Streckgrenze, Zugfestigkeit und Biegung kleiner Metallteile an der Abkantpresse

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Diesen Monat hören wir von zwei Lesern, einer mit einer Frage zur Terminologie, ein anderer zum Biegen extrem kleiner Teile. Man betont, wie wichtig es ist, dass alle in der Branche die gleichen Begriffe verwenden. Viele verwenden Begriffe synonym, obwohl sie in Wahrheit nicht austauschbar sind. Das andere zeigt, dass diejenigen, die im Biegehandwerk tätig sind, zwar nach den gleichen Grundsätzen arbeiten, aber immer noch viele Möglichkeiten haben, kreativ zu werden.

Frage: Wenn Sie in Ihren Artikeln die 20 %-Regel diskutieren, verwenden Sie kaltgewalzten Stahl (CRS) mit einer Zugfestigkeit von 60 KSI als Grundlage für die Schätzung des Biegeradius verschiedener Materialien. Sie haben auch erwähnt, dass 60 KSI die Zugfestigkeit von A36 CRS ist.

Neben der Zugfestigkeit habe ich auch die Begriffe „Streckgrenze“ und „ultimative Zugfestigkeit“ gesehen. Wenn Sie von Zugfestigkeit sprechen, meinen Sie vermutlich die Zugfestigkeit und nicht die Streckgrenze?

Antwort: Wie viele Begriffe in unserem Fachgebiet werden Streckgrenze und Zugfestigkeit oft synonym verwendet. Natürlich sind sie nicht austauschbar und haben genaue Bedeutungen und Werte. Das Gleiche gilt für Biegebegriffe wie Biegezugabe, Außenversatz, Biegeabzug und den K-Faktor.

Vereinfacht ausgedrückt stellt die Streckgrenze den Punkt dar, an dem die elastische Eigenschaft des Metalls plastisch wird. Die elastische Eigenschaft liegt vor, wenn das Material von der Belastung befreit wird und in seine ursprüngliche Form zurückkehrt. Wenn die Last die Streckgrenze erreicht, biegt sich das Material und bleibt gebogen, abzüglich einiger Grad Rückfederung (siehe Abbildung 1).

Die ultimative Zugfestigkeit (oft als Zugfestigkeit bezeichnet) stellt die Menge an Spannung oder Belastung dar, der ein Material standhalten kann, bis es sich zu dehnen beginnt und schließlich bricht. Anders ausgedrückt ist die Zugfestigkeit der Widerstand eines Materials gegenüber der Spannung, die durch eine mechanische Belastung – in diesem Fall durch den Stempel der Abkantpresse – verursacht wird. Der Bruchpunkt ist selbsterklärend; Du hast es kaputt gemacht, Alter. Und Sie haben Recht, ich arbeite mit der ultimativen Zugfestigkeit, mit 60.000 PSI als durchschnittlichem Festigkeitswert für unser Basismaterial aus Weichstahl.

Die 20 %-Regel hilft bei der Bestimmung des luftgeformten Radius beim Biegen über eine bestimmte Matrizenöffnung. (Der Name ist nach dem Umformverhalten von Edelstahl 304 benannt, der seinen Radius bei etwa 20 % der Matrizenöffnung bildet.) Ich gebe eine Reihe von Radiusprozentsätzen für verschiedene Materialien an. Bei A36-Stahl kann der Prozentsatz der Matrizenöffnung zwischen 15 % und 17 % liegen, wobei 16 % der Mittelwert ist. Wenn Sie also A36 mit der Luft formen, beträgt der resultierende Radius zwischen 15 % und 17 % der Matrizenöffnung.

Der Wertebereich könnte in manchen Fällen sogar noch aussagekräftiger sein. Warum? Die Antwort ist einfach: Kein Material gleicht dem anderen. Die Werte für Zugfestigkeit, Streckgrenze, Härte, Elastizitätsmodul und andere Variablen unterscheiden sich innerhalb jeder Charge. (Hitze ist die Bezeichnung für jede neue Charge geschmolzenen Metalls). Aus diesem Grund ist die 20 %-Regel auch nur eine Faustregel. Es handelt sich jedoch um eine einigermaßen genaue Faustregel.

Frage: Wir biegen kleine Blechfedern mit einer Breite von 0,213 Zoll und einer Länge von 1,33 Zoll. Sie erfordern vier 90-Grad-Bögen und zwischen zwei und vier zusätzliche offene Bögen. Das Material ist typischerweise 0,003 bis 0,015 Zoll dicker, vollharter oder halbharter Edelstahl der Serie 300, alles fotogeätzt. Wir verwenden eine sehr präzise und reproduzierbare Abkantpresse mit kundenspezifischen Werkzeugen, die wir selbst herstellen. Funktionieren Luftbiegemethoden und -formeln, die für schwerere Teile verwendet werden, auch für diese sehr kleinen Teile?

Das Luftbiegen funktioniert gut auf dem dünneren Material, aber meine dickeren Teile neigen dazu, sich zu falten und zu reißen. Ich bin gerade dabei, neue Werkzeuge mit einem größeren Stanzradius herzustellen, aber die Teilekonstrukteure neigen dazu, Ausschnitte zu nah an den Biegungen zu platzieren, oder sie wollen Biegungen sehr nahe beieinander haben, sodass ich in meinen Möglichkeiten etwas eingeschränkt bin. Wir haben auch demnächst Teile mit 150-Grad-Biegungen, die einen viel größeren Radius benötigen, und ich bin mir nicht sicher, wie diese Werkzeuge aussehen sollen.

Abbildung 1Die Spannungs-Dehnungs-Kurve zeigt die Streckgrenze, die Zugfestigkeit und den Bruchpunkt.

Antwort: Da ich früher einmal meine eigene Werkstatt hatte und die gleichen Arbeiten ausführte wie Sie, kann ich Ihnen ohne Zweifel sagen, dass die Formeln sowohl bei kleinen als auch bei großen Materialien funktionieren. Allerdings haben Sie Ihre Fertigteiltoleranzen nicht erwähnt. Da ich schon einmal dort war, vermute ich, dass Sie mit Werten von ±0,001 Zoll und Winkeln mit einem Fehler von einem halben Grad arbeiten. Das ist sicherlich gering, aber der Fehler in Prozent der Materialstärke ist ungefähr derselbe wie bei dickerem Material und beträgt etwa 10 % der Dicke. Dadurch ist es relativ einfach, Teile gemäß den im Druck geforderten Spezifikationen zu halten.

Müssen Sie die Berechnungen für Biegezugabe und Biegeabzug einbeziehen? Die Antwort ist … manchmal. Ja, mir ist klar, dass das eine vage Antwort war, also erlauben Sie mir, es zu erklären.

Wenn Sie mit einem Stempelnasenradius formen, der gleich oder kleiner als die Materialdicke ist, sind die berechneten Werte so klein, dass sie in den meisten Fällen keinen großen oder gar keinen Unterschied in den endgültigen Teilabmessungen machen. Allerdings kommt es selbst in diesem Maßstab immer noch zu starken Krümmungen – mehr dazu in Kürze.

Andererseits müssen bei Biegeradien, die größer als die Materialdicke sind, aufgrund der auftretenden Dehnung in der Regel Biegeabzüge und Biegezugaben berücksichtigt werden.

Um in so kleinem Maßstab zu biegen, sind einzigartige Werkzeuge erforderlich. Besorgen Sie sich zunächst einige feingeschliffene, tiefkantengehärtete (FG DEH) Schneidlinien, wie z. B. Sandvik Dieflex-Fräser. Diese sind etwa 5 cm hoch und an der Schneide messerscharf. Seien Sie vorsichtig. Sie können einen leicht bis auf die Knochen verletzen, wenn man nur mit ihnen umgeht. Vielleicht möchten Sie eine feine Feile nehmen und die Kante abbrechen, um sie sicherer zu machen.

Wenn der Stempelradius so scharf ist, kann sogar eine Biegung mit einer Materialstärke von 0,010 Zoll scharf gebogen werden. Sie müssen auf alles achten, was eine scharfe Kurve mit sich bringt. Verwenden Sie die gleiche Regel für größere Biegeradien und montieren Sie ein Stück Rundmaterial mit dem richtigen Radius am Stempel.

Für Biegungen mit größerem Radius machen Sie den Stanzer so, wie wir es besprochen haben. Aber hier würde ich meine größeren Biegungen in einer Urethanunterlage formen. Bauen Sie einen Aufbewahrungskasten mit einem Luftkanal unter dem Urethan-Pad. Das Urethan-Pad muss eine Härte von 50 bis 60 haben und das zehnfache Volumen des Materials und des Stempelradius haben. Urethan wirkt als Feststoffhydraulik und verteilt die Last gleichmäßig in alle Richtungen, wodurch das Material gezwungen wird, sich dem Stempelprofil anzupassen (siehe Abbildung 2).

Bei Biegungen, die an extrem kleinen Teilen eng beieinander liegen, ist Kreativität gefragt. Nehmen Sie vier Schnittmaßstäbe, versetzen Sie zwei davon ein wenig, drehen Sie ein Paar um und stellen Sie ein versetztes Werkzeug her (siehe Abbildung 3).

Sprechen Sie mit Ihrem Fotoätzbetrieb über Halbätzlinien mittig auf der Biegelinie für die Innenseite der Biegung. Dieser Prozess legt die Biegelinie für Biegungen in beide Richtungen fest.

Ein letzter Tipp: Das Zentrieren von Stempel und Matrize ist einer der wichtigsten Schritte beim Einrichten einer Abkantpresse. Aber die Frage ist: Wie richtet man einen messerscharfen Stempel mit einer Dicke von 0,032 Zoll aus und zentriert ihn in einer Matrizenöffnung mit einer Breite von 0,04 Zoll? Es ist zu klein, um es aus einigen Zentimetern Entfernung zu erkennen. Eine Lupe wird nicht funktionieren, weil man nicht nahe genug herankommen kann, um sie zu benutzen, und weil man den Kopf nicht zwischen Bett und Widder stecken kann. Wie kann man sie also sehen, um sie zu zentrieren?

Figur 2 Versuchen Sie, Ihre Biegungen mit größerem Radius über einer Urethanunterlage zu formen. Bauen Sie einen Haltekasten (links), der Platz für einen Luftkanal unter dem Urethan-Pad lässt.

Ich habe zwei kleine Webcams verwendet, Halterungen für deren Halterung angefertigt, sie am Bettgitter montiert und sie an meinen Laptop angeschlossen. Es funktionierte perfekt, mit toller Aussicht und perfekter Stempel- und Matrizenausrichtung (siehe Abbildung 4).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Sie kreativ sein müssen, wenn Sie sich in einem so kleinen Maßstab biegen. Es ist nicht so schwierig, wie Sie denken.