O que é a técnica de dobra em U do freio de prensa? Guia completo

O freio de prensa U bend technique is a key method used in metalworking, particularly in sheet metal fabrication, where a press brake machine is employed to create a "U" shaped bend in a piece of metal. This bending process is crucial for producing parts with specific angles and configurations, often used in industries such as automotive, aerospace, and construction. The press brake U-bend technique offers precision and repeatability, making it a go-to choice for manufacturers looking to create high-quality bends efficiently. In this guide, we’ll explore the step-by-step process, tools, and best practices to achieve optimal results using a press brake for U-bending applications.

How to Understand Press Brake U Bend?

Basics of Press Brake U Bends

Press brake u bend refers to a process in which the metal sheet will be bent constantly on the press brake twice or more to be formed into the “u” shape.

This process is achieved by accurately controlling the closing degrees of upper and bottom dies and strokes to meet the design requirement's precise size and angle. The u bend is one of the most common forming techniques in metal fabrication industries.

U bend is essential in various industries like metal manufacturing and mechanical engineering. It is widely used in producing architectural and structural parts, automobile parts, home appliance casings, and design manufacturing requiring inner space like piping systems and electrical cabinets.

A curva em U não só pode economizar custos de material e melhorar a eficiência da produção, mas também garantir boas propriedades mecânicas e qualidade de aparência dos produtos.

História e evolução da tecnologia de prensa dobradeira

The press brake is considered a pivotal precision sheet metal forming equipment, and its history can be dated back to early industrialization. The initial manual press brake depends on the labor force, which features complex operation and low efficiency.

Com o avanço da tecnologia, a tecnologia hidráulica e CNC melhoram significativamente o desenvolvimento da prensa dobradeira, tornando a máquina capaz de realizar dobras precisas e complexas, incluindo dobras em U.

U bend technology is constantly upgraded with the evolution of press brake technology, which ranges from simple straight-line bending to three-dimensional bending. Not only achieving improved apparently bending angle and precision but also realizing multi-step sequence automatic constant bending.

Modern Prensas dobradeiras CNC can even be integrated with CAD/ CAM software, precisely imitating and controlling the overall u bend, achieving high precision and mass production projects. What’s more, the die technique and assistant tools, like the back gauge and front support device, also further enrich and improve the possibility and adaptability of the u-bend.

Aspectos técnicos

Tipos de dobradeiras para dobra em U

Prensa dobradeira mecânica

Prós: estrutura simples, desempenho de alto custo, manutenção conveniente, operação intuitiva, adequado para pequena escala ou ocasiões que exigem menos precisão.

Contras: provavelmente não consegue realizar um controle preciso sob alta tonelagem devido às restrições de suas vias de movimento. Além disso, tem menor eficiência de trabalho do que os tipos hidráulicos e é inadequado para produção em massa e constante.

Prensa Dobradeira Hidráulica

Prós: the hydraulic system offers stable and intense pressure, which can be adapted to precise sheet metal bending with multiple thicknesses of materials. It also can be adjusted with no levels in a more extensive range, suitable for mass production and industries requiring high precision.

Contras: o equipamento é complexo e requer manutenção regular para operação regular. Seus custos de manutenção inicial e posterior são relativamente altos.

Prensas dobradeiras CNC

• Vantagens:
  • Programmable control ensures high precision and repeatability.
  • Minimizes material wastage, making them cost-effective for large-scale production.
  • Ideal for producing detailed components, such as automotive chassis parts.
• Desvantagens:
  • High purchase and operational costs due to advanced technology.
  • Requires skilled operators for programming and maintenance.
  • Not always cost-efficient for low-volume production.

Electric Press Brakes

• Vantagens:
  • Energy-efficient, resulting in lower operating costs over time.
  • Delivers excellent precision and consistent bends.
  • Reduced maintenance requirements compared to hydraulic systems.
• Desvantagens:
  • Limited capacity for high-tonnage bending, making them unsuitable for heavy-duty applications.
  • Higher upfront cost compared to mechanical press brakes.

Hybrid Press Brakes

Hybrid press brakes combine the precision of electric systems with the power of hydraulic mechanisms. These machines are often used in applications requiring moderate tonnage, such as aerospace and automotive component production. They balance energy efficiency and performance, making them a versatile option.

• Vantagens:
  • Lower energy consumption compared to traditional hydraulic systems.
  • Capable of handling a range of material thicknesses.
  • Reduced maintenance needs due to hybrid technology.
• Desvantagens:
  • Higher complexity increases initial investment and training costs.
  • Requires specialized knowledge for operation and maintenance.

Selecting the Right Bending Machine

Choosing the most suitable press brake involves considering the specific requirements of the project, such as material type, sheet thickness, production volume, and budget. For example:

• Hydraulic press brakes are ideal for heavy-duty applications like shipbuilding.
• CNC press brakes excel in high-precision industries like automotive manufacturing.
• Electric press brakes are favored in environmentally conscious operations. Understanding the advantages, limitations, and specific applications of each type ensures an informed decision tailored to production needs.

Materiais adequados para curvas em U

Conhecer as propriedades físicas e mecânicas dos diferentes tipos de materiais metálicos é essencial para o projeto e a implementação precisos do processo de dobra em U, o que é benéfico para evitar problemas de qualidade do produto devido ao uso inadequado de materiais.

Aço de baixo carbono: apresenta intensidade moderada, boa plasticidade, é fácil de dobrar e é um dos materiais mais comuns para produzir curvas em U.

Aço inoxidável: é bom, resistente à corrosão e decorativo. Requer cálculo preciso e controle dos parâmetros de deformação durante a flexão devido à alta intensidade e propriedades de retorno elástico.

Alumínio: tem baixa densidade e boa condutividade elétrica e térmica, tornando-o adequado para peças leves. Quando dobrado, você deve levar em consideração as propriedades de forte ductilidade e pequeno módulo elástico para evitar o rebote excessivo e influenciar a qualidade do produto.

Liga de cobre: apresenta boa condutividade elétrica e resistência à corrosão. Devido à sua alta solidez, deve ser processado com matrizes e condições de processo adequadas.

Considerações de projeto para curvas em U

Raio de curvatura: geralmente é maior que um certo múltiplo da espessura do material para evitar a geração de rachaduras ou tensões internas excessivas durante a dobra, garantindo a integridade da estrutura da peça de trabalho.

Ângulo de curvatura: determina a forma final da peça de trabalho. É calculado de acordo com os requisitos de design do produto e o efeito spring-back, compensando assim e chegando ao tamanho geométrico antecipado.

Força de flexão: é determinado por muitos fatores, como espessura do material, raio de curvatura e comprimento. Pressão muito grande ou muito pequena pode levar a problemas de qualidade. Assim, ferramentas de cálculo profissionais e fórmulas empíricas são necessárias para garantir o valor de pressão adequado.

Factors Influencing U Bending Accuracy

Springback occurs when the metal partially returns to its original shape after bending. To address this, techniques such as overbending, bottoming, and coining are used:

• Overbending applies additional force to counteract springback.
• Bottom dobrando involves pressing the material into the die to achieve a precise bend.
• Cunhagem creates permanent deformation through high-pressure bending, eliminating material springback.

Propriedades do material

Material ductility, hardness, and thickness directly affect bending performance. Harder materials may require greater force and careful handling to avoid cracking, while ductile materials allow for smoother bends.

Raio de curvatura

Maintaining a consistent bend radius is critical for uniform U shapes. The radius depends on the punch nose and die geometry, with tighter radii requiring specialized tooling.

Key Machine Parameters for Precise U Bending

Bending Force

Bending force refers to the amount of pressure the press brake applies, which depends on the material's thickness and strength. It's influenced by factors such as material thickness, bend radius, and the length of the workpiece.

Applying insufficient force may lead to incomplete bends, while excessive force can damage the tooling or material. To ensure accurate bends, the right tool set (punches and dies) must be used to match the force required.

Comprimento de flexão

Bending length defines the maximum length of the material that the press brake can handle in a single operation. This is particularly important for large-scale applications, where maintaining uniformity across the entire bend is essential. Longer bending lengths reduce the need for multiple operations, improving both efficiency and consistency.

Cylinder Stroke

The cylinder stroke refers to the vertical movement range of the ram during the bending process. A longer cylinder stroke offers more flexibility for bending thicker or taller materials, accommodating the required bending angles and helping to compensate for springback.

Daylight Opening

Daylight refers to the space between the upper and lower beams when the press brake is fully open. This gap determines the maximum size of the material and tooling that can be positioned in the metalworking machine. Larger daylight openings enable the bending of taller workpieces and allow for the use of specialized tooling.

Speed and Control

The speed of the upper beam directly affects production efficiency. Modern machines allow press brake operators to adjust the speed at various stages of the bending cycle, from rapid approach to precise bending, ensuring both speed and accuracy. CNC systems provide enhanced control, enabling precise programming of settings for force, speed, and angle, improving consistency and reducing errors.

Advantages of U Bending

U bending offers several notable benefits:

• Versatilidade: Suitable for a wide range of materials and thicknesses, making it applicable across industries.
• Precisão: Advanced press brakes with CNC controls ensure consistent and accurate results.
• Cost Efficiency: The process minimizes material waste and is adaptable to both small-scale and high-volume production. For example, in the automotive industry, U bending has been shown to reduce manufacturing costs for frame components by optimizing material usage.

Guia Prático

Guia passo a passo para executar uma flexão em U

Choose proper press brake and dies: choose mechanical or hydraulic press brake based on material type and thickness. Choose the appropriate upper and bottom die according to the required u-bend size and shape.

Preparação do material: meça e corte a chapa de metal no tamanho necessário.

Set the machine parameters: set the reasonable bending force, speed, and angle parameters according to material thickness and bending radius.

Operar a dobra: coloque a chapa metálica na prensa dobradeira, certifique-se de que ela esteja no meio da matriz e dobre-a de acordo com os parâmetros definidos.

Check and adjust: monitor the material deformation, check the accuracy of the size and angle, and timely adjust the pressure and angle to compensate for the spring-back effect. After one or two sides' initial bending, accomplish the other part of bending according to the same procedures.

Technique: use accurate measuring tools to verify die position and angle setting many times.

Quanto a peças complexas em formato de U, o método de formação passo a passo pode ser aceito. Dobre uma pequena seção de cada vez e mantenha a seção constante e consistente.

Desenvolva procedimentos operacionais padronizados, proceda rigorosamente e melhore a proficiência operacional por meio da prática repetida.

How to calculate the bend radius in a press brake U-bend?

1. Understand the Basics of Bend Radius
   • The bend radius in a press brake U - bend is the radius of the inside curve of the U - shape. It is a crucial parameter as it affects the structural integrity, appearance, and functionality of the bent part. A smaller bend radius can result in a more compact U - bend, while a larger radius may be needed for parts that require more flexibility or to avoid material cracking.
2. Material Thickness Factor
   • The material thickness (Rmin) is a key factor in calculating the minimum bend radius. As a general rule, the minimum bend radius () is related to the material's thickness. For most metals, there is a recommended minimum bend radius to prevent cracking. For example, in mild steel, the minimum bend radius is often around 1 - 2 times the material thickness. That is Rmin =(1-2)t.
   • The exact ratio depends on the material's ductility. Ductile materials like aluminum can generally have a smaller bend radius relative to their thickness compared to less ductile materials like some high - strength steels.
3. Tooling Considerations
   • The tooling used in the press brake also affects the bend radius. The punch and die radius play a significant role. The punch radius (r,) should be slightly smaller than the desired final bend radius (R). The relationship between the punch radius and the bend radius can be approximated as , where  is a small adjustment factor that accounts for spring - back. Spring - back is the tendency of the material to partially return to its original shape after bending.
   • The die radius () is usually larger than the punch radius and is designed to accommodate the bent material and provide support during the bending process. A common rule of thumb is that the die radius is about 1.5 - 2 times the punch radius ().
4. Calculation Formula Based on Geometry and Material Properties
   • For a more accurate calculation, you can use the following formula based on the neutral axis concept. The neutral axis is the layer within the material that neither compresses nor stretches during bending. The formula for the bend radius () considering the material's thickness (), the bend angle (), and the elongation factor () is:

1. where  is the elongation of the outer fiber of the material during bending and can be obtained from material property tables or through testing. The bend angle  is measured in degrees.
2. In practice, it's also important to consider any allowances for spring - back. Spring - back can be estimated through trial - and - error or by using empirical data provided by the material supplier or the press brake manufacturer. Typically, you may need to adjust the calculated bend radius by a certain percentage (usually around 5 - 10%) to account for spring - back, depending on the material and the bending process.

Erros comuns e como evitá-los

Improper choice of dies and inaccurate die gap setting will lead to a bad bending effect or workpiece damage. If the bending force is too large or small, this will result in the material breaking. Springback is overly large, which will affect the product precision. Improper position of the material and fixation will lead to offset during the bending process.

Existem algumas abordagens de precauções baseadas nas perguntas acima:

Obedeça rigorosamente o manual de operação, escolha a matriz integrada com a experiência prática, verifique regularmente e ajuste a folga da matriz.

Calcule a força de flexão de acordo com as propriedades e espessura do material, e também leve em consideração a mola de retorno, aumentando adequadamente o volume de compensação.

Melhore o treinamento do operador e melhore a precisão de fixação e posicionamento do material.

Manutenção e cuidados com máquinas de dobradeira

Manutenção diária

Limpe regularmente os detritos internos e externos da prensa dobradeira, certifique-se de que o sistema de lubrificação esteja suave e complemente ou substitua o óleo de lubrificação em tempo hábil.

Check the hydraulic system seal properties to avoid oil leaking, ensuring hydraulic components work correctly. Maintain and check the electricity control system, ensuring the components work stably and safely. Check the die's abrasiveness situation, grinding, repairing, or replacing the new dies when necessary.

Estratégias de manutenção de longo prazo

Desenvolva um plano detalhado de manutenção do equipamento, verifique e repare regularmente para evitar possíveis maus funcionamentos.

Estabeleça o registro de uso e acompanhe a condição de operação do equipamento para oferecer evidências para manutenção posterior.

Aumente a conscientização dos funcionários sobre a importância da manutenção do equipamento e desenvolva um bom hábito de operação para prolongar a vida útil da prensa dobradeira e a eficiência de trabalho.

Aplicações industriais

Curvas em U em várias indústrias

Indústria automobilística

Na fabricação de automóveis, a curva em U é amplamente usada na produção de dutos de sistema de exaustão, componentes de suspensão e peças estruturais da carroceria. Ela é rigorosa quanto ao material escolhido, à precisão do processo de curvatura e à durabilidade dos produtos porque esses componentes geralmente precisam suportar alta temperatura, alta pressão e vibração.

Indústria aeroespacial

A indústria aeroespacial tem requisitos extremamente altos para leveza e alta resistência. O processo de curvatura em U é geralmente usado em sistemas de fornecimento de combustível de aeronaves, estruturas de estrutura de fuselagem e outros layouts de tubulação interna, garantindo que cada parte possa atender a padrões fortes e atingir metas de perda de peso.

Indústria da arquitetura

No setor de construção, tubos ou aço em formato de U são amplamente utilizados em suporte de estruturas, sistemas de exaustão, tubulações de HVAC, etc. Especialmente na arquitetura de estruturas de aço, vigas em formato de U pré-dobradas podem melhorar a eficiência de trabalho e a estabilidade da estrutura, o que é conveniente para montagem pontual.

Tendências futuras em dobra em U de prensa dobradeira

Tecnologias e métodos emergentes

CNC technology and automation degrees are constantly improved, making the press brake able to accomplish more complex U-shaped bending tasks, and decrease the error brought by the manual intervention.

A tecnologia da máquina e o sistema de produção inteligente são trazidos para tornar a dobradeira em U mais eficiente, flexível e adaptada a pequenas variedades e necessidades de produção personalizadas.

O desenvolvimento da ciência dos materiais, assim como o surgimento de novos materiais compostos, desafiará o processo de prensa dobradeira e também fornecerá à tecnologia de dobra em U a possibilidade de aplicações inovadoras.

Antecipação da indústria de fabricação de metais

A futura tecnologia de prensas dobradeiras avançará rumo à alta precisão, maior velocidade e maior flexibilidade para lidar com projetos de peças de trabalho mais complexos.

O conceito de proteção ambiental verde está profundamente enraizado no coração das pessoas. O equipamento e a tecnologia com baixo consumo e alta produção serão o mainstream, incluindo a aplicação do sistema hidráulico de economia de energia, reciclagem de calor residual e outras medidas na prensa dobradeira.

A tecnologia digital e de rede será ainda mais integrada ao processo de conformação de metais. O processo de produção será melhorado pela Internet das Coisas e pela Análise de Big Data, melhorando assim a eficiência e a qualidade geral da produção.