Q1: Apa dasar ilmiah dari proses pembengkokan tambahan pada pembentukan gulungan dingin?, and how does it prevent catastrophic material failure compared to single-step bending?
The scientific basis for the incremental bending process in pembentukan gulungan dingin lies fundamentally in the principles of plasticity, work hardening, Dan strain energy distribution. This phased approach is a direct engineering response to the limitations of material ductility and the complex stress states induced during metal deformation, ensuring the production of long, complex profiles without catastrophic failure.
1. The Physics of Incremental Deformation
Roll forming works by passing a metal strip, typically coiled steel, through a series of consecutive roll stands, or passes. Each stand contributes a small, precisely calculated amount of plastic deformation (permanent change in shape) to the strip.
A. Controlled Plastic Strain
In any metal forming process, deformasi terjadi ketika diterapkan menekankan ($\sigma$) melebihi kekuatan hasil ($\sigma_y$) dari materi, menyebabkan material memasuki daerah plastis pada kurva tegangan-regangan. Jika logam tertekuk terlalu parah dalam satu langkah, tingkat regangan lokal di daerah yang sangat tertekan (permukaan luar radius tikungan) dapat melebihi materialnya batas perpanjangan seragam ($e_u$) dan dengan cepat mencapainya regangan patah ($\epsilon_f$).
Pendekatan inkremental memastikan hal itu:
Where $\epsilon_{\teks{total}}$ adalah regangan terakhir yang diperlukan, $N$ adalah jumlah lintasan, and $\Delta \epsilon_i$ is the strain contributed by each pass $i$. By keeping each $\Delta \epsilon_i$ small, prosesnya mengontrol penumpukan regangan, memungkinkan struktur material untuk menyesuaikan dan mendistribusikan kembali tekanan internal secara bertahap.
B. Mengelola Momen Lentur dan Pergeseran Sumbu Netral
Dalam bentuk gulungan, bahan tersebut dikenai kemurnian momen lentur (M). Untuk strip dengan ketebalan $t$ dan lebar $w$, tegangan lentur maksimum ($\sigma_{\teks{maks}}$) terjadi pada serat terluar. Jika pembengkokannya terlalu agresif (high $\Delta \epsilon_i$), gradien tegangan melintasi ketebalan menjadi terlalu curam, mengarah ke:
- Regangan Tarik Tinggi: Di permukaan luar, yang dapat menyebabkan retakan mikro, robek, atau efek kulit jeruk.
- Regangan Kompresi Berlebihan: Di permukaan bagian dalam, yang dapat menyebabkan tekuk atau kerutan lokal (cacat umum dalam pembentukan profil dalam).
Pembengkokan tambahan memperlancar transisi sumbu netral (bidang dalam penampang yang tidak mengalami regangan longitudinal sama sekali), meminimalkan akumulasi regangan memanjang per tegakan.
2. Peran Pengerasan Kerja
Proses pembentukan dingin, menurut definisi, terjadi di bawah suhu rekristalisasi material, yang mengakibatkan work hardening (atau pengerasan regangan). Pengerasan kerja meningkatkan kekuatan luluh material ($\sigma_y$) karena mengalami deformasi, menurut hukum kekuasaan:
Dimana $K$ adalah koefisien kekuatan dan $n$ adalah eksponen pengerasan regangan.
A. Peningkatan Kekuatan Terkendali
Jika profil terbentuk dalam satu umpan agresif, pengerasan kerja yang terlokalisasi bisa jadi berlebihan, membuat material menjadi rapuh dan sangat rentan terhadap kegagalan di zona tersebut.
Pembentukan bertahap mendistribusikan total pengerasan kerja yang diperlukan ke seluruh lintasan $N$. Pengerasan bertahap ini:
- Meningkatkan Integritas Struktural: Produk jadinya lebih kuat (kekuatan luluh yang lebih tinggi) dan lebih kaku dari bahan kumparan aslinya, keuntungan utama dari pembentukan dingin.
- Mempertahankan Daktilitas: Dengan mencegah ketegangan tinggi seketika, sisa daktilitas yang tersisa cukup untuk menyelesaikan tikungan akhir tanpa patah, memanfaatkan kondisi pengerasan kerja untuk menahan deformasi selanjutnya.
3. Mencegah Kegagalan Bencana (Robek dan Kerutan)
Kegagalan bencana dalam pembentukan logam sering kali diprediksi dengan menggunakan Membentuk Diagram Batas (bidang), yang memplot strain utama utama ($\$epsilon_1) melawan strain utama minor ($\$epsilon_2) untuk menentukan batas (Kurva Batas Pembentuk, FLC) di atasnya terjadi kegagalan.
A. Pencegahan Robek (Kegagalan Tarik)
Merobek (kegagalan tarik) terjadi ketika regangan tarik terlalu tinggi, sering kali di tepi luar tikungan. Proses inkremental menjaga jalur regangan lokal jauh di bawah FLC:
- Pereda Ketegangan: Setiap lintasan sedikit mengurangi ketegangan internal yang menumpuk, memungkinkan material mengalir ke bentuk baru.
- Kontak Perkakas: Gulungan memberikan dukungan lateral dan tekan yang terus menerus, menekan kecenderungan material untuk leher atau patah karena tegangan.
B. Pencegahan Kerutan/Tekuk (Kegagalan Kompresif)
Kerutan (kegagalan tekan) sering terjadi pada jari-jari dalam atau pada tepi bebas akibat kompresi longitudinal yang berlebihan. Dalam bentuk gulungan, ini dimitigasi oleh:
- Desain Pola Bunga: Desain profil gulungan (pola bunga) memastikan bahwa tepi material bebas tertekuk di akhir urutan, dan tekanan pembentukan diseimbangkan secara hati-hati untuk memberikan tegangan yang cukup untuk menarik material hingga rata (mencegah kerutan) tapi tidak sampai menyebabkan robekan.
- Gulungan Samping dan Pemalas: Perkakas bantu (seperti gulungan samping) sering digunakan untuk menerapkan batasan lateral, yang menstabilkan web dan flensa, mencegah tekuk lokal akibat tegangan tekan.
Kesimpulannya, pembengkokan tambahan dalam pembentukan gulungan dingin adalah proses rekayasa yang sangat canggih yang diatur oleh mekanika kontinum dan ilmu material. Ini mengubah sebuah kompleks, deformasi satu langkah yang rawan kegagalan menjadi serangkaian yang dapat diprediksi, momen lentur yang dapat diatur, secara strategis memanfaatkan pengerasan kerja untuk meningkatkan kekuatan produk akhir sambil secara hati-hati menghindari batas patah kritis material.
