چگونه اثر برگشت فنری در طراحی ابزارهای رول فرمینگ پیش بینی و جبران می شود, به ویژه برای فولاد با استحکام بالا (HSS) پروفایل ها?

Q2: چگونه اثر برگشت فنری در طراحی ابزارهای رول فرمینگ پیش بینی و جبران می شود, به ویژه برای فولاد با استحکام بالا (HSS) پروفایل ها?

را اثر بازگشت بهار- بازیابی الاستیک مواد پس از تغییر شکل پلاستیک - بزرگترین چالش فنی در طراحی رول شکل دهی است., به خصوص هنگام پردازش فولاد با استحکام بالا (HSS). پیش‌بینی و جبران بر ترکیبی از مدل‌های نظری تکیه می‌کنند, داده های تجربی, و تکنیک های شبیه سازی عددی پیچیده.

1. فیزیک اسپرینگ بک

بازگشت فنری به این دلیل اتفاق می‌افتد که تمام تنش اعمال شده در طول فرآیند خمش باعث دائمی نمی‌شود (پلاستیک) تغییر شکل; بخشی از تنش در ماده باقی می ماند کرنش الاستیک باقیمانده. هنگامی که مواد از پایه رول خارج می شوند, بار شکل دهی برداشته می شود, و این انرژی الاستیک ذخیره شده آزاد می شود, باعث باز شدن زاویه خم نهایی قطعه می شود (افزایش دهد) و شعاع نسبت به شکل ابزار افزایش می یابد.

الف. زاویه پشت بهار (\(\Delta \alpha\))

تفاوت بین زاویه قالب (\(\alpha_d\)) و زاویه قسمت پایانی (\(\alpha_p\)) زاویه برگشت فنری است (\(\Delta \alpha\)):

\Delta \alpha = \alpha_p – \alpha_d

ب. نسبت فنری (\(S_R\))

یک معیار متداول، نسبت برگشت فنری است, \(K\), که نسبت شعاع نهایی است (\(R_f\)) به شعاع اولیه (\(R_i\)):

K = \frac{R_f}{R_i}

برای طراحی موفق, شعاع ابزار (\(R_{\متن{ابزار}}\)) باید **بیش از حد خمیده** به شعاع کوچکتری باشد (\(R_{\متن{ابزار}} < R_{\متن{نهایی}}\)) برای جبران.

2. مدل های نظری برای پیش بینی

بزرگی برگشت فنری با مدول الاستیک نسبت مستقیم دارد (\(E\)) و قدرت تسلیم (\(\sigma_y\)), و با ضخامت مواد نسبت معکوس دارد (\(t\)) و شعاع خمش (\(R\)).

الف. نظریه خمش ساده (معادله ساده شده)

برای یک ماده خم شده در یک شعاع \(R\) و ضخامت \(t\), رابطه ساده شده برای تغییر انحنا (\(\Delta \kappa = \frac{1}{R_f} – \فراکس{1}{R_{\متن{ابزار}}}\)) اغلب با تقریب:

\Delta \kappa \propto \frac{4 \sigma_y^2}{E t} \سمت چپ( \فراکس{1}{R_{\متن{ابزار}}} \درست است)^2

این معادله نشان می دهد که **استحکام تسلیم بالاتر (\(\sigma_y\)) منجر به بازگشت فنری به طور قابل توجهی می شود** (متناسب با \(\sigma_y^2\)), به همین دلیل است که HSS یک چالش بزرگ است. هر چه استحکام فولاد بیشتر باشد (به عنوان مثال, AHSS, فولاد دی پی), انرژی الاستیک باقیمانده بیشتر است.

ب. تأثیر خواص مواد

پارامترهای ورودی کلیدی برای پیش بینی بازگشت فنری عبارتند از:

قدرت تسلیم (\(\sigma_y\)) و استحکام کششی نهایی (UTS): HSS بسیار بالاتر است \(\sigma_y\), به طور چشمگیری قدر فنر بک را افزایش می دهد.
مدول الاستیک (\(E\)): برای اکثر فولادها, \(E\) نسبتا ثابت است (تقریبا. \(200 \متن{ GPa}\)), اما بر سفتی کلی تأثیر می گذارد.
ضریب سخت شدن کرنش (\(n\)): میزان سختی کاری که در حین شکل‌دهی ایجاد می‌شود بر اثربخش تأثیر می‌گذارد \(\sigma_y\) در پاس های بعدی, محاسبه را پیچیده می کند.

3. استراتژی های جبران در طراحی ابزار (بیش از حد خم شدن)

جبران با طراحی **پروفایل ابزار به دست می آید (الگوی گل)** تا کمی با نمایه قطعه مورد نظر نهایی متفاوت باشد.

الف. خم شدن بیش از حد مستقیم

این رایج ترین تکنیک است. در پاس پایانی, زاویه رول ها (\(\آلفا_{\متن{رول}}\)) کوچکتر از زاویه هدف ساخته شده است (\(\آلفا_{\متن{هدف}}\)) با مقداری برابر با زاویه برگشت فنری پیش بینی شده (\(\Delta \alpha\)):

\آلفا_{\متن{رول}} = \alpha_{\متن{هدف}} – \Delta \alpha

برای HSS, این مقدار بیش از حد خمش به طور قابل توجهی بزرگتر از فولاد نرم است, گاهی اوقات نیاز به بسته شدن شکاف های رول محکم تر از ضخامت مواد برای ایجاد تغییر شکل پلاستیک بیشتر است..

ب. کشش خمش (کشش)

اعمال **کشش طولی** کنترل شده روی نوار در طول فرآیند شکل دهی می تواند به طور قابل توجهی بازگشت فنر را کاهش دهد.. کشش محور خنثی خمش را به سمت داخل شعاع خمش تغییر می دهد, فشار دادن بیشتر سطح مقطع مواد به ناحیه کرنش کششی پلاستیک و کاهش محتوای کرنش الاستیک. این معمولا با استفاده از:

رول شکست: در سکوهای اولیه, شکاف بین رول ها به گونه ای تنظیم می شود که تار مرکزی را کمی کشیده شود.
Decoiling کنترل شده / خوراک: کشش عقب روی دیکویلر را می توان دقیقاً تنظیم کرد.

4. روش اجزای محدود (FEM) شبیه سازی

برای پروفایل های پیچیده HSS (مانند C/Z Purlins, عرشه, یا تیرآهن خودرو), مدل های نظری به دلیل اثرات تجمعی چند گذری و حالت های تنش سه بعدی پیچیده کافی نیستند.. روش اجزای محدود (FEM) شبیه سازی اجباری است.

فرآیند FEM شامل:

مش بندی: نوار فلزی به هزاران عنصر کوچک تقسیم می شود.
مدل سازی: پروفیل های رول, خواص مواد (از جمله ناهمسانگردی و منحنی سخت شدن), و ضرایب اصطکاک ورودی هستند.
شبیه سازی: حرکت پیشرونده نوار از طریق جایگاه ها شبیه سازی شده است, ردیابی تاریخچه تنش و کرنش برای هر عنصر.
محاسبه تخلیه / اسپرینگ بک: بعد از پاس نهایی, بارهای شکل دهی شبیه سازی شده حذف می شوند, و نرم افزار بازیابی الاستیک مدل را برای پیش بینی شکل پروفیل نهایی با دقت بالا محاسبه می کند.
تکرار: سپس طراح رول هندسه رول را اصلاح می کند (زاویه و شعاع بیش از حد خمش) در نرم افزار تا زمانی که شکل نهایی شبیه سازی شده با مشخصات هدف مطابقت داشته باشد, فرآیندی که می‌تواند شامل ده‌ها تکرار قبل از قطع ابزار فیزیکی باشد.

به طور خلاصه, غرامت برای بازگشت بهار, به خصوص در شکل دهی رول HSS, از اصول ساده نظری به مکانیک محاسباتی پیشرفته تکامل یافته است (FEM) و طراحی ابزار دقیق (خمش بیش از حد و کشش خمش) تا اطمینان حاصل شود که محصول نهایی با تلورانس های ابعادی محکم مورد نیاز مطابقت دارد.