Izračunavanje zmogljivosti žiganja: bistvena formula

POVZETEK

Izračun zahtevane žigosne moči je bistvenega pomena za izbiro prave prese in zagotavljanje uspešnega proizvodnega procesa. Osnovna formula je: Moč (v tonah) = Obseg reza (in) × Debelina materiala (in) × Upornost proti striženju materiala (tone/in²) natančnost tega izračuna je odvisna od uporabe točne vrednosti upornosti proti striženju za določen material, saj se ta vrednost znatno razlikuje med kovinami, kot so nizkoglavni jeklo, aluminij in napredna visoko trdna jekla.

Osnovna formula za žigosno moč

V osnovi vsakega žigosnega postopka leži pomemben izračun, s katerim določimo silo, potrebno za izrezovanje ali oblikovanje dela. Ta sila, merjena v tonah, določa velikost in zmogljivost potrebne prese. Uporaba prese, ki je premajhna, lahko povzroči poškodbe opreme in neuspehe v proizvodnji, medtem ko je uporaba prevelike prese neučinkovita in draga. Najbolj sprejeta formula za izračun moči pri operacijah izrezovanja in probijanja je preprosta, a učinkovita.

Osnovna formula se izraža kot:

Force (Tons) = P × Th × SS

Vsaka spremenljivka v tej enačbi predstavlja pomemben vidik obratovanja:

• P (Obseg): To je skupna dolžina reza, ki se izvaja, izmerjena v palcih. Za preprosto okroglo luknjo gre za obseg (π × premer). Za kvadrat ali pravokotnik je to vsota vseh stranic.
• Th (Debelina): To je kaliber ali debelina pločevine, ki se žiga, izmerjena v palcih.
• SS (Strižna trdnost): To je notranja lastnost materiala, ki opredeljuje njegovo upornost proti striženju, izražena v tonah na kvadratni palec. To je najpomembnejša spremenljivka za natančnost.

Na primer, da izračunamo potrebno tonажo za izbijanje luknje s premerom 2 palca v listu jekla debeline 0,10 palca, ki ima strižno trdnost približno 25 ton/in², bi bil izračun naslednji: Tonаža = (2 in × 3,1416) × 0,10 in × 25 ton/in² = 15,7 ton. Pogosto je dobra praksa dodati varnostni faktor 15–20 %, da se upoštevajo spremenljivke, kot je obraba orodja.

Če želite uporabiti to formulo za svoj projekt, sledite tem korakom:

1. Določite obseg (P): Izračunajte skupno dolžino vseh robov, ki se prerežejo v enem samem potisku.
2. Izmerite debelino materiala (Th): Uporabite štoparice, da natančno izmerite debelino materiala v palcih.
3. Določite strižno trdnost materiala (SS): Poiščite strižno trdnost vašega konkretnega materiala v tonah na kvadratni palec. To lahko pogosto najdete v podatkovnih listih materiala ali inženirskih priročnikih.
4. Izračunajte tonажo: Zmnožite vse tri vrednosti, da dobite zahtevano silo v tonah.
5. Dodajte varnostni faktor: Povečajte izračunano tonажo za 15–20 %, da zagotovite zadostno zmogljivost vaše prese.

Podrobneje: Lastnosti materiala in geometrija dela

Natančnost vašega izračuna tonажe je odvisna od kakovosti podatkov, ki jih uporabljate. Čeprav sta obseg in debelina preprosta meritvi, je strižna trdnost materiala bolj zapletena spremenljivka, ki močno vpliva na rezultat. Napačno razumevanje te lastnosti je pogosta vzročnica napak, zlasti pri sodobnih zlitinah.

Strižna trdnost ni univerzalna konstanta; močno se razlikuje glede na material. Na primer, mehki aluminij zahteva veliko manj sile za striženje kot zakalen nerjavni jeklo. Napredna visoko trdna jekla (AHSS), ki se v avtomobilski industriji vse pogosteje uporabljajo zaradi svojega razmerja med trdnostjo in težo, imajo strižno trdnost, ki je lahko večkrat višja kot pri tradicionalnem mehlem jeklu. Kot je omenjeno v Navodila za AHSS , običajni približni izračuni, ki so delovali za mehko jeklo, lahko pri teh naprednih materialih močno podcenijo potrebno silo v tonah, kar lahko povzroči pomembne težave.

Enako pomembna je geometrija dela. Obseg mora biti natančno izračunan za obliko, ki se odrezuje. Pri preprostih oblikah, kot so krogi (obseg = π × premer) ali pravokotniki (obseg = 2 × dolžina + 2 × širina), je to preprosto. Pri zapletenih, nepravilnih oblikah pa je obseg vsota vseh posameznih ravnih in ukrivljenih odsekov črt, ki se hkrati odrezujejo.

Za ponazoritev razlik v lastnostih materialov spodaj sledi pregledka približnih vrednosti strižne trdnosti za pogosta kovina:

Opomba: To so približne vrednosti. Za natančne podatke vedno upoštevajte specifikacijski list dobavitelja materiala.

Za zagotavljanje natančnosti pri vaših izračunih:

• Preverite specifikacije materiala: Ne privzemajte strižne trdnosti. Vedno pridobite pravo vrednost za določeno zlitino in temper vašega materiala.
• Natančno izmerite debelino: Majhne razlike v debelini materiala lahko imajo opazni vpliv na končno silo v tonah, še posebej pri visoko trdnih materialih.
• Natančno izračunajte obseg: Pri zapletenih delih razdelite geometrijo na manjše odseke, da zagotovite pravilen izračun skupne dolžine reza.

Izračuni za različne operacije žiganja

Čeprav osnovna načela izračuna sile ostajajo enaka, je treba formulo prilagoditi različnim vrstam operacij žiganja. Glavna razlika leži v tem, kateri del procesa porablja energijo in kako se material napetostno obnaša. Zamenjava zahtev za izrezovanje, probijanje in vlečenje je pogosta vzrok napačnih izračunov.

Izrezanje in izrezovanje: To sta obe operaciji striženja. Pri probijanju se odstrani material, da se ustvari luknja, medtem ko pri izrezovanju iz večjega lista izrežemo profil dela. Za obe velja standardna formula (Tonnage = P × Th × SS). Ključno je uporabiti obseg rezanega profila in strižno trdnost materiala. Na primer, pri probijanju je »P« obseg noža, pri izrezovanju pa je »P« obseg končnega dela.

Skica: To je oblikovalna operacija, ne pa strižna. Pri vlečenju se pločevina raztegne v tridimenzionalno obliko, kot je skodelica ali lupina. Material je podvržen napetosti, ne strižni obremenitvi. Zato je treba izračun spremeniti. Kot je pojasnil Izdelovalec , formula za vlečenje zamenja strižno trdnost (SS) z Ultimate Tensile Strength (UTS) . Poleg tega je treba izračunati silo, ki jo zahteva držalo izrezka oziroma pritisni polž, ter jo prišteti k skupni sili.

Progresivno žiganje: Pri progresivnem orodju pride do več operacij (npr. izdolbavanje, upogibanje, oblikovanje) na različnih postajah z vsakim stiskom prese. Za izračun skupne zmogljivosti je potrebno izračunati silo, potrebno za vsako hkrati opravljeno operacijo, in nato seštejte vse sile. To vključuje izdolbavanje, oblikovanje, upogibanje ter celo sile, ki jih povzročajo vzmetni izvlečniki in plošče s tlakom dušika.

Spodaj je primerjava ključnih dejavnikov za različne operacije:

Za izbiro pravilnega izračuna uporabite ta kontrolni seznam:

• [ ] Ali gre predvsem za rezanje materiala? Če da, uporabite formulo za strižno trdnost.
• [ ] Ali gre za raztezanje ali oblikovanje materiala v 3D obliko? Če da, uporabite formulo za natezno trdnost in dodajte tlak podložke.
• [ ] Ali se več operacij hkrati izvaja v enem koraku na stiskalnici? Če da, izračunajte zmogljivost za vsako operacijo posebej in ju seštejte.

Napredna upoštevanja in dejavniki, ki vplivajo na zmogljivost

Osnovna formula zagotavlja dober približek, vendar na dejansko potrebno tonажo v realnem proizvodnem okolju vpliva še več drugih dejavnikov. Če te podrobnosti zanemarimo, lahko pride do nepreciznih napovedi in težav pri obdelavi. Izkušeni inženirji upoštevajo te odtenke, da izboljšajo svoje izračune in zagotovijo stabilnost procesa.

Eden najpomembnejših dejavnikov je stanje orodja. Standardna formula pogosto kompenzira za obrabljeno orodje tako, da upošteva polno debelino materiala. Vendar pa ostro orodje povzroči lom materiala že po predrhljanju le dela njegove debeline (pogosto 20–50 %), s čimer se zmanjša potrebna sila. Nasprotno pa obrabljeno ali toplo orodje zahteva bistveno višjo tonажo. Drugi dejavniki vključujejo režo med brcanjem in matriko, enakomernost trdote materiala ter hitrost prese.

Poleg tega obstaja kritična razlika med nosilnostjo (največja sila) in energijo. Premogalka lahko ima zadostno oceno nosilnosti, vendar ne dovolj energije za dokončanje dela, zlasti pri globokih vlečenjih, kjer se material vpleta visoko v premogalki potezi. To lahko povzroči zatikanje premogalke na dnu njene poteze. Pri sodobnih pristopih se vse pogosteje uporabljajo analiza končnih elementov (FEA) in programska oprema za simulacije, da bi presegli omejitve ročnih izračunov. Kot je opazil StampingSimulation , lahko orodja natančno modelirajo kompleksne dejavnike, kot so utrjevanje materiala ob obdelavi, povratni učinki in tlak pripenjalnika skozi celoten proces oblikovanja. Za kompleksne komponente, zlasti v avtomobilski industriji, je uporaba naprednih CAE simulacij postala ne več luksuz, temveč nujnost. Vodilni dobavitelji, kot je Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. uporabljajo te tehnologije, da zagotovijo natančnost in učinkovitost pri proizvodnji kalibrov za avtomobilske pločevine in komponent.

Za bolj zanesljive in varnejše obratovanje upoštevajte naslednje strokovne nasvete:

• Uporabite varnostni faktor: Vedno dodajte najmanj 15–20 % k izračunani toniži, da ustvarite rezervo za razlike v materialu in obrabo orodja.
• Upoštevajte vse sile: Pri zapletenih orodjih ne pozabite prišteti sil, ki jih povzročajo dušikovne vzmeti, pritiskalne plošče in pogonjene kamne, k skupni vrednosti.
• Upoštevajte ostrost orodja: Če uporabljate zelo ostra orodja, lahko morda uporabite nižjo vrednost toniže, vendar je izračun za obrabljena orodja varnejša zgornja meja.
• Uravnotežite obremenitev: Pri velikih stiskalnikih ali progresivnih orodjih poskrbite, da je obremenitev uravnotežena po celotnem postelji stiskalnika, da preprečite nagnjenje ter predčasno obrabo stiskalnika in orodja.

Pogosta vprašanja

1. Kako izračunate tonižo za žigosanje?

Najpogostejša metoda za izračun tonажe pri žiganju (zlasti za izbijanje in odrezovanje) je uporaba formule: Tonаžа = Obseg reza (v palcih) × Debelina materiala (v palcih) × strižna trdnost materiala (v tonah na kvadratni palec). Vrednost strižne trdnosti je kritična in se močno razlikuje glede na vrsto uporabljene kovine.

2. Kako izračunate zahteve po tonаži?

Za izračun skupnih zahtev po tonаži morate najprej določiti vse procese, ki potekajo v enem samem stiskalnem vlečenju. Pri preprosti operaciji odrezovanja uporabite standardno formulo (Obseg × Debelina × Strižna trdnost). Pri progresivnem orodju z več postajami morate izračunati tonаžo za vsako postajo, ki hkrati opravlja delo (npr. izbijanje, oblikovanje, krivljenje), nato pa seštejte vse te vrednosti, da dobite skupno zahtevano tonаžo.

3. Kako se izračuna tonаžo kovaškega stiskalnika?

Izračunavanje tonажe za kovanje je osnovno drugačno od izračuna za žigosanje. Namesto strižnega delovanja na osnovi obsega prihaja pri kovanju do stiskanja prostornine materiala. Formula je bolj zapletena in se navadno nanaša na projicirano površino kovanca, tokovno napetost materiala pri temperaturi kovanja ter dejavnik zapletenosti oblike. Ni medsebojno zamenjljiva z izračuni tonажe za žigosanje.