Q1: Cila është baza shkencore për procesin e përkuljes në rritje në formimin e rrotullimit të ftohtë, dhe si e parandalon dështimin katastrofik të materialit në krahasim me lakimin me një hap?
Baza shkencore për procesin e përkuljes në rritje në formimi i rrotullës së ftohtë qëndron thelbësisht në parimet e plasticitet, forcimi i punës, dhe shpërndarja e energjisë së deformimit. Kjo qasje me faza është një përgjigje e drejtpërdrejtë inxhinierike ndaj kufizimeve të duktilitetit të materialit dhe gjendjeve komplekse të stresit të shkaktuara gjatë deformimit të metalit, duke siguruar prodhimin e gjatë, profile komplekse pa dështim katastrofik.
1. Fizika e Deformimit Inkremental
Formimi i rrotullës funksionon duke kaluar një shirit metalik, çeliku zakonisht i mbështjellë, përmes një sërë stendash të njëpasnjëshme rrotullash, ose kalon. Çdo stendë kontribuon një të vogël, sasia e llogaritur saktësisht e deformim plastik (ndryshim i përhershëm në formë) tek shiriti.
A. Tendosja e kontrolluar e plastikës
Në çdo proces formimi të metaleve, deformimi ndodh kur aplikohet stresi ($\sigma$) tejkalon forca e rendimentit ($\sigma_y$) të materialit, duke bërë që materiali të hyjë në rajonin plastik të kurbës sforcim-deformim. Nëse metali përkulet shumë rëndë në një hap, shkalla e sforcimit lokal në zonat me stres të lartë (sipërfaqja e jashtme e rrezes së kthesës) mund të tejkalojë materialin kufiri uniform i zgjatjes ($e_u$) dhe arrini shpejt në sforcimi i thyerjes ($\epsilon_f$).
Qasja në rritje e siguron këtë:
Where $\epsilon_{\teksti{total}}$ është tendosja përfundimtare e kërkuar, $N$ është numri i kalimeve, and $\Delta \epsilon_i$ is the strain contributed by each pass $i$. By keeping each $\Delta \epsilon_i$ small, procesi kontrollon grumbullimin e sforcimit, duke lejuar strukturën e materialit të rregullojë dhe rishpërndajë sforcimet e brendshme gradualisht.
B. Menaxhimi i momenteve të përkuljes dhe zhvendosja e boshtit neutral
Në formë roleje, materiali i nënshtrohet një të pastër momenti i përkuljes (M). Për një shirit me trashësi $t$ dhe gjerësi $w$, stresi maksimal i përkuljes ($\sigma_{\teksti{maksimumi}}$) ndodh në fijet ekstreme. Nëse përkulja është shumë agresive (high $\Delta \epsilon_i$), gradienti i stresit përgjatë trashësisë bëhet shumë i pjerrët, duke çuar në:
- Sforcim me tërheqje të lartë: Në sipërfaqen e jashtme, të cilat mund të shkaktojnë mikroplasaritje, grisëse, ose efekti i lëvozhgës së portokallit.
- Tendosje e tepërt kompresive: Në sipërfaqen e brendshme, të cilat mund të çojnë në përkulje ose rrudhje të lokalizuar (një defekt i zakonshëm në formimin e profilit të thellë).
Lakimi në rritje zbut tranzicionin e boshti neutral (rrafshi brenda prerjes tërthore që përjeton sforcim gjatësor zero), minimizimi i akumulimit të sforcimit gjatësor për qëndrim.
2. Roli i forcimit të punës
Proceset e formimit të ftohtë, sipas definicionit, ndodhin nën temperaturën e rikristalizimit të materialit, e cila rezulton në forcimi i punës (ose forcim sforcimi). Forcimi i punës rrit forcën e rendimentit të materialit ($\sigma_y$) pasi është deformuar, sipas ligjit të pushtetit:
Ku $K$ është koeficienti i forcës dhe $n$ është eksponent i forcimit të sforcimit.
A. Rritja e kontrolluar e forcës
Nëse një profil formohet në një kalim agresiv, forcimi i lokalizuar i punës mund të jetë i tepruar, duke e bërë materialin të brishtë dhe shumë të ndjeshëm ndaj dështimit në atë zonë.
Formimi në rritje shpërndan totalin e forcimit të punës së kërkuar nëpër kalimet $N$. Ky forcim gradual:
- Rrit integritetin strukturor: Produkti i përfunduar është më i fortë (forcë rendimenti më i lartë) dhe më i ngurtë se materiali origjinal i spirales, një avantazh kryesor i formimit të ftohtë.
- Ruan duktilitetin: Duke parandaluar tendosjen e menjëhershme të lartë, Mbetet mjaft duktilitet i mbetur për të përfunduar kthesat përfundimtare pa thyerje, duke shfrytëzuar gjendjen e ngurtësuar nga puna për t'i rezistuar deformimeve të mëvonshme.
3. Parandalimi i dështimit katastrofik (Grisje dhe rrudhosje)
Dështimi katastrofik në formimin e metaleve shpesh parashikohet duke përdorur Diagrami i formimit të kufirit (FLD), e cila paraqet tendosjen kryesore kryesore ($\$epsilon_1) kundër tendosjes së vogël kryesore ($\$epsilon_2) për të përcaktuar një kufi (Kurba e Kufirit të Formimit, FLC) mbi të cilin ndodh dështimi.
A. Parandalimi i grisjes (Dështimi në tërheqje)
E grisur (dështimi në tërheqje) ndodh kur sforcimi në tërheqje është shumë i lartë, shpesh në skajin e jashtëm të një kthese. Procesi inkremental e mban shtegun lokal të sforcimit shumë nën FLC nga:
- Lehtësimi i tendosjes: Çdo kalim lehtëson pak tensionin e brendshëm të krijuar, duke lejuar që materiali të rrjedhë në formën e re.
- Kontakti i veglave: Rrotullat ofrojnë mbështetje të vazhdueshme anësore dhe kompresive, duke shtypur tendencën e materialit për qafë ose thyerje nën tension.
B. Parandalimi i rrudhave/përkuljes (Dështimi Kompresiv)
Rrudhosje (dështimi në shtypje) shpesh ndodh në rrezen e brendshme ose në skajet e lira për shkak të ngjeshjes së tepërt gjatësore. Në formë roleje, kjo zbutet nga:
- Dizajni i modelit të luleve: Dizajni i profileve të rrotullës (model lulesh) siguron që skajet e materialit të lirë të përkulen vonë në sekuencë, dhe presioni i formimit balancohet me kujdes për të aplikuar tension të mjaftueshëm për ta tërhequr materialin në shesh (parandalimi i rrudhave) por jo aq sa të shkaktojë grisje.
- Side Rolls dhe Idlers: Vegla ndihmëse (si rrotullat anësore) përdoret shpesh për të aplikuar kufizime anësore, e cila stabilizon rrjetën dhe fllanxhat, parandalimi i përkuljes së lokalizuar për shkak të streseve në shtypje.
Si përfundim, Përkulja në rritje në formimin e rrotullës së ftohtë është një proces inxhinierik shumë i sofistikuar i drejtuar nga mekanika e vazhdueshme dhe shkenca materiale. Ajo transformon një kompleks, deformim me një hap të prirur për dështim në një seri të parashikueshme, momente përkuljeje të menaxhueshme, duke përdorur strategjikisht forcimin e punës për të rritur forcën e produktit përfundimtar duke shmangur me kujdes kufijtë kritikë të thyerjes së materialit.
