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

1. Visão geral

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

Tabela 1 Flexão de tamanho mínimo

Na produção prática, se houver várias matrizes de dobra em forma de Z menores do que o tamanho mencionado, será necessário projetar uma matriz de dobra composta para realizar a moldagem primária. Essa matriz composta pode ser usada para dobrar matrizes de dobra em forma de Z de vários tamanhos em diferentes materiais de folha.

Fig. 1 Em forma de Z matriz de dobra

2. O processo de flexão deformação

Fig. 2 Diagrama de força de ação

Conforme ilustrado na Figura 2, quando a chapa metálica Quando um objeto é submetido à flexão, ele sofre momento de flexão, força de cisalhamento e pressão local. Entretanto, o principal efeito da deformação por flexão é o momento de flexão.

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

Quando a tensão externa do material está abaixo de seu limite elástico, a chapa metálica está em um estado de deformação elástica. De acordo com a lei de Hooke, a relação linear entre a tensão e a deformação na seção se deve à mudança linear na distância entre a deformação e a camada central (alongamento da camada externa e encurtamento da camada interna).

Se a força externa for removida, a chapa metálica retornará à sua forma original. Entretanto, 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 escoamento do material, levando à deformação plástica do material externo.

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 em uma deformação de flexão permanente.

Se a tensão causada pela força externa exceder o limite de resistência do material, a chapa metálica sofrerá uma fratura por deformação plástica. Compressão interna durante dobragem de chapas metálicas também produz deformação plástica, mas esse tipo de deformação plástica aumenta a tensão na superfície sem causar danos e, portanto, é frequentemente ignorado.

3. Método de cálculo de flexão

Agora, observamos cuidadosamente a deformação plástica por flexão.

Sob a ação do momento de flexão, há três linhas iguais na seção da placa: ab= a¹b¹ = a²b².

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

Portanto, durante a flexão, o material interno é submetido à compressão e fica mais curto, enquanto o material externo é esticado e alongado.

Entre a tensão e a compressão, há uma camada de material que não sofre alongamento nem compressão e é chamada de camada neutra. Essa camada permanece inalterada em seu comprimento e não se alonga nem se encurta.

O processo de cálculo da peça dobrada envolve dividi-la 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, conforme mostrado na Figura 2. As unidades 1, 3 e 5 são segmentos de linha reta, enquanto as unidades 2 e 4 são segmentos de arco.

Conforme discutido anteriormente, a camada de fibra com comprimento constante no meio antes e depois da flexão é chamada de camada neutra. Quando se calcula o comprimento de expansão do segmento de arco, na verdade está se calculando o comprimento da camada neutra do segmento de arco.

A posição, x, da camada neutra a partir do lado interno do arco (conforme mostrado na Figura 3) é geralmente determinada pela relação 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 do raio r até a linha neutra de flexão

Fig. 3

O valor de k varia de acordo com a relação entre o raio interno e a espessura da chapa, conforme mostrado na Tabela 2:

Tabela 2

Na produção prática, é mais comum dobrar chapas de aço em um formato de 90 graus.

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

Este artigo se concentra na dobra de ângulo reto de 90 graus, mas não é eficiente calcular os segmentos de linha reta e de arco separadamente para peças com ângulo de 90 graus. dobragem de chapas metálicas. Em vez disso, eles são marcados conforme mostrado na Figura 1.

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

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

L = a＋b＋h - 2x

Onde:

• x - Coeficiente de flexão comum

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

Tabela 3 Coeficiente de flexão comum x

Essa matriz de conjunto simples é diferente da matriz convencional.

Ela foi projetada para ser simples, rápida, fácil de processar e direta para formar. Embora possa não ser tão preciso quanto a matriz convencional, ele ainda é usado para processar produtos de forma rápida e precisa.

O diagrama de formação da matriz composta é mostrado na Tabela 3.

Princípio de processamento: A espessura do anel de vedação é ajustada para atingir a largura desejada da ranhura em V nas partes superior e inferior do anel de vedação. matriz inferiore para realizar um processamento único de dobra Z sob pressão.

Estrutura da matriz: A matriz de dobra em forma de Z consiste em uma matriz superior, uma matriz inferior, uma gaxeta e um prisma de aço angular.

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

Prisma de aço: Uma peça retangular de aço dentro da matriz, com quatro ângulos chanfrados em lados de 0,5 mm, 1,0 mm, 2,0 mm e 4,0 mm, conforme mostrado na Tabela 3.

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

Esse método é escolhido devido ao potencial de aumentar a ranhura em V e reduzir o vinco, de modo que diferentes espessuras de placa exigem diferentes pinos, conforme mostrado na Tabela 4.

Tabela 4

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

1) As duas 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 muito profundo, será necessário escolher um ângulo maior.

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

3) Se a altura for atingida, mas o ângulo for maior que 90°, então a: excentricidade da matriz.

b: Aumentar a espessura do calço;

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

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

Método de cálculo de expansão da curva Z:

Quando h > tamanho normal de dobra, ele deve se desdobrar em duas dobras.

L=a + b + h - 2x

Onde:

• l - Comprimento do material desdobrado

Quando h < o tamanho normal de dobra, ele é expandido por meio da conformação em uma etapa.

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

Onde:

• x - Coeficiente de flexão comum

Uma das fórmulas empíricas na prática é subtrair 1,5x da dimensão total de um molde.