Máy tính đàn hồi ngược / gập bù

Đàn hồi ngược là gì và bù trừ như thế nào?

Khi một chi tiết kim loại tấm bị uốn, chỉ các thớ ngoài chảy dẻo; vật liệu gần trục trung hòa vẫn đàn hồi. Khi nhả khuôn, biến dạng đàn hồi tích trữ hồi phục và chỗ uốn hé mở ra một chút — chi tiết "đàn hồi ngược" về bán kính lớn hơn và góc uốn nhỏ hơn so với khuôn tạo hình.

Đàn hồi ngược tăng theo giới hạn chảy và bán kính uốn, và giảm theo mô đun đàn hồi và độ dày. Đó là lý do nhôm (E thấp) đàn hồi ngược nhiều hơn thép rất nhiều, và tại sao bán kính nhỏ trên tấm mỏng hầu như không đàn hồi ngược. Nhóm không thứ nguyên chi phối nó là x = σy·R / (E·t).

Để đạt góc mục tiêu, bạn gập bù: tạo hình chi tiết vượt quá mục tiêu một lượng bằng đàn hồi ngược để nó dãn về đúng thông số kỹ thuật. Máy tính này trả về góc gập bù cần đặt trên máy chấn, góc đàn hồi ngược sẽ hồi phục, và bán kính cuối (đã dãn).

Formula: x = σy · R / (E · t) Ks = R_i / R_f = 4x³ − 3x + 1 Overbend angle = target angle / Ks

Ví dụ tính toán

Nhôm 6061-T6 (σy 276 MPa, E 69 GPa), dày 1 mm, bán kính trong 10 mm, mục tiêu 90°. x = 276·10/(69000·1) = 0.04, nên Ks = 4(0.04)³ − 3(0.04) + 1 ≈ 0.880. Gập bù đến 90/0.880 ≈ 102.2°, cho khoảng 12.2° đàn hồi ngược và bán kính cuối gần 11.4 mm.

Khi nào nên dùng công cụ này

• Thiết lập máy chấn cho vật liệu/độ dày mới và cần góc gập bù để đạt góc mục tiêu sau khi chi tiết đàn hồi ngược trở lại
• Chuyển một chi tiết hiện có từ thép sang nhôm hoặc hợp kim cường độ cao — góc đàn hồi ngược tăng mạnh khi tỷ số giới hạn chảy trên mô đun đàn hồi tăng, nên thiết lập gập bù cũ sẽ vượt quá mức
• Chấn không khí (air bending) ở tỷ số bán kính trên độ dày lớn (r/t > 5) nơi đàn hồi ngược đáng kể và không thể bỏ qua
• Bù bán kính dụng cụ để bán kính tạo hình cuối cùng khớp với bản vẽ sau khi phục hồi đàn hồi
• Chẩn đoán các chi tiết luôn mở quá góc mục tiêu và định lượng chính xác cần gập bù bao nhiêu

Những sai lầm thường gặp cần tránh

• Bỏ qua mác vật liệu — nhôm 6061-T6 (E≈69 GPa) đàn hồi ngược nhiều hơn khoảng 3× so với thép mềm (E≈200 GPa) ở cùng hình học; thiết lập gập bù cho thép sẽ khiến chi tiết nhôm mở quá xa
• Nhầm lẫn góc gập bù với góc đàn hồi ngược — bạn chấn ĐẾN góc gập bù (giá trị lớn hơn) để chi tiết thả lỏng VỀ góc mục tiêu; đàn hồi ngược là hiệu số, không phải điểm đặt
• Áp dụng mô hình dưới mức r/t = 2 — quan hệ Ks = 4x³ − 3x + 1 giả định uốn chi phối bởi biến dạng đàn hồi và mất độ chính xác với bán kính nhỏ nơi trục trung hòa dịch chuyển vào trong
• Giả định đàn hồi ngược là một góc cố định cho mọi lần chấn — bù gập bù tỷ lệ theo góc mục tiêu, nên chấn 90° và 30° cần lượng gập bù tuyệt đối khác nhau
• Dùng giới hạn chảy danh nghĩa cho phôi đã gia công nguội hoặc ram — biến cứng do gia công làm tăng giới hạn chảy hiệu dụng và tăng đàn hồi ngược vượt giá trị trong sổ tay

Cách diễn giải kết quả

• Góc gập bù là điểm đặt của máy chấn — chấn đến góc này và chi tiết thả lỏng về góc mục tiêu; xác nhận bằng chi tiết mẫu đầu tiên và điều chỉnh giới hạn chảy vật liệu nếu lệch
• Góc đàn hồi ngược định lượng phục hồi đàn hồi — giá trị lớn hơn (vật liệu cường độ cao hoặc mô đun thấp, bán kính lớn) đòi hỏi gập bù nhiều hơn và kiểm soát quy trình chặt chẽ hơn
• Hệ số đàn hồi ngược Ks (0–1) là tỷ số giữa góc cuối cùng và góc khi chịu tải — Ks gần 1 nghĩa là đàn hồi ngược ít (dày, bán kính nhỏ, cường độ thấp); Ks thấp hơn nhiều so với 1 báo hiệu đàn hồi ngược mạnh
• Bán kính cuối cùng luôn lớn hơn bán kính dụng cụ vì chi tiết mở ra do đàn hồi — bù bán kính chày/cối theo 1/Ks khi bản vẽ chỉ định một bán kính tạo hình cụ thể
• Cảnh báo "gập bù vượt quá 180°" nghĩa là không thể đạt góc mục tiêu trong một lần chấn — thay vào đó hãy lập kế hoạch tạo hình nhiều giai đoạn hoặc thao tác chấn đáy/dập nén (bottoming/coining)

Tiêu chuẩn & tài liệu tham khảo liên quan

• ASM Handbook Vol. 14B — Metalworking: Sheet Forming (tỷ số đàn hồi ngược và mô hình Ks)
• DIN 6935 — Uốn nguội các sản phẩm thép dẹt
• ISO 7438 — Vật liệu kim loại — Thử uốn
• Machinery's Handbook — Tài liệu tham khảo về đàn hồi ngược và bù gập bù

Câu hỏi thường gặp

Tại sao nhôm đàn hồi ngược nhiều hơn thép?

Đàn hồi ngược tỷ lệ với σy/E. Hợp kim nhôm có mô đun đàn hồi thấp hơn nhiều (~69 GPa so với ~200 GPa của thép) nhưng giới hạn chảy tương đương, nên chúng tích trữ và hồi phục nhiều biến dạng đàn hồi hơn. Hãy dự kiến đàn hồi ngược khoảng 2–3 lần so với thép mềm với cùng hình học — luôn gập bù nhôm nhiều hơn.

Bán kính uốn nhỏ hơn có giảm đàn hồi ngược không?

Có. Đàn hồi ngược tỷ lệ với R/t, nên bán kính trong nhỏ hơn (hoặc tấm dày hơn) cho ra một chỗ uốn cứng hơn với ít hồi phục đàn hồi hơn. Bán kính rất nhỏ gần bán kính uốn tối thiểu chỉ đàn hồi ngược một phần nhỏ của độ, trong khi uốn bán kính lớn trên tấm mỏng có thể đàn hồi ngược vài độ.

Điều này có đủ chính xác cho sản xuất không?

Mô hình 4x³ − 3x + 1 là ước tính bậc nhất tiêu chuẩn và chính xác cho uốn đàn hồi-dẻo của các hợp kim tấm thông dụng. Đàn hồi ngược thực tế còn phụ thuộc vào khuôn, ma sát, hóa bền biến dạng và biến thiên lô vật liệu, vì vậy hãy dùng góc gập bù làm điểm đặt khởi đầu và tinh chỉnh bằng một lần uốn thử mẫu đầu.