T2: Comment l'effet de retour élastique est-il prévu et compensé dans la conception des outils de profilage ?, en particulier pour l'acier à haute résistance (HSS) profils?
Le effet de retour élastique— la récupération élastique d'un matériau après sa déformation plastique — constitue le plus grand défi technique dans la conception du profilage., surtout lors du traitement Acier à haute résistance (HSS). La prédiction et la compensation reposent sur une combinaison de modèles théoriques, données empiriques, et des techniques sophistiquées de simulation numérique.
1. La physique du retour élastique
Le retour élastique se produit parce que toutes les contraintes appliquées pendant le processus de flexion ne provoquent pas des déformations permanentes. (plastique) déformation; une partie de la contrainte reste dans le matériau car déformation élastique résiduelle. Lorsque le matériau sort du support à rouleaux, la charge de formage est supprimée, et cette énergie élastique stockée est libérée, provoquant l'ouverture de l'angle de pliage final de la pièce (augmenter) et le rayon à augmenter par rapport à la forme de l'outillage.
UN. Angle de retour élastique (\(\Delta \alpha\))
La différence entre l'angle de matrice (\(\alpha_d\)) et l'angle final de la pièce (\(\alpha_p\)) est l'angle de retour élastique (\(\Delta \alpha\)):
B. Rapport de retour élastique (\(S_R\))
Une mesure courante est le rapport de retour élastique, \(K\), qui est le rapport du rayon final (\(R_f\)) au rayon initial (\(R_i\)):
Pour une conception réussie, le rayon d'outillage (\(R_{\texte{outil}}\)) doit être **trop plié** à un rayon plus petit (\(R_{\texte{outil}} < R_{\texte{final}}\)) pour compenser.
2. Modèles théoriques de prévision
L'ampleur du retour élastique est directement proportionnelle au module élastique (\(E\)) et la limite d'élasticité (\(\sigma_y\)), et inversement proportionnel à l'épaisseur du matériau (\(t\)) et le rayon de courbure (\(R\)).
UN. Théorie simple du pliage (Équation simplifiée)
Pour un matériau courbé sur un rayon \(R\) et épaisseur \(t\), la relation simplifiée pour le changement de courbure (\(\Delta \kappa = \frac{1}{R_f} – \fracturation{1}{R_{\texte{outil}}}\)) est souvent approximé par:
Cette équation met en évidence que ** une limite d'élasticité plus élevée (\(\sigma_y\)) conduit à un retour élastique nettement plus important** (proportionnel à \(\sigma_y^2\)), c'est pourquoi le RSS représente un défi majeur. Plus la résistance de l'acier est élevée (par ex., AHSS, Acier DP), plus l'énergie élastique résiduelle est grande.
B. L'influence des propriétés des matériaux
Les principaux paramètres d’entrée pour la prévision du retour élastique sont:
- Limite d'élasticité (\(\sigma_y\)) et résistance à la traction ultime (UTS): HSS a un taux beaucoup plus élevé \(\sigma_y\), augmentant considérablement l'ampleur du retour élastique.
- Module élastique (\(E\)): Pour la plupart des aciers, \(E\) est relativement constant (environ. \(200 \texte{ GPa}\)), mais cela influence la rigidité globale.
- Exposant de durcissement sous contrainte (\(n\)): La quantité d'écrouissage qui se produit pendant le formage affecte l'efficacité \(\sigma_y\) lors des passages ultérieurs, compliquer le calcul.
3. Stratégies de rémunération dans la conception d'outillage (Flexion excessive)
La compensation est obtenue en concevant le **profil d'outillage (motif de fleurs)** être légèrement différent du profil de pièce final souhaité.
UN. Sur-courbure directe
C'est la technique la plus courante. Dans la passe finale, l'angle des rouleaux (\(\alpha_{\texte{rouler}}\)) est rendu plus petit que l'angle cible (\(\alpha_{\texte{cible}}\)) d'une valeur égale à l'angle de retour élastique prévu (\(\Delta \alpha\)):
Pour HSS, cette quantité de flexion excessive est nettement plus grande que pour l'acier doux, exigeant parfois que les espaces entre les rouleaux soient fermés plus étroitement que l'épaisseur du matériau pour induire davantage de déformation plastique.
B. Flexion sous tension (Étirage)
L'application d'une **tension longitudinale** contrôlée à la bande pendant le processus de formage peut réduire considérablement le retour élastique.. La tension déplace l'axe neutre de courbure vers l'intérieur du rayon de courbure, forcer une plus grande partie de la section transversale du matériau dans la région de contrainte de traction plastique et réduire la teneur en déformation élastique. Ceci est généralement réalisé en utilisant:
- Rouleaux de dépannage: Dans les premiers stands, l'écart entre les rouleaux est ajusté pour étirer légèrement la bande centrale.
- Déroulage/alimentation contrôlé: La contre-tension sur le dérouleur peut être réglée avec précision.
4. Méthode des éléments finis (FEM) Simulation
Pour profils HSS complexes (comme les pannes C/Z, Terrasse, ou poutres automobiles), les modèles théoriques sont insuffisants en raison des effets cumulatifs multi-passes et des états de contrainte tridimensionnels complexes. Méthode des éléments finis (FEM) la simulation est obligatoire.
Le processus FEM implique:
- Maillage: La bande métallique est divisée en milliers de petits éléments.
- Modélisation: Les profils de rouleaux, propriétés des matériaux (y compris l'anisotropie et la courbe de durcissement), et les coefficients de frottement sont saisis.
- Simulation: Le mouvement progressif de la bande à travers les tribunes est simulé, suivi de l'historique des contraintes et des déformations pour chaque élément.
- Calcul du déchargement/du retour élastique: Après le passage final, les charges de formage simulées sont supprimées, et le logiciel calcule la récupération élastique du modèle pour prédire la forme finale du profil avec une grande précision.
- Itération: Le concepteur du rouleau modifie ensuite la géométrie du rouleau (l'angle et le rayon de courbure excessive) dans le logiciel jusqu'à ce que la forme finale simulée corresponde aux spécifications cibles, un processus qui peut impliquer des dizaines d'itérations avant que l'outillage physique ne soit découpé.
En résumé, compensation du retour élastique, en particulier dans le profilage HSS, évolue de principes théoriques simples à une mécanique informatique avancée (FEM) et une conception d'outillage raffinée (flexion excessive et flexion sous tension) pour garantir que le produit final répond aux tolérances dimensionnelles strictes requises.
