Q1: Was ist die wissenschaftliche Grundlage für den inkrementellen Biegeprozess beim Kaltwalzen?, und wie verhindert es ein katastrophales Materialversagen im Vergleich zum einstufigen Biegen??
Die wissenschaftliche Grundlage für das inkrementelle Biegeverfahren in Kaltwalzenformen liegt im Wesentlichen in den Prinzipien von Plastizität, Kaltverfestigung, Und Dehnungsenergieverteilung. Dieser stufenweise Ansatz ist eine direkte technische Reaktion auf die Einschränkungen der Materialduktilität und die komplexen Spannungszustände, die bei der Metallverformung entstehen, Sicherstellung der Produktion von langen, komplexe Profile ohne katastrophale Ausfälle.
1. Die Physik der inkrementellen Verformung
Beim Rollformen wird ein Metallband vorbeigeführt, typischerweise gewickelter Stahl, durch eine Reihe aufeinanderfolgender Walzgerüste, oder geht vorbei. Jeder Stand trägt einen kleinen Beitrag bei, genau berechnete Menge plastische Verformung (dauerhafte Formveränderung) zum Streifen.
A. Kontrollierte plastische Belastung
In jedem Metallumformungsprozess, Bei der Anwendung kommt es zu einer Verformung Stress ($\Sigma$) überschreitet die Streckgrenze ($\sigma_y$) des Materials, Dadurch gelangt das Material in den plastischen Bereich der Spannungs-Dehnungs-Kurve. Wenn das Metall in einem Schritt zu stark gebogen wird, die lokale Dehnungsrate in den hochbelasteten Bereichen (die Außenfläche des Biegeradius) kann die des Materials überschreiten einheitliche Dehnungsgrenze ($e_u$) und schnell erreichen Bruchdehnung ($\epsilon_f$).
Dafür sorgt der inkrementelle Ansatz:
Where $\epsilon_{\Text{gesamt}}$ ist die erforderliche Endbelastung, $N$ ist die Anzahl der Durchgänge, and $\Delta \epsilon_i$ is the strain contributed by each pass $i$. By keeping each $\Delta \epsilon_i$ small, Der Prozess steuert den Spannungsaufbau, Dadurch kann sich die Materialstruktur allmählich anpassen und innere Spannungen neu verteilen.
B. Verwalten von Biegemomenten und neutraler Achsenverschiebung
Im Rollformen, Das Material wird einer Reinbehandlung unterzogen Biegemoment (M). Für einen Streifen der Dicke $t$ und der Breite $w$, die maximale Biegespannung ($\Sigma_{\Text{max}}$) tritt an den äußersten Fasern auf. Wenn die Biegung zu aggressiv ist (high $\Delta \epsilon_i$), Der Spannungsgradient über die Dicke wird zu steil, führt dazu:
- Hohe Zugbelastung: Auf der Außenfläche, was zu Mikrorissen führen kann, reißend, oder Orangenschaleneffekt.
- Übermäßige Druckbelastung: Auf der Innenfläche, was zu örtlicher Knickung oder Faltenbildung führen kann (ein häufiger Fehler bei der Tiefprofilumformung).
Durch schrittweises Biegen wird der Übergang geglättet neutrale Achse (die Ebene innerhalb des Querschnitts, die keine Längsdehnung erfährt), Minimierung der Ansammlung von Längsdehnungen pro Ständer.
2. Die Rolle der Kaltverfestigung
Kaltumformverfahren, per Definition, treten unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Materials auf, was dazu führt Kaltverfestigung (oder Kaltverfestigung). Durch die Kaltverfestigung erhöht sich die Streckgrenze des Materials ($\sigma_y$) da es deformiert ist, nach dem Potenzgesetz:
Dabei ist $K$ der Stärkekoeffizient und $n$ der Verfestigungsexponent.
A. Kontrollierte Kraftsteigerung
Wenn ein Profil in einem aggressiven Durchgang gebildet wird, Die lokale Kaltverfestigung kann übermäßig sein, Dadurch wird das Material spröde und in diesem Bereich sehr anfällig für Ausfälle.
Beim inkrementellen Umformen wird die gesamte erforderliche Kaltverfestigung auf die $N$-Durchgänge verteilt. Diese allmähliche Verhärtung:
- Erhöht die strukturelle Integrität: Das fertige Produkt ist stärker (höhere Streckgrenze) und steifer als das ursprüngliche Spulenmaterial, ein Hauptvorteil der Kaltumformung.
- Behält die Duktilität: Durch die Verhinderung einer plötzlichen Überlastung, Es verbleibt noch genügend Restduktilität, um die letzten Biegungen ohne Bruch abzuschließen, Nutzung des kaltverfestigten Zustands, um einer späteren Verformung standzuhalten.
3. Verhinderung katastrophaler Ausfälle (Reißen und Faltenbildung)
Katastrophale Ausfälle bei der Metallumformung werden häufig anhand des vorhergesagt Grenzdiagramm bilden (FLD), welches die Haupthauptdehnung darstellt ($\$epsilon_1) gegen den kleinen Hauptstamm ($\$epsilon_2) eine Grenze definieren (die Umformgrenzkurve, FLC) oberhalb dessen ein Fehler auftritt.
A. Tränenprävention (Zugversagen)
Reißend (Zugversagen) Tritt auf, wenn die Zugspannung zu hoch ist, oft am äußeren Rand einer Kurve. Der inkrementelle Prozess hält den lokalen Dehnungspfad deutlich unter dem FLC:
- Zugentlastung: Jeder Durchgang lockert die aufgebaute innere Spannung leicht, Dadurch kann das Material in die neue Form fließen.
- Werkzeug-Kontakt: Die Rollen sorgen für kontinuierliche Seiten- und Druckunterstützung, Unterdrückung der Tendenz des Materials, sich unter Spannung einzuschnüren oder zu brechen.
B. Falten-/Knickschutz (Druckversagen)
Faltenbildung (Druckversagen) Tritt häufig am Innenradius oder an freien Kanten aufgrund übermäßiger Längskompression auf. Im Rollformen, Dies wird gemildert durch:
- Blumenmuster-Design: Das Design der Rollenprofile (Blumenmuster) sorgt dafür, dass freie Materialkanten erst spät in der Sequenz gebogen werden, und der Formdruck wird sorgfältig ausbalanciert, um gerade genug Spannung auszuüben, um das Material flach zu ziehen (verhindert Faltenbildung) aber nicht so sehr, dass es zu Rissen kommt.
- Seitenrollen und Umlenkrollen: Hilfswerkzeuge (wie Seitenrollen) wird häufig verwendet, um eine seitliche Einschränkung anzuwenden, was den Steg und die Flansche stabilisiert, Verhinderung lokaler Knickungen aufgrund von Druckspannungen.
Abschließend, Das inkrementelle Biegen beim Kaltwalzen ist ein hochentwickelter technischer Prozess, der auf Kontinuumsmechanik und Materialwissenschaft basiert. Es verwandelt einen Komplex, ausfallanfällige einstufige Verformung in eine Reihe vorhersehbarer, beherrschbare Biegemomente, Die Kaltverfestigung wird strategisch genutzt, um die Festigkeit des Endprodukts zu erhöhen und gleichzeitig die kritischen Bruchgrenzen des Materials sorgfältig zu vermeiden.
