Î1: Care este baza științifică pentru procesul de îndoire incrementală în formarea la rece, și cum previne defectarea catastrofală a materialului în comparație cu îndoirea într-o singură etapă?
Baza științifică pentru procesul de îndoire incrementală în formare la rece rezidă fundamental în principiile de plasticitate, călirea prin muncă, şi distribuția energiei de deformare. Această abordare în etape este un răspuns ingineresc direct la limitările ductilității materialului și a stărilor complexe de solicitare induse în timpul deformării metalului., asigurând producerea de lungi, profile complexe fără eșec catastrofal.
1. Fizica deformării incrementale
Formarea rulou funcționează prin trecerea unei benzi de metal, de obicei oțel bobinat, printr-o serie de rulouri consecutive, sau trece. Fiecare stand contribuie cu un mic, cantitate calculată cu precizie de deformare plastică (schimbare permanentă a formei) la bandă.
O. Tulpina controlată din plastic
În orice proces de formare a metalelor, deformation occurs when the applied stress ($\sigma$) exceeds the puterea de curgere ($\sigma_y$) of the material, causing the material to enter the plastic region of the stress-strain curve. If the metal is bent too severely in one step, the local strain rate in the highly stressed areas (the outer surface of the bend radius) can exceed the material’s uniform elongation limit ($e_u$) and quickly reach the fracture strain ($\epsilon_f$).
The incremental approach ensures that:
Where $\epsilon_{\text{total}}$ is the final strain required, $N$ is the number of passes, and $\Delta \epsilon_i$ is the strain contributed by each pass $i$. By keeping each $\Delta \epsilon_i$ small, the process controls the buildup of strain, allowing the material structure to adjust and redistribute internal stresses gradually.
B. Gestionarea momentelor de încovoiere și a deplasării axei neutre
În ruloformare, materialul este supus unui pur moment de încovoiere (M). Pentru o fâșie de grosime $t$ și lățime $w$, efortul maxim de încovoiere ($\sigma_{\text{max}}$) apare la fibrele extreme. Dacă îndoirea este prea agresivă (high $\Delta \epsilon_i$), gradientul de stres de-a lungul grosimii devine prea abrupt, conducând la:
- Tensiune înaltă la tracțiune: Pe suprafața exterioară, care poate provoca micro-fisurare, rupere, sau efect de coajă de portocală.
- Tensiune compresivă excesivă: Pe suprafața interioară, ceea ce poate duce la flambaje sau încrețiri localizate (un defect comun în formarea profilului adânc).
Îndoirea incrementală netezește tranziția axa neutră (planul din secțiunea transversală care suferă deformare longitudinală zero), minimizarea acumulării de forță longitudinală pe stand.
2. Rolul întăririi muncii
Procese de formare la rece, prin definiție, apar sub temperatura de recristalizare a materialului, care are ca rezultat călirea prin muncă (sau întărire prin deformare). Călirea prin muncă mărește puterea de curgere a materialului ($\sigma_y$) pe măsură ce este deformată, conform legii puterii:
Unde $K$ este coeficientul de rezistență și $n$ este exponent de întărire prin deformare.
O. Creșterea controlată a forței
Dacă se formează un profil într-o singură trecere agresivă, călirea prin muncă localizată poate fi excesivă, făcând materialul fragil și foarte susceptibil la defecțiuni în acea zonă.
Formarea incrementală distribuie totalul de întărire prin muncă necesară pe trecerile de $N$. Această întărire treptată:
- Crește integritatea structurală: Produsul finit este mai puternic (putere de curgere mai mare) și mai rigid decât materialul original al bobinei, un avantaj principal al formării la rece.
- Mentine ductilitatea: Prin prevenirea tensiunii mari instantanee, rămâne suficientă ductilitate reziduală pentru a finaliza curbele finale fără fractură, folosind starea de călire la lucru pentru a rezista la deformarea ulterioară.
3. Prevenirea eșecului catastrofal (Sfâșierea și încrețirea)
Defecțiunea catastrofală în formarea metalului este adesea prezisă folosind Diagrama limită de formare (FLD), care prezintă tulpina principală majoră ($\$epsilon_1) împotriva tulpinii principale minore ($\$epsilon_2) pentru a defini o graniță (curba limită de formare, FLC) deasupra căreia apare eșecul.
O. Prevenirea ruperii (Rupere la tracțiune)
Rupere (defecțiune la tracțiune) apare atunci când tensiunea de întindere este prea mare, adesea la marginea exterioară a unei coturi. Procesul incremental menține traseul de deformare local mult sub FLC până la:
- Reducere a tensiunii: Fiecare trecere ameliorează ușor tensiunea internă acumulată, permițând materialului să curgă în noua formă.
- Contact pentru scule: Rolele asigură suport lateral continuu și compresiv, suprimarea tendintei materialului la gat sau fracturare sub tensiune.
B. Prevenirea încrețirii/deformarii (Eșecul compresiv)
Încrețirea (defectare de compresiune) apare adesea pe raza interioară sau pe marginile libere din cauza compresiei longitudinale excesive. În ruloformare, acest lucru este atenuat de:
- Design cu model de flori: Designul profilelor rulou (model de flori) asigură că marginile materialului liber sunt îndoite târziu în secvență, iar presiunea de formare este echilibrată cu atenție pentru a aplica suficientă tensiune pentru a trage materialul plat (prevenirea ridurilor) dar nu atât de mult încât să provoace ruperea.
- Roluri laterale și role: Scule auxiliare (ca rulourile laterale) este adesea folosit pentru aplicarea constrângerii laterale, care stabilizează banda și flanșele, prevenirea flambajului localizat din cauza tensiunilor de compresiune.
În concluzie, îndoirea incrementală în formarea cu role la rece este un proces de inginerie extrem de sofisticat guvernat de mecanica continuă și știința materialelor. Transformă un complex, deformare într-o singură etapă predispusă la eșec într-o serie de previzibile, momente de încovoiere gestionabile, valorificând strategic întărirea prin muncă pentru a spori rezistența produsului final, evitând în același timp cu atenție limitele critice de rupere ale materialului.
