مبنای علمی فرآیند خمش افزایشی در شکل دهی رول سرد چیست؟

Q1: مبنای علمی فرآیند خمش افزایشی در شکل دهی رول سرد چیست؟, و چگونه از شکست مواد فاجعه بار در مقایسه با خمش تک مرحله ای جلوگیری می کند?

مبنای علمی برای فرآیند خمش افزایشی در شکل گیری رول سرد اساساً در اصول نهفته است پلاستیسیته, کار سخت شدن, و توزیع انرژی کرنش. این رویکرد مرحله‌ای یک پاسخ مهندسی مستقیم به محدودیت‌های شکل‌پذیری مواد و حالت‌های تنش پیچیده ناشی از تغییر شکل فلز است., تضمین تولید طولانی, پروفیل های پیچیده بدون شکست فاجعه بار.

1. فیزیک تغییر شکل افزایشی

رول فرمینگ با عبور یک نوار فلزی کار می کند, فولاد معمولی کلاف, از طریق یک سری از پایه های رول متوالی, یا پاس می دهد. هر غرفه سهم کوچکی دارد, مقدار دقیق محاسبه شده تغییر شکل پلاستیک (تغییر شکل دائمی) به نوار.

الف. کرنش پلاستیک کنترل شده

در هر فرآیند شکل دهی فلز, تغییر شکل زمانی رخ می دهد که اعمال می شود استرس ($\سیگما دلار) فراتر از قدرت تسلیم ($\sigma_y$) از مواد, باعث می شود ماده وارد ناحیه پلاستیکی منحنی تنش-کرنش شود. اگر فلز در یک مرحله خیلی شدید خم شود, نرخ کرنش موضعی در نواحی با استرس بالا (سطح بیرونی شعاع خم) می تواند از مواد فراتر رود حد ازدیاد طول یکنواخت ($e_u$) و به سرعت به فشار شکستگی ($\epsilon_f$).

رویکرد افزایشی این را تضمین می کند:

Where $\epsilon_{\متن{کل}}$ کرنش نهایی مورد نیاز است, $N$ تعداد پاس ها است, and $\Delta \epsilon_i$ is the strain contributed by each pass $i$. By keeping each $\Delta \epsilon_i$ small, این فرآیند تجمع کرنش را کنترل می کند, به ساختار مواد اجازه می دهد تا تنش های داخلی را به تدریج تنظیم و توزیع کند.

ب. مدیریت ممان خمشی و تغییر محور خنثی

در فرمینگ رول, مواد در معرض یک خالص است لحظه خم شدن (م). برای یک نوار با ضخامت $t$ و عرض $w$, حداکثر تنش خمشی ($\سیگما_{\متن{حداکثر}}$) در الیاف شدید رخ می دهد. اگر خمش خیلی تهاجمی باشد (high $\Delta \epsilon_i$), گرادیان تنش در سراسر ضخامت بیش از حد تند می شود, منجر به:

1. کرنش کششی بالا: در سطح بیرونی, که می تواند باعث ترک خوردگی ریز شود, پاره شدن, یا اثر پوست پرتقال.
2. کرنش فشاری بیش از حد: در سطح داخلی, که می تواند منجر به کمانش یا چروک شدن موضعی شود (یک نقص رایج در شکل دهی عمقی).

خم شدن تدریجی انتقال را صاف می کند محور خنثی (صفحه ای در سطح مقطع که کرنش طولی صفر را تجربه می کند), به حداقل رساندن تجمع کرنش طولی در هر پایه.

2. نقش سخت کاری

فرآیندهای شکل گیری سرد, طبق تعریف, زیر دمای تبلور مجدد مواد رخ می دهد, که منجر به کار سخت شدن (یا سخت شدن کرنش). سخت شدن کار استحکام تسلیم مواد را افزایش می دهد ($\sigma_y$) همانطور که تغییر شکل داده است, طبق قانون قدرت:

که در آن $K$ ضریب قدرت و $n$ ضریب قدرت است توان سخت شدن کرنش.

الف. افزایش قدرت کنترل شده

اگر یک پروفایل در یک پاس تهاجمی تشکیل شود, سخت شدن کار موضعی می تواند بیش از حد باشد, مواد را شکننده و بسیار مستعد شکست در آن ناحیه می کند.

شکل دهی افزایشی کل سختی کاری مورد نیاز را در بین پاس های $N$ توزیع می کند. این سخت شدن تدریجی:

1. یکپارچگی ساختاری را افزایش می دهد: محصول نهایی قوی تر است (قدرت تسلیم بالاتر) و سفت تر از مواد اولیه سیم پیچ است, مزیت اصلی شکل دهی سرد.
2. شکل پذیری را حفظ می کند: با جلوگیری از فشار زیاد آنی, شکل پذیری باقیمانده کافی برای تکمیل خم های نهایی بدون شکستگی باقی می ماند, استفاده از حالت کار سخت شده برای مقاومت در برابر تغییر شکل بعدی.

3. جلوگیری از شکست فاجعه بار (پارگی و چین و چروک)

شکست فاجعه بار در شکل دهی فلز اغلب با استفاده از پیش بینی می شود شکل گیری نمودار حد (FLD), که کرنش اصلی را ترسیم می کند ($\$epsilon_1) در برابر فشار اصلی جزئی ($\$epsilon_2) برای تعریف یک مرز (منحنی حد شکل گیری, FLC) که بالاتر از آن شکست رخ می دهد.

الف. پیشگیری از پارگی (شکست کششی)

پاره شدن (شکست کششی) زمانی رخ می دهد که کرنش کششی خیلی زیاد باشد, اغلب در لبه بیرونی یک خم. فرآیند افزایشی، مسیر کرنش محلی را به خوبی زیر FLC نگه می دارد:

• تسکین فشار: هر پاس کمی تنش داخلی ایجاد شده را کاهش می دهد, اجازه می دهد تا مواد به شکل جدید جریان یابد.
• تماس با ابزار: رول ها پشتیبانی جانبی و فشاری مداوم را فراهم می کنند, سرکوب تمایل مواد به گردن یا شکستگی تحت کشش.

ب. پیشگیری از چین و چروک / کمانش (شکست فشاری)

چین و چروک (شکست فشاری) اغلب در شعاع داخلی یا در لبه های آزاد به دلیل فشردگی بیش از حد طولی رخ می دهد. در فرمینگ رول, این کاهش می یابد:

• طراحی الگوی گل: طراحی پروفیل های رول (الگوی گل) تضمین می کند که لبه های مواد آزاد در اواخر متوالی خم می شوند, و فشار شکل‌دهی به دقت متعادل می‌شود تا کشش کافی برای صاف کردن مواد اعمال شود (جلوگیری از چین و چروک) اما نه آنقدر که باعث پارگی شود.
• ساید رول و بیکار: ابزار کمکی (مانند رول های جانبی) اغلب برای اعمال محدودیت جانبی استفاده می شود, که وب و فلنج ها را تثبیت می کند, جلوگیری از کمانش موضعی ناشی از تنش های فشاری.

در نتیجه, خمش افزایشی در شکل دهی رول سرد یک فرآیند مهندسی بسیار پیچیده است که توسط مکانیک پیوسته و علم مواد اداره می شود.. یک مجتمع را متحول می کند, مستعد شکست تغییر شکل تک مرحله ای به یک سری از قابل پیش بینی, لحظات خم شدن قابل کنترل, استفاده استراتژیک از سخت شدن کار برای افزایش استحکام محصول نهایی و در عین حال اجتناب از محدودیت های شکست بحرانی مواد.