Alguma vez se interrogou sobre como calcular com precisão a força de flexão necessária para o fabrico de chapas metálicas? Nesta publicação perspicaz do blogue, vamos explorar os meandros do cálculo da força de flexão, com base na experiência de engenheiros mecânicos experientes. Descubra os principais factores que influenciam a força de flexão e saiba como aplicar fórmulas comprovadas para otimizar os seus processos de conformação de metal. Prepare-se para elevar o seu conhecimento sobre dobragem de chapas metálicas a novos patamares!
Atualmente, as fórmulas de cálculo da força de flexão amplamente utilizadas foram adoptadas a partir de fontes estrangeiras sem qualquer informação sobre a sua origem ou âmbito de aplicação.
Este artigo apresenta uma análise sistemática do processo de derivação da fórmula de cálculo da força de flexão, bem como dos parâmetros necessários.
Além disso, é introduzida uma nova abordagem para o cálculo da força de flexão para alargar o seu âmbito de aplicação.
Nos últimos anos, o máquina de prensagem ganhou uma utilização generalizada em várias indústrias e expandiu as suas capacidades de processamento.
Apesar da sua popularidade, tem havido uma falta de discussão sistemática sobre o cálculo da força de flexão.
Atualmente, existem cerca de dois tipos de fórmulas de cálculo da força de flexão recomendadas pelos manuais de produtos de diferentes fabricantes de prensas dobradeiras.
Na fórmula:
A fórmula recomendada pelo fabricante para calcular a força de flexão baseia-se numa fórmula mencionada anteriormente.
Ambas as fórmulas foram retiradas de várias brochuras de produtos, mas não existe qualquer prova da sua exatidão.
Calculadora relacionada: Calculadora de tonelagem de prensa dobradeira
A figura 1 é uma representação esquemática do processo de dobragem de uma folha.
O cálculo da força de flexão e os seus parâmetros são explicados da seguinte forma:
A largura recomendada da abertura inferior da matriz (V) para a dobragem livre é de 8 a 10 vezes a espessura da chapa (S), com uma relação largura/espessura de V/S = 9.
Os fabricantes de prensas dobradeiras fornecem os valores da largura da matriz (V) e do raio interno (r) da peça de trabalho dobrada na sua tabela de parâmetros de força de flexão. O rácio raio/largura é normalmente r = (0,16 a 0,17) V, e neste caso, é utilizado o valor de 0,16.
Durante o processo de dobragem, o material na zona de deformação sofre uma deformação plástica significativa, fazendo com que se dobre em torno da linha central.
Em alguns casos, podem aparecer pequenas fissuras na superfície exterior da área curvada.
A tensão na zona de deformação, exceto perto da camada central, é próxima da resistência à tração do material, estando a parte superior da camada neutra comprimida e a parte inferior em tensão.
A figura 2 ilustra a secção transversal e o diagrama de tensões correspondente na zona de deformação.
O momento fletor na secção da zona de deformação é:
O momento fletor produzido pela força de flexão na zona de deformação está representado na Figura 1.
De M1 = M2, obtemos:
Ao dobrar uma chapa com um molde universal numa máquina de dobragem, como se mostra na Figura 3, a maioria das chapas é dobrada a 90°. Neste caso, K é:
Substituindo K na equação (1), obtém-se:
A resistência à tração dos materiais normais, σb, é de 450 N/mm². Este valor pode ser utilizado na fórmula (2) para calcular o resultado.
A fórmula de cálculo da força de flexão aqui obtida está de acordo com as informações fornecidas em brochuras estrangeiras.
As variáveis da fórmula são:
Como se pode ver no processo de derivação, quando se utilizam as fórmulas (2) ou (3) para calcular a força de flexão, é importante assegurar que são cumpridas duas condições adicionais: a relação entre a largura e a espessura (V/S) deve ser igual a 9 e a relação entre o raio e a largura deve ser igual a 0,16.
Se estas condições não forem satisfeitas, podem ocorrer erros significativos.
O cálculo da força de flexão pode ser complicado quando não é possível cumprir os dois requisitos adicionais (rácio largura/espessura V/S = 9 e rácio raio/largura = 0,16) devido a limitações de conceção ou de processo.
Nestas situações, é aconselhável seguir estes passos:
Estes passos fornecerão um resultado mais preciso e fiável do que a utilização da fórmula habitualmente utilizada. Um exemplo para ilustrar este processo é apresentado na Figura 4.
Dado: Espessura da chapa (S) = 6mm, Comprimento da chapa (l) = 4m, Raio de curvatura (r) = 16mm, Largura da abertura inferior da matriz (V) = 50mm, e Resistência à tração do material (σb) = 450N/mm².
Questão: Como podemos calcular a força de flexão necessária para a flexão de ar?
Eis os passos a seguir:
Em primeiro lugar, calcular a relação entre a largura e a espessura e a relação entre o raio e a largura:
Em seguida, calcular a largura projectada da área de deformação:
Finalmente, utilizar a fórmula (1) para calcular a força de flexão:
Se for utilizada a fórmula normalmente recomendada para calcular a força de flexão:
Pode deduzir-se de P1/P2 = 1,5 que a diferença entre P1 e P2 é 1,5 vezes.
A razão para esta discrepância deve-se ao facto de, neste exemplo, o raio de curvatura ser relativamente grande, o que resulta num aumento da área deformada e, por conseguinte, requer uma força de curvatura maior.
A relação entre o raio e a largura neste exemplo é de 0,32, o que ultrapassa os critérios anteriormente mencionados.
A utilização da fórmula padrão para calcular a força de flexão não é adequada para este cenário. As vantagens da utilização do novo método de cálculo podem ser observadas neste exemplo.
Além disso, está disponível uma calculadora em linha para calcular a força de flexão utilizando o novo método.
Tabela de resistência à tração
| Material | Resistência à tração | ||
|---|---|---|---|
| americano | Europeu | China | N/mm² |
| Alumínio 6061 | Alu50 | LD30 | 290 |
| Alumínio 5052 | Alu35 | LF2 | 303 |
| 1010 Aço macio | DC01 | 10/10F | 366 |
| A 536 -80 G 60-40-18 | GGG-40 | QT400-18 | 400 |
| A 351 G CF 8 | G-X 6CrNi 18 9 | Q235 | 450 |
| A 572 G50 | S 355 MC | Q345 | 550 |
| Aço inoxidável 304 | Inox V2A | 0Cr18Ni9 | 586 |
| Aço inoxidável 316 | Inox V4A | 0Cr17Ni12Mo2 | 600 |
| 4140 Baixa liga | 42 CrMo 4 | 42CrMo | 1000 |
As fórmulas para calcular os parâmetros de cunhagem são diferentes da dobragem de ar.
1. Largura do veio da matriz:
V = chapa metálica espessura × 5
2. O raio interno é determinado pela ponta do punção, que deve ser escolhida de acordo com a seguinte fórmula:
Raio = espessura da chapa × 0.43.
3. Força necessária para cunhar：
F(kn/m)=Espessura2×1,65×Resistência à tração (N/mm2)×4.5/ Largura do veio da matriz
4. A fórmula de cálculo do bordo interior mínimo mantém-se inalterada:
Aresta interna mínima = Veios de rosca × 0.67
Certas ferramentas necessitam de uma força específica para fazer ceder a chapa e para gerir o retorno elástico, a fim de obter o perfil pretendido.
Como exemplo, vamos considerar as ferramentas joggle, que efectuam duas curvas de uma só vez com uma curta distância entre a curva e a contra-dobra.
Como estas ferramentas fazem duas curvas de uma só vez, dorso da mola tem de ser completamente anulado por cunhagem.
A equação para calcular a força necessária é:
As ferramentas joggle consistem normalmente num suporte de inserção no qual as ferramentas joggle, escolhidas de acordo com o joggle e o ângulo necessário, são fixadas com parafusos de fixação.
É importante pedir aconselhamento técnico ao fabricante antes de comprar, porque estes sistemas só podem dobrar chapas metálicas finas, com um máximo de 2 mm, mas a espessura máxima dependerá do tipo de inserção e poderá ser inferior a 2 mm.
As fórmulas e etapas fornecidas para o cálculo da força de flexão são adequadas não só para a flexão angular de uma chapa, mas também para a flexão em forma de arco (que tecnicamente deve ser referida como flexão angular com um grande raio de flexão).
É crucial ter em mente que a formação de uma forma de arco requer um design de molde único.
Ao projetar a área de deformação, o cálculo deve basear-se nos parâmetros de processo estabelecidos durante o processo, que não podem ser determinados através de uma única fórmula.
Numa fábrica de torres de ferro específica, dobrámos com sucesso um cilindro com uma espessura de parede de 12 mm, um diâmetro de 800 mm e um comprimento de 16 m utilizando uma prensa de 28000 kN máquina de travão e um molde circular.
O método descrito neste artigo foi utilizado para determinar a força de flexão e produziu resultados satisfatórios ao projetar um molde para uma forma de arco.
Ler mais:
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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