Pliage par bossage et formage à l'air de la tôle sur la presse plieuse

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Ce mois-ci, nous nous penchons sur les subtilités du pliage en bosse et revenons aux bases du formage à l'air, en examinant la relation entre l'ouverture de la matrice, le rayon de pliage intérieur et l'épaisseur du matériau.

Les deux sujets révèlent à quel point la flexion peut être subtile et complexe. En ce qui concerne la courbure de la bosse, ce qui fonctionne pour le matériau de jauge peut ne pas fonctionner pour la plaque. Et lorsqu'il s'agit de prédire le rayon de courbure intérieur dans le formage à l'air, différents matériaux provenant de différents fournisseurs peuvent conduire à des résultats très différents.

Question : J'ai récemment acheté un exemplaire de votre livre, Bending Basics. J'ai une question sur la courbure du rayon de bosse, que vous abordez au chapitre 44, en particulier concernant la formule que vous utilisez pour la profondeur approximative de pénétration dans la pièce.

J'ai besoin de cogner un matériau de 0,125 pouce d'épaisseur à un angle de 30 degrés (mesuré à partir de l'extérieur du coude) avec un 26 pouces. rayon. J'ai du mal à appliquer les équations que vous écrivez dans votre livre : longueur de l'arc du rayon intérieur = 2πr × (degrés d'angle de courbure/360), r étant égal au rayon intérieur en forme de bosse. En branchant les chiffres, j'obtiens un 16,613 pouces. longueur de l'arc.

En supposant 2 degrés par virage, j'ai besoin de 15 bosses pour obtenir un angle externe de 30 degrés (30/2 = 15). Cela signifie que la distance entre les bosses (le pas du rayon) doit être de 1,107 po (16,613/15 = 1,107). Je double cela pour obtenir ma largeur de matrice idéale de 2,214 po. Enfin, je calcule la profondeur de pénétration approximative : [(Largeur de matrice/2) + Épaisseur du matériau - 0,02. Lorsque je branche les chiffres, j'obtiens une profondeur de pénétration de 1,212 po. Cette profondeur de pénétration n'a pas de sens pour moi. J'espère que vous pourrez me dire ce que je fais mal !

Réponse : Il y a plusieurs raisons pour lesquelles cela ne fonctionne pas pour vous. Tout d'abord, le processus fonctionne mieux pour les matériaux 16 ga. et plus mince - ce n'est vraiment pas valable pour l'épaisseur du matériau avec lequel vous travaillez. Cela ne signifie pas que les courbures de rayon de bosse ne sont pas possibles dans des matériaux plus épais. Ils peuvent fonctionner, mais ne donnent généralement pas de bons résultats en raison des grandes ouvertures de matrice dont ils ont besoin.

La deuxième et la plus importante raison est la taille du rayon intérieur, 26 pouces. Un grand rayon est mieux adapté au roulage plutôt qu'à la bosse sur une presse plieuse. Pourquoi? Parce que même si votre courbure n'est que de 2 degrés à chaque ligne de courbure "cognée", la distance (pas de rayon) est trop grande entre chaque courbure individuelle. Un rayon en forme de bosse implique une série de petits plats entre chaque courbure, quelle que soit la distance entre les lignes de courbure. Néanmoins, la surface extérieure du coude doit avoir un aspect et un toucher lisses. Lors de la formation de bosses avec une grande distance entre les lignes de pliage, cet aspect lisse devient plus difficile à obtenir.

Dans votre cas, avec 1,107 po entre les lignes de pliage, la surface extérieure ne sera pas lisse (voir Figure 1). Au lieu de cela, vous vous retrouverez avec une série d'appartements espacés de 1,107 po. Se cogner un rayon de 26 pouces nécessitera beaucoup plus de virages pour une surface extérieure lisse. Si vous deviez cogner chaque coude d'un demi-degré au lieu de 2 degrés, vous auriez besoin de cogner 60 coudes individuels pour produire un angle de cognement de 30 degrés. Cependant, le pas de rayon entre chaque coude sera réduit à 0,223 po, une valeur raisonnable.

Pour la largeur de la matrice, vous doublerez généralement le pas du rayon. Doubler le pas du rayon devrait vous donner une ouverture de matrice légèrement plus petite qu'une ouverture optimale. Cette ouverture de matrice plus petite permet au matériau que vous formez de s'étendre sur les deux épaulements, stabilisant l'emplacement du pliage (voir Figure 2). Dans l'exemple qui vient d'être cité, l'ouverture de la matrice serait de 0,446 po, vous donnant le choix d'utiliser un 0,472 po. ou un 0,394 pouces. ouverture.

Considérant que votre matériau a une épaisseur de 0,125 pouce, une ouverture de matrice optimale serait de 0,709 pouce et nécessiterait un tonnage d'environ 1,07 par pouce pour un acier résistant à la traction de 60 000 PSI. Déposez l'ouverture de la matrice à 0,394 pouce et votre tonnage double presque, passant à 1,959 tonnes par pouce. Ce tonnage accru peut ou non être un problème pour vous, mais il marquera sans aucun doute le matériau en mettant des plis dans ce qui devrait être une surface extérieure lisse.

FIGURE 1. Le pas de rayon (distance entre les lignes de courbure) détermine à quel point un virage en bosse sera saccadé ou lisse.

Plus de quatre fois plus grand qu'un 0.394-in. mourir., votre 2.214-in. l'ouverture de la matrice est bien plus grande que nécessaire pour un coude à rayon de bosse. C'est aussi pourquoi vos chiffres approximatifs de profondeur de pénétration semblent très éloignés.

Avant de vous donner un exemple du fonctionnement de ce processus, considérez un point clé : la valeur que vous calculez représente la valeur de pénétration où le point zéro se trouve au bas de la matrice.

Voyons comment fonctionnent ces calculs pour les épaisseurs de matière adaptées à ce type d'opération. Ici, nous allons exécuter les calculs pour un morceau de 16-ga. matériel avec un 4-in. rayon de courbure intérieur à 90 degrés d'angle de courbure.

Longueur de l'arc au rayon intérieur = 2πr × (degrés d'angle de courbure/360)

Longueur de l'arc au rayon intérieur = 2π4 × (90/360) = 6,238 po.

Degrés de courbure/Degrés par courbure = Nombre de bosses

90/2 = 45 bosses

Pas de rayon (distance entre les bosses) = longueur d'arc au rayon intérieur/nombre de bosses

Pas de rayon = 6,238/45 = 0,139

Largeur de matrice idéale = Pas de rayon × 2

FIGURE 2, La pièce à usiner doit s'asseoir d'équerre sur les épaulements de la matrice pour maintenir la pièce d'équerre contre les butées de calibrage.

Largeur de matrice idéale = 0,139 × 2 = 0,278 po.

Profondeur de pénétration approximative = (Largeur de matrice/2) + Épaisseur du matériau – 0,02

Environ. profondeur de pénétration = 0,139 + 0,062 - 0,02 = 0,181 po.

Comme vous pouvez le constater, même si vos calculs étaient corrects, ils n'étaient tout simplement pas fonctionnels pour le produit que vous tentiez de remplacer. Bien que vous puissiez, en théorie, créer le rayon bosselé de 30 degrés en utilisant les données que vous avez calculées pour un angle de courbure de 2 degrés à chaque bosse, ce ne serait pas lisse. Et si vous alliez à un demi-degré d'angle de courbure dans une matrice plus petite utilisant 60 courbures, l'application prendrait beaucoup de temps et serait probablement peu pratique. De plus, la charge de tonnage excessive pourrait endommager la surface de la pièce.

Question : J'aimerais connaître la relation entre l'ouverture de la matrice et le rayon intérieur. Par exemple, disons que je forme un matériau de 0,060 po d'épaisseur sur un 0,472 po. mourir à 90 degrés. Quel sera mon rayon ?

Réponse : Vous recherchez la règle des 20 %, qui peut être utilisée pour estimer ce que sera un rayon de courbure intérieur formé par l'air. C'est juste un titre pour une règle empirique, un point de départ, et vous devez être prêt à faire face aux erreurs. La plupart des erreurs que nous rencontrons proviennent du matériau. La répétabilité de la presse plieuse moderne est en microns, mesurée en un millionième de mètre, mais le matériau a toutes sortes de zones de tolérance. Prenez un morceau de A36 16-ga. matériel. La plage de tolérance d'épaisseur pour 16 ga. se situe entre 0,053 po et 0,067 po, une variation de 0,014 po. La limite d'élasticité commence à 36 000 PSI mais peut atteindre 43 000 PSI, soit une différence de 13 %. Pourquoi est-ce que je te dis ça ? C'est parce que lorsque nous examinons la règle des 20 %, nous devons réaliser que la réponse que vous calculez ne sera jamais parfaite.

Passons maintenant à la règle elle-même. La règle des 20 % explique comment le rayon formé par l'air est créé dans divers matériaux. Dans le formage à l'air, le rayon se forme en pourcentage de l'ouverture de la matrice :

Inox 304 : 20% à 22% de l'ouverture de la filière

Acier laminé à froid de résistance à la traction 60-KSI (matériau de base) : 15 % à 17 %

Aluminium 5052 H32 : 10% à 12%

Vous pouvez commencer avec le pourcentage médian - 21 % pour l'acier inoxydable 304, 16 % pour l'acier laminé à froid 60-KSI, 11 % pour l'aluminium 5052 H32 - puis ajuster à partir de là. Et si vous formiez un matériau différent ? C'est facile. Il suffit de comparer la résistance à la traction du nouveau matériau au pourcentage utilisé (16 %) pour notre matériau de référence, résistant à la traction de 60 000 PSI. Donc, disons que vous formez un matériau qui a une résistance à la traction de 120 000 PSI. Dans ce cas, vous détermineriez le pourcentage comme suit :

Pourcentage d'ouverture de matrice pour un rayon formé à l'air = 0,16 × (Résistance à la traction du matériau en PSI/60 000)

Pourcentage d'ouverture de matrice pour le rayon formé à l'air = 0,16 × (120 000/60 000) = 0,32 ou 32 %

C'est là que la relation entre le rayon de courbure intérieur et l'ouverture de la matrice est établie, en supposant que vous utilisez une ouverture de matrice appropriée à l'épaisseur. (Note de l'éditeur : pour en savoir plus à ce sujet, recherchez « sélection de filières pour la presse plieuse » sur TheFabricator.com.) En supposant que votre sélection de filières est aussi proche que possible de l'optimum, vous multipliez l'ouverture de la filière par le pourcentage médian du matériau. Pour notre exemple A36, c'est 16 %. Voici comment vous l'appliqueriez à votre 0,472 pouces. ouverture de matrice :

0,472 × 0,16 = 0,075 po. rayon de courbure intérieur

Modifiez la valeur en pourcentage dans les calculs si les nombres sont petits ou grands. Vous constaterez que les valeurs en pourcentage sont raisonnablement précises, en particulier si vous restez avec un seul fournisseur pour votre matériel. Si vous utilisez plusieurs fournisseurs, il serait préférable d'utiliser la valeur médiane en pourcentage pour tous les calculs que vous effectuez. Une fois que vous avez trouvé le pourcentage approprié et que vous l'avez multiplié par l'ouverture de la matrice, vous utilisez cette valeur pour calculer vos tolérances de pliage et vos déductions de pliage.

Une dernière chose : la règle des 20 % s'applique uniquement à la formation d'air. Le cintrage inférieur et la frappe inscrivent le rayon du nez du poinçon dans le matériau, de sorte que l'ouverture de la matrice n'affecte pas le rayon de courbure intérieur.