Огъването е една от най-разпространените операции на формоване при метално щамповане. От прости скоби до сложни корпуси, почти всяка щампована част, която променя посоката, разчита на процес на огъване. И все пак, въпреки привидната си простота, огъването въвежда истински инженерни предизвикателства - връщане назад, напукване, отклонение на размерите и повърхностни дефекти - които изискват внимателно изчисление и проектиране на инструменти.
Това ръководство обхваща основите на огъване при щамповане на метал: основните видове огъване и кога да се използва всеки, как да се изчисли силата на огъване и минималните радиуси на огъване, доказани методи за прогнозиране и компенсиране на пружинното връщане и принципите на дизайна на матрицата които поддържат производствените процеси последователни.
Какво е огъване при метално щамповане?
При щамповането на метал огъването е пластичната деформация на ламарина около права ос с помощта на щанца и комплект матрици. Материалът на външната повърхност се разтяга (опън), докато вътрешната повърхност се компресира. Неутралната ос — приблизително на 40–44 % от дебелината на материала от вътрешната повърхност — остава с приблизително постоянна дължина.
Операциите по огъване могат да се извършват в преса, матрица за щамповане с вградени станции за огъване или специална матрица за формоване. Изборът зависи от геометрията на частта, производствения обем и изискванията за толеранс.
Видове огъване при метално щамповане
Различните профили на огъване изискват различни подходи към инструментите. Таблицата по-долу сравнява най-често срещаните видове огъвания, използвани при производствено щамповане.
| Тип на огъване | Описание | Типични приложения | Сложност на матрицата | Чувствителност на пружинно връщане |
|---|---|---|---|---|
| V-Bend | Щанцоване притиска листа във V-образна кухина на матрицата | Скоби, капаци, прости фланци | Нисък | Умерен |
| L-огъване | Единичен 90° фланец, оформен срещу рамо на матрицата | L-скоби, монтажни пластини, ръбови фланци | Нисък | Умерен |
| U-Bend | Лист, оформен в профил на U-канал | Канали, корита, усилващи ребра | Среден | Висок (две завои) |
| Z-Bend | Две противоположни завои, създаващи Z-изместване | Отмествания за хлабина, стъпкови скоби | Среден | Високо (кумулативно) |
| Подгъв | Ръб, прегънат на 180° върху себе си | Ръбове на панели, предпазни ръбове, автомобилни затваряния | Средно–високо | Нисък (захванат) |
| Огъване на кобилици/ролки | Постепенно изкривяване, образувано чрез валцоване или матрици за кобилици | Извити панели, цилиндрични черупки | Висока | Променлива |
| Огъване за изтриване | Лист, изтрит върху ръба на матрицата с подложка за натиск | Опростени огъвания на ръба, връщащи фланци | Нисък–среден | Умерен |
| Ротационно огъване | Въртящ се сегмент на матрицата оформя завоя | Прецизни огъвания, чупливи повърхности | Висока | Ниско (контролирано) |
Кога да изберете всеки тип
- V-образно и L-образно огъване са изборите по подразбиране за еднопосочни фланци. Те изискват най-простите инструменти и са подходящи за средни до големи обеми.
- U-образна коляна е идеална, когато имате нужда от профил на канал или корито. Очаквайте по-голяма пружина, защото две зони на огъване действат едновременно.
- Z-образен завой създава офсетни характеристики, но натрупва пружиниращо връщане от двете завои; план за по-строги ъглови толеранси.
- Подгъв заключва материала на място, като на практика елиминира отскока. Използвайте за безопасни ръбове или там, където е необходима равна повърхност на панела.
- Wipe bending работи добре за дълги, прави ръбове, където пълен комплект V-матрици би бил непрактичен.
Изчисляване на силата на огъване
Точното предвиждане на силата на огъване предотвратява претоварването на пресата и осигурява постоянно качество на огъване.
Формула за V-образна сила на огъване
Стандартната формула за V-образна сила на огъване е:
P = (C × S × L × T²) / W
Където:
– P = необходима сила на огъване (kN)
– C = коефициент на матрицата (1,3 за V-образно огъване с отвор на матрицата = 8T; 1,2 за 12T; 1,0 за 16T)
– S = материал якост на опън (MPa)
– L = дължина на огъване (mm)
– T = дебелина на материала (mm)
– W = ширина на отвора на матрицата (mm)
Практически пример
Дадено: Мека стомана (якост на опън 400 MPa), дебелина 2,0 mm, дължина на огъване 500 mm, отвор на матрицата 16 mm (8 × T), V-образно огъване.
P = (1,3 × 400 × 500 × 2,0²) / 16
P = (1,3 × 400 × 500 × 4) / 16
P = 1 040 000 / 16
P = 65 kN (приблизително 6,6 тона)
Въздушно огъване срещу дъно срещу коване
| Метод | Описание | Изискване за сила | Точност |
|---|---|---|---|
| Въздушно огъване | Перфораторът не ляга напълно; ъгъл, контролиран от дълбочина | 50–60 % от силата на дъното | ±0,5° типично |
| Дъно (фланец за коване) | Плосък пресован материал срещу стени на матрицата | 3–5 × сила на въздушно огъване | ±0.25° |
| Коване | Пълният тонаж щампова радиуса на огъване в материала | 5–10 × въздушно огъване сила | ±0.1° |
Въздушното огъване е най-разпространеният метод в производственото щамповане, тъй като използва по-нисък тонаж и позволява регулиране на ъгъла без промяна на инструментите.
Springback: Изчисление и компенсация
Какво е Springback?
Когато поансонът се прибира, еластичното възстановяване води до леко отваряне на ъгъла на огъване и увеличаване на радиуса на огъване. Този springback е най-големият източник на грешка в размерите при щамповани завои.
Фактори на пружинно връщане
Пружинно връщане зависи от:
– Якост на провлачване на материала — по-висок добив = повече пружиниращо връщане
– Съотношение радиус на огъване към дебелина (R/T) — по-голямо R/T = по-голяма еластичност
– Ъгъл на огъване — по-широките ъгли дават по-голяма абсолютна пружинна обратна сила
– Тип материал — алуминий и неръждаема стомана пружинира повече от мека стомана
Оценка на ъгъла на пружиниране
Практическо инженерно приближение:
Δα = (σ_y × R) / (E × T)
Където:
– Δα = ъгъл на пружиниране (радиани)
– σ_y = граница на провлачване на материала (MPa)
– R = вътрешен радиус на огъване (mm)
– E = модул на еластичност (MPa)
– T = дебелина на материала (mm)
Преобразуване на радиани в градуси: Δα (градуси) = Δα (рад) × 57,3
Таблица за компенсация на прекомерно огъване
За постигане на целевия ъгъл на огъване, поансонът трябва да прегъне материала. Таблицата по-долу показва типичните ъгли на прегъване, необходими за достигане на краен ъгъл от 90°.
| Материал | Дебелина (mm) | Съотношение R/T | Пружинно връщане (°) | Ъгъл на огъване до удар 90° |
|---|---|---|---|---|
| Мека стомана (SPCC) | 1.0 | 1.0 | 1.5–2.0 | 91.5–92.0° |
| Мека стомана (SPCC) | 2.0 | 1.0 | 1.0–1.5 | 91.0–91.5° |
| Мека стомана (SPCC) | 2.0 | 3.0 | 2.5–3.5 | 92.5–93.5° |
| Неръждаема стомана (SUS304) | 1.0 | 1.0 | 3.0–4.0 | 93.0–94.0° |
| Неръждаема стомана (SUS304) | 2.0 | 1.0 | 2.0–3.0 | 92.0–93.0° |
| Алуминий 5052-H32 | 1.0 | 1.0 | 2.5–3.5 | 92.5–93.5° |
| Алуминий 5052-H32 | 2.0 | 1.0 | 1.5–2.5 | 91.5–92.5° |
| Алуминий 6061-T6 | 1.5 | 2.0 | 4.0–5.5 | 94.0–95.5° |
| Мед C110 | 1.0 | 1.0 | 2.0–3.0 | 92.0–93.0° |
Практическа бележка: Винаги потвърждавайте ъглите на прегъване с мостри от първи артикул. Теоретичните стойности са отправни точки - действителното пружинно връщане варира в зависимост от партидата на материала, посоката на зърното и износването на матрицата.
Методи за контрол на Springback
- Въздушно огъване с преогъване — най-често срещаният подход; регулирайте дълбочината на удара, за да компенсирате.
- Изваждане на дъното / монетосечене — принуждава материала да се приспособи напълно към матрицата, намалявайки пружинното връщане до ±0,25°.
- Коване на радиуса на огъване — щампова точен радиус в материала, минимизирайки еластичното възстановяване.
- Избор на материал — изберете сплави с по-ниски съотношения на провлачване към UTS (напр. темперирани откалки пред пълна твърдост).
- Релефни или монетни ребра — добавете локално укрепване по линията на огъване, за да устоите на еластичното възстановяване.
- Ролково или ротационно огъване — прогресивно оформя огъването, разпределяйки напрежението и намалявайки пиковото еластично напрежение.
- Огъване с помощта на топлина — за сплави с висока якост локализираното нагряване намалява границата на провлачване и обратното връщане.
Таблица с минимален радиус на огъване
Превишаването на минималния радиус на огъване причинява напукване на външната повърхност. Таблицата по-долу предоставя ориентировъчни стойности за обичайните материали.
| Материал | Закалка | Мин. Радиус на огъване (× T) |
|---|---|---|
| Мека стомана (SPCC, DC01) | Отгрята | 0,5 T |
| Мека стомана (SPCC, DC01) | 1/4 Твърд | 1.0 T |
| Неръждаема стомана 304 | Отгрята | 1.0 T |
| Неръждаема стомана 304 | 1/4 Твърд | 2.0 T |
| Неръждаема стомана 316 | Отгрята | 1.0 T |
| Алуминий 1100 | O (отгрят) | 0 T (може да се огъне до нулев радиус) |
| Алуминий 5052-H32 | 1/4 Твърд | 1,5 T |
| Алуминий 6061-T6 | Пълен твърд | 3.0–4.0 T |
| Мед C110 | Отгрята | 0 T |
| Месинг C260 | Отгрята | 0 T |
| Месинг C260 | Половин твърд | 1.0 T |
| Титан клас 2 | Отгрята | 2,5–3,0 T |
| Нисколегирана сплав с висока якост (HSLA) | Валцована | 2.0–3.0 T |
Основни правила:
– Огъвайте перпендикулярно на посоката на валцоване (посоката на зърното), когато е възможно – огъването успоредно на зърното увеличава риска от напукване с 30–50 %.
– По-меките нрави позволяват по-тесни радиуси. Посочете закален материал, ако тесните завои са критични.
– За алуминий 6061-T6 напукването е обичайно под 3T. Помислете за 6061-O (закален) и повторно термично третиране след формоване.
Често срещани дефекти при огъване и решения
Дори при правилни изчисления производственото огъване може да доведе до дефекти. Таблицата по-долу изброява най-честите проблеми и техните първопричини.
| Дефект | Описание | Основна причина | Решение |
|---|---|---|---|
| Напукване на повърхността | Пукнатини по външна повърхност на огъване | Радиусът на огъване е твърде голям; твърде твърд материал; грешна посока на зърното | Увеличете радиуса; използвайте по-мек нрав; завъртете заготовката на 90° до зърно |
| Пружинно връщане / ъглово отклонение | Крайният ъгъл се отваря извън толеранса | Недостатъчно прегъване; високо съотношение R/T | Увеличете хода на удара; използвайте дънна матрица; добавете ковани ребра |
| Набръчкване по вътрешния радиус | Компресивни бръчки от вътрешната страна на огъването | Прекомерно напрежение на натиск; тънък материал; голям R/T | Намалете отвора на матрицата; използвайте wipe bending; добавете опора за гърба |
| Изкривяване на ръбовете | Ръбовете се разширяват или се извиват в краищата на огъване | Свободен материал в краищата, който не се поддържа по време на огъване | Добавете релеф на ръба прорези; използвайте по-широк отвор на матрицата; добавете задържащи подложки |
| Усукване | Частите се усукват по оста на огъване | Неравномерна дебелина на материала; нецентрално натоварване; зърнеста анизотропия | Баланс на силата на удара; използвайте приспособления против усукване; проверете консистенцията на празната заготовка |
| Изместване на размерите | Дължина на фланеца или позиция на огъване извън спецификацията | Поток на материала по време на огъване; износване на инструментална екипировка | Редизайн на празните размери; подменете износените инструменти; добавете пилотни дупки |
| Повърхностно повреждане / натъртване | Драскотини или прихващане на материал върху поансон/ матрица | Недостатъчно смазване; грапава повърхност на инструмента; високо контактно налягане | Подобряване на смазването; полиране на повърхности на матрицата; използвайте инструментална стомана с покритие |
| Напукване на линията на огъване при прорез | Пукнатина, започваща при прорез или изрязване близо до огъване | Концентрация на напрежение в ръба на елемента | Добавяне релефи в ъглите на прореза; преместете прореза далеч от зоната на огъване |
Дизайн на матрицата за огъване Ключови точки
Правилната конструкция на матрицата е в основата на последователното, висококачествено огъване. Следните съображения се отнасят както за специалните матрици за огъване, така и за станциите за огъване в прогресивните матрици.
1. Ширина на отвора на матрицата
Отворът на матрицата (V-ширина) пряко влияе върху качеството на огъване и необходимата сила.
Основно правило: W = 6T до 12T за въздушно огъване; W = 8T е обща начална точка.
- Твърде тесен: висок тонаж, риск от дъно на удара, повърхностна маркировка
- Твърде широк: лош контрол на ъгъла, прекомерна пружина, изкривяване на ръба
2. Радиус на удара
Радиусът на върха на перфоратора трябва да бъде 0,5T до 1,5T за стандартно въздушно огъване. По-малкият радиус увеличава напрежението върху външната повърхност и повишава риска от напукване; по-големият радиус увеличава отскока.
3. Радиус на рамото на матрицата
Радиусът на рамото на матрицата (извитият преход от лицето на матрицата към V-образната кухина) обикновено варира от 2T до 4T. По-острото рамо намалява ефективния радиус на огъване, но увеличава съпротивлението на материала и износването на инструментите.
4. Материал и покритие за компоненти на матрицата
| Компонент | Препоръчителен материал | Повърхностна обработка |
|---|---|---|
| Щанс | D2, DC53 или карбид (за голям обем) | TiN или TiCN покритие за устойчивост на износване |
| Щанцов блок | D2, SKD11 | Твърд хром или азотиране |
| Притискащ тампон / стрипер | A2 или S7 | Черен оксид или фосфат |
5. Пружинни подложки и оголвачи
Пружинно натоварена притискаща подложка държи заготовката плоска по време на огъване, предотвратява изкривяването на ръба и поддържа точността на позицията на огъване. Силата на подложката трябва да бъде 10–20 % от силата на огъване.
6. Ъглова компенсация в матрицата
За производство на голям обем, изградете фиксиран ъгъл на прегъване (на базата на таблицата с пружинно връщане по-горе), вместо да разчитате на регулиране на дълбочината на пресата. Типични ъгли на матрицата за 90° завършени огъвания:
- Мека стомана: 88–88,5° ъгъл на матрицата (ъгъл на щанца 88°)
- Неръждаема стомана 304: 86–87° ъгъл на матрицата
- Алуминий 6061-T6: 84–85° ъгъл на матрицата
7. Релефни вдлъбнатини и пилотни функции
Когато огъването завършва на ръба на фланеца, добавете релефен вдлъбнатина (обикновено 1,5T × 1,5T) в крайните точки на огъването, за да предотвратите изкривяване и разкъсване на ръба. За части с критично позициониране включете пилотни отвори близо до линията на огъване за локализиране в матрицата.
8. Сваляне и изваждане на част
След огъване частта може да захване поансона. Планирайте за премахване на пружини, изхвърляне на въздух или избиващи щифтове, за да осигурите надеждно отстраняване на частта при всеки ход.
Най-добри практики за производствено огъване
- Първо прототип. Пуснете проби от първия артикул и измерете пружинното връщане, преди да се ангажирате с ъглите на производствените инструменти.
- Контрол на входящия материал. Вариациите в дебелината, температурата и посоката на зърното директно влияят върху консистенцията на ъгъла на огъване.
- Използвайте лубрикант. Устойчив лубрикант за щамповане (хлориран парафин или синтетичен естер) намалява стъргането и подобрява покритието на повърхността.
- Следете износването на инструментите. Промяна на радиуса на щанца и радиуса на рамото на матрицата с употреба — планирайте интервалите за превантивна поддръжка въз основа на броя на ходовете.
- Документирайте всичко. Запишете дълбочината на пробиване, тонажа и измерените ъгли за всяка настройка. Тези данни стават безценни за отстраняване на проблеми и бъдещо проектиране на инструменти.
Често задавани въпроси
Каква е разликата между въздушно огъване, дъно и монетосечене при огъване с щамповане на метал?
Въздушното огъване формира огъването чрез изтласкване на материала в матрицата без пълен контакт — дълбочината на удара контролира ъгъла, а пружинното връщане се компенсира от прекомерно огъване. Полагането на дъното притиска материала напълно към стените на матрицата, намалявайки значително отскока. Кованенето прилага изключителна сила, за да зададе трайно радиуса на огъване в материала, като на практика елиминира пружинното връщане, но изисква 5–10 пъти повече тонаж от въздушното огъване.
Как да изчисля минималния радиус на огъване за моя материал?
Умножете дебелината на материала (T) по фактора на минималния радиус на огъване за вашата сплав и температура. Например, загрята неръждаема стомана 304 има коефициент 1.0T - така че лист от 2.0 mm може да се огъне до минимален вътрешен радиус от 2.0 mm. Винаги огъвайте перпендикулярно на посоката на валцуване, когато е възможно, и се консултирайте с техническите листове за материалите за специфични класове сплави.
Защо моята огъната част се връща повече от очакваното?
Прекомерното пружиниране обикновено е резултат от един или повече от тези фактори: съотношението радиус на огъване към дебелина (R/T) е твърде голямо, границата на провлачване на материала е по-висока от посочената (проверете сертификатите за материала), посоката на зърното е успоредна на линията на огъване или отворът на матрицата е твърде широк. Намалете R/T, завъртете заготовката, превключете към по-мек нрав или използвайте дъно/коване, за да контролирате пружинирането.
Какво причинява напукване по външната повърхност на огъване?
Напукване на външната повърхност възниква, когато напрежението на опън върху външната страна на завоя надвиши границата на удължение на материала. Честите причини включват радиус на огъване под минималния на материала (вижте таблицата с радиуси по-горе), огъване, успоредно на посоката на валцуваното зърно, материал, който е твърде твърд или закален при работа, или остър радиус на щанца, който концентрира напрежението. Увеличете радиуса на огъване, използвайте закален материал или завъртете заготовката на 90° спрямо зърното.
Как ширината на отвора на матрицата влияе върху качеството на огъване?
Ширината на отваряне на V-матрица (W) контролира радиуса на огъване, необходимата сила и пружиниращо връщане. Общата насока е W = 6T до 12T, с 8T като обща начална точка. По-тесният отвор води до по-малък радиус с по-малко пружиниране, но изисква по-голям тонаж и рискува маркиране на повърхността. По-широкият отвор намалява тонажа, но увеличава еластичността и може да причини изкривяване на ръба. Съобразете отвора с дебелината на материала и желания радиус на огъване.
Заключение
Метално щамповане, огъване е измамно сложна операция. Взаимодействието между свойствата на материала, геометрията на огъване и дизайна на инструменталната екипировка определя дали дадена част достига толеранс или завършва в кофата за скрап. Чрез избиране на правилния тип огъване, точно изчисляване на силата на огъване и пружиниране, спазване на минималните радиуси на огъване и проектиране на матрици с подходяща компенсация, можете да постигнете повтарящи се, висококачествени огъвания при производствени обеми.
Имате нужда от партньор за прецизно огъване? В щамповани метални части ние проектираме и произвеждаме персонализирани огънати компоненти от прототип до производство в голям обем. Поискайте оферта или се свържете с нашия инженерен екип, за да обсъдим следващия ви проект.