Processo de Flexão de Chapas Metálicas: Um Guia Prático para Análise de Processos
Por autor: Mark Hanks
Introdução
O processo de flexão de chapa metálica é amplamente utilizado em eletromecânica, automotivo, e indústrias aeroespaciais para invólucros de conformação de chapas metálicas, Armários, e painéis. Freios de pressão CNC Moldar a frio as folhas em várias formas usando ferramentas padrão ou personalizadas. A racionalidade do processo de flexão de chapa metálica influencia diretamente as dimensões finais e a qualidade das peças. Este artigo compartilha técnicas práticas derivadas de análises e experimentos para apoiar melhores resultados na conformação de chapa metálica(Um processo eficaz de dobra de chapa metálica não só melhora a precisão, mas também reduz o desperdício de materiais, e custos de produção. ).
1. Como Calcular o Comprimento Desdobrado de Chapas Metálicas
Durante o processo de dobra da chapa metálica, O cálculo preciso do comprimento desdobrado é essencial para garantir a precisão da flexão. O comprimento não dobrado depende da espessura do material, Ângulo de flexão, e ferramentas.
1.1 Método da Camada Neutra (para Curvas Não Retangulares)
Durante a flexão, a camada externa se estica e a interna se comprime, enquanto a camada neutra (entre eles) Não sente nenhum dos dois estresses. Seu comprimento permanece constante, tornando-o referência para o comprimento em branco. Sua posição varia com a deformação: para espessura δ ≤ 4 mm, Ela está a cerca de 0,5δ da superfície interna; para δ ≥ 5 mm, a cerca de 0,34δ. O comprimento da camada neutra é igual ao blank desdobrado necessário.
• Para espessura do material δ ≤ 4 mm, A distância da camada neutra em relação à superfície interna é aproximadamente 0,5δ.
• Para espessura δ ≥ 5 mm, é aproximadamente 0,34δ.
O comprimento da camada neutra corresponde ao comprimento de blank necessário para a peça.
1.2 Método do Coeficiente de Compensação (para curvas de ângulo reto)
É possível derivar experimentalmente o coeficiente empírico de compensação da flexão para curvas em ângulo reto, e a dimensão desdobrada é calculada como:
L = A B − 2d 2D
Onde:
•L = comprimento desdobrado
•A, B = dimensões externas da parte curvada
•δ = espessura do material
•Δ = compensação de coeficientes
Exemplo: Se A = 35 mm, B = 60 mm, e δ = 4 mm, então o comprimento da parte desdobrada = 88 mm.
Fig.1 Figura de formação de curvatura
Tabela 1: Coeficientes de Compensação de Flexão (Valores de referência)
| Espessura δ (mm) | Coeficiente de compensação Δ | Abertura comum do dado V (mm) |
| 1.0 | 0.1 | 6 |
| 1.5 (1.2) | 0.2 | 9 |
| 2.0 | 0.3 | 12 |
| 2.5 | 0.3 | 16 |
| 3.0 | 0.4 | 20 |
| 3.5 | 0.4 | 20 |
| 4.0 | 0.5 | 25 |
| 5.0 | 0.6 | 32 |
| 6.0 | 0.8 | 32 |
| 8.0 | 1.2 | 55 |
Nota: Ao dobrar peças longas onde a pressão excede o limite de tonelagem do freio de pressão, pode ser necessária uma abertura não padrão para o dado V.. O coeficiente de compensação deve ser ajustado com base nos resultados da flexão de ensaios. Por exemplo:
• Folha de 5 mm de espessura: Chip padrão V-die 32 mm (Δ = 0.6); se o comprimento for próximo de 3000 mm, use um chip V de 55 mm e reduza Δ em 0,1.
• Para uma folha de 6 mm de espessura ≥ 2000 mm de comprimento, selecione um chip V de 55 mm e ajuste Δ em 0,4 (ajustado a partir de 0,8).
Coeficientes de compensação são valores desenvolvidos empiricamente para um freio de pressão específico, ferramentas associadas e para o material específico. Eles devem ser determinados novamente para cada caso.
2. Como escolher as ferramentas para freios de pressão
Um aspecto crítico da flexão de chapa metálica é a escolha das ferramentas adequadas. Ferramentas para flexão por prensa, Como sistema, consiste em um punção (Die superior) e um dado (Dado inferior). A seleção é determinada pela natureza do material, sua espessura, e as dimensões da curvatura para evitar colisão entre a peça de trabalho e as ferramentas, além de evitar danos ao die ou à máquina de dobra devido à escolha inadequada da abertura do chip em V.
2.1 Die inferior (V-Die) Seleção
Os chips padrão de freio de pressão inferior frequentemente possuem várias aberturas em V de larguras e ângulos variados em um único bloco de matriz. Para operações padrão, a abertura do chip em V terá entre 6 e 8 vezes a espessura da folha. Para folhas mais finas, e onde uma curva de raio maior é desejável, Uma abertura mais ampla será escolhida. A abertura do chip em V pode ter formato e tamanho padrão, ou pode ser modificado, ou moldado, ou feito, para satisfazer um requisito específico.
Tabela 2: Aberturas recomendadas para B-Die
| Espessura do Material (mm) | Aberturas recomendadas para B-Die (mm) | Multiplicador de Zoneamento |
| 1.0 | 6 - 8 | 6× - 8× |
| 1.5 | 9 - 12 | 6× - 8× |
| 2.0 | 12 - 16 | 6× - 8× |
| 3.0 | 18 - 24 | 6× - 8× |
| 4.0 | 24 - 32 | 6× - 8× |
| 5.0 | 30 - 40 | 6× - 8× |
| 6.0 | 36 - 48 | 6× - 8× |
| 8.0 | 48 - 64 | 6× - 8× |
2.2 Dado Superior (Punch) Seleção
1) Socos Diretos
• Usado para dobrar chapas de espessura
2) D ≤ 3 mm
• Útil para curvas com múltiplas operações
3) Socos no Pescoço de Ganso
• Projetado para partes em forma de U de profundidades variadas
• Pequenos punções de pescoço de ganso usados para peças rasas
• Grandes punções de pescoço de ganso usadas para partes profundas de material grosso
4) Socos Achatados
• Usado para achatar bordas dobradas de peças retrabalhadas
• Modificações personalizadas capazes de atender a requisitos únicos de design
Fig.2 Figura da seção transversal inferior do cunho
Lâmina curva grande Lâmina reta Lâmina curva pequena lâmina de achatamento
Fig.3 Figura da seção transversal superior do dado
3. Como Calcular a Força de Flexão do Freio de Prensa
Todas as ferramentas de dobra possuem recursos de segurança integrados contra altas pressões, contudo, Cada ferramenta possui um limite de segurança único que não deve ser ultrapassado. Antes de dobrar, Deve-se confirmar que a força de flexão não excederia o limite de tonelagem do freio de pressão, Baseado na espessura da chapa e no comprimento de flexão necessário.
Uma das equações para calcular a força de flexão é:
P = (1,6 × B × δ² × Rm) / (100 × V)
Nesta equação:
•P = força de flexão (tom)
•δ = espessura do material (mm)
•B = largura da folha (mm)
•V = largura da abertura do dado V (mm)
•Rm = resistência à tração do material (MPa)
A restrição sobre a tonelagem de curvatura é determinada pelo freio de pressão específico e pelas ferramentas utilizadas. A maioria das máquinas de dobra possui uma placa de classificação de tonelagem presa à estrutura, e a tonelagem também pode ser verificada por meio de sistemas de simulação de curvatura CNC.
Tabela 3: Limites de Tonelagem de Curvatura de Aço Carbono (Valores de referência)
| Espessura (mm) | V-Die (mm) | Comprimento Máximo (mm) | Tonelagem máxima (t) |
| 0.8 | 6 | 3000 | 25 |
| 1.0 | 6 | 3000 | 39 |
| 1.5 | 9 | 3000 | 54 |
| 2.0 | 12 | 3000 | 84 |
| 2.5 | 16 | 3000 | 84 |
| 3.0 | 20 | 3000 | 98 |
| 3.5 | 20 | 3000 | 133 |
| 4.0 | 25 | 3000 | 141.3 |
| 4.5 | 25 | 2500 | 150 |
| 5.0 | 32 | 2500 / 1700 | 150 / 145 |
| 6.0* | 55 | 3000 | 150 |
| 8.0* | 55 | 1600 | 145 |
| 10.0* | 55 | 1000 | 140 |
Notas:
• Comprimento máximo de flexão para aço carbono é de 3100 mm; A arqueação teórica não deve exceder 150 toneladas.
• Itens marcados com * excedem o limite padrão e exigiriam ajustes de programa; Isso traz riscos à segurança e geralmente não é recomendado.
• Quando uma peça excede o limite de tonelagem, abordagens alternativas podem incluir cortar ranhuras de processo ao longo da linha de flexão ou a formação em ranhuras em V da chapa para reduzir a espessura do material.
Tabela 4: Limites de Tonelagem de Curvatura em Aço Inoxidável (Valores de referência)
| Espessura (mm) | V-Die (mm) | Comprimento Máximo (mm) | Tonelagem máxima (t) |
| 0.8 | 6 | 3000 | 25 |
| 1.0 | 6 | 3000 | 39 |
| 1.5 | 9 | 3000 | 54 |
| 2.0 | 12 | 3000 | 84 |
| 2.5 | 16 | 3000 | 84 |
| 3.0 | 20 | 3000 | 98 |
| 3.5 | 20 | 3000 | 133 |
| 4.0 | 25 | 3000 | 141.3 |
| 4.5 | 25 | 2500 | 150 |
| 5.0 | 32 | 2500 | 150 |
| 6.0* | 55 | 3000 | 150 |
| 8.0* | 55 | 1600 | 145 |
| 10.0* | 55 | 1000 | 140 |
Notas: Semelhante ao aço carbono, O aço inoxidável tem comprimento máximo de flexão de 3100 mm com limite teórico de tonelagem de 150 toneladas. Itens marcados com * excedem o limite padrão e exigem ajustes do programa, que acarretam riscos de segurança. Se os componentes excederem o limite de tonelagem, Pode ser razoável modificar o processo de dobra de chapa metálica.
4. Tipos Comuns de Peças Dobradas em Chapas de Metal
4.1 Peças em Forma de U
Diferentes projetos de processo de flexão de chapa metálica são necessários para o formato de U, Formato de Z, e outras peças complexas. Para peças em formato de U, uma diretriz geral é que a altura de curvatura H deve ser menor ou igual à largura de curvatura B para evitar interferência da ferramenta. No entanto, mesmo quando H ≤ B, interferência ainda pode ocorrer se a altura da curvatura for excessiva — tipicamente quando H ≥ 80 mm, A peça pode entrar em contato com a carcaça da máquina de dobra durante a flexão.
Fig.4 Figura de formação de dobramento
Fig.5 Diagrama de simulação de flexão
Soluções potenciais podem incorporar as seguintes funcionalidades:
• Dobrar primeiro um ângulo obtuso (para permitir que as flanges passem pela máquina de dobra), Depois, a curva em ângulo reto, e então a curva intermediária também pode ser achatada. (Nota: Essa abordagem provavelmente deixará marcas visíveis na peça.)
• Uso de socos no pescoço de ganso (quando H ≥ B) pode ser usado, mas a aplicação dessa abordagem pode precisar ser verificável por meio de simulação de teste ou dobra real.
Fig.6 Diagrama de simulação de flexão
4.2 Peças em Formato de Z
A possibilidade de incorporar curvas em formato de Z é determinada principalmente pela distância da abertura do chip em V até a borda da peça. Uma abordagem aceitável pode ser:
• Escolha da abertura correta do chip em V e do punção com base na espessura do material.
• Desenhar ou simular a forma que será formada.
•Se ainda não tiver certeza, realizar algumas simulações físicas ou dobrar a máquina como teste.
Fig.7 Diagrama de simulação de flexão
5. Problemas e soluções comuns de flexão de chapa metálica
Vários problemas podem ocorrer na flexão de chapas metálicas. A tabela abaixo resume problemas típicos e soluções práticas.
| Descendência | Possível Mitigação |
| Altura insuficiente da flange de flexão | • Aumentar a dimensão da flange, se o projeto permitir. • Usar uma abertura menor para o chip em V (Verificar tonelagem) e ajustar a compensação.• Para δ ≤ 3 mm: H ≈ V/2 2; para δ > 3 mm: H ≈ V/2 4. |
| Deformação de furos na linha de curvatura | • Perfurar furos após a curvatura. • Cortar ranhuras de processo ao longo da linha de dobra (Comprimento da ranhura ≈ diâmetro do furo).• Mantenha a borda do furo pelo menos metade da largura do chip em V em relação à linha de curvatura. |
| Interferência de ferramentas | • Ajustar a sequência de flexão — primeiro as arestas complexas, depois arestas simples.• Use ferramentas especializadas (Por exemplo,, Punções de garganso ou matrizes offset). |
| Rachando na curva | • Oriente a linha de curvatura perpendicular à direção de rolamento. • Recoça a área de curvatura ou escolha um material com melhor ductilidade. |
| Marcas superficiais na parte dobrada | • Aumentar o raio do punção por meio da modificação da ferramenta.• Usar chips inferiores sem marcação.• Colocar película protetora entre o die e a chapa. |
| Posicionamento de dificuldade para flanges irregulares | • Marque linhas de curvatura durante o corte a laser como referência. • Crie um acessório que corresponda ao contorno da peça. |
| Dimensões formadas não conforme especificado | • Usar um ponto de referência comum para reduzir o erro acumulado. • Realizar dobras de prática e determinar o coeficiente de compensação. |
6.Fatores que Afetam a Qualidade da Curvatura de Chapas Metálicas
1) Abertura V-Die:
A escolha de um sulco em V depende principalmente da espessura da folha. Um sulco em V mais largo requer uma força de flexão menor. Em geral, Folhas mais finas utilizam V = 6t. Onde V é a largura do sulco inferior em V do cunho e t é a espessura da chapa. A seleção padrão da largura inferior do sulco em V em relação à espessura da chapa está representada na tabela a seguir.
| Espessura da folha t / mm | Largura do sulco em V |
| 0.5–2.6 | 6t |
| 3–8 | 8t |
| 9–10 | 10t |
2) Raio de Punção:
O raio externo de curvatura da peça é determinado principalmente pela largura do sulco em V do chip inferior, enquanto o raio R do soco superior também desempenha um certo papel. O raio R do punção superior é geralmente igual a, ou um pouco menos que, A espessura da folha. Ao dobrar alumínio duro, ou outros materiais que apresentam baixa plasticidade, um raio de punção maior e tamanho de sulco em V devem ser usados para os chips superior e inferior para evitar quebras e rachaduras. Além disso, Sulcos de parada de trinca devem ser formados nas extremidades da linha de flexão da peça.
3) Precisão do Freio de Pressão:
A deformação por deflexão geralmente é resultado de cargas irregulares. Utilize um freio de pressão com comprimento de trabalho de 3200 mm com cilindros hidráulicos configurados para uma carga de 100 t de cada lado. Tanto a viga superior quanto a inferior vão se desviar sob a carga. Como resultado, O deslocamento real do ram será menor que o comprimento total da viga, resultando em diferentes ângulos de flexão. O ângulo de curvatura será o maior no centro e diminuirá em direção às extremidades, e afetará o tamanho total da peça.
4) Matéria-prima:
Falta de uniformidade nas matérias-primas: Diferentes graus de materiais podem conter espessuras de folhas diferentes e até inconsistentes, Dureza, e até variações entre produções. Ráboras grandes, juntas grandes, ou até mesmo expansão devido ao processo de flexão, Tudo isso pode levar à perda de precisão da flexão. Variações no processo de laminação podem levar a um retorno desigual e perda de precisão. Diferenças localizadas no material podem levar a imprecisões dimensionais devido a variações na temperatura do material.
5) Retorno:
Retorno: Um material se dobra durante deformações elásticas e plásticas. O ângulo de recuo de mola se correlaciona positivamente com o limite de escoamento e negativamente com o módulo elástico. Das várias técnicas de dobra, Springback é melhor com dobra de ar e menos com cunhagem, enquanto a flexão inferior é intermediária. Com o aumento da espessura da chapa durante a flexão de chapa metálica, O retorno de primavera é reduzido.
Observações finais
Um sucesso Processo de curvatura de chapa metálica requer cálculo preciso do comprimento desdobrado, Seleção correta de ferramentas, Estimativa correta da força de flexão, e controle de retorno de mola.
Otimizando continuamente o processo de dobra de chapa metálica, Os fabricantes podem melhorar a precisão da flexão, Reduzir custos de produção, e alcançar uma qualidade de produto mais consistente.
Perguntas frequentes
Q1: O que é a Concessão de Flexão?
A margem de flexão é a quantidade de chapa metálica que é esticada como resultado da flexão. Esse valor é afetado pelo material, Espessura da folha, e as ferramentas de dobra.
O fator de margem de curvatura também pode variar conforme a origem da placa de aço e o tipo de freio de pressão. Por isso, O valor real deve ser medido in situ.
Cálculos de margem de flexão são tipicamente feitos para uma curvatura de 90°. Os valores específicos também variam conforme a abertura do chip do freio de pressão e o tipo de chapa metálica.
Allowance por flexão e dedução por flexão, DK, são dois termos relacionados de flexão de chapa metálica que são definidos de forma diferente. Independentemente da definição usada, O comprimento do padrão plano permanece o mesmo.
Q2: O que é a Dedução por Curvatura?
Durante o processo de projeto de chapa metálica, Muitos engenheiros passaram pelo mesmo dilema: Por que o componente de chapa metálica, que é projetado com precisão e devidamente desdobrado no SolidWorks, não correlacionam com as medições necessárias quando enviadas para fabricação?
Enquanto uma variação de medição de curvatura de 1-2 mm pode parecer menor, na realidade, Mesmo uma pequena discrepância de medição pode tornar a montagem insatisfatória. Isso levaria ao desperdício de materiais e tempo de entrega, além de aumentar o custo de produção.
A origem desse problema generalizado geralmente vem de uma má compreensão ou erros cometidos ao definir dedução por curvatura, Fator K, e margem de flexão. Esses parâmetros conectam o design digital ao mundo físico. Esses parâmetros formam a base do design preciso de chapas metálicas e têm um impacto profundo na qualidade do produto e na capacidade de fabricá-lo.
A dedução de dobra pode ser a mais fácil das três de entender. A dedução ocorre devido ao processo de flexão, que causa esticar a camada externa e comprimir a camada interna da chapa, enquanto a camada neutra da folha permanece inalterada.
A dedução por curva leva em conta o "Comprimento" isso está ausente devido ao alongamento e compressão da folha.
Dedução por Curvatura = (OSSB × 2) - BA
Onde:
OSSB = recuo externo
BA = margem de flexão
Os valores de dedução de curvatura quase sempre são fornecidos pelos fabricantes de chapas metálicas para certos materiais, espessuras e raios de curvatura específicos, com base em sua experiência prática.
Q3: O que é dobra de ar?
Também conhecido como flexão por gap ou flexão livre, O processo de dobra de ar cria uma peça de chapa metálica por meio do uso de um punção para formar três pontos de contato em um chip inferior.
Durante o procedimento, O punção superior e o die inferior da prensa de freio não fecham completamente. A chapa metálica não é totalmente pressionada contra o chip inferior. Na verdade, Durante o processo de flexão, A chapa metálica fica parcialmente sem suporte, ou, "No ar".
O ângulo de flexão é determinado pela profundidade de percurso do punção superior em relação ao chip inferior, e também depende da espessura da folha. Como regra geral, à medida que a profundidade de curso do punção superior aumenta, O ângulo de flexão diminui. O oposto é verdade para uma profundidade de viagem reduzida.
Pois as partes que são dobradas ao ar tendem a recuar, O ângulo de flexão será aproximado e não exato. Para peças diferentes, O processo deve ser inspecionado e ajustado às tolerâncias exigidas.
Q4: O que é Bottom Bending?
Como o processo de dobra de ar, A curvatura inferior também usa um punção e um chip inferior em formato de V. No entanto, A chapa metálica é totalmente contato e pressionada entre o punção superior e o die inferior.
Na flexão inferior, A chapa metálica faz contato total com o chip inferior. Portanto, O ângulo de flexão é determinado pelo ângulo do cunho.
Devido ao aumento da força de formagem e à redução do recuo de mola, A flexão inferior é mais precisa e mais adequada para produção em larga escala.
Q5: O que é recuo de mola na flexão de chapa metálica?
O recuo de mola descreve a tendência de um material de voltar à sua forma original após a remoção de uma força especificada. Durante o processo de dobrar uma folha, O material sofre tensões tanto de tração quanto de compressão em extremidades opostas. Após a remoção da força de flexão, A folha tenta voltar à sua forma original pelas tensões. A recuperação é chamada de springback.
O recuo de mola é geralmente descrito em dimensões angulares. O recuo de mola é uma função complexa de muitas variáveis, incluindo o tipo de material, Espessura da folha, Pressão de flexão, e raio de curvatura.
Quando uma pressão variável é aplicada a um material dobrado, As mudanças na força de reação. Após a remoção da pressão aplicada, o ângulo recua na direção oposta. Isso é chamado de recuo por flexão.
O retorno de energia é afetado por:
• Quando se usa o mesmo dado, Condições de flexão, e espessura: SPCC < PARA < SEU
• Ao usar o mesmo chip e material, Uma folha mais fina geralmente resulta em maior recuo.
• Para o mesmo material, um raio maior da curva interna, R, geralmente resulta em maior retorno de energia.
De modo geral, maior a pressão de flexão, Menor o retorno de energia.
Q6: Qual Material é o Mais Fácil de Dobrar?
Dos materiais fáceis de dobrar, A chapa de aço laminada a frio da SPCC é a mais fácil de dobrar entre os materiais.
Dos diversos materiais em folha, O aço laminado a frio SPCC é um dos materiais mais comumente usados na fabricação de chapa metálica, E dobrar esse material também é fácil e proporciona facilidade de dobrar.
O SPCC é menos frágil e mais dúctil, tornando-o mais vantajoso para uso em dobragem e ainda mais para operações de dobra e conformação de chapas metálicas. Peças feitas de SPCC geralmente precisam de acabamento para melhorar a superfície. Isso pode incluir pintura ou eletrodeposição. Pequenos defeitos na superfície ou pequenos riscos causados por curvatura geralmente são abordados nos processos de acabamento.
O SPCC é até considerado um dos materiais mais fáceis de usar para dobrar em aplicações de chapa metálica.
Q7: Como o raio do punção é determinado?
Para uma dada curvatura de chapa metálica, O ângulo do dado deve ser menor que o ângulo de flexão. Um exemplo disso é para um ângulo de flexão de 90 graus, Um ângulo de matriz de 88 graus é comumente usado.
Para folhas de 3 mm ou menos, É usado um raio de ponta de punção de R0.6, mas se o processamento necessário tiver suas próprias especificações, um raio de R0.2 pode ser usado.
O die deve ser verificado para verificar se tem a faixa necessária para processamento e se tem a faixa necessária para resistência à pressão.
O die deve ser verificado para garantir que ele tenha a forma necessária para a operação de dobra dada.
