Q1: ¿Cuál es la base científica para el proceso de doblado incremental en el perfilado en frío?, y ¿cómo previene fallas catastróficas del material en comparación con el doblado en un solo paso??
La base científica para el proceso de flexión incremental en perfilado en frío radica fundamentalmente en los principios de plasticidad, endurecimiento por trabajo, y distribución de energía de deformación. Este enfoque gradual es una respuesta de ingeniería directa a las limitaciones de la ductilidad del material y los complejos estados de tensión inducidos durante la deformación del metal., asegurando la producción de largos, perfiles complejos sin fallas catastróficas.
1. La física de la deformación incremental
Trabajos de perfilado pasando una tira metálica., típicamente acero enrollado, a través de una serie de soportes de rodillos consecutivos, o pasa. Cada stand aporta una pequeña, cantidad calculada con precisión de deformación plástica (cambio permanente de forma) a la tira.
A. Deformación plástica controlada
En cualquier proceso de conformado de metales., La deformación ocurre cuando la aplicación estrés ($\sigma$) excede el límite elástico ($\sigma_y$) de la materia, haciendo que el material entre en la región plástica de la curva tensión-deformación. Si el metal se dobla demasiado en un solo paso, la tasa de deformación local en las áreas altamente estresadas (la superficie exterior del radio de curvatura) puede exceder el material límite de elongación uniforme ($e_u$) y llegar rápidamente a tensión de fractura ($\épsilon_f$).
El enfoque incremental garantiza que:
Where $\epsilon_{\texto{total}}$ es la tensión final requerida, $N$ es el número de pases, and $\Delta \epsilon_i$ is the strain contributed by each pass $i$. By keeping each $\Delta \epsilon_i$ small, El proceso controla la acumulación de tensión., Permitir que la estructura del material se ajuste y redistribuya las tensiones internas gradualmente..
B. Gestión de momentos de flexión y desplazamiento del eje neutro
En perfilado, El material se somete a un proceso puro. momento flector (METRO). Para una tira de espesor $t$ y ancho $w$, la tensión máxima de flexión ($\sigma_{\texto{máximo}}$) Ocurre en las fibras extremas.. Si la flexión es demasiado agresiva (high $\Delta \epsilon_i$), el gradiente de tensión a través del espesor se vuelve demasiado pronunciado, conduciendo a:
- Deformación de alta resistencia: En la superficie exterior, que puede causar microfisuras, desgarrando, o efecto piel de naranja.
- Deformación compresiva excesiva: En la superficie interior, que puede provocar pandeo o arrugas localizadas (un defecto común en la formación de perfiles profundos).
La flexión incremental suaviza la transición del eje neutro (el plano dentro de la sección transversal que experimenta tensión longitudinal cero), Minimizar la acumulación de tensión longitudinal por soporte..
2. El papel del endurecimiento laboral
Procesos de conformado en frío, por definición, ocurren por debajo de la temperatura de recristalización del material., lo que resulta en endurecimiento por trabajo (o endurecimiento por deformación). El endurecimiento por trabajo aumenta el límite elástico del material. ($\sigma_y$) ya que esta deformado, según la ley de potencia:
Donde $K$ es el coeficiente de resistencia y $n$ es el exponente de endurecimiento por deformación.
A. Mejora de la fuerza controlada
Si se forma un perfil en una pasada agresiva, el endurecimiento por trabajo localizado puede ser excesivo, haciendo que el material sea quebradizo y altamente susceptible a fallar en esa zona.
El conformado incremental distribuye el endurecimiento por trabajo total requerido entre las $N$ pasadas.. Este endurecimiento gradual:
- Aumenta la integridad estructural: El producto terminado es más fuerte. (mayor límite elástico) y más rígido que el material de la bobina original, una ventaja principal del conformado en frío.
- Mantiene la ductilidad: Al evitar una alta tensión instantánea, Queda suficiente ductilidad residual para completar las curvaturas finales sin fractura., Utilizar el estado endurecido por trabajo para resistir la deformación posterior..
3. Prevención de fallos catastróficos (Desgarros y arrugas)
Las fallas catastróficas en el conformado de metales a menudo se predicen utilizando el Diagrama de límite de formación (FLD), que traza la principal cepa principal ($\$épsilon_1) contra la tensión principal menor ($\$épsilon_2) para definir un límite (la curva límite de formación, FLC) por encima del cual se produce el fallo.
A. Prevención de desgarros (Falla por tracción)
lagrimeo (falla por tracción) Ocurre cuando la tensión de tracción es demasiado alta., a menudo en el borde exterior de una curva. El proceso incremental mantiene la trayectoria de deformación local muy por debajo del FLC al:
- Alivio de tensión: Cada pasada alivia ligeramente la tensión interna acumulada., permitiendo que el material fluya hacia la nueva forma.
- Contacto de herramientas: Los rollos proporcionan soporte lateral y de compresión continuo., suprimir la tendencia del material a estrecharse o fracturarse bajo tensión.
B. Prevención de arrugas/pandeo (Falla compresiva)
Arrugas (falla compresiva) A menudo ocurre en el radio interior o en los bordes libres debido a una compresión longitudinal excesiva.. En perfilado, esto es mitigado por:
- Diseño de patrón de flores: El diseño de los perfiles en rollo. (patrón de flores) garantiza que los bordes libres del material se doblen al final de la secuencia, y la presión de formación se equilibra cuidadosamente para aplicar la tensión suficiente para aplanar el material. (prevenir las arrugas) pero no tanto como para causar desgarro.
- Rodillos laterales y rodillos: Utillaje auxiliar (como rollos laterales) Se utiliza a menudo para aplicar restricción lateral., que estabiliza el alma y las alas, Prevenir el pandeo localizado debido a tensiones de compresión..
En conclusión, La flexión incremental en el perfilado en frío es un proceso de ingeniería altamente sofisticado regido por la mecánica continua y la ciencia de los materiales.. Transforma un complejo, deformación en un solo paso propensa a fallas en una serie de predecibles, momentos de flexión manejables, Aprovechar estratégicamente el endurecimiento por trabajo para mejorar la resistencia del producto final y al mismo tiempo evitar cuidadosamente los límites críticos de fractura del material..
