exemplu, la presare, 'P' este circumferința poansonului; la decupare, 'P' este perimetrul piesei finale.

Traseare: Aceasta este o operațiune de deformare plastică, nu una de tăiere. Ambutisarea întinde tabla sub forma unei piese tridimensionale, precum o cupă sau un carcas. Materialul este supus tensiunii, nu forfecării. Prin urmare, calculul trebuie modificat. Așa cum este explicat de Fabricantul , formula pentru ambutiere înlocuiește rezistența la forfecare (SS) cu Rezistența la tracțiune (UTS) . În plus, forța necesară dispozitivului de fixare a semifabricatului sau a pernei de presiune trebuie calculată și adăugată la total.

Ambutisare progresivă: Într-o matriță progresivă, mai multe operații (de exemplu, perforare, îndoire, ambutisare) au loc la stații diferite la fiecare cursă a presei. Pentru a calcula tonajul total, trebuie să calculați forța necesară pentru fiecare operație efectuată simultan și apoi să le însumați. Aceasta include forțele de perforare, ambutisare, îndoire, precum și forța exercitată de dispozitivele de evacuare cu arcuri și pernele de presiune cu azot.

Următoarea comparație prezintă considerentele cheie pentru diferite operații:

Pentru a selecta calculul corect, utilizați această listă de verificare:

• [ ] Este operația în principal tăierea materialului? Dacă da, utilizați formula de rezistență la forfecare.
• [ ] Este operația de întindere sau formare a materialului într-o formă 3D? Dacă da, utilizați formula de rezistență la tracțiune și adăugați presiunea pernei.
• [ ] Au loc mai multe operații într-o singură cursă a presei? Dacă da, calculați forța în tone pentru fiecare operație și adunați-le.

Considerații avansate și factori care afectează forța în tone

Formula de bază oferă o estimare solidă, dar într-un mediu de producție real, mai mulți alți factori pot influența tonajul real necesar. Neglijarea acestor detalii poate duce la predicții inexacte și la probleme în procesare. Inginerii experimentați iau în considerare aceste nuanțe pentru a-și rafina calculele și a asigura stabilitatea procesului.

Unul dintre cei mai semnificativi factori este starea sculelor. Formula standard compensează adesea sculele tocite folosind grosimea completă a materialului. Cu toate acestea, sculele ascuțite determină ruperea materialului după pătrunderea doar printr-o fracțiune din grosimea acestuia (de obicei 20-50%), reducând astfel forța necesară. În schimb, sculele uzate sau tocite vor necesita un tonaj semnificativ mai mare. Alți factori includ jocul dintre poanson și matriță, consistența durității materialului și viteza presei.

În plus, există o distincție esențială între tonaj (forța maximă) și energie. O presă poate avea un rating suficient de tonaj, dar nu suficientă energie pentru a finaliza operația, mai ales în cazul operațiilor de tragere profundă care implică materialul la începutul cursei presei. Acest lucru poate duce la blocarea presei în partea inferioară a cursei. Abordările moderne se bazează din ce în ce mai mult pe Analiza cu Element Finit (FEA) și software de simulare pentru a depăși limitările calculelor manuale. După cum menționează StampingSimulation , aceste instrumente pot modela precis factori complecși precum ecruisarea materialului, revenirea elastică și presiunea menghinei pe parcursul întregului proces de formare. Pentru componente complexe, în special în sectorul auto, utilizarea simulărilor avansate CAE nu mai este un lux, ci o necesitate. Furnizori de top precum Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. utilizează aceste tehnologii pentru a asigura precizie și eficiență în fabricarea matrițelor și componentelor pentru ambutisare auto.

Pentru operațiuni mai fiabile și sigure, luați în considerare aceste sfaturi de specialitate:

• Aplicați un factor de siguranță: Adăugați întotdeauna cel puțin 15-20% la tonajul calculat pentru a crea o marjă de siguranță în cazul variațiilor materialelor și uzurii sculelor.
• Luați în considerare toate forțele: În cazul matrițelor complexe, nu uitați să adăugați forțele provenite de la arcurile cu azot, plăcile de presiune și camele acționate la totalul general.
• Luați în considerare ascuțimea sculei: Dacă mențineți scule foarte ascuțite, este posibil să puteți utiliza un tonaj mai mic, dar calculul bazat pe scule tocite oferă o limită superioară mai sigură.
• Echilibrați sarcina: În cazul presei mari sau a matrițelor progresive, asigurați-vă că sarcina este echilibrată pe întreaga masă a presei pentru a preveni înclinarea și uzura prematură atât a presei, cât și a matriței.

Întrebări frecvente

1. Cum calculați tonajul pentru ambutisare?

Cea mai comună metodă de calcul al tonajului în stampare (mai ales pentru perforare și decupare) este utilizarea formulei: Tonaj = Perimetrul tăieturii (în inch) × Grosimea materialului (în inch) × Rezistența la forfecare a materialului (în tone pe inch pătrat). Valoarea rezistenței la forfecare este esențială și variază semnificativ în funcție de tipul metalului utilizat.

2. Cum se calculează necesarul de tonaj?

Pentru a calcula necesarul total de tonaj, trebuie mai întâi să identificați toate operațiile efectuate într-o singură cursă a presei. Pentru o operațiune simplă de decupare, aplicați formula standard (Perimetru × Grosime × Rezistență la forfecare). Pentru o matriță progresivă cu mai multe stații, trebuie să calculați tonajul pentru fiecare stație care efectuează lucrări simultan (de exemplu, perforare, ambutisare, îndoire), apoi să adunați toate aceste valori pentru a obține tonajul total necesar.

3. Cum se calculează tonajul presei de forjare?

Calculul tonajului pentru o presă de forjat este fundamental diferit de cel al tanțării. În locul unei acțiuni de tăiere bazate pe perimetru, forjarea implică comprimarea unui volum de material. Formula este mai complexă și se referă în mod obișnuit la aria proiectată a piesei forjate, la efortul de curgere al materialului la temperatura de forjare și la un factor de complexitate a formei. Nu poate fi folosită interschimbabil cu calculul tonajului la tanțare.