1 квартал: Какова научная основа процесса поэтапной гибки при холодной штамповке?, и как это предотвращает катастрофическое разрушение материала по сравнению с одноэтапным изгибом?
Научная основа процесса постепенного изгиба в холодное формование валков лежит в основе принципов пластичность, закалка, и распределение энергии деформации. Этот поэтапный подход является прямым инженерным ответом на ограничения пластичности материала и сложные напряженные состояния, возникающие во время деформации металла., обеспечение производства длинномерных, сложные профили без катастрофических отказов.
1. Физика постепенной деформации
Профилегибочные работы путем пропускания металлической полосы, обычно рулонная сталь, через ряд последовательных прокатных клетей, или проходит. Каждый стенд вносит небольшой, точно рассчитанное количество пластическая деформация (постоянное изменение формы) на полосу.
А. Контролируемая пластическая деформация
В любом процессе обработки металлов давлением, деформация возникает при нанесении стресс ($\сигма$) превышает предел текучести ($\сигма_y$) материала, заставляя материал войти в пластическую область кривой растяжения-деформации. Если металл слишком сильно согнут за один прием, локальная скорость деформации в сильно напряженных зонах (внешняя поверхность радиуса изгиба) может превышать материал предел равномерного удлинения ($e_u$) и быстро добраться до деформация перелома ($\epsilon_f$).
Поэтапный подход гарантирует, что:
Where $\epsilon_{\текст{общий}}$ требуется ли окончательная нагрузка, $N$ — количество проходов, and $\Delta \epsilon_i$ is the strain contributed by each pass $i$. By keeping each $\Delta \epsilon_i$ small, процесс контролирует нарастание напряжения, позволяя структуре материала постепенно корректировать и перераспределять внутренние напряжения.
Б. Управление изгибающими моментами и смещением нейтральной оси
При формовке рулонов, материал подвергается чистой изгибающий момент (М). Для полосы толщины $t$ и ширины $w$, максимальное напряжение изгиба ($\сигма_{\текст{Макс}}$) происходит в крайних волокнах. Если изгиб слишком агрессивный (high $\Delta \epsilon_i$), градиент напряжений по толщине становится слишком крутым, ведущий к:
- Высокая растяжимость: На внешней поверхности, что может вызвать микротрещины, рвущий, или эффект апельсиновой корки.
- Чрезмерная сжимающая деформация: На внутренней поверхности, что может привести к локальному короблению или сморщиванию (распространенный дефект при формовке глубокого профиля).
Постепенный изгиб сглаживает переход нейтральная ось (плоскость внутри поперечного сечения, которая испытывает нулевую продольную деформацию), минимизация накопления продольных напряжений на клети.
2. Роль упрочнения работы
Процессы холодной штамповки, по определению, происходят ниже температуры рекристаллизации материала, что приводит к закалка (или деформационное упрочнение). Нагартование повышает предел текучести материала. ($\сигма_y$) как он деформирован, по степенному закону:
Где $K$ — коэффициент прочности, а $n$ — коэффициент прочности. показатель деформационного упрочнения.
А. Контролируемое повышение силы
Если профиль формируется за один агрессивный проход, локальное наклеп может быть чрезмерным, делая материал хрупким и очень чувствительным к разрушению в этой зоне.
Поэтапная формовка распределяет общий необходимый объем наклепа по $N$ проходам.. Это постепенное затвердевание:
- Повышает структурную целостность: Готовый продукт прочнее (более высокий предел текучести) и более жесткий, чем исходный материал катушки, Основное преимущество холодной штамповки.
- Сохраняет пластичность: Предотвращая мгновенную высокую нагрузку, остается достаточно остаточной пластичности, чтобы завершить окончательные изгибы без разрушения, использование наклепанного состояния для противодействия последующей деформации.
3. Предотвращение катастрофического сбоя (Разрывы и сморщивания)
Катастрофический отказ при обработке металлов давлением часто прогнозируется с использованием Формирование предельной диаграммы (ФЛД), который отображает основную главную деформацию ($\$epsilon_1) против второстепенной главной деформации ($\$epsilon_2) определить границу (Формирующая предельная кривая, ФЛК) выше которого происходит отказ.
А. Предотвращение разрывов (Разрушение при растяжении)
разрывая (разрушение при растяжении) происходит, когда растягивающая деформация слишком велика, часто на внешнем краю изгиба. Поэтапный процесс удерживает траекторию локальной деформации значительно ниже FLC за счет:
- Снятие напряжения: Каждый проход слегка снимает накопившееся внутреннее напряжение., позволяя материалу принять новую форму.
- Контактная информация: Ролики обеспечивают непрерывную боковую и сжимающую поддержку., подавление склонности материала к сужению или разрушению под напряжением.
Б. Предотвращение складок/выпучивания (Сжатие разрушения)
Морщины (разрушение при сжатии) часто возникает на внутреннем радиусе или на свободных краях из-за чрезмерного продольного сжатия. При формовке рулонов, это смягчается:
- Цветочный Узор Дизайн: Конструкция рулонных профилей (цветочный узор) гарантирует, что свободные края материала будут сгибаться в конце последовательности, Давление формования тщательно сбалансировано, чтобы приложить ровно столько натяжения, сколько необходимо для растягивания материала. (предотвращение образования морщин) но не настолько, чтобы вызвать разрыв.
- Боковые ролики и натяжные ролики: Вспомогательный инструмент (как боковые роллы) часто используется для применения бокового ограничения, который стабилизирует стенку и полки, предотвращение локального коробления из-за сжимающих напряжений.
В заключение, Постепенный изгиб при холодной штамповке — это сложнейший инженерный процесс, основанный на механике сплошных сред и материаловедении.. Он преобразует сложный, склонная к сбоям одношаговая деформация в серию предсказуемых, управляемые изгибающие моменты, стратегическое использование наклепа для повышения прочности конечного продукта, при этом тщательно избегая критических пределов разрушения материала..
