Revenir aux bases de l'aéroformage et du pliage sur la presse plieuse

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Q : J'ai eu du mal à comprendre comment le rayon de courbure sur une impression (que je spécifie) est corrélé à la sélection d'outil. Par exemple, nous rencontrons actuellement des problèmes avec certaines pièces en acier A36 de 0,5 pouce d'épaisseur. Pour ces pièces, nous utilisons un poinçon avec un diamètre de 0,5 po. rayon et un 4-in. mourir. Maintenant, si j'utilise la règle des 20 % et que je multiplie les 4 pouces. ouvrant la matrice de 15 % (pour l'acier), j'obtiens 0,6 pouce. Mais comment l'opérateur sait-il utiliser le poinçon à rayon de 0,5 pouce si l'impression nécessite un rayon de courbure de 0,6 pouce ?

R : Vous avez rencontré l'un des plus gros problèmes auxquels est confrontée l'industrie de la tôlerie. Il s'agit d'un malentendu auquel l'ingénierie et l'atelier doivent faire face. Pour résoudre ce problème, nous commencerons par la cause première, c'est-à-dire les deux méthodes de formation et le manque de connaissances sur les différences entre elles.

Depuis l'avènement de la presse plieuse motorisée dans les années 1920 jusqu'à nos jours, les opérateurs ont formé des pièces avec pliage par le bas, ou fond. Même si le fond a perdu la faveur au cours des 20 à 30 dernières années, la méthode de pliage imprègne toujours notre réflexion lorsque nous plions la tôle.

L'outillage rectifié de précision est entré sur le marché à la fin des années 1970 et a complètement changé le paradigme. Alors, regardons en quoi les outils de précision diffèrent de l'outillage de rabotage, et comment le passage à l'outillage de précision a changé l'industrie, et ce que tout cela a à voir avec votre question.

Dans les années 1920, le formage est passé du pliage sur un frein à lames au formage en une matrice en V avec un poinçon assorti. Un poinçon à 90 degrés serait couplé à une matrice en V à 90 degrés. Le passage du pliage au formage a été un grand pas en avant pour la tôlerie. C'était plus rapide en partie parce que la presse plieuse nouvellement développée était motorisée - plus de pliage manuel de chaque virage à la main. De plus, les presses plieuses pouvaient se plier en bas, ce qui augmentait la précision. Mis à part la contre-mesure, l'augmentation de la précision peut être attribuée au nez du poinçon emboutissant son rayon dans le rayon de courbure intérieur du matériau. Ceci a été accompli en forçant le nez de l'outil à une position inférieure à l'épaisseur du matériau. Et comme nous le savons tous, si nous pouvons obtenir un rayon de courbure intérieur constant, nous pouvons calculer les valeurs correctes pour la déduction de courbure, la tolérance de courbure, le retrait extérieur et les facteurs k, quel que soit le type de courbure que nous effectuons.

Il était assez courant de fondre un rayon de courbure intérieur très pointu par endroits. Les fabricants, les concepteurs et les artisans savaient que la pièce tiendrait encore car il semblait que tout était surconstruit - et en vérité, tout l'était, du moins par rapport à aujourd'hui.

Tout allait bien jusqu'à ce que quelque chose de mieux arrive. Le bond en avant suivant a eu lieu à la fin des années 1970 avec l'introduction d'outils de précision au sol, de contrôleurs numériques par ordinateur et d'un contrôle amélioré des systèmes hydrauliques. Vous aviez maintenant le contrôle complet de la presse plieuse et de ses systèmes. Mais ce qui a changé la donne, c'est l'outillage de précision, qui a fondamentalement tout changé. Toutes les règles de production de bonnes pièces avaient changé.

L'histoire de la formation est pleine de sauts en avant. Leap one, nous sommes passés des rayons de courbure incohérents du frein à lames au rayon de courbure constant produit par l'estampage, le fond et la frappe. (Remarque : le fond est différent de la frappe ; pour en savoir plus, vous pouvez rechercher les archives de la colonne. Cela dit, pour cette colonne, j'ai utilisé la "flexion du bas" pour impliquer à la fois les méthodes de formation du fond et de la frappe.)

Ces méthodes nécessitaient un tonnage important pour former des pièces. Bien sûr, ce n'était, à bien des égards, pas bon pour la presse plieuse, l'outillage ou les pièces. Néanmoins, pendant près de 60 ans, ils ont été le moyen le plus courant de plier le métal, jusqu'à ce que l'industrie fasse le prochain bond en avant avec le formage à l'air.

Alors, qu'est-ce que la formation d'air (ou la flexion de l'air), et comment cela fonctionne-t-il par rapport à la flexion par le bas ? Le saut a de nouveau changé la façon dont le rayon a été créé. Maintenant, plutôt que d'emboutir le rayon de courbure intérieur, la formation d'air "flotte" le rayon intérieur en pourcentage de l'ouverture de la matrice, ou la distance entre les épaulements de la matrice (voir Figure 1).

FIGURE 1. Dans le pliage à l'air, la largeur de la matrice, et non la pointe du poinçon, détermine le rayon de pliage intérieur. Le rayon est "flotté" dans la largeur de la matrice. De plus, la profondeur de pénétration (et non l'angle de la matrice) détermine l'angle de pliage de la pièce.

Notre matériau de base, l'acier au carbone faiblement allié avec une résistance à la traction de 60 000 psi, l'air forme un rayon d'environ 16 % de l'ouverture de la matrice. Les pourcentages varient selon le type de matériau, le rendement, l'état et d'autres caractéristiques. En raison des variations de la tôle elle-même, la prédiction du pourcentage ne sera jamais parfaite. Néanmoins, ils sont raisonnablement précis.

L'air en aluminium doux forme un rayon de 13 % à 15 % de l'ouverture de la matrice. L'air des matériaux décapés et huilés laminés à chaud forme un rayon correspondant à 14 % à 16 % de l'ouverture de la filière. L'air en acier laminé à froid (notre référence avec une résistance à la traction de 60 000 PSI) forme un rayon de 15 à 17 % de l'ouverture de la matrice. Et l'air en acier inoxydable 304 forme un rayon qui représente 20 à 22 % de l'ouverture de la matrice. Encore une fois, ces pourcentages ont une plage de valeurs en raison des variations matérielles. Pour trouver des pourcentages pour d'autres matériaux, vous pouvez comparer sa résistance à la traction avec la résistance à la traction 60-KSI de notre matériau de base. Par exemple, si votre matériau a une résistance à la traction de 120 KSI, le pourcentage devrait être de 31 % à 33 %.

Disons que nous avons de l'acier au carbone avec une résistance à la traction de 60 000 PSI, une épaisseur de 0,062 pouce et un rayon de courbure intérieur appelé de 0,062 pouce. En le pliant sur une ouverture de matrice en V de 0,472, la formule résultante ressemblerait à ceci :

Ainsi, votre rayon de courbure intérieur sera de 0,075 po, une valeur que vous pouvez utiliser pour calculer la tolérance de courbure, le facteur K, les retraits et la déduction de courbure avec une certaine précision, c'est-à-dire si vos opérateurs de presse plieuse utilisent le bon outillage et l'ingénierie a conçu la pièce autour de l'outillage utilisé par les opérateurs.

Dans l'exemple, l'opérateur utilise un 0.472-in. ouverture de matrice. L'opérateur se dirige vers le bureau et dit : "Houston, nous avons un problème. Ce rayon de poinçonnage de 0,075 pouce ? Il semble que nous ayons un problème ; où allons-nous en trouver un ? Le plus proche que nous puissions obtenir est de 0,078 pouce ou 0,062 pouce. Le rayon de poinçonnage de 0,078 pouce est trop grand et le rayon de poinçonnage de 0,062 pouce est trop petit."

Mais c'est un faux choix. Pourquoi? Le rayon de poinçonnage ne crée pas le rayon de courbure intérieur. N'oubliez pas que nous ne parlons pas de flexion par le bas où, oui, le nez du poinçon est le facteur décisif. On parle de formation d'air. La largeur de la matrice crée le rayon; le poinçon n'est que l'unité de poussée. Notez également que l'angle de la matrice n'a aucun effet sur le rayon de courbure intérieur. Vous utilisez peut-être une matrice aiguë, en V ou à canal ; si les trois ont la même largeur de matrice, vous obtiendrez le même rayon de courbure intérieur.

Le rayon du poinçon joue un rôle dans les résultats, mais ce n'est pas l'arbitre du rayon de courbure. Maintenant, si vous formez avec un rayon de poinçon supérieur au rayon flottant, la pièce prendra le rayon le plus grand. Cela modifie la perte de pli, les retraits, le facteur K et les déductions de pli. Donc, ce ne serait pas un bon choix, n'est-ce pas? Vous l'avez compris, ce ne serait pas un bon choix.

Et si nous utilisions un 0.062-in. rayon de poinçon ? Ce coup de poing serait un excellent choix. Pourquoi? Parce que, au moins lorsque vous travaillez avec des outils standard, il est aussi proche que possible du rayon de courbure intérieur naturellement "flottant". L'utilisation d'un tel nez de poinçon dans cette application devrait vous donner des virages constants et stables.

Il est idéal de choisir un rayon de nez de poinçon qui est proche mais qui ne dépasse pas le rayon flottant dans la pièce. Plus le rayon du nez du poinçon est petit par rapport au rayon de courbure flottant, moins la courbure sera stable et prévisible, surtout si vous finissez par vous plier brusquement. Un poinçon trop étroit froissera le matériau et créera une courbure nette avec une consistance et une répétabilité médiocres.

Beaucoup me demandent pourquoi l'épaisseur du matériau n'entre en jeu que lors de la sélection de l'ouverture de la matrice. Les valeurs en pourcentage utilisées pour prédire un rayon formé à l'air supposent que la matrice utilisée est de l'ouverture de matrice appropriée pour l'épaisseur du matériau. C'est-à-dire que l'ouverture de la matrice n'est ni plus grande ni plus petite que nécessaire.

Bien que vous puissiez former des matrices sous-dimensionnées ou surdimensionnées, le rayon aura tendance à se déformer, modifiant ainsi de nombreuses valeurs de fonction de pliage. Vous verrez également des effets similaires si vous utilisez un rayon de poinçon incorrect. Ainsi, la règle d'or concernant le choix d'une ouverture de matrice huit fois supérieure à l'épaisseur du matériau est un bon point de départ.

Le meilleur scénario serait que l'ingénierie se rende dans l'atelier et discute avec les opérateurs de presses plieuses. Assurez-vous que tout le monde connaît la différence entre les méthodes de formage. Découvrez quelles méthodes ils utilisent et avec quels matériaux. Obtenez une liste de tous les poinçons et matrices dont ils disposent, puis concevez les pièces en fonction de ces informations. Ensuite, dans la documentation, notez le poinçon et la matrice qui seront nécessaires pour que la pièce se forme correctement. Bien sûr, vous aurez des circonstances atténuantes où vous devrez peut-être ajuster l'outillage, mais cela devrait être l'exception et non la règle.

Opératrices, je sais que vous êtes toutes des prima donnas ; J'en ai été moi-même une fois ! Mais le temps où vous pouviez choisir un ensemble d'outils à votre goût est révolu. Néanmoins, savoir avec quel outillage la pièce a été conçue pour être construite ne reflète pas votre niveau de compétence. C'est simplement un fait de la vie. Nous formons l'air maintenant; nous ne plions plus en bas. Les règles ont changé.