Berechnung von k

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Frage: Wir biegen derzeit A36-Materialstärken ab 16 ga. bis zu 1 Zoll und gelegentlich verschiedene Stärken aus Edelstahl und Aluminium. Wir haben kürzlich eine neue Abkantpresse hinzugefügt und stehen nun vor der Herausforderung, unsere K-Faktor-Werte neu zu berechnen und neue DXF-Abwicklungsmuster aller gebogenen Teile zu erstellen.

Was ist der beste Weg, um Datentabellen mit berechnetem Innenradius, K-Faktoren und allen anderen notwendigen Informationen zu erstellen, die wir für die korrekte Konstruktion der Teile im 3D-CAD benötigen?

Antwort: Die Antwort ist nicht so schwer. Sie verwenden weiterhin die gleichen Formeln wie zuvor. Bevor ich jedoch auf die Details eingehe, möchte ich kurz auf die Formeln und Funktionen eingehen.

Wir alle müssen die Begriffe und Bezeichnungen mit der gleichen Bedeutung verwenden. Dies ist besonders wichtig, wenn es um den K-Faktor geht, da viele Menschen den K-Faktor mit der Biegezugabe (BA) verwechseln. Tatsächlich habe ich gehört, dass viele grundlegende Biegebegriffe – BA, Biegeabzug (BD), Outside Setback (OSSB) und K-Faktor – synonym verwendet werden. Sie sind nicht austauschbar und ihre falsche Verwendung führt zu unnötiger Verwirrung in jeder Diskussion.

Der k-Faktor ist einfach ein Multiplikator, der Ihnen sagt, wohin sich die neutrale Achse einer Biegung nach dem Formen bewegt. Es handelt sich um einen materialspezifischen Faktor, der das Verhalten des Materials beim Biegen bestimmt und in unserer Formel zur Berechnung des BA enthalten ist.

Wenn sich Blech biegt, dehnt es sich an der Außenfläche der Biegung aus und wird an der Innenfläche gestaucht. Die neutrale Achse ist eine theoretische Stelle innerhalb der Blechmaterialdicke, die keiner Ausdehnung oder Kompression unterliegt. Es handelt sich im Wesentlichen um die Trennlinie zwischen Expansionskräften zum Außenradius und Kompressionskräften zum Innenradius (siehe Abbildungen 1 und 2). Da die neutrale Achse beim Einwärtsbewegen die gleiche Länge behält, verlängert sich das Metall, was wir bei der Verwendung unserer Biegeberechnungen berücksichtigen müssen.

Beachten Sie, dass die neutrale Achse niemals 50 % der Materialdicke überschreiten darf (bei einem K-Faktor von 0,50). Wenn Sie einen großen Radius bilden, berechnen Sie möglicherweise einen k-Faktor von mehr als 50 %, aber wenn das der Fall ist, müssen Sie diesen Wert auf 0,50 zurücksetzen. Warum? Denn der Kompressionsbereich innerhalb der Biegung darf den Expansionsbereich nicht überschreiten.

Reverse Engineering des k-Faktors ist die einzige Möglichkeit, seinen tatsächlichen Wert oder zumindest einen möglichst perfekten Wert zu bestimmen. Sie können dies tun, indem Sie Testbiegungen durchführen, die Ergebnisse messen und den k-Faktor aus der BA-Formel extrahieren, die die von Ihnen gemessenen Ergebnisse berücksichtigt. Dies ist möglicherweise die beste Option, insbesondere wenn Sie eine Tabelle erstellen.

Aber – und das ist ein großes Aber – Sie müssen auch die Materialtoleranzen berücksichtigen, einschließlich Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dicke. Am Ende erhalten Sie möglicherweise sehr genaue K-Faktor-Daten von einem Teststück, aber das Material des Teststücks entspricht möglicherweise nicht den Eigenschaften des Materials, das Sie in der Produktion biegen. Unabhängig davon: Wenn Sie den BA gerade erst durch Biegen von Teststücken ermittelt haben, benötigen Sie den k-Faktor möglicherweise sowieso nicht.

Es gibt eine andere Möglichkeit, den k-Faktor zu berechnen, ohne Teststücke zu verbiegen. Es ist nicht perfekt, aber andererseits ist das Biegen auch kein Teststück. Es können sich nicht nur die Materialeigenschaften ändern, sondern auch die genauen Eigenschaften der von Ihnen verwendeten Werkzeuge (unterschiedliche Reibungsstärken) und verschiedene Umformmethoden.

ABBILDUNG 1. Der k-Faktor, ausgedrückt als t/Mt, ist ein Verhältnis, das die Verschiebung der neutralen Achse nach innen während des Biegens beschreibt.

Nach alledem können Sie damit beginnen, den k-Faktor grafisch darzustellen, wie in Abbildung 3 dargestellt. Diese zeigt den Maximalwert für den k-Faktor bei 50 % der Materialdicke, markiert durch die rote Linie. Der Schnittpunkt der gelben und roten Linien (Punkt 4 im Diagramm) stellt einen inneren Biegeradius dar, der dem Vierfachen der Materialstärke entspricht. Darüber hinaus werden Sie Faktoren berechnen, die größer als 50 % sind, Sie sollten diese jedoch nicht verwenden. Wie das Diagramm zeigt, müssen Sie Ihren K-Faktor auf dem Maximalwert von 0,50 halten.

Position 1 auf dem Diagramm, wo sich die blauen und gelben Linien treffen, ist der K-Faktor-Wert für einen scharfen oder minimal erzeugbaren Innenradius für eine Luftform. Jeder Wert darunter bringt die Biegung in einen Bereich, der die physikalischen Grenzen der Kompressibilität überschreitet – zumindest für unser Basismaterial, Weichstahl. Wie ich schon oft gesagt habe, sind scharfe Kurven der Nachteil für die Genauigkeit der Luftformung.

Der minimale k-Faktor für die Luftbildung kann als (4-π)/π oder 0,27324 ausgedrückt werden. Wir subtrahieren diesen Wert von unserem maximalen K-Faktor-Wert von 0,5:

0,5 - 0,27324 = 0,22676

Dieses Ergebnis gibt uns unseren Bereich möglicher k-Faktoren an, wie in der gelben Linie im Diagramm angegeben. Als nächstes teilen wir 0,22676 durch 3:

0,2267/3 = 0,07558

Dies gibt uns unseren Multiplikator – das heißt die Zahl, die wir mit dem Verhältnis von Innenradius zu Materialdicke unserer Biegung multiplizieren. Dieses Verhältnis ermitteln wir, indem wir den inneren Biegeradius durch die Materialstärke dividieren. Ich verwende einen 0,093-Zoll. Innenbiegeradius bei 0,062 Zoll dickem Material.

0,093/0,062 = 1,5

Anschließend multiplizieren wir mit unserem Multiplikator 0,07558 und addieren das Ergebnis zum minimalen k-Faktor von 0,273:

0,07558 × 1,5 = 0,113

ABBILDUNG 2. Der k-Faktor beschreibt die Verschiebung der neutralen Achse nach innen beim Biegen. Diese Verschiebung führt dazu, dass sich das Metall verlängert, was wir in unseren Biegeberechnungen berücksichtigen.

0,113 + 0,273 = 0,386

Das macht unseren k-Faktor 0,386. All dies lässt sich in der folgenden Formel zusammenfassen. Auch hier leiten Sie den minimalen K-Faktor und Multiplikator aus dem Diagramm in Abbildung 2 ab.

K-Faktor = [Multiplikator × (Innenradius/Materialstärke)] + Mindest-K-Faktor

Sie haben den K-Faktor gefunden. Was jetzt? Was machen wir mit dieser Nummer? Wie wird es angewendet und warum sollte es Sie interessieren? Warum Sie sich darum kümmern sollten, hängt von der Qualität des Produkts ab, das Sie herstellen möchten. Das Verständnis des k-Faktors macht einen großen Unterschied. Schauen Sie sich zunächst Ihre BA-Formel an:

BA = [(0,017453 × Innenbiegeradius) + (0,0078 × Materialdicke)] × Außenbiegewinkel

In dieser Gleichung ist 0,017453 π/180, das Grad in Bogenmaß oder Maßeinheiten für Winkel basierend auf dem Radius eines Kreises umrechnet. Wir führen diese Umrechnung durch, da trigonometrische Funktionen in mathematischen Berechnungen normalerweise erfordern, dass Winkel im Bogenmaß und nicht in Grad angegeben werden. Wenn Sie den umgerechneten Winkel (im Bogenmaß) mit dem Radius multiplizieren, berechnen Sie im Wesentlichen die Länge entlang des durch die Biegung gebildeten Kreisbogens. Also stellt π/180 multipliziert mit dem Innenradius die Bogenlänge entlang der neutralen Achse für einen Winkelgrad dar.

Der zweite Teil der Gleichung beginnt wieder mit der Umrechnung von Grad in Bogenmaß (π/180), die dann mit einem k-Faktor von 0,4468 multipliziert wird, was den Wert 0,0078 in der Formel ergibt. Dies stellt den Ausgleich dar, der auftritt, wenn sich die neutrale Achse beim Biegen nach innen verschiebt, wodurch sich das Material verlängert und die Teileabmessungen länger werden.

Wir kennen jetzt die Gesamtlänge des Bogens und die zusätzliche Länge, die durch die Verschiebung der neutralen Achse entsteht. Dennoch haben wir bisher nur einen Biegewinkel von einem Grad berechnet. Jetzt multiplizieren wir den gesamten äußeren Biegewinkel, gemessen von außerhalb der Biegung. (Hinweis: Verwenden Sie bei der Berechnung des BA niemals den Innenbiegewinkel.)

Beachten Sie, dass viele Variablen Ihre K-Faktor-Werte beeinträchtigen können, insbesondere wenn Bediener unterschiedliche Matrizenöffnungen wählen oder unterschiedliche Formungsmethoden verwenden. Was ist also der „beste“ Weg, Ihre K-Faktor-Tabellen neu zu berechnen? Vielleicht ist es eine Excel-Tabelle. Vielleicht können Sie Probestücke biegen. Bedenken Sie nur, dass der k-Faktor nur eine Variable unter vielen ist, die es zu berücksichtigen gilt.