Matriz de dobragem e conformação em forma de Z: uma análise estrutural

1. Visão geral

A peça de trabalho de dobragem em forma de Z mostrada na Figura 1 é uma peça comummente encontrada na produção. O tamanho de h é limitado pela matriz inferior, com o tamanho mínimo que pode ser dobrado pela matriz inferior existente mostrado na Tabela 1.

Quadro 1 Flexão de dimensão mínima

Na produção prática, se existirem numerosas matrizes de dobragem em forma de Z mais pequenas do que o tamanho mencionado, seria necessário conceber uma matriz de dobragem composta para realizar a moldagem primária. Esta matriz composta pode ser usada para dobrar matrizes de dobragem em Z de vários tamanhos em diferentes materiais de folha.

Fig. 1 Em forma de Z matriz de dobragem

2. O processo de dobragem deformação

Fig. 2 Diagrama da força de ação

Conforme ilustrado na Figura 2, quando a chapa metálica é sujeito a flexão, sofre um momento de flexão, uma força de corte e uma pressão local. No entanto, o principal efeito da deformação por flexão é o momento fletor.

A aplicação de uma força externa leva à correspondente deformação da chapa metálica, o que também desencadeia o aparecimento de uma força interna que resiste à deformação. A força interna equilibra-se com a força externa e é medida como tensão, que é a força interna por unidade de área do objeto. Quanto maior for a força externa, maior será a tensão e a deformação.

Quando a tensão exterior do material é inferior ao seu limite elástico, a chapa metálica encontra-se num estado de deformação elástica. De acordo com a lei de Hooke, a relação linear entre a tensão e a deformação na secção deve-se à variação linear da distância entre a deformação e a camada central (alongamento da camada exterior e encurtamento da camada interior).

Se a força externa for removida, a chapa metálica regressa à sua forma original. No entanto, se a força externa continuar a aumentar, o grau de deformação da peça dobrada continuará a aumentar até que a tensão causada pela força externa seja igual ao limite de elasticidade do material, levando à deformação plástica do material exterior.

À medida que a força externa aumenta, a deformação plástica progride da superfície para o centro. Quando a força externa é removida, a deformação elástica desaparece imediatamente, mas a deformação plástica permanece e resulta numa deformação de flexão permanente.

Se a tensão causada pela força externa exceder o limite de resistência do material, a chapa metálica sofre uma fratura por deformação plástica. A compressão interna durante dobragem de chapa também produz deformação plástica, mas este tipo de deformação plástica aumenta a tensão na superfície sem causar danos, pelo que é frequentemente ignorado.

3. Cmétodo de cálculo da flexão

Agora observamos cuidadosamente a deformação plástica por flexão.

Sob a ação do momento fletor, existem três linhas iguais na secção da placa: ab= a¹b¹ = a²b².

Após a flexão, a camada interna encurta e a camada externa alonga, ou seja, ab < a¹b¹ < a²b².

Por conseguinte, durante a flexão, o material interior é sujeito a compressão e torna-se mais curto, enquanto o material exterior é esticado e alongado.

Entre a tensão e a compressão, existe uma camada de material que não sofre nem alongamento nem compressão e é designada por camada neutra. Esta camada permanece inalterada em comprimento e não se alonga nem encurta.

O processo de cálculo da peça de flexão envolve a sua divisão em vários elementos geométricos básicos, incluindo segmentos de linha reta e segmentos de arco. O comprimento de cada elemento é calculado individualmente, e o comprimento total de todos os elementos é o comprimento desdobrado da peça de flexão.

A peça de flexão em forma de Z da Figura 1 pode ser dividida em cinco unidades, como mostra a Figura 2. As unidades 1, 3 e 5 são segmentos de reta, enquanto as unidades 2 e 4 são segmentos de arco.

Como discutido anteriormente, a camada de fibra com comprimento constante no meio antes e depois da flexão é referida como a camada neutra. Quando se calcula o comprimento de expansão do segmento de arco, está-se de facto a calcular o comprimento da camada neutra do segmento de arco.

A posição, x, da camada neutra a partir do lado interior do arco (como se mostra na Figura 3) é normalmente determinada pelo rácio r/t.

x = kt

Onde:

• t - Espessura do material
• k - Coeficiente de posição da camada neutra (ou coeficiente da camada neutra)
• k = R - r/t
• R = r + kt

Onde:

• R - A distância do centro de raio r à linha neutra de flexão

Fig. 3

O valor de k varia em função do rácio entre o raio interior e a espessura da chapa, como mostra o Quadro 2:

Quadro 2

Na produção prática, é mais comum dobrar chapas de aço numa forma de 90 graus.

O cálculo do comprimento do arco para a flexão a 90 graus com diferentes valores de r e t pode ser obtido através de tabelas de referência em aplicações práticas.

Este artigo centra-se na dobragem em ângulo reto de 90 graus, mas não é eficiente calcular os segmentos de reta e de arco separadamente para peças com 90 graus dobragem de chapa. Em vez disso, são marcados como mostra a Figura 1.

Ao calcular o material de desdobramento, podemos utilizar diretamente as dimensões marcadas para simplificar o processo de cálculo.

De acordo com a figura 1, é calculado o comprimento do material desenvolvido:

L = a＋b＋h - 2x

Onde:

• x - Coeficiente de flexão comum

4. Estrutura e processo de trabalho da matriz composta de dobragem em forma de Z

Quadro 3 Coeficiente de flexão comum x

Este coto simples é diferente do coto convencional.

Foi concebido para ser simples, rápido, fácil de processar e fácil de formar. Embora possa não ser tão preciso como a matriz convencional, continua a ser utilizado para processar produtos de forma rápida e exacta.

O diagrama de formação da matriz composta é apresentado no Quadro 3.

Princípio de processamento: A espessura da junta é ajustada para obter a largura desejada da ranhura em V na parte superior e na parte inferior. matriz inferiore para efetuar um processamento único de dobragem em Z sob pressão.

Estrutura da matriz: A matriz de dobragem em forma de Z é constituída por uma matriz superior, uma matriz inferior, uma junta e um prisma angular de aço.

Espessura da junta: O espaçador é feito de 0.5 mm de espessura aço e é empilhado para atingir a espessura necessária.

Aço Prisma: Uma peça de aço retangular dentro do molde, os seus quatro ângulos são chanfrados em lados de 0,5 mm, 1,0 mm, 2,0 mm e 4,0 mm, como mostra a Tabela 3.

A matriz simples especial é utilizada para obter a largura desejada da ranhura em V da matriz superior e inferior, ajustando o tamanho do prisma angular de aço e a espessura da junta e, em seguida, realizando o processamento da dobra em Z numa única prensa.

Este método é escolhido devido ao potencial para aumentar a ranhura em V e reduzir o vinco, pelo que diferentes espessuras de chapa requerem diferentes pinos, como se mostra no Quadro 4.

Quadro 4

Método de depuração da matriz de dobragem em forma de Z:

1) Ambas as dobras da dobra em Z da régua são de 90°. A distância entre as duas pontas da ferramenta é de: 1.414/2×h;

2) Se o vinco da peça de trabalho for demasiado profundo, então é necessário escolher um ângulo grande.

b: ferro da almofada; c: aumentar o ângulo R;

3) Se a altura for atingida, mas o ângulo for superior a 90°, então a: excentricidade do coto.

b: Aumentar a espessura do calço;

4) Se os dois lados da dobra em Z não forem paralelos, isso pode ser conseguido aumentando ou diminuindo a espessura do calço.

Se a dobra superior for superior a 90°, a espessura do calço inferior da matriz deve ser aumentada; e se a dobra inferior for superior a 90°, a espessura do calço superior da matriz deve ser aumentada.

Método de cálculo da expansão da curva em Z:

Quando h > tamanho normal de dobragem, deve desdobrar-se em duas dobras.

L=a + b + h - 2x

Onde:

• l - Comprimento do material desdobrado

Quando h < o tamanho normal de dobragem, é expandido por enformação num passo.

L = a + B + h - 1,5x

Onde:

• x - Coeficiente de flexão comum

Na prática, uma das fórmulas empíricas consiste em subtrair 1,5x à dimensão total de uma moldagem.