Q2: Si parashikohet dhe kompensohet efekti i kthimit prapa në projektimin e veglave të formimit të rrotullave, veçanërisht për çelikun me rezistencë të lartë (HSS) profilet?
Të efekti i kthimit të pranverës- rikuperimi elastik i një materiali pasi ai është deformuar plastikisht - është sfida e vetme teknike më e madhe në projektimin e formësimit me rrotull, sidomos gjatë përpunimit Çeliku me qëndrueshmëri të lartë (HSS). Parashikimi dhe kompensimi mbështeten në një kombinim të modeleve teorike, të dhëna empirike, dhe teknika të sofistikuara të simulimit numerik.
1. Fizika e Springback
Kthimi i pranverës ndodh sepse jo i gjithë stresi i aplikuar gjatë procesit të përkuljes shkakton të përhershëm (plastike) deformim; një pjesë e stresit mbetet në material si tendosje elastike e mbetur. Kur materiali del nga mbështetësi i rrotullës, hiqet ngarkesa formuese, dhe kjo energji elastike e ruajtur lirohet, duke shkaktuar hapjen e këndit përfundimtar të përkuljes së pjesës (rriten) dhe rrezja të rritet në krahasim me formën e veglave.
A. Këndi i kthimit të pranverës (\(\Delta \alpha\))
Dallimi midis këndit të vdekjes (\(\alpha_d\)) dhe këndi i pjesës së fundit (\(\alpha_p\)) është këndi i sustës (\(\Delta \alpha\)):
B. Raporti i kthimit të pranverës (\(S_R\))
Një masë e zakonshme është raporti i kthimit të pranverës, \(K\), që është raporti i rrezes përfundimtare (\(R_f\)) në rreze fillestare (\(R_i\)):
Për një dizajn të suksesshëm, rrezja e veglave (\(R_{\teksti{mjet}}\)) duhet të jetë **përkulur** në një rreze më të vogël (\(R_{\teksti{mjet}} < R_{\teksti{përfundimtar}}\)) për të kompensuar.
2. Modele teorike për parashikim
Madhësia e kthimit të pranverës është drejtpërdrejt proporcionale me modulin elastik (\(E\)) dhe forca e rendimentit (\(\sigma_y\)), dhe në përpjesëtim të zhdrejtë me trashësinë e materialit (\(t\)) dhe rrezja e përkuljes (\(R\)).
A. Teoria e thjeshtë e përkuljes (Ekuacioni i thjeshtuar)
Për një material të përkulur mbi një rreze \(R\) dhe trashësi \(t\), marrëdhënia e thjeshtuar për ndryshimin e lakimit (\(\Delta \kappa = \frac{1}{R_f} – \frak{1}{R_{\teksti{mjet}}}\)) shpesh përafrohet me:
Ky ekuacion thekson se **forca më e lartë e rendimentit (\(\sigma_y\)) çon në një rikthim dukshëm më të madh ** (proporcionale me \(\sigma_y^2\)), kjo është arsyeja pse HSS paraqet një sfidë të madhe. Sa më e lartë të jetë forca e çelikut (p.sh., AHSS, PD çeliku), aq më e madhe është energjia elastike e mbetur.
B. Ndikimi i vetive materiale
Parametrat kryesorë të hyrjes për parashikimin e kthimit të pranverës janë:
- Forca e rendimentit (\(\sigma_y\)) dhe Forca e fundit në tërheqje (UTS): HSS ka një shumë më të lartë \(\sigma_y\), duke rritur në mënyrë dramatike madhësinë e kthimit të pranverës.
- Moduli elastik (\(E\)): Për shumicën e çeliqeve, \(E\) është relativisht konstante (përafërsisht. \(200 \teksti{ GPa}\)), por ndikon në ngurtësinë e përgjithshme.
- Eksponenti i forcimit të tendosjes (\(n\)): Sasia e forcimit të punës që ndodh gjatë formimit ndikon në efektivin \(\sigma_y\) në kalimet e mëvonshme, duke e komplikuar llogaritjen.
3. Strategjitë e kompensimit në projektimin e veglave (Përkulje e tepërt)
Kompensimi arrihet duke dizenjuar **profilin e veglave (model lulesh)** të jetë paksa i ndryshëm nga profili përfundimtar i dëshiruar i pjesës.
A. Përkulje e drejtpërdrejtë e tepërt
Kjo është teknika më e zakonshme. Në kalimin e fundit, këndi i rrotullave (\(\alfa_{\teksti{rrotulloj}}\)) është bërë më i vogël se këndi i synuar (\(\alfa_{\teksti{objektiv}}\)) me një sasi të barabartë me këndin e parashikuar të kthimit të pranverës (\(\Delta \alpha\)):
Për HSS, kjo sasi mbi-përkulëse është dukshëm më e madhe se për çelikun e butë, ndonjëherë kërkon që boshllëqet e rrotullës të mbyllen më fort se trashësia e materialit për të shkaktuar më shumë deformim plastik.
B. Tension Bending (Shtrirja)
Aplikimi **tensioni gjatësor** i kontrolluar në shirit gjatë procesit të formimit mund të reduktojë ndjeshëm kthimin e pranverës. Tensioni zhvendos boshtin neutral të përkuljes drejt pjesës së brendshme të rrezes së kthesës, duke detyruar më shumë seksion tërthor të materialit në rajonin e sforcimit në tërheqje plastike dhe duke reduktuar përmbajtjen e sforcimit elastik. Kjo zakonisht arrihet duke përdorur:
- Breakdown Rolls: Në tribunat e hershme, hendeku midis rrotullave është rregulluar për të shtrirë pak rrjetën qendrore.
- Zhdukja/Furnizimi i kontrolluar: Tensioni i pasmë në dekoilues mund të rregullohet saktësisht.
4. Metoda e elementeve të fundme (FEM) Simulimi
Për profile komplekse HSS (si C/Z Purlins, stolisje, ose Trarët e automobilave), modelet teorike janë të pamjaftueshme për shkak të efekteve kumulative me shumë kalime dhe gjendjeve komplekse tredimensionale të stresit. Metoda e elementeve të fundme (FEM) simulimi është i detyrueshëm.
Procesi FEM përfshin:
- Rrjetëzim: Shiriti metalik është i ndarë në mijëra elementë të vegjël.
- Modelimi: Profilet e rrotullave, vetitë e materialit (duke përfshirë anizotropinë dhe kurbën e ngurtësimit), dhe koeficientët e fërkimit janë të dhëna.
- Simulimi: Lëvizja progresive e shiritit nëpër tribuna është simuluar, gjurmimi i historisë së stresit dhe tendosjes për çdo element.
- Llogaritja e shkarkimit/Springback: Pas kalimit përfundimtar, hiqen ngarkesat formuese të simuluara, dhe softueri llogarit rikuperimin elastik të modelit për të parashikuar formën përfundimtare të profilit me saktësi të lartë.
- Përsëritje: Dizenjuesi i rrotullës më pas modifikon gjeometrinë e rrotullës (këndi dhe rrezja e mbipërkuljes) në softuer derisa forma përfundimtare e simuluar të përputhet me specifikimet e synuara, një proces që mund të përfshijë dhjetëra përsëritje përpara se të ndërpritet përpunimi fizik.
Në përmbledhje, kompensimi për kthimin e pranverës, veçanërisht në formimin e rrotullave HSS, evoluon nga parime të thjeshta teorike në mekanikë të avancuar llogaritëse (FEM) dhe dizajn i rafinuar i veglave (përkulja e tepërt dhe përkulja e tensionit) për të siguruar që produkti përfundimtar plotëson tolerancat e kërkuara të ngushta dimensionale.
