Bagaimanakah kesan springback diramalkan dan diberi pampasan dalam reka bentuk perkakasan membentuk gulungan, terutamanya untuk Keluli Berkekuatan Tinggi (HSS) profil?

S2: Bagaimanakah kesan springback diramalkan dan diberi pampasan dalam reka bentuk perkakasan membentuk gulungan, terutamanya untuk Keluli Berkekuatan Tinggi (HSS) profil?

The kesan springback—pemulihan elastik sesuatu bahan selepas ia dicacat secara plastik—adalah satu-satunya cabaran teknikal terbesar dalam reka bentuk membentuk gulungan, terutamanya semasa memproses Keluli Berkekuatan Tinggi (HSS). Ramalan dan pampasan bergantung pada gabungan model teori, data empirikal, dan teknik simulasi berangka yang canggih.

1. Fizik Springback

Springback berlaku kerana tidak semua tegasan yang dikenakan semasa proses lenturan menyebabkan kekal (plastik) ubah bentuk; sebahagian daripada tegasan kekal dalam bahan sebagai regangan elastik sisa. Apabila bahan keluar dari pendirian roll, beban membentuk dikeluarkan, dan tenaga elastik yang tersimpan ini dilepaskan, menyebabkan sudut lentur akhir bahagian terbuka (bertambah) dan jejari meningkat berbanding dengan bentuk alatan.

A. Sudut Springback (\(\Delta \alpha\))

Perbezaan antara sudut mati (\(\alpha_d\)) dan sudut bahagian akhir (\(\alpha_p\)) ialah sudut springback (\(\Delta \alpha\)):

\Delta \alpha = \alpha_p – \alpha_d

B. Nisbah Springback (\(S_R\))

Ukuran biasa ialah nisbah springback, \(K\), yang merupakan nisbah jejari akhir (\(R_f\)) kepada jejari awal (\(R_i\)):

K = \frac{R_f}{R_i}

Untuk reka bentuk yang berjaya, jejari alatan (\(R_{\teks{alat}}\)) mestilah **terlalu bengkok** ke jejari yang lebih kecil (\(R_{\teks{alat}} < R_{\teks{muktamad}}\)) untuk membayar pampasan.

2. Model Teori untuk Ramalan

Magnitud springback adalah berkadar terus dengan modulus anjal (\(E\)) dan kekuatan hasil (\(\sigma_y\)), dan berkadar songsang dengan ketebalan bahan (\(t\)) dan jejari selekoh (\(R\)).

A. Teori Lenturan Mudah (Persamaan Dipermudahkan)

Untuk bahan yang dibengkokkan di atas jejari \(R\) dan ketebalan \(t\), perhubungan yang dipermudahkan untuk perubahan kelengkungan (\(\Delta \kappa = \frac{1}{R_f} – \frac{1}{R_{\teks{alat}}}\)) selalunya dianggarkan oleh:

\Delta \kappa \propto \frac{4 \sigma_y^2}{E t} \kiri( \frac{1}{R_{\teks{alat}}} \betul)^2

Persamaan ini menyerlahkan bahawa **kekuatan hasil yang lebih tinggi (\(\sigma_y\)) membawa kepada springback yang jauh lebih besar** (berkadar dengan \(\sigma_y^2\)), itulah sebabnya HSS memberikan cabaran besar. Semakin tinggi kekuatan keluli (cth., AHSS, DP Keluli), semakin besar sisa tenaga elastik.

B. Pengaruh Sifat Bahan

Parameter input utama untuk ramalan springback ialah:

Kekuatan Hasil (\(\sigma_y\)) dan Kekuatan Tegangan Muktamad (UTS): HSS mempunyai lebih tinggi \(\sigma_y\), secara mendadak meningkatkan magnitud springback.
Modulus Elastik (\(E\)): Untuk kebanyakan keluli, \(E\) adalah relatif tetap (lebih kurang. \(200 \teks{ GPa}\)), tetapi ia mempengaruhi kekakuan keseluruhan.
Eksponen Pengerasan Terikan (\(n\)): Jumlah pengerasan kerja yang berlaku semasa membentuk mempengaruhi berkesan \(\sigma_y\) dalam hantaran seterusnya, menyukarkan pengiraan.

3. Strategi Pampasan dalam Reka Bentuk Alatan (Terlalu lentur)

Pampasan dicapai dengan mereka bentuk **profil perkakas (corak bunga)** menjadi sedikit berbeza daripada profil bahagian akhir yang dikehendaki.

A. Langsung Lebih-lentur

Ini adalah teknik yang paling biasa. Dalam hantaran akhir, sudut gulung (\(\alpha_{\teks{gulung}}\)) dibuat lebih kecil daripada sudut sasaran (\(\alpha_{\teks{sasaran}}\)) dengan jumlah yang sama dengan sudut springback yang diramalkan (\(\Delta \alpha\)):

\alpha_{\teks{gulung}} = \alpha_{\teks{sasaran}} – \Delta \alpha

Untuk HSS, jumlah terlalu lentur ini adalah jauh lebih besar daripada keluli lembut, kadangkala memerlukan celah gulung ditutup lebih ketat daripada ketebalan bahan untuk mendorong lebih banyak ubah bentuk plastik.

B. Lenturan Ketegangan (Regangan)

Penggunaan **ketegangan membujur** terkawal pada jalur semasa proses pembentukan boleh mengurangkan springback dengan ketara. Ketegangan mengalihkan paksi neutral lenturan ke arah bahagian dalam jejari selekoh, memaksa lebih banyak keratan rentas bahan ke dalam kawasan terikan tegangan plastik dan mengurangkan kandungan terikan elastik. Ini biasanya dicapai menggunakan:

Gulungan Pecahan: Dalam berdiri awal, jurang antara gulungan dilaraskan untuk meregangkan sedikit web tengah.
Decoiling/Suapan Terkawal: Ketegangan belakang pada decoiler boleh dikawal dengan tepat.

4. Kaedah Elemen Terhingga (FEM) Simulasi

Untuk profil HSS yang kompleks (seperti C/Z Purlins, Decking, atau rasuk Automotif), model teori tidak mencukupi dueating kepada kesan kumulatif berbilang laluan dan keadaan tegasan tiga dimensi yang kompleks. Kaedah Elemen Terhingga (FEM) simulasi adalah wajib.

Proses FEM melibatkan:

Meshing: Jalur logam dibahagikan kepada beribu-ribu unsur kecil.
Permodelan: Profil gulungan, sifat bahan (termasuk anisotropi dan lengkung pengerasan), dan pekali geseran adalah input.
Simulasi: Pergerakan progresif jalur melalui tempat berdiri disimulasikan, menjejak sejarah tekanan dan ketegangan untuk setiap elemen.
Pemunggahan/Pengiraan Springback: Selepas hantaran terakhir, beban membentuk simulasi dikeluarkan, dan perisian mengira pemulihan anjal model untuk meramalkan bentuk profil akhir dengan ketepatan yang tinggi.
Lelaran: Pereka bentuk gulungan kemudian mengubah suai geometri gulungan (sudut dan jejari terlalu lentur) dalam perisian sehingga bentuk akhir simulasi sepadan dengan spesifikasi sasaran, satu proses yang boleh melibatkan berpuluh-puluh lelaran sebelum perkakas fizikal dipotong.

Secara ringkasnya, pampasan untuk springback, terutamanya dalam pembentukan gulungan HSS, berkembang daripada prinsip teori mudah kepada mekanik pengiraan lanjutan (FEM) dan reka bentuk perkakas yang diperhalusi (terlalu lentur dan ketegangan lentur) untuk memastikan produk akhir memenuhi toleransi dimensi ketat yang diperlukan.