س1: ما هو الأساس العلمي لعملية الثني المتزايد في تشكيل اللف على البارد, وكيف يمكن منع فشل المواد الكارثي مقارنة بالثني بخطوة واحدة?
الأساس العلمي لعملية الانحناء المتزايد في تشكيل لفة الباردة يكمن بشكل أساسي في مبادئ اللدونة, تصلب العمل, و توزيع الطاقة سلالة. يعد هذا النهج المرحلي بمثابة استجابة هندسية مباشرة لقيود ليونة المواد وحالات الضغط المعقدة الناتجة أثناء تشوه المعدن, ضمان إنتاج طويلة, ملفات تعريف معقدة دون فشل كارثي.
1. فيزياء التشوه المتزايد
يتم عمل التشكيل باللف عن طريق تمرير شريط معدني, عادة ملفوف الصلب, من خلال سلسلة من المدرجات المتتالية, أو يمر. كل موقف يساهم بمبلغ صغير, كمية محسوبة بدقة تشوه البلاستيك (تغير دائم في الشكل) إلى الشريط.
أ. سلالة بلاستيكية تسيطر عليها
في أي عملية تشكيل المعادن, يحدث التشوه عند تطبيقه ضغط ($\سيجما$) يتجاوز قوة الخضوع ($\sigma_y$) من المادة, مما يتسبب في دخول المادة إلى المنطقة البلاستيكية لمنحنى الإجهاد والانفعال. إذا تم ثني المعدن بشدة في خطوة واحدة, معدل الإجهاد المحلي في المناطق شديدة التوتر (السطح الخارجي لنصف قطر الانحناء) يمكن أن تتجاوز المواد حد استطالة موحدة ($e_u$) والوصول بسرعة إلى سلالة الكسر ($\epsilon_f$).
النهج التدريجي يضمن ذلك:
Where $\epsilon_{\نص{المجموع}}$ هو السلالة النهائية المطلوبة, $N $ هو عدد التمريرات, and $\Delta \epsilon_i$ is the strain contributed by each pass $i$. By keeping each $\Delta \epsilon_i$ small, تتحكم العملية في تراكم الإجهاد, مما يسمح للهيكل المادي بضبط وإعادة توزيع الضغوط الداخلية تدريجياً.
ب. إدارة لحظات الانحناء وتحول المحور المحايد
في تشكيل لفة, تخضع المادة لنقاء لحظة الانحناء (م). لشريط سمك $t$ وعرض $w$, الحد الأقصى لضغط الانحناء ($\سيجما_{\نص{الأعلى}}$) يحدث في الألياف المتطرفة. إذا كان الانحناء عدوانيًا جدًا (high $\Delta \epsilon_i$), يصبح تدرج الضغط عبر السُمك شديد الانحدار, يؤدي إلى:
- سلالة الشد العالية: على السطح الخارجي, والتي يمكن أن تسبب تكسيرًا صغيرًا, تمزق, أو تأثير قشر البرتقال.
- الإجهاد الضاغط المفرط: على السطح الداخلي, مما قد يؤدي إلى التواء أو تجعد موضعي (عيب شائع في التشكيل العميق).
يعمل الانحناء المتزايد على تسهيل انتقال محور محايد (المستوى الموجود داخل المقطع العرضي والذي لا يعاني من أي إجهاد طولي), التقليل من تراكم السلالة الطولية لكل موقف.
2. دور تصلب العمل
عمليات التشكيل على البارد, حسب التعريف, تحدث تحت درجة حرارة إعادة تبلور المادة, مما يؤدي إلى تصلب العمل (أو تصلب الإجهاد). تصلب العمل يزيد من قوة إنتاج المادة ($\sigma_y$) كما هو مشوه, وفقا لقانون السلطة:
حيث $K$ هو معامل القوة و $n$ هو معامل القوة سلالة تصلب الأس.
أ. تعزيز القوة التي تسيطر عليها
إذا تم تشكيل ملف تعريف في تمريرة عدوانية واحدة, يمكن أن يكون تصلب العمل الموضعي مفرطًا, مما يجعل المادة هشة وعرضة للغاية للفشل في تلك المنطقة.
يقوم التشكيل التزايدي بتوزيع إجمالي تصلب العمل المطلوب عبر الممرات $N$. هذا تصلب تدريجي:
- يزيد من التكامل الهيكلي: المنتج النهائي أقوى (قوة العائد أعلى) وأكثر صلابة من مادة الملف الأصلية, الميزة الأساسية للتشكيل البارد.
- يحافظ على الليونة: عن طريق منع الضغط العالي لحظية, يبقى ما يكفي من الليونة المتبقية لإكمال الانحناءات النهائية دون كسر, الاستفادة من حالة تصلب العمل لمقاومة التشوه اللاحق.
3. منع الفشل الكارثي (التمزق والتجاعيد)
غالبًا ما يتم التنبؤ بالفشل الكارثي في تشكيل المعادن باستخدام تشكيل مخطط الحد (فلوريدا), الذي يرسم السلالة الرئيسية الرئيسية ($\$epsilon_1) ضد السلالة الرئيسية البسيطة ($\$epsilon_2) لتحديد الحدود (منحنى تشكيل الحد, FLC) فوقها يحدث الفشل.
أ. منع التمزق (فشل الشد)
تمزق (فشل الشد) يحدث عندما يكون إجهاد الشد مرتفعًا جدًا, في كثير من الأحيان على الحافة الخارجية للانحناء. تحافظ العملية الإضافية على مسار الضغط المحلي أقل بكثير من FLC:
- تخفيف الضغط: كل تمريرة تخفف قليلاً من التوتر الداخلي المتراكم, السماح للمادة بالتدفق إلى الشكل الجديد.
- أدوات الاتصال: توفر اللفات دعمًا جانبيًا وضغطًا مستمرًا, قمع ميل المادة إلى الرقبة أو الكسر تحت التوتر.
ب. التجاعيد/التواء الوقاية (الفشل الضاغط)
التجاعيد (فشل ضاغط) غالبًا ما يحدث على نصف القطر الداخلي أو على الحواف الحرة بسبب الضغط الطولي المفرط. في تشكيل لفة, يتم التخفيف من هذا بواسطة:
- تصميم نمط زهرة: تصميم ملفات تعريف لفة (نمط الزهرة) يضمن ثني حواف المواد الحرة في وقت متأخر من التسلسل, ويتم موازنة ضغط التشكيل بعناية لتطبيق ما يكفي من التوتر لسحب المادة بشكل مسطح (منع التجاعيد) ولكن ليس بقدر ما يسبب التمزق.
- القوائم الجانبية والتباطؤ: الأدوات المساعدة (مثل القوائم الجانبية) غالبا ما يستخدم لتطبيق القيد الجانبي, الذي يعمل على استقرار الويب والشفاه, منع التواء موضعي بسبب الضغوط الضاغطة.
ختاماً, إن الانحناء المتزايد في تشكيل اللف على البارد هو عملية هندسية متطورة للغاية تحكمها ميكانيكا الاستمرارية وعلوم المواد. إنه يحول المجمع, تشوه خطوة واحدة عرضة للفشل في سلسلة من ما يمكن التنبؤ به, لحظات الانحناء يمكن التحكم فيها, الاستفادة بشكل استراتيجي من تصلب العمل لتعزيز قوة المنتج النهائي مع تجنب حدود الكسر الحرجة للمادة بعناية.
