S1: Apakah asas saintifik untuk proses lenturan tambahan dalam pembentukan gulungan sejuk, and how does it prevent catastrophic material failure compared to single-step bending?
The scientific basis for the incremental bending process in membentuk gulungan sejuk 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, ubah bentuk berlaku apabila digunakan tekanan ($\sigma$) melebihi kekuatan hasil ($\sigma_y$) daripada bahan tersebut, menyebabkan bahan memasuki kawasan plastik lengkung tegasan-terikan. Jika logam bengkok terlalu teruk dalam satu langkah, kadar terikan tempatan di kawasan yang sangat tertekan (permukaan luar jejari lentur) boleh melebihi bahan had pemanjangan seragam ($e_u$) dan cepat sampai ke regangan patah ($\epsilon_f$).
Pendekatan tambahan memastikan bahawa:
Where $\epsilon_{\teks{jumlah}}$ adalah ketegangan terakhir yang diperlukan, $N$ ialah bilangan pas, and $\Delta \epsilon_i$ is the strain contributed by each pass $i$. By keeping each $\Delta \epsilon_i$ small, proses mengawal pembentukan terikan, membenarkan struktur bahan menyesuaikan dan mengagihkan semula tegasan dalaman secara beransur-ansur.
B. Mengurus Momen Lentur dan Anjakan Paksi Neutral
Dalam bentuk roll, bahan itu tertakluk kepada tulen momen lentur (M). Untuk jalur ketebalan $t$ dan lebar $w$, tegasan lentur maksimum ($\sigma_{\teks{maks}}$) berlaku pada gentian yang melampau. Jika lenturan terlalu agresif (high $\Delta \epsilon_i$), kecerunan tegasan merentasi ketebalan menjadi terlalu curam, membawa kepada:
- Terikan Tegangan Tinggi: Pada permukaan luar, yang boleh menyebabkan keretakan mikro, mengoyak, atau kesan kulit oren.
- Terikan Mampatan Berlebihan: Pada permukaan dalaman, yang boleh menyebabkan lekuk atau kedutan setempat (kecacatan biasa dalam pembentukan profil dalam).
Lenturan tambahan melicinkan peralihan paksi neutral (satah dalam keratan rentas yang mengalami ketegangan membujur sifar), meminimumkan pengumpulan terikan membujur setiap pendirian.
2. Peranan Pengerasan Kerja
Proses pembentukan sejuk, mengikut takrifan, berlaku di bawah suhu penghabluran semula bahan, yang mengakibatkan work hardening (atau pengerasan terikan). Pengerasan kerja meningkatkan kekuatan hasil bahan ($\sigma_y$) kerana ia cacat, mengikut undang-undang kuasa:
Di mana $K$ ialah pekali kekuatan dan $n$ ialah eksponen pengerasan terikan.
A. Peningkatan Kekuatan Terkawal
Jika profil dibentuk dalam satu hantaran agresif, pengerasan kerja setempat boleh menjadi berlebihan, menjadikan bahan rapuh dan sangat terdedah kepada kegagalan dalam zon itu.
Pembentukan tambahan mengagihkan jumlah pengerasan kerja yang diperlukan merentasi pas $N$. Pengerasan secara beransur-ansur ini:
- Meningkatkan Integriti Struktur: Produk siap lebih kuat (kekuatan hasil yang lebih tinggi) dan lebih tegar daripada bahan gegelung asal, kelebihan utama pembentukan sejuk.
- Mengekalkan Kemuluran: Dengan menghalang ketegangan tinggi serta-merta, kemuluran sisa yang cukup untuk melengkapkan lenturan akhir tanpa patah, menggunakan keadaan keras kerja untuk menahan ubah bentuk seterusnya.
3. Mencegah Kegagalan Bencana (Koyak dan Berkedut)
Kegagalan bencana dalam pembentukan logam sering diramalkan menggunakan Membentuk Rajah Had (FLD), yang memplot terikan utama utama ($\$epsilon_1) terhadap regangan utama kecil ($\$epsilon_2) untuk menentukan sempadan (Keluk Had Membentuk, FLC) di atas mana kegagalan berlaku.
A. Pencegahan Koyak (Kegagalan Tegangan)
Koyak (kegagalan tegangan) berlaku apabila regangan tegangan terlalu tinggi, selalunya di tepi luar selekoh. Proses tambahan mengekalkan laluan terikan tempatan jauh di bawah FLC oleh:
- Melegakan Ketegangan: Setiap hantaran sedikit meredakan ketegangan dalaman yang terbina, membenarkan bahan mengalir ke dalam bentuk baharu.
- Kenalan Perkakas: Gulungan menyediakan sokongan sisi dan mampatan berterusan, menekan kecenderungan bahan ke leher atau patah di bawah ketegangan.
B. Pencegahan Kedutan/Lekuk (Kegagalan Mampatan)
Berkerut (kegagalan mampatan) selalunya berlaku pada jejari dalam atau pada tepi bebas akibat mampatan membujur yang berlebihan. Dalam bentuk roll, ini dikurangkan oleh:
- Rekaan Corak Bunga: Reka bentuk profil gulungan (corak bunga) memastikan bahawa tepi bahan bebas dibengkokkan lewat dalam urutan, dan tekanan pembentukan diimbangi dengan teliti untuk mengenakan ketegangan yang cukup untuk menarik bahan rata (mencegah kedutan) tetapi tidak sehingga menyebabkan koyak.
- Gulung Sisi dan Pemalas: Alat bantu (seperti gulungan sisi) sering digunakan untuk menggunakan kekangan sisi, yang menstabilkan web dan bebibir, mencegah lengkokan setempat akibat tegasan mampatan.
Kesimpulannya, lenturan tambahan dalam pembentukan gulungan sejuk adalah proses kejuruteraan yang sangat canggih yang dikawal oleh mekanik kontinum dan sains bahan. Ia mengubah kompleks, ubah bentuk satu langkah yang terdedah kepada kegagalan menjadi satu siri yang boleh diramal, momen lentur yang boleh dikawal, memanfaatkan pengerasan kerja secara strategik untuk meningkatkan kekuatan produk akhir sambil berhati-hati mengelakkan had patah kritikal bahan.
