Fórmula do comprimento de desenvolvimento da chapa (tamanho do bloco)

O primeiro passo no processo de fabrico de chapas metálicas é o desdobramento das geometrias e do corpo coerente. A precisão e a correção do desdobramento da amostra têm um impacto direto na qualidade da peça final.

No passado, devido às limitações das ferramentas de cálculo, as pessoas utilizavam o método de projeção para ampliar a amostra num plano com uma relação 1:1 e medir o comprimento real da linha de plano necessária.

No entanto, este método é complicado e ineficaz e não pode satisfazer as actuais exigências da produção.

Com os avanços nos instrumentos de cálculo, como as calculadoras electrónicas e a utilização generalizada de computadores, chapa metálica pode agora ser efectuado através de métodos de cálculo.

Para normalizar o método de cálculo do coeficiente de desdobramento de chapas metálicas pelos técnicos, minimizar os desvios dimensionais dos produtos após a dobragem e facilitar a auto-inspeção pelo pessoal da oficina e a reinspecção pelos inspectores de qualidade, existe uma norma e uma base unificadas para o coeficiente de desdobramento.

Como resultado, a norma de cálculo para o coeficiente de desdobramento de chapa metálica tornou-se cada vez mais normalizada.

Método de desdobramento da camada neutra

No processo de flexão, a camada exterior sofre tensão de tração, enquanto a camada interior sofre tensão de compressão. A camada de transição entre a tensão de tração e a tensão de compressão é designada por camada neutra. O comprimento da camada neutra durante a dobragem permanece o mesmo que antes da dobragem, o que a torna a referência para determinar o comprimento desdobrado da peça dobrada.

A localização da camada neutra depende do grau de deformação.

A posição da camada neutra não está apenas relacionada com o raio de curvatura, a espessura da chapa, o coeficiente de deslocamento para o interior, etc., mas também com factores como o método de processamento, a forma e o tamanho da chapa metálica.

Por conseguinte, a posição da camada neutra só pode ser determinada de forma aproximada e, em aplicações práticas, são geralmente utilizados valores aproximados para o cálculo.

A fórmula de cálculo para a dimensão do comprimento L da camada neutra é a seguinte

Entre eles,

• L1, L2 - Comprimento das secções rectas (mm);
• β - Ângulo de flexão (°);
• r - Raio interior do placa dobrada (mm);
• t - Espessura de chapa de aço (mm);
• k - Coeficiente da camada neutra.

Utilizando software 3D para realizar simulações e cálculos de várias espessuras, ângulos e raios, juntamente com práticas de fabrico no local, compilámos um conjunto de valores de fator K. Consulte a Tabela 1 para obter os valores específicos.

Tabela 1: Valores K do coeficiente da camada neutra

Cálculo de desdobramento rápido para curvas de 90°

O diagrama de desdobramento para uma curva de 90° é apresentado na Figura 9. Nos últimos anos, utilizámos software 3D como o CATIA e o SOLIDWORKS para modelação de chapas metálicas para calcular as dimensões de desdobramento.

Através de verificações repetidas, observou-se que, quando o ângulo de flexão a frio dos produtos planos de aço é de 90°, a fórmula para calcular o comprimento desdobrado L é

L = L1 + L2 - A

Onde,

• L1, L2 - Comprimentos dos segmentos de reta (mm);
• A - Valor de compensação (mm), ou seja, o valor de dedução para uma curva, ver Quadro 2.

Tabela 2 Tabela de parâmetros de flexão a 90

Quando o raio de curvatura é grande e o ângulo de flexão é pequeno, o grau de deformação é baixo e a camada neutra está próxima do centro da espessura da chapa.

No entanto, quando o raio de curvatura (R) se torna mais pequeno e o ângulo de flexão (θ) aumenta, o grau de deformação também aumenta e a camada neutra desloca-se para o lado interior do centro de flexão. A distância entre a camada neutra e o lado interior da chapa é designada por λ e a espessura do material é designada por T.

A fórmula básica para calcular o comprimento de desdobramento:

Comprimento de desdobramento = dimensão interior do material + dimensão interior do material + montante da compensação.

Também pode utilizar a seguinte calculadora para calcular o comprimento de desdobramento da chapa metálica:

De seguida, descrevem-se, um a um, os algoritmos de desdobramento de várias características de curvatura.

Flexão geral I

R = 0mm, θ = 90° (Nota: Quando R ≤ 1,0mm, é tratado como R = 0mm).

L = A + B + K

• Quando 0 < T ≤ 3mm, K = 0
• Quando 0,3 mm < T ≤ 5 T, K = 0,4 T

Na produção real, a matriz superior de dobragem pode usar um ângulo R, ou pode haver um ângulo R inferior a 1 mm, ou a escolha do matriz inferiorpode ser grande, entre outras razões, resultando num coeficiente de flexão pequeno. Consequentemente, o coeficiente de flexão de cada espessura de placa de material é apresentado no Quadro 1 com base em valores empíricos actuais.

Fig. 1 Diagrama esquemático da flexão geral I

Flexão geral II

R ≠ 0mm e θ = 90°

L = A + B + K (K é o comprimento do arco da camada neutra)

• Quando 0 < T ≤ 1,6mm, λ = 0,5T
• Quando 0 < T ≤ 1,6mm, λ = 0,5T
• Quando T > 1,6mm, λ = 0,4T

Fig. 2 Diagrama esquemático da flexão geral II

Flexão geral III

R = 0mm, θ ≠ 90°

L = A + B + K'

• Quando T ≤ 0,3 mm, K' = 0
• Quando T > 0,3 mm, K' = (θ/90° )×K

Nota: K é o montante de compensação a 90°.

Flexão geral IV

R ≠ 0mm, θ ≠ 90°

L = A + B + K

 (K é o comprimento do arco da camada neutra)

Fig. 4 Flexão geral IV diagrama de curvatura

O método de desdobramento é equivalente ao método de dobragem em Z com aresta reta paralela, e a medição da altura é demonstrada na Figura 6.

O ângulo θ é considerado um desdobramento de 90°.

Para 0 < T ≤ 1,6mm, λ é igual a 0,5T.

Quando T é superior a 1,6mm, λ é igual a 0,4T.

Z-dobrar

Z-Fold, também designado por Dobragem de desvioA curvatura por deslocamento de borda reta e a curvatura por deslocamento de borda biselada são diferenciadas com base no ângulo de formação e o método de processamento é determinado pela altura de deslocamento.

Quando a altura de desvio, h, é inferior a 3,5 vezes a espessura do material, matrizes offset ou matrizes amovíveis são utilizadas para a enformação.

Se a altura de desvio exceder 3,5 vezes a espessura do material, é utilizada a formação normal positiva e negativa.

Quando o comprimento da aresta chanfrada é inferior a 3,5 vezes a espessura do material, são utilizadas matrizes de offset ou matrizes modificáveis para a conformação.

Se o comprimento da aresta biselada exceder 3,5 vezes a espessura do material, é aplicada a dobragem normal de um positivo e um negativo.

Dobra em Z 1 (régua compensar)

(1) Quando H < 3,5T, só então pode ser processado por dobragem por deslocamento.

L = A + B + H

(se H ≤ T, então compensar 0,2 mm)

Fig. 5 Diagrama esquemático do desvio da régua

(2) Desvio não paralelo da vara

O método de expansão é o mesmo que o método de dobragem em Z com régua paralela, e o valor da altura é apresentado na Figura 6.

O ângulo θ pode ser considerado como um desdobramento de 90°.

Fig. 6 Diagrama esquemático do desvio não paralelo da vara

(3) Desvio de reta - o segmento de transição é tangente a dois arcos

Quando o Straight-Edge Offset é desdobrado no ponto tangente de dois arcos de círculo, é criada uma linha vertical no ponto tangente dos dois arcos de círculo na superfície exterior do substrato. O material é então deslocado por uma espessura de material para dentro, como ilustrado na Figura 7, para processamento e desdobrado utilizando o método Z-Fold 1 (Straight-Edge Offset).

Fig. 7 Diagrama de desvio de aresta reta - o segmento de transição é tangente a dois arcos de círculo

Dobra em Z 2 (bisel compensar)

Quando H < 2T, o algoritmo de desdobramento é o seguinte, de acordo com o processamento de deslocamento.

• Quando θ ≤ 70°, L = A + B + C + 0,2
• Quando θ > 70°, desdobrar de acordo com a dobra em Z 1 (desvio da margem direita)

Fig. 8 Diagrama da deslocação da aresta biselada

Dobragem e achatamento invertidos

L = A + B - K

(1) Ao aplanar, considerar a possibilidade de pressionar a linha antes de a dobrar, com base nas condições reais.

A localização da linha de prensagem é no centro da área de deformação por flexão.

Fig. 9 Diagrama esquemático da dobragem inversa e do achatamento

Os processos de dobragem inversa e de aplanamento são normalmente efectuados em duas etapas: primeiro, o material é dobrado a 30° utilizando a matriz de inserção, seguido de aplanamento.

Por conseguinte, ao criar o linha de dobragem no desenho ampliado, é essencial ilustrar a linha de curvatura com base na curvatura de 150°, como demonstrado na Figura 9.

Tabela 1 Coeficiente de flexão de placas com diferentes espessuras sob diferentes ângulos de flexão

N–dobrar

O método de processamento N-fold envolve tanto a remodelação como o achatamento, e o algoritmo de desdobramento é:

L = A + B + K

(K é o comprimento do arco da camada neutra).

λ = 0,5T

Fig.10 Diagrama N-fold

Arco (incluindo a régua de um lado)

(1) A expansão do arco é diretamente K, e o comprimento do arco da camada neutra é tomado. λ＝ 0.5T

(2) Expansão com a borda reta de um lado.

L = A + K

(k é o comprimento do arco da camada neutra)

Fig. 11 Diagrama esquemático da flexão em arco

Na produção prática, como é que o software 3D pode ser utilizado para controlar com precisão o comprimento desdobrado da chapa metálica?

Na produção real, o controlo preciso do comprimento desdobrado da chapa metálica através de software 3D pode ser conseguido principalmente através dos seguintes passos e métodos:

Escolha o software de desenho 3D correto: Em primeiro lugar, é necessário escolher um software CAD 3D adequado para o desenho de chapas metálicas. SolidEdge, Creo, FreeCAD, UG, etc. são todos softwares que podem ser utilizados para o desenho de chapas metálicas. Estes softwares fornecem módulos de chapa metálica ou funções relacionadas que podem ajudar os projectistas na conceção e nos cálculos de desdobramento de peças de chapa metálica.

Utilizar o módulo de chapa metálica ou as ferramentas do software: A maior parte do software CAD 3D fornece ferramentas e funções relacionadas com o desenho de chapas metálicas. Por exemplo, o Creo oferece uma variedade de métodos para controlar as dimensões desdobradas da chapa metálica, incluindo os métodos de modelação e desdobramento de peças de chapa metálica de grande arco, o método de dedução de dobras, etc. O FreeCAD, enquanto software de modelação 3D de código aberto, também dispõe de um módulo de chapa metálica.

Aplicaçãométodos de cálculo de desdobramento: Para garantir a exatidão do comprimento após o desdobramento da chapa metálica, podem ser utilizados diferentes métodos de cálculo de desdobramento. Os métodos mais comuns incluem o método de compensação de dobragem, o método de dedução de dobragem e o método de cálculo do fator K. Estes métodos podem ajudar os projectistas a calcular o comprimento real do material no estado desdobrado, garantindo assim o tamanho esperado das peças após a dobragem e conformação finais.

Preste atenção ao manuseamento de arestas e cantos e ao ajuste de pormenores: No processo de conceção de chapas metálicas, os pormenores do manuseamento de arestas e cantos são muito importantes. Alguns softwares, como o SW, fornecem uma variedade de soluções de manuseamento de arestas e cantos e métodos de dobragem, o que ajuda a melhorar a precisão do desdobramento.

Para curvas que não sejam de 90 graus, quais são os ângulos de curvatura comuns e os respectivos métodos de cálculo do fator K'?

Para curvas que não sejam de 90 graus, os ângulos de curvatura comuns incluem, mas não se limitam a, 45 graus e 135 graus. O método de cálculo do fator K baseia-se na relação entre a espessura do material e o raio de curvatura.

Especificamente, o fator K = δ / T, em que δ representa a espessura do material e T representa o raio de curvatura. Este método é aplicável para calcular o coeficiente de curvatura de qualquer ângulo que não seja de 90 graus.

Em aplicações práticas, devido às possíveis diferenças e grandes erros nos valores de dedução de curvas em diferentes ângulos, o fator K é geralmente utilizado como coeficiente de curvatura.

Além disso, para orientar com precisão o valor do fator K de diferentes espessuras de chapa, são necessários ajustes. Algumas referências sugerem que o valor do fator K para qualquer raio de curvatura pode ser calculado através de técnicas de interpolação específicas, que se revelaram eficazes para aplicações industriais de chapas metálicas.

Qual é a fórmula de cálculo do comprimento expandido da chapa ondulada prensada obliquamente e a explicação pormenorizada da constante 0,2?

A fórmula de cálculo para o comprimento expandido da chapa de prensa-travão biselada é [L = A + B + C + 0,2], onde (A), (B) e (C) representam as dimensões internas, e 0,2 serve como valor de compensação.

Com base nos princípios e práticas gerais dos cálculos de expansão de chapas metálicas, este valor de compensação tem em conta as discrepâncias entre os comprimentos reais e os calculados teoricamente, devido a factores como a dobragem do material e os erros de precisão do molde durante as operações reais.

No processamento de chapas metálicas, este valor de compensação ajuda a garantir a precisão dimensional e a qualidade do produto final.

Conclusão

As peças de chapa metálica são amplamente utilizadas na indústria eletromecânica, na indústria ligeira e na indústria automóvel.

A forma desdobrada das peças de chapa metálica é o principal fator determinante do tamanho da peça em bruto, o que, por sua vez, afecta o tamanho e a forma da peça em bruto.

No entanto, os métodos tradicionais de desdobramento de peças de chapa metálica tornaram-se cada vez mais inadequados para satisfazer as necessidades dos projectos modernos devido aos seus longos ciclos, baixa eficiência e má qualidade.

Para colmatar estas lacunas, a utilização de sistemas CAD avançados tem-se tornado cada vez mais frequente nos últimos anos.

Estes sistemas especializados de conceção de peças em chapa metálica possuem uma funcionalidade robusta e podem reduzir significativamente o tempo e o esforço necessários para a conceção preliminar e a implementação de peças em chapa metálica.