¿Alguna vez se ha preguntado cómo determinar con precisión la fuerza de flexión necesaria para la fabricación de chapa metálica? En esta interesante entrada de blog, profundizaremos en las complejidades de los cálculos de fuerza de flexión, aprovechando la experiencia de ingenieros mecánicos experimentados. Descubra los factores clave que influyen en la fuerza de flexión y aprenda a utilizar fórmulas probadas para optimizar sus procesos de conformado de metal. ¡Prepárese para ampliar sus conocimientos sobre plegado de chapa metálica!
Actualmente, las fórmulas comúnmente utilizadas para calcular la fuerza de flexión se derivan en gran medida de fuentes extranjeras y a menudo carecen de información clara sobre sus orígenes o contextos aplicables.
Este artículo analiza sistemáticamente el proceso de derivación de la fórmula de cálculo de la fuerza de flexión y describe los parámetros necesarios.
Además, presentaremos un nuevo enfoque para calcular la fuerza de flexión, con el objetivo de ampliar su aplicabilidad en varios escenarios.
Fórmula de fuerza de flexión de chapa metálica
En los últimos años, el prensa máquina de freno Ha sido adoptado ampliamente en diversas industrias, mejorando significativamente sus capacidades de procesamiento.
A pesar de su popularidad, ha habido una notable falta de discusión sistemática con respecto al cálculo de la fuerza de flexión.
Actualmente, existen dos tipos principales de fórmulas de cálculo de fuerza de flexión recomendadas por los manuales de productos de diferentes fabricantes de prensas plegadoras:
- P= 650⋅S2⋅l / V
- P= 1.42⋅S2⋅l⋅σb / V
En estas fórmulas:
- P = fuerza de flexión (kN)
- S = espesor de la chapa (mm)
- l = longitud de plegado de la chapa (m)
- V = ancho de la abertura de la matriz inferior (mm)
- σb = resistencia a la tracción del material (MPa)
Las fórmulas recomendadas por los fabricantes para calcular la fuerza de flexión se derivan de las fórmulas mencionadas anteriormente.
Aunque estas fórmulas prevalecen en varios folletos de productos, a menudo no hay pruebas suficientes que respalden su precisión.
Derivación de la fórmula de cálculo de la fuerza de flexión y su ámbito de aplicación
La figura 1 ilustra una representación esquemática del proceso de doblado de una lámina.
- P: Fuerza de flexión
- S:Espesor de la chapa
- V: Ancho de la abertura de la matriz inferior
- r: Radio interior durante el proceso de doblado
- K: Ancho de la proyección horizontal de la zona de deformación durante la flexión
El cálculo de la fuerza de flexión y sus parámetros asociados se explican a continuación:
Para un doblado libre, el ancho recomendado de la abertura de la matriz inferior (V) debe ser de 8 a 10 veces el espesor de la lámina (S), con una relación objetivo entre el ancho y el espesor de V/S= 9.
presiona el freno Los fabricantes suelen proporcionar valores para el ancho de la matriz (V) y el radio interior (r) de la pieza doblada en sus tablas de parámetros de fuerza de doblado. La relación radio-ancho suele definirse como r=(0.16 a 0.17)V, siendo comúnmente aplicado el valor de 0.16.
Durante el proceso de doblado, el material en la zona de deformación experimenta una deformación plástica significativa, lo que le permite doblarse alrededor de la línea central. En algunos casos, pueden formarse pequeñas grietas en la superficie exterior del área curvada.
La tensión en la zona de deformación, excepto cerca de la capa central, se aproxima a la resistencia a la tracción del material, con la parte superior de la capa neutra bajo compresión y la parte inferior en tensión.
La figura 2 muestra la sección transversal y la distribución de tensiones correspondiente en la zona de deformación.
- S:Espesor de la chapa
- l:Longitud de plegado de la chapa
El momento flector en la sección de la zona de deformación se expresa de la siguiente manera:
El momento de flexión producido por la fuerza de flexión en la zona de deformación se ilustra en la Figura 1.
Desde M1=M2, derivamos:
Al doblar una lámina con un molde universal en una dobladora, como se muestra en la Figura 3, la mayoría de las láminas se doblan a 90°. En este caso, K Se define como:
sustituyendo K en la ecuación (1), obtenemos:
La resistencia a la tracción de los materiales ordinarios, σb, es de aproximadamente 450 N/mm². Este valor puede utilizarse en la fórmula (2) para los cálculos.
La fórmula resultante para calcular la fuerza de flexión coincide con la información proporcionada en folletos extranjeros.
Las variables en esta fórmula incluyen:
- S:Espesor de la chapa
- r: Radio interior durante la flexión
- K: Ancho de la proyección horizontal de la zona de deformación por flexión
A partir del proceso de derivación, es esencial cumplir dos condiciones adicionales cuando se utilizan las fórmulas (2) o (3) para calcular la fuerza de flexión: la relación ancho-espesor (V/S) debe ser igual a 9 y la relación radio-ancho debe ser igual a 0.16.
El incumplimiento de estas condiciones puede dar lugar a errores importantes en los cálculos.
Nuevos métodos y pasos para calcular fuerzas de flexión
El cálculo de la fuerza de flexión puede volverse complejo cuando se cumplen los dos requisitos adicionales (relación ancho-espesor) V/S=9 y una relación radio-ancho = 0.16) no se pueden cumplir debido a limitaciones de diseño o proceso.
En tales casos, es recomendable seguir los siguientes pasos:
- Calcular la relación entre el ancho y el grosor y la relación entre el radio y el ancho:
Utilice el espesor de la hoja (S), radio de curvatura (r) y un ancho de apertura de matriz inferior (V) para determinar estas proporciones. - Determinar el ancho de proyección de la zona de deformación:
Tenga en cuenta los efectos de la deformación de la lámina al calcular el ancho de proyección de la zona de deformación. - Calcular la fuerza de flexión utilizando la fórmula (1):
Aplicar la fórmula (1) para calcular la fuerza de flexión, incorporando cualquier diferencia en el radio de curvatura y la zona de deformación correspondiente.
Siguiendo estos pasos, puede obtener un resultado más preciso y fiable que con las fórmulas comúnmente aceptadas. La Figura 4 ofrece un ejemplo que ilustra este proceso.
Ejemplo:
- Espesor de la chapa (S) = 6 mm
- Longitud de la hoja (l) = 4 m
- Radio de curvatura (r) = 16 mm
- Ancho de apertura de la matriz inferior (V) = 50 mm
- Resistencia a la tracción del material (σb) = 450 N/mm²
Pregunta: ¿Cómo podemos calcular la fuerza de flexión necesaria para el doblado con aire?
Estos son los pasos:
- Calcular la relación entre el ancho y el grosor y la relación entre el radio y el ancho:
Comience por determinar estas relaciones en función del espesor de la hoja y las dimensiones de la abertura de la matriz inferior.
- Calcular el ancho proyectado del área de deformación:
Evaluar el ancho proyectado del área de deformación considerando la deformación de la lámina durante el proceso de doblado.
- Calcular la fuerza de flexión utilizando la fórmula (1):
Por último, aplique la fórmula (1) para calcular la fuerza de flexión requerida.
Si se utiliza la fórmula comúnmente recomendada para calcular la fuerza de flexión, se puede inferir que:P1/P2=1.5
Esto indica que la diferencia entre P1 y P2 es 1.5 veces mayor.
La razón de esta discrepancia es que, en este ejemplo, el radio de curvatura es relativamente grande, lo que da como resultado un área deformada mayor y, en consecuencia, una mayor fuerza de curvatura requerida.
En este caso, la relación radio-ancho es de 0.32, lo que supera los criterios mencionados anteriormente.
El uso de la fórmula estándar para calcular la fuerza de flexión no es adecuado en este caso. Las ventajas de emplear el nuevo método de cálculo se hacen evidentes en este ejemplo.
Además, hay una calculadora en línea disponible para calcular la fuerza de flexión utilizando este nuevo método.
Tabla de resistencia a la tracción
| Material | Resistencia a la tracción | ||
|---|---|---|---|
| American | Europea | China | N / mm² |
| 6061 Aluminio | Alu50 | LD30 | 290 |
| 5052 Aluminio | Alu35 | LF2 | 303 |
| 1010 Acero dulce | DC01 | 10 / 10F | 366 |
| A 536 -80 G 60-40-18 | GGG-40 | QT400-18 | 400 |
| Un 351 G CF 8 | GX 6CrNi 18 9 | P235 | 450 |
| Un 572 G50 | S 355 MC | P345 | 550 |
| Acero inoxidable 304 | Acero inoxidable V2A | 0CR18NI9 | 586 |
| Acero inoxidable 316 | Acero inoxidable V4A | 0Cr17Ni12Mo2 | 600 |
| 4140 Baja aleación | 42CrMo4 | 42CrMo | 1000 |
Fórmulas para el cálculo de la fuerza de flexión para acuñación
Las fórmulas para calcular los parámetros de acuñado difieren de las utilizadas en el curvado por aire:
- Ancho de la matriz en V:
V = espesor de la chapa metálica × 5
- Radio interno:
El radio interno está determinado por la punta del punzón y debe calcularse utilizando la siguiente fórmula:
Radio = espesor de la chapa × 0.43
- Fuerza requerida para acuñar:
La fuerza necesaria para acuñar se puede calcular de la siguiente manera:
F(kN/m) = Espesor2 × 1.65 × Resistencia a la tracción (N/mm2) × 4.5 / Ancho de la matriz en V
- Borde interno mínimo:
La fórmula para calcular el borde interno mínimo sigue siendo la misma:
Borde interno mínimo = Matriz en V × 0.67
Fórmulas de cálculo de la fuerza de flexión para la curva en Z
Ciertas herramientas requieren una fuerza específica para ceder el paso a la chapa metálica y controlar la recuperación elástica para lograr el perfil deseado.
Por ejemplo, considere las herramientas de empuje, que crean dos dobleces simultáneamente con una distancia corta entre el doblez y el contradoblez. Dado que estas herramientas realizan dos dobleces a la vez, la recuperación elástica debe contrarrestarse completamente mediante acuñado.
La ecuación para calcular la fuerza necesaria es:
Lugar:
- KN/m = fuerza necesaria por metro
- Z = movimiento en mm
- Número de curvas = 2 para una curva en Z
Las herramientas de ajuste generalmente consisten en un portainsertos en el cual se aseguran las herramientas de ajuste seleccionadas mediante tornillos prisioneros, en función del ajuste y el ángulo deseados.
Es fundamental consultar con el fabricante antes de realizar una compra, ya que estos sistemas están diseñados para doblar chapa fina, con un espesor máximo de 2 mm. Sin embargo, el espesor máximo real puede depender del tipo de inserto utilizado y podría ser inferior a 2 mm.
Conclusión
Las fórmulas y pasos proporcionados para calcular la fuerza de flexión son aplicables no solo al doblado angular de chapas, sino también al doblado en forma de arco, que técnicamente se considera un doblado angular con un radio de curvatura grande.
Es fundamental recordar que la formación de un arco requiere un diseño de molde especializado. Al proyectar el área de deformación, los cálculos deben basarse en los parámetros específicos del proceso establecidos durante la fabricación, ya que estos no pueden determinarse con una sola fórmula.
Por ejemplo, en una fábrica de torres de hierro, doblamos con éxito un cilindro con un espesor de pared de 12 mm, un diámetro de 800 mm y una longitud de 16 m utilizando una prensa plegadora de 28,000 XNUMX kN y un molde circular. Se emplearon los métodos descritos en este artículo para calcular la fuerza de flexión, obteniendo resultados satisfactorios durante el proceso de diseño del molde para la forma de arco.
