Calcolare la spinta per deformare lamiera acciaio S235jr spessore 30/10?

reggio

Utente Senior
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Ciao, volendo deformare con attrezzo manuale una lamiera S235jr spessore max 30/10, come posso calcolare la spinta necessaria per ottenere il risultato voluto?

Mi date 2 dritte per arrivare a fare un calcolo spannometrico?

Inoltre, come dovrò realizzare punzone e matrice per fare in modo che togliendo il carico, la lamiera resti deformata nel modo richiesto?
 

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meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
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Con un FEM potresti vedere di arrivare a snervamento e quindi sapere la forza necessaria.
Perché avete la fissa di scrivere gli spessori delle lamiere in decimi 30/10 quando chi lavora i coil scrive sul cartellino 3,0 mm?
 

meccanicamg

Utente Senior
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Ma devi deformare la lamiera rossa per incurvare leggermente tutto attorno all'inserto filettato? Potrebbe essere assimilato o assimilabile ad una trave a sbalzo lunga 6 mm incastrata e la stai spingendo ..... ovviamente devi arrivare a una sigma maggiore dello snervamento.
 

Stan9411

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Io non ho capito cosa devi punzonare/imbutire/piegare .. vedo una lamiera rossa già “forata” ed un inserto grigio.. la situazione iniziale qual è ?
 

meccanicamg

Utente Senior
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Io non ho capito cosa devi punzonare/imbutire/piegare .. vedo una lamiera rossa già “forata” ed un inserto grigio.. la situazione iniziale qual è ?
Seconda modo me ha già tranciato la lamiera rossa e inserito l'inserto filettato con linguette nel foro. Sono che deve imbutire leggermente la lamiera rossa per fare sparire i ganci dell'inserto sotto al piano della lamiera altrimenti avanzano su.
Certamente è una supposizione logica....ma non è chiaro nella richiesta che sua questo che vuole sapere.
 

Stan9411

Utente Junior
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Mmm ... può darsi. In questo caso non la vedo una cosa molto gestibile analiticamente. Non penso esista una cosa del genere in letteratura, poi possiamo approssimarlo a quello che volete, ma non sarà mai corretto. Non può essere una trave perché non ha il rapporto di forma corretto e in più ciascun lato del rettangolo è sorretto lateralmente da quelli adiacenti, quindi non è un incastro puro.
 

Stan9411

Utente Junior
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Non è un’imbutitura perché li il calcolo si fa sulla superficie in fondo, ma qua l’abbiamo già asportata.. si potrebbe provare ad applicare qualcosa della teoria della piegatura di lamiere (dispense a centinaia googlando) ma su una quantità di materiale così piccola sarebbe sempre un calcolo approssimativo
 

meccanicamg

Utente Senior
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Non è un’imbutitura perché li il calcolo si fa sulla superficie in fondo, ma qua l’abbiamo già asportata.. si potrebbe provare ad applicare qualcosa della teoria della piegatura di lamiere (dispense a centinaia googlando) ma su una quantità di materiale così piccola sarebbe sempre un calcolo approssimativo
Se supponiamo di tagliare con un punzone dritto potremmo assumere quella come forza massima ...con l'ipotesi che la forza vera sarà inferiore.
 

reggio

Utente Senior
Professione: ...
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Pardon, pardon, grazie per l'attenzione e scusate, spiego meglio:
la parte grigia la chiamiamo "dado a gabbia" è un commerciale, è composto da una gabbietta di lamierino sottile che mantiene in posizione il dado quadro vero e proprio (quando stringi il dado, la gabbietta si deforma garantendo il mantenimento in posizione).

la rossa è la lamiera che debbo bullonare, fino a 3,0mm (30/10 deriva dai lamieristi..), ha già il foro quadro necessario per aggrappare il dado a gabbia.

Solitamente si usa il dado a gabbia così come è, e si "sopporta" il leggero spessore della gabbietta che terrà i 2 pezzi da bullonare lontani tra loro di una distanza pari appunto allo spessore della gabbietta.

Per eliminare questo gap, volevo deformare la lamiera rossa utilizzando un punzone (verde) e una matrice (gialla).

La domanda riguarda proprio alla forza di spinta che debbo esercitare per ottenere una sorta di imbutitura/deformazione che affondi per circa 0,3÷0,5mm.

La dimensione del foro quadro esistente è 11,5x11,5mm, la dimensione dell'area da "infossare" è 15x15mm

deve imbutire leggermente la lamiera rossa per fare sparire i ganci dell'inserto sotto al piano della lamiera altrimenti avanzano su.
esattamente.

Ovviamente, prima deformo la lamiera rossa, poi inserisco il dado a gabbia (la gabbietta è flessibile e si riesce a stringere e inserire nel foro quadro anche a mano - una volta inserito, si rilascia e la gabbietta "abbraccia" il foro quadro senza più cadere).

Quindi, quanta spinta per deformare la lamiera rossa?
Facciamo l'esercizio quì, assieme? Mi insegnate come calcolare il tutto con i parametri indicati?
(Mi creerò un foglio excel per il calcolo di atri spessori e superfici).

Alla fine voglio capire se posso affrontare il primo campione con una barra filettata a mano o una morsa, insomma un attrezzino portatile o se debbo spostarmi su cilindro idraulico o pressetta...
 

meccanicamg

Utente Senior
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Diciamo che in letteratura non c'è una formula pronta all'uso, però si possono fare delle considerazioni di massima.

Io partirei a fare un primo calcolo come se dovessi tranciare la lamiera da pieno. Quindi mi calcolo il perimetro.
\[ P=L•4=15•4=60mm \]
Calcoliamo poi la forza necessaria:
\[ F=P•t•\sigma_{sn}=60[mm]•3[mm]•300[MPa]=54000[N]≈5400[kg] \]
Poi magari sarà un po' meno ...o forse un po' di più?

Si potrebbe anche ragionare immaginando di comprimere la cornice e incrudirla completamente.
Calcoliamo l'area della cornice:
\[ A=L²-l²=15²-11,5²=92,75mm² \]
Essendo che a compressione
\[ \sigma=\frac{F}{A} \]
Ricaviamo F imponendo di raggiungere lo snervamento per incrudire
\[ F=\sigma•A=300•92,75=27825N≈2800kg \]
Essendo che ci sarà una flessione con una piccola compressione nella zona che rimarrà raggiata è presumibile che la tua forza da applicare sia intermedia a questi due valori.

Nel calcolo ho imposto che il carico di snervamento da raggiungere sia circa 300MPa.

Di sicuro la lamiera da 3 mm non la pieghi a mano.

La verità..quanto sarà, circa 3÷4 tonnellate.
 

reggio

Utente Senior
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Si potrebbe anche ragionare immaginando di comprimere la cornice e incrudirla completamente.
Calcoliamo l'area della cornice:
\[ A=L²-l²=15²-11,5²=92,75mm² \]
Essendo che a compressione
\[ \sigma=\frac{F}{A} \]
Ricaviamo F imponendo di raggiungere lo snervamento per incrudire
\[ F=\sigma•A=300•92,75=27825N≈2800kg \]
Essendo che ci sarà una flessione con una piccola compressione nella zona che rimarrà raggiata è presumibile che la tua forza da applicare sia intermedia a questi due valori.

Nel calcolo ho imposto che il carico di snervamento da raggiungere sia circa 300MPa.

Di sicuro la lamiera da 3 mm non la pieghi a mano.

La verità..quanto sarà, circa 3÷4 tonnellate.

Grazie .. io avevo trovato questo
che porterebbe ad un risultato diverso ... dove sbaglio?

Inoltre (in questo caso cambia poco) in generale, l'area non sarebbe più corretto fare perimetro x spessore lamiera? .. se anche mancasse il foro e fosse pieno, in teoria deformo solo una parte prossima al perimetro (differenza tra area matrice e punzone) giusto come concetto?
 

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PIETRO2002

Utente Junior
Professione: PROGETTISTA MECCANICO
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Concordo con i calcoli di Meccanicamg, sul 3 mm di spessore userei una pressetta da 5 Ton.
Se devi fare il punzone verde, mi raccomando raccordalo un poco in modo che non tranci il materiale, ed idem la matrice sotto.
 

meccanicamg

Utente Senior
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Grazie .. io avevo trovato questo
che porterebbe ad un risultato diverso ... dove sbaglio?

Inoltre (in questo caso cambia poco) in generale, l'area non sarebbe più corretto fare perimetro x spessore lamiera? .. se anche mancasse il foro e fosse pieno, in teoria deformo solo una parte prossima al perimetro (differenza tra area matrice e punzone) giusto come concetto?
Le caratteristiche meccaniche te le fornisce solo il certificato di chi le ha prodotte o se sai veramente in che materiale sono fatte. Normalmente hanno sigle ben diverse che S275.... in funzione della lavorabilità e quindi sono più crude dei normali laminati che si possono trovare (essendo lamiere).

Pensa se alla fine non bastano nemmeno 5 ton?
 

meccanicamg

Utente Senior
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Concordo con i calcoli di Meccanicamg, sul 3 mm di spessore userei una pressetta da 5 Ton.
Se devi fare il punzone verde, mi raccomando raccordalo un poco in modo che non tranci il materiale, ed idem la matrice sotto.
inoltre la matrice sotto la farei 2 mm larga in più, nel senso che sarà 18x18 il foro di passaggio e un bel raggio 2 mm.
 

meccanicamg

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Sto provando con un FEM, l'ho impostato lineare ma 50kN non bastando a fare la deformazione. Credo che il problema sia nel discorso della linearità, che non può essere seguita nè come applicazione del carico, nè come effetto pochè si arriva a plasticizzazione.
Quindi ho ipotizzato un comportamento elastico fino a snervamento e un comportamento plastico lineare dopo lo snervamento fino a rottura, in modo da avere un comportamento più verosimile. Mesh secondo ordine con dimensione veramente molto piccola nella zona di indagine. Per semplicità ho preso una piastra 100x100x3 e gli ho praticato un foro 11.5x11.5 con relativa area di sostegno inferiore della matrice 18x18mm. I 4 lati della piastra li ho messi incastrati, così si può stirare.
Ci sono problemi di convergenza....quindi riproverò forse in un altro momento e soprattutto capire cosa è andato storto.
 

PIETRO2002

Utente Junior
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Se devi fare molti pezzi, per ottenere un bel risultato, potresti fare uno stampino come da schizzo allegato..
 

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meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
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Regione: Lombardia
Ho trovato i problemi di convergenza dovuti alla mesh troppo fine che causava delle zone dove il tasso di crescita era troppo rapido e quindi distorto. Quindi ho fatto mesh leggermente meno fitta e abbiamo un buon risultato soddisfacente.

Ovviamente è un lavoro fatto con FreeCAD 0.19 developer con Workbench FEM dove gira Calculix.

Piastra 100x100x3 e gli ho praticato un foro 11.5x11.5 con relativa area di sostegno inferiore della matrice 18x18mm. I 4 lati della piastra li ho messi incastrati, così si può stirare.

Con 50kN applicati, matrice 18x18 e punzone massimo 16x16 abbiamo deformato 1 mm circa la lamiera da 3 mm di spessore in modo elasto-plastico, avendo superato il carico di linearità proporzionale dello snervamento Rs 300MPa (da notare che è leggermente superiore a 273MPa teorici per via della lamiera che secondo me è incrudita e quindi "la nera" è più dura.

La deformazione come lavorazione, sulla mesh risulta così:


imbut.PNG
Quindi abbiamo le deformazioni (notoriamente calcolate giuste dal solutore per via diretta):
y.png
E le tensioni di Von Mises, calcolate sulla curva bilineare del materiale imposto elasto-plastico risultano le seguenti:
vm.png
Questo sta a significare che 50kN sono sufficienti e probabilmente, facendo girare il FEM con carichi inferiori potrebbe bastare 40kN (4ton) per fare la cosa.

Quindi ci vuole la pressa da 5ton...confermato anche dal FEM non lineare.
 

Fulvio Romano

Utente Senior
Professione: Ingegnere
Software: Alcuni, ma non tutti
Regione: Campania
Bello questo thread.
Vorrei aggiungere qualcosa di costruttivo, ma sono troppo ignorante.

L'unica cosa che posso dire è che secondo me esiste una teoria applicabile in letteratura. Io l'ho studiata e l'ho capita poco perfino mentre la studiavo, quindi adesso è una nube grigia. Tuttavia per il dimensionamento dei motori dei laminatoi si calcola l'energia di deformazione del materiale che, divisa per la deformazione, dà appunto la forza. Però non ricordo altro.
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
Software: SolidWorks, FreeCAD, NanoCAD5, Me10, Excel, LibreOffice
Regione: Lombardia
Questa dispensa è fatta molto bene. Eppure in modo rapido non si può assimilare a nulla....neppure all'imbutitura perché non esiste il rapporto Di/d che rimane 1.

Si potrebbe pensare di usare la formula della piegatura con l=b ma risulterebbe una forza insufficiente perché andrebbe moltiplicata per due, considerando che la lavorazione in quadrato sono due lavorazioni di piega a 90°.... però il valore è molto basso e quindi forse privo di senso (un ordine di grandezza in meno).

La teoria della deformazione ed energia è giusta....peccato che non si possa definire in modo veloce.

Rimane ancora la formula della tranciatura, quella che si avvicina al risultato e comunque applicabile nella considerazione che se devo deformare permanente con una impronta dovrò usare una forza non superiore a quella per tranciarla. Le fibre le devo snervare e plasticizzare per avere una deformazione permanente quindi siamo sopra lo snervamento ma sotto la rottura.

Trafilatura, laminazione e forgiatura non li possiamo usare perché non facciamo cambiare lo spessore del materiale o il volume.
 

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