T1: Quelle est la base scientifique du processus de pliage incrémental dans le formage à froid, et comment évite-t-il une défaillance matérielle catastrophique par rapport au pliage en une seule étape?
La base scientifique du processus de pliage incrémental dans formage à froid réside fondamentalement dans les principes de plasticité, écrouissage, et répartition de l'énergie de déformation. Cette approche progressive est une réponse technique directe aux limitations de la ductilité des matériaux et aux états de contraintes complexes induits lors de la déformation du métal., assurer la production de longs, profils complexes sans panne catastrophique.
1. La physique de la déformation incrémentale
Le profilage fonctionne par passage d'une bande métallique, généralement en acier enroulé, à travers une série de cages à rouleaux consécutives, ou passe. Chaque stand apporte une petite contribution, montant calculé avec précision déformation plastique (changement de forme permanent) à la bande.
UN. Souche plastique contrôlée
Dans tout processus de formage des métaux, la déformation se produit lorsque le produit appliqué stresser ($\sigma$) dépasse le limite d'élasticité ($\sigma_y$) du matériel, faisant entrer le matériau dans la région plastique de la courbe contrainte-déformation. Si le métal est trop plié en une seule étape, le taux de déformation local dans les zones fortement sollicitées (la surface extérieure du rayon de courbure) peut dépasser celui du matériau limite d'allongement uniforme ($e_u$) et atteindre rapidement le contrainte de fracture ($\epsilon_f$).
L'approche progressive garantit que:
Where $\epsilon_{\texte{total}}$ est la déformation finale requise, $N$ est le nombre de passes, and $\Delta \epsilon_i$ is the strain contributed by each pass $i$. By keeping each $\Delta \epsilon_i$ small, le processus contrôle l'accumulation de contrainte, permettant à la structure du matériau de s'ajuster et de redistribuer progressivement les contraintes internes.
B. Gestion des moments de flexion et du changement d'axe neutre
En profilage, le matériau est soumis à un pur moment de flexion (M.). Pour une bande d'épaisseur $t$ et de largeur $w$, la contrainte de flexion maximale ($\sigma_{\texte{maximum}}$) se produit aux extrémités des fibres. Si le pliage est trop agressif (high $\Delta \epsilon_i$), le gradient de contrainte à travers l'épaisseur devient trop raide, conduisant à:
- Souche à haute résistance: Sur la surface extérieure, ce qui peut provoquer des microfissures, déchirure, ou effet peau d'orange.
- Contrainte de compression excessive: Sur la surface intérieure, ce qui peut entraîner une déformation ou un plissement localisé (un défaut courant dans le formage profond).
La flexion incrémentielle adoucit la transition du axe neutre (le plan dans la section transversale qui ne subit aucune déformation longitudinale), minimiser l'accumulation de contraintes longitudinales par peuplement.
2. Le rôle de l’écrouissage
Procédés de formage à froid, par définition, se produisent en dessous de la température de recristallisation du matériau, ce qui aboutit à écrouissage (ou écrouissage). L’écrouissage augmente la limite d’élasticité du matériau ($\sigma_y$) comme il est déformé, selon la loi de puissance:
Où $K$ est le coefficient de résistance et $n$ est le exposant d'écrouissage.
UN. Amélioration contrôlée de la force
Si un profil se forme en une seule passe agressive, l'écrouissage localisé peut être excessif, rendant le matériau fragile et très susceptible de se briser dans cette zone.
Le formage incrémental répartit l'écrouissage total requis entre les passes $N$. Ce durcissement progressif:
- Augmente l'intégrité structurelle: Le produit fini est plus résistant (limite d'élasticité plus élevée) et plus rigide que le matériau de la bobine d'origine, un avantage primordial du formage à froid.
- Maintient la ductilité: En empêchant les tensions élevées instantanées, il reste suffisamment de ductilité résiduelle pour terminer les courbures finales sans fracture, utiliser l'état écroui pour résister à une déformation ultérieure.
3. Prévenir les pannes catastrophiques (Déchirure et rides)
Une défaillance catastrophique dans le formage des métaux est souvent prédite à l'aide du Diagramme de limite de formation (FLD), qui trace la souche principale majeure ($\$epsilon_1) contre la contrainte principale mineure ($\$epsilon_2) définir une limite (la courbe limite de formation, FLC) au-dessus duquel la défaillance se produit.
UN. Prévention des déchirures (Rupture de traction)
Déchirure (rupture en traction) se produit lorsque la contrainte de traction est trop élevée, souvent au bord extérieur d'un virage. Le processus incrémental maintient le chemin de déformation local bien en dessous du FLC en:
- Soulagement de la tension: Chaque passage soulage légèrement la tension interne accumulée, permettant au matériau de s'écouler dans la nouvelle forme.
- Contact Outillage: Les rouleaux offrent un soutien latéral et compressif continu, supprimant la tendance du matériau à se rétrécir ou à se fracturer sous tension.
B. Prévention des plis et des flambages (Échec de compression)
Rides (rupture de compression) se produit souvent sur le rayon intérieur ou sur les bords libres en raison d'une compression longitudinale excessive. En profilage, ceci est atténué par:
- Conception de motifs de fleurs: La conception des profils de rouleaux (motif de fleurs) garantit que les bords libres du matériau sont pliés tard dans la séquence, et la pression de formage est soigneusement équilibrée pour appliquer juste assez de tension pour tirer le matériau à plat. (prévenir les rides) mais pas au point de provoquer des déchirures.
- Rouleaux latéraux et rouleaux: Outillage auxiliaire (comme des rouleaux latéraux) est souvent utilisé pour appliquer une contrainte latérale, qui stabilise l'âme et les brides, empêchant le flambement localisé dû aux contraintes de compression.
En conclusion, le pliage progressif lors du formage à froid est un processus d'ingénierie très sophistiqué régi par la mécanique des continus et la science des matériaux. Il transforme un complexe, déformation en une seule étape sujette aux défaillances en une série de phénomènes prévisibles, moments de flexion gérables, tirer parti stratégiquement de l’écrouissage pour améliorer la résistance du produit final tout en évitant soigneusement les limites critiques de rupture du matériau.
