分析板料弯曲中的k因子

  在精密钣金加工中使用的所有数学常数中，k因子是最重要的因素之一。它是计算弯曲余量和最终弯曲扣除所需的基值。它是一个数学乘法器，允许您在形成后定位弯曲的重新定位中性轴。

  一旦开发出来，k因子的值将使您能够预测在给定弯曲内将发生的伸长总量。 k系数允许您计算弯曲余量，外部回退，弯曲扣除以及您正在形成的精密零件的平面布局。

   要理解k因子，你需要牢牢掌握一些基本术语，第一个是中性轴。中性轴是理论区域，位于材料厚度的50％，而无应力和平坦。中性轴是一个狡猾的家伙;也就是说，它向弯道内侧移动。在弯曲完成之前和之后，中性轴的理论线将保持相同的长度。

在弯曲期间，当中性轴和内表面之间的区域受到压缩力时，中性轴和外表面之间的区域受到拉力的应力。中性轴是将张力与压缩分开的区域或平面。中性轴位置取决于弯曲角度，内部弯曲半径和成形方法。

  中性轴的行为是平坦部分需要小于成形件外部尺寸总和的主要原因。仔细观察图1.注意板材在弯曲处是如何变薄的。弯曲期间10％至15％的变薄迫使中性轴向内移动，朝向材料的内表面。

  k因子有多个定义，我们将在本系列的后续专栏中讨论。也就是说，您可以从各种来源找到k因子的经典定义。接下来的是孟加拉国Ahsanullah科技大学机械与生产工程系。

  “k因子是通过将片材的材料厚度除以中性轴的位置而确定的常数。定义为中性轴的板内区域不会在中性轴内侧压缩或在外侧扩展。在弯曲操作期间，中性轴​​不会发生任何长度变化。

  “然而，中性轴确实向内表面移动了一个百分比，该百分比是k因子。这种中性轴的重新定位或移动 - 从材料厚度的50％到等于或小于材料厚度的50％的新位置 - 是部件在成形期间伸长的原因。中性轴弯曲弧周围的直线距离是进行弯曲余量测量的地方。“

图2 k系数定义为弯曲（t）期间的中性轴偏移除以材料厚度（Mt）。

  假设您的材料厚度为1毫米（mm）。在平坦状态下，材料具有位于厚度的50％处的中性轴，0.5mm。弯曲材料，中性轴移动到0.446 mm，从弯曲的内表面测量。我们将此中性轴偏移定义为t，如图2所示。我们通过将t除以材料厚度（Mt）来计算k因子。

k因子= t / Mt.

k系数= 0.446mm / 1.0mm = 0.446

  k因子只不过是一个乘数，它可以为重新定位的中性轴提供准确的值。如果你知道弯曲余量，你可以从中提取k因子。一旦知道k因子，就可以用它来预测各种角度的弯曲余量。

k因子是设计精密​​钣金产品的基础。它允许您预测各种角度的弯曲扣除，而无需依赖图表。虽然现代弯曲扣除图表现在相当准确，但历史弯曲计算图表（弯曲余量和弯曲扣除）都因其不准确性而臭名昭着。它们通常仅对创建它们的制造环境有效。许多这些图表仍然存在。

  k因子并不完美。例如，它没有考虑在弯曲材料内产生的任何应力和应变。导出k系数还取决于您使用的工具，材料类型，拉伸和屈服强度，成型方法（空气成型，打底或压印）以及其他变量。

  图3中的图表显示了您可以拥有的k因子范围，从0.50一直到0.33。并且k因子可以更小。在大多数应用中，k因子的平均值为0.4468。

  在实际应用中，你永远不会看到大于0.50的k因子，这是有充分理由的。弯曲的压缩应力不能超过外部张力。当片材是平的而没有任何施加的应力时，中性轴位于片材的中间。但是增加一点压力并迫使金属弯曲并观察会发生什么。粒状粘合剂被拉伸，拉伸，有时会断裂，迫使晶粒在受到拉伸应力时分开。

  这是泊松比率的作用;当材料在一个方向上拉伸时，它在另一个方向上变短。泊松比解释了为什么弯曲的横截面的外部区域大于内部区域。当空间在弯曲的外侧扩展时，它在内部收缩。仔细观察图4中的边缘，您可以看到材料在弯曲的外侧扩展，在内侧压缩，迫使弯曲的内边缘“凸起”。

图3该通用k因子图基于Machinery's Handbook的信息，为您提供各种应用的平均k因子值。

术语“厚度”是指材料厚度。 k因子平均值为0.4468用于大多数弯曲应用。

  由于弯曲引起的过度应力，弯曲变得太尖锐会导致塑性变形。问题将表现为外表面的破裂，改变弯曲余量。内弯曲半径越小，中性轴将越向弯曲的内表面移动。

  这背后的一个重要驱动因素是在许多图纸上使用术语“最小弯曲半径”，以及如何解释该术语。许多人看到“最小弯曲半径”并达到最尖锐的冲头，冲头半径最小。

  最小弯曲半径是材料的函数，而不是冲头上的半径。在空气形式中，它是最小的内部弯曲半径，您可以实现底部或压印材料。

  如果您使用的冲头半径小于最小浮动半径，则会折弯弯曲的内部中心，从而产生急剧的弯曲。随着材料变化的显现，零件间材料的变化会放大角度偏差中的任何法线，最终导致工件的尺寸误差。 （有关尖锐弯曲的更多信息，请在www.thefab ricator.com的搜索栏中键入“空气弯曲如何变尖”。）

  最小弯曲半径采用两种不同的形式，两种形式都以相同的方式影响k因子。最小半径的第一种形式是空气形式的“尖锐”和“最小”半径之间的边界线。这是形成的压力比刺穿的压力更重要的地方，最终在弯曲的中心产生折痕并放大任何材料变化。当冲头穿透材料时，它进一步压缩弯曲的内部区域，导致k因子的变化。

  最小内弯曲半径的第二种形式由弯曲半径与材料厚度的比率产生。随着内半径和材料厚度的比率减小，材料外表面上的拉伸应变增加。当比例

当弯曲线平行于金属板的晶粒或轧制方向时，这会变得更糟。如果给定金属片中的弯曲以相对于材料厚度的尖锐的冲头半径弯曲，则材料中的晶粒比半径等于材料厚度时的晶粒膨胀得更远。这也是Poisson的比率在起作用。当发生这种情况时，中性轴别无选择，只能在材料厚度的外部扩展得更远时靠近内表面。

  因此，第二种形式的最小弯曲半径定义为“材料厚度的最小弯曲半径”。这通常用材料厚度的倍数表示 - 2Mt，3Mt，4Mt等。材料供应商提供最小弯曲半径图表定义这些合金的各种合金和回火的最小半径。

  最小半径图表中的这些数字来自哪里？它们含有其他成分，可以增加我们的k系数浓汤，包括延展性。拉伸试验测量延展性或金属的塑性变形能力。

  延展性的一个衡量标准是面积的减小，也称为面积的拉伸减小。如果您知道材料的拉伸减少值，则可以根据材料厚度对最小弯曲半径进行粗略估计：

x最小弯曲半径为0.25英寸厚或更大=

[（50 /面积百分比拉伸减少） - 1]

图4弯曲内侧的压缩迫使内边缘“凸起”。

×Mt

材料的最小弯曲半径

小于0.25英寸厚=

{[（50 /面积百分比拉伸减少） - 1]

×Mt}×0.1

  在这些等式中，您使用百分比作为整数，而不是小数。因此，如果您的0.5英寸厚的材料具有10％的减少百分比，而不是在等式中使用0.10，那么您将使用10，如下所示：

[（50 /面积百分比拉伸减少） - 1]

×Mt

[（50/10） - 1]×0.5 = 2

  在这种情况下，最小内弯曲半径是材料厚度的两倍。请注意，这只是一个经验法则，可以为您提供一个大概的数字。找到钢板或铝板的正确最小弯曲半径需要进行一些研究，并且应该包括来自材料供应商的数据和k系数浓汤中的另一个关键成分：无论是与谷物弯曲还是与谷物弯曲。

  在板材在轧机上轧制的方向上产生的晶粒方向是整个板材的长度。您可以通过注意穿过它的可见线的方向在新的金属板上看到它。制造片材时，其颗粒在轧制方向上变长。

  颗粒方向不是表面光洁度，通过打磨或其他机械程序制成。然而，表面划痕会使材料更容易开裂，特别是当精加工纹理与天然纹理平行时。

因为晶粒是定向的，它们会引起角度的变化，并且可能引起内半径的变化。这种对取向的依赖就是我们所说的各向异性，如果你想制作精确的零件，它就起着重要的作用。

  当金属与晶粒平行（弯曲）弯曲时，它会影响角度和半径，使其具有各向异性。结合金属各向异性质量是准确预测k因子和弯曲余量的重要部分。

  用晶粒弯曲迫使中性轴向内，再次改变k因子。并且中性轴越接近弯曲的内表面，越可能在半径的外侧发生裂缝。

  虽然它需要较小的力来弯曲而不是穿过谷物，但是用谷物制成的弯曲较弱。颗粒更容易拉开，这可能导致外半径开裂。这可以通过弯曲锐利来放大。也就是说，如果你用谷物弯曲，可以说你需要更大的内弯曲半径。