Q1: Qual è la base scientifica per il processo di piegatura incrementale nella profilatura a freddo?, e come previene il cedimento catastrofico del materiale rispetto alla piegatura in un'unica fase?
Le basi scientifiche per il processo di piegatura incrementale in formatura a freddo risiede fondamentalmente nei principi di plasticità, incrudimento del lavoro, E distribuzione dell’energia di deformazione. Questo approccio graduale è una risposta ingegneristica diretta alle limitazioni della duttilità del materiale e ai complessi stati di sollecitazione indotti durante la deformazione del metallo, garantendo la produzione di lungo, profili complessi senza guasti catastrofici.
1. La fisica della deformazione incrementale
La profilatura funziona facendo passare una striscia metallica, tipicamente acciaio a spirale, attraverso una serie di gabbie a rulli consecutive, o passa. Ogni stand contribuisce con un piccolo contributo, quantità calcolata con precisione di deformazione plastica (cambiamento permanente di forma) alla striscia.
UN. Deformazione plastica controllata
In qualsiasi processo di formatura dei metalli, la deformazione si verifica quando viene applicata stress ($\sigma$) supera il forza di snervamento ($\sigma_y$) del materiale, facendo sì che il materiale entri nella regione plastica della curva sforzo-deformazione. Se il metallo viene piegato troppo gravemente in un unico passaggio, la velocità di deformazione locale nelle aree altamente stressate (la superficie esterna del raggio di curvatura) può superare quello del materiale limite di allungamento uniforme ($e_u$) e raggiungere velocemente il deformazione della frattura ($\epsilon_f$).
L’approccio incrementale lo garantisce:
Where $\epsilon_{\testo{totale}}$ è la deformazione finale richiesta, $N$ è il numero di passaggi, and $\Delta \epsilon_i$ is the strain contributed by each pass $i$. By keeping each $\Delta \epsilon_i$ small, il processo controlla l'accumulo di tensione, consentendo alla struttura del materiale di regolare e ridistribuire gradualmente le tensioni interne.
B. Gestione dei momenti flettenti e dello spostamento dell'asse neutro
Nella profilatura, il materiale è sottoposto ad un puro momento flettente (M). Per una striscia di spessore $t$ e larghezza $w$, la massima sollecitazione di flessione ($\sigma_{\testo{massimo}}$) avviene nelle fibre estreme. Se la flessione è troppo aggressiva (high $\Delta \epsilon_i$), il gradiente di sollecitazione attraverso lo spessore diventa troppo ripido, portando a:
- Deformazione ad alta resistenza: Sulla superficie esterna, che possono causare microfessurazioni, lacrimazione, o effetto buccia d'arancia.
- Deformazione compressiva eccessiva: Sulla superficie interna, che può portare a deformazioni o grinze localizzate (un difetto comune nella formatura del profilo profondo).
La flessione incrementale attenua la transizione del asse neutro (il piano all'interno della sezione trasversale che subisce una deformazione longitudinale pari a zero), riducendo al minimo l’accumulo di deformazione longitudinale per supporto.
2. Il ruolo dell’incrudimento del lavoro
Processi di formatura a freddo, per definizione, si verificano al di sotto della temperatura di ricristallizzazione del materiale, che risulta incrudimento del lavoro (o incrudimento). L’incrudimento aumenta la resistenza allo snervamento del materiale ($\sigma_y$) poiché è deformato, secondo la legge di potenza:
Dove $K$ è il coefficiente di resistenza e $n$ è il esponente di incrudimento.
UN. Potenziamento controllato della forza
Se si forma un profilo in un passaggio aggressivo, l'incrudimento localizzato può essere eccessivo, rendendo il materiale fragile e altamente suscettibile a guasti in quella zona.
La formatura incrementale distribuisce l'incrudimento totale richiesto tra i passaggi $N$. Questo graduale indurimento:
- Aumenta l'integrità strutturale: Il prodotto finito è più forte (maggiore resistenza allo snervamento) e più rigido del materiale della bobina originale, un vantaggio principale della formatura a freddo.
- Mantiene la duttilità: Prevenendo un'elevata tensione istantanea, rimane una duttilità residua sufficiente per completare le pieghe finali senza fratture, utilizzando lo stato incrudito per resistere alla successiva deformazione.
3. Prevenire guasti catastrofici (Strappi e rughe)
I guasti catastrofici nella formatura dei metalli vengono spesso previsti utilizzando il metodo Diagramma limite di formazione (FLD), che traccia la deformazione principale principale ($\$epsilon_1) contro la tensione principale minore ($\$epsilon_2) per definire un confine (la curva limite di formazione, FLC) al di sopra del quale si verifica il guasto.
UN. Prevenzione dello strappo (Rottura per trazione)
Strappo (cedimento per trazione) si verifica quando la tensione di trazione è troppo elevata, spesso sul bordo esterno di una curva. Il processo incrementale mantiene il percorso di deformazione locale ben al di sotto della FLC:
- Pressacavo: Ogni passaggio allevia leggermente la tensione interna accumulata, permettendo al materiale di fluire nella nuova forma.
- Contatto con gli utensili: I rulli forniscono un supporto laterale e compressivo continuo, sopprimendo la tendenza del materiale al collo o alla frattura sotto tensione.
B. Prevenzione di pieghe/deformazioni (Fallimento di compressione)
Rughe (cedimento compressivo) si verifica spesso sul radio interno o sui bordi liberi a causa dell'eccessiva compressione longitudinale. Nella profilatura, questo è mitigato da:
- Progettazione di motivi floreali: Il design dei profili dei rulli (motivo floreale) assicura che i bordi liberi del materiale vengano piegati nelle ultime fasi della sequenza, e la pressione di formatura è attentamente bilanciata per applicare una tensione appena sufficiente ad appiattire il materiale (prevenendo le rughe) ma non tanto da provocare lacerazioni.
- Rulli laterali e tenditori: Utensili ausiliari (come i rotoli laterali) viene spesso utilizzato per applicare il vincolo laterale, che stabilizza l'anima e le flange, prevenendo deformazioni localizzate dovute a sollecitazioni di compressione.
Insomma, la piegatura incrementale nella profilatura a freddo è un processo ingegneristico altamente sofisticato governato dalla meccanica del continuo e dalla scienza dei materiali. Trasforma un complesso, deformazione in un unico passaggio soggetta a guasti in una serie di prevedibili, momenti flettenti gestibili, sfruttando strategicamente l’incrudimento per migliorare la resistenza del prodotto finale evitando attentamente i limiti critici di frattura del materiale.
