Q2: Cum este prevăzut și compensat efectul de retur în proiectarea sculelor de formare cu role, în special pentru oțel de înaltă rezistență (HSS) profiluri?
The efect de retur-recuperarea elastică a unui material după ce acesta a fost deformat plastic - este cea mai mare provocare tehnică în proiectarea profilării rulante, mai ales la procesare Oțel de înaltă rezistență (HSS). Predicția și compensarea se bazează pe o combinație de modele teoretice, date empirice, și tehnici sofisticate de simulare numerică.
1. Fizica lui Springback
Respingerea are loc deoarece nu toate solicitările aplicate în timpul procesului de îndoire determină permanent (plastic) deformare; o parte a tensiunii ramane in material ca încordare elastică reziduală. Când materialul iese din suportul de role, sarcina de formare este îndepărtată, iar această energie elastică stocată este eliberată, determinând deschiderea unghiului final de îndoire al piesei (crește) iar raza să crească în comparație cu forma sculei.
O. Unghi de spate elastic (\(\Delta \alpha\))
Diferența dintre unghiul matriței (\(\alpha_d\)) și unghiul final al părții (\(\alpha_p\)) este unghiul de retur (\(\Delta \alpha\)):
B. Rata elastică (\(S_R\))
O măsură comună este raportul de retur, \(K\), care este raportul razei finale (\(R_f\)) până la raza inițială (\(R_i\)):
Pentru un design de succes, raza sculei (\(R_{\text{instrument}}\)) trebuie să fie **supra-îndoit** la o rază mai mică (\(R_{\text{instrument}} < R_{\text{final}}\)) a compensa.
2. Modele teoretice pentru predicție
Mărimea revenirii elastice este direct proporțională cu modulul elastic (\(E\)) și puterea de curgere (\(\sigma_y\)), și invers proporțional cu grosimea materialului (\(t\)) și raza de curbură (\(R\)).
O. Teoria simplă a îndoirii (Ecuație simplificată)
Pentru un material îndoit pe o rază \(R\) si grosimea \(t\), relația simplificată pentru modificarea curburii (\(\Delta \kappa = \frac{1}{R_f} – \frac{1}{R_{\text{instrument}}}\)) este adesea aproximată de:
Această ecuație evidențiază faptul că **limită de curgere mai mare (\(\sigma_y\)) duce la un retur de resort semnificativ mai mare** (proporţional cu \(\sigma_y^2\)), motiv pentru care HSS prezintă o provocare majoră. Cu cât rezistența oțelului este mai mare (de ex., AHSS, DP Steel), cu atât energia elastică reziduală este mai mare.
B. Influența proprietăților materialelor
Parametrii cheie de intrare pentru predicția springback sunt:
- Puterea de curgere (\(\sigma_y\)) și Rezistența maximă la tracțiune (UTS): HSS are o mult mai mare \(\sigma_y\), crescând dramatic magnitudinea returului.
- Modulul elastic (\(E\)): Pentru majoritatea otelurilor, \(E\) este relativ constantă (aproximativ. \(200 \text{ GPa}\)), dar influențează rigiditatea generală.
- Exponent de întărire prin deformare (\(n\)): Cantitatea de întărire prin muncă care are loc în timpul formării afectează eficienta \(\sigma_y\) în trecerile ulterioare, complicând calculul.
3. Strategii de compensare în proiectarea sculelor (Îndoire excesivă)
Compensarea se realizează prin proiectarea **profilului de scule (model de flori)** să fie ușor diferit de profilul final al piesei dorit.
O. Îndoire excesivă directă
Aceasta este cea mai comună tehnică. În pasă finală, unghiul rolelor (\(\alfa_{\text{rostogolire}}\)) este mai mic decât unghiul țintă (\(\alfa_{\text{ţintă}}\)) cu o sumă egală cu unghiul de retur anticipat (\(\Delta \alpha\)):
Pentru HSS, această cantitate de supraîndoire este substanțial mai mare decât pentru oțelul moale, uneori necesitând ca golurile de rulare să fie închise mai strâns decât grosimea materialului pentru a induce mai multă deformare plastică.
B. Îndoirea tensiunii (Întinderea)
Aplicarea controlată a **tensiunii longitudinale** pe bandă în timpul procesului de formare poate reduce semnificativ înapoi. Tensiunea deplasează axa neutră de îndoire spre interiorul razei de îndoire, forțând mai mult din secțiunea transversală a materialului în regiunea de deformare a plasticului și reducerea conținutului de deformare elastică. Acest lucru se realizează de obicei folosind:
- Role de avarie: În primele tribune, decalajul dintre role este ajustat pentru a întinde ușor banda centrală.
- Desfăşurare/Alimentare controlată: Tensiunea din spate pe decoiler poate fi reglată cu precizie.
4. Metoda Elementelor Finite (FEM) Simulare
Pentru profile HSS complexe (precum C/Z Pane, Pardoseala, sau grinzi auto), modelele teoretice sunt insuficiente din cauza efectelor cumulative multi-pass și stărilor complexe de stres tridimensionale. Metoda Elementelor Finite (FEM) simularea este obligatorie.
Procesul FEM implică:
- Meshing: Banda de metal este împărțită în mii de elemente mici.
- Modelare: Profilele rolelor, proprietățile materialelor (inclusiv anizotropia și curba de întărire), iar coeficienții de frecare sunt introduși.
- Simulare: Mișcarea progresivă a benzii prin standuri este simulată, urmărirea istoricului de stres și deformare pentru fiecare element.
- Calcul de descărcare/springback: După trecerea finală, se îndepărtează sarcinile de formare simulate, iar software-ul calculează recuperarea elastică a modelului pentru a prezice forma finală a profilului cu mare precizie.
- Repetare: Proiectantul rolei modifică apoi geometria rolei (unghiul și raza de supraîndoire) în software până când forma finală simulată se potrivește cu specificațiile țintă, un proces care poate implica zeci de iterații înainte ca sculele fizice să fie tăiate.
În concluzie, compensare pentru backback, în special în ruloformarea HSS, evoluează de la principii teoretice simple la mecanică computațională avansată (FEM) și design rafinat de scule (supraîndoire și îndoire la tensiune) pentru a se asigura că produsul final îndeplinește toleranțele dimensionale stricte cerute.
