Cálculo de la fuerza de flexión: Flexión por aire, acuñamiento

¿Alguna vez se ha preguntado cómo calcular con precisión la fuerza de flexión necesaria para la fabricación de chapas metálicas? En esta interesante entrada del blog, exploraremos los entresijos del cálculo de la fuerza de flexión, basándonos en la experiencia de ingenieros mecánicos experimentados. Descubra los factores clave que influyen en la fuerza de flexión y aprenda a aplicar fórmulas probadas para optimizar sus procesos de conformado de metales. Prepárese para elevar sus conocimientos sobre plegado de chapa metálica a nuevas cotas.

Cálculo de la fuerza de plegado de chapa plegado en aire, acuñado

Índice

Cálculo de la fuerza de plegado de chapa plegado en aire, acuñado

En la actualidad, las fórmulas para calcular la fuerza de flexión que se utilizan de forma generalizada se han adoptado de fuentes extranjeras sin ninguna información sobre su origen o ámbito de aplicación.

Este artículo presenta un análisis sistemático del proceso de derivación de la fórmula para calcular la fuerza de flexión, así como los parámetros necesarios.

Además, se introduce un nuevo enfoque para calcular la fuerza de flexión con el fin de ampliar su ámbito de aplicación.

Calculadora de fuerza de flexión en V y en U

Fórmula de la fuerza de flexión de la chapa

En los últimos años, la máquina plegadora se ha generalizado en diversos sectores y ha ampliado su capacidad de procesamiento.

A pesar de su popularidad, ha habido una falta de discusión sistemática sobre el cálculo de la fuerza de flexión.

En la actualidad, existen aproximadamente dos tipos de fórmulas de cálculo de la fuerza de flexión recomendadas por los manuales de producto de diferentes fabricantes de prensas plegadoras.

P=650S2lV

P=1.42S2lVσb

En la fórmula:

  • P- fuerza de flexión, kN;
  • S- espesor de la chapa, mm;
  • l -plegado de chapas longitud, m;
  • V- troquel inferior anchura de apertura, mm;
  • σb- resistencia a la tracción del material, MPa.

La fórmula recomendada por el fabricante para calcular la fuerza de flexión se basa en una fórmula mencionada anteriormente.

Ambas fórmulas se han extraído de diversos folletos de productos, pero no hay pruebas de su exactitud.

Calculadora relacionada: Calculadora de tonelaje de prensas plegadoras

El proceso de obtención de la fórmula para calcular la fuerza de flexión, así como su ámbito de aplicación.

La figura 1 es una representación esquemática del proceso de plegado de una hoja.

esquema de funcionamiento al doblar la chapa
  • P: Fuerza de flexión
  • S: Espesor de la chapa
  • V: Anchura de la abertura inferior de la matriz
  • r: Radio interior durante el proceso de curvado
  • K: Anchura de la proyección horizontal de la zona de deformación durante la flexión.

El cálculo de la fuerza de flexión y sus parámetros se explican a continuación:

La anchura recomendada de la abertura inferior de la matriz (V) para el plegado libre es de 8 a 10 veces el espesor de la chapa (S), con una relación anchura/espesor de V/S = 9.

Los fabricantes de plegadoras proporcionan los valores de la anchura de la matriz (V) y el radio interior (r) de la pieza plegada en su tabla de parámetros de fuerza de plegado. La relación radio-anchura suele ser r = (0,16 a 0,17) V, y en este caso se utiliza el valor de 0,16.

Durante el proceso de plegado, el material de la zona de deformación sufre una importante deformación plástica, lo que provoca que se doble alrededor de la línea central.

En algunos casos, pueden aparecer pequeñas grietas en la superficie exterior de la zona curva.

La tensión en la zona de deformación, excepto cerca de la capa central, es cercana a la resistencia a la tracción del material, con la parte superior de la capa neutra comprimida y la parte inferior en tensión.

La figura 2 ilustra la sección transversal y el diagrama de tensiones correspondiente en la zona de deformación.

sección y diagrama de tensiones correspondiente en la zona de deformación

El momento flector en la sección de la zona de deformación es:

momento flector en la sección de la zona de deformación

El momento flector producido por la fuerza de flexión en la zona de deformación se representa en la figura 1.

momento flector generado por la fuerza de flexión en la zona de deformación

De M1 = M2, obtenemos:

fórmulas de cálculo de la fuerza de flexión

Al doblar una chapa con un molde universal en una máquina dobladora, como se muestra en la figura 3, la mayoría de las chapas se doblan a 90°. En este caso, K es:

curvado con un molde universal en una máquina curvadora

Sustituyendo K en la ecuación (1), obtenemos:

fórmulas de cálculo de la fuerza de flexión

La resistencia a la tracción de los materiales ordinarios, σb, es de 450 N/mm². Este valor puede utilizarse en la fórmula (2) para calcular el resultado.

fórmulas de cálculo de la fuerza de flexión

La fórmula para calcular la fuerza de flexión obtenida aquí coincide con la información facilitada en folletos extranjeros.

Flexión por aire

Las variables de la fórmula son:

  • S: Espesor de la chapa
  • r: Radio interior cuando se dobla la chapa
  • K: Anchura de la proyección horizontal de la zona de deformación por flexión.

Como se desprende del proceso de derivación, cuando se utilizan las fórmulas (2) o (3) para calcular la fuerza de flexión, es importante asegurarse de que se cumplen dos condiciones adicionales: la relación entre la anchura y el grosor (V/S) debe ser igual a 9, y la relación entre el radio y la anchura debe ser igual a 0,16.

Si no se cumplen estas condiciones, pueden producirse errores importantes.

Nuevos métodos y pasos para calcular las fuerzas de flexión

El cálculo de la fuerza de flexión puede complicarse cuando no es posible cumplir los dos requisitos adicionales (relación anchura/espesor V/S = 9 y relación radio/anchura = 0,16) debido a limitaciones de diseño o proceso.

En tales situaciones, es aconsejable seguir estos pasos:

  • Calcular la relación anchura/espesor y la relación radio/anchura en función del espesor de la chapa (S), radio de curvatura (r), y abertura inferior de la matriz (V).
  • Determinar la anchura de proyección de la zona de deformación considerando la deformación de la chapa.
  • Utilice la fórmula (1) para calcular la fuerza de flexión, teniendo en cuenta las posibles diferencias en el radio de flexión y la zona de deformación correspondiente.

Estos pasos proporcionarán un resultado más preciso y fiable en comparación con el uso de la fórmula comúnmente utilizada. En la Figura 4 se muestra un ejemplo para ilustrar este proceso.

Nueva fórmula de cálculo de la fuerza de flexión

Dadas: Espesor de la chapa (S) = 6mm, Longitud de la chapa (l) = 4m, Radio de curvatura (r) = 16mm, Anchura de la abertura de la matriz inferior (V) = 50mm, y Resistencia a la tracción del material (σb) = 450N/mm².

Pregunta: ¿Cómo podemos calcular la fuerza de flexión necesaria para la flexión por aire?

Estos son los pasos:

En primer lugar, calcula la relación entre anchura y grosor y la relación entre radio y anchura:

fórmulas de cálculo de la fuerza de flexión

A continuación, calcula la anchura proyectada de la zona de deformación:

fórmulas de cálculo de la fuerza de flexión

Por último, utilice la fórmula (1) para calcular la fuerza de flexión:

fórmulas de cálculo de la fuerza de flexión

Si se utiliza la fórmula recomendada habitualmente para calcular la fuerza de flexión:

fórmulas de cálculo de la fuerza de flexión

De P1/P2 = 1,5 se deduce que la diferencia entre P1 y P2 es 1,5 veces.

La razón de esta discrepancia se debe a que, en este ejemplo, el radio de curvatura es relativamente grande, lo que se traduce en una mayor superficie deformada y, por tanto, requiere una mayor fuerza de curvatura.

La relación entre radio y anchura en este ejemplo es de 0,32, lo que supera los criterios antes mencionados.

Utilizar la fórmula estándar para calcular la fuerza de flexión no es adecuado para este escenario. Las ventajas de utilizar el nuevo método de cálculo pueden observarse en este ejemplo.

Además, existe una calculadora en línea para calcular la fuerza de flexión con el nuevo método.

Tabla de resistencia a la tracción

MaterialResistencia a la tracción
AmericanaEuropeaChinaN/mm²
Aluminio 6061Alu50LD30290
Aluminio 5052Alu35LF2303
1010 Acero dulceDC0110/10F366
A 536 -80 G 60-40-18GGG-40QT400-18400
A 351 G CF 8G-X 6CrNi 18 9Q235450
A 572 G50S 355 MCQ345550
Inoxidable 304Inox V2A0Cr18Ni9586
Acero inoxidable 316Inox V4A0Cr17Ni12Mo2600
4140 Baja aleación42 CrMo 442CrMo1000

Fórmulas de cálculo de la fuerza de flexión para acuñación

Las fórmulas para calcular los parámetros de acuñación son diferentes de las de curvado por aire.

1. Anchura de la uve del troquel:

V = chapa metálica espesor × 5

2. El radio interno viene determinado por la punta del punzón, que debe elegirse de acuerdo con la siguiente fórmula:

Radio = espesor de la chapa × 0.43.

3. Fuerza necesaria para acuñar:

F(kn/m)=Espesor2×1,65×Resistencia a la tracción (N/mm)2)×4,5/Anchura de la uve del troquel

4. La fórmula para calcular el borde interno mínimo sigue siendo la misma:

Canto interno mínimo = Die vee × 0.67

Fórmulas de cálculo de la fuerza de flexión para curvas en Z

Algunas herramientas necesitan una fuerza particular para ceder la chapa y gestionar el springback con el fin de obtener el perfil requerido.

Como ejemplo consideraremos las herramientas joggle, que hacen dos dobleces a la vez con una distancia corta entre el doblez y el contrapliegue.

Como estas herramientas hacen dos curvas a la vez, springback tiene que ser cancelado completamente por acuñación.

La ecuación para calcular la fuerza necesaria es:

  • KN/m = fuerza necesaria por metro
  • Z = palanca en mm
  • Nº de curvas = para una Z suponer 2

Por lo general, las herramientas de palanca constan de un soporte de inserción en el que se fijan con tornillos prisioneros las herramientas de palanca elegidas en función de la palanca y el ángulo requerido.

Es importante pedir asesoramiento técnico al fabricante antes de comprar, porque estos sistemas sólo pueden doblar chapas finas, de 2 mm como máximo, pero el grosor máximo dependerá del tipo de inserto y podría ser inferior a 2 mm.

Curva Z

Conclusión

Las fórmulas y los pasos previstos para calcular la fuerza de flexión son adecuados no sólo para la flexión angular de una chapa, sino también para la flexión en forma de arco (que técnicamente debería denominarse flexión angular con un radio de flexión grande).

Es crucial tener en cuenta que la formación de una forma de arco requiere un diseño de molde único.

Al proyectar el área de deformación, el cálculo debe basarse en los parámetros establecidos durante el proceso, que no pueden determinarse mediante una fórmula única.

En una fábrica específica de torres de hierro, curvamos con éxito un cilindro con un grosor de pared de 12 mm, un diámetro de 800 mm y una longitud de 16 m utilizando una prensa de 28000 kN. máquina de frenado y un molde circular.

El método descrito en este artículo se utilizó para determinar la fuerza de flexión y produjo resultados satisfactorios al diseñar un molde para una forma de arco.

Más información:

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Shane
Autor

Shane

Fundador de MachineMFG

Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.

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