ไตรมาสที่ 1: อะไรคือพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับกระบวนการดัดงอแบบเพิ่มหน่วยในการขึ้นรูปรีดเย็น, และจะป้องกันความล้มเหลวของวัสดุที่เป็นภัยพิบัติได้อย่างไรเมื่อเปรียบเทียบกับการดัดแบบขั้นตอนเดียว?
พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับกระบวนการดัดงอแบบเพิ่มหน่วยใน การขึ้นรูปม้วนเย็น อยู่ในหลักการพื้นฐานของ ความเป็นพลาสติก, งานแข็งตัว, และ การกระจายพลังงานความเครียด. วิธีการแบบแบ่งเป็นระยะนี้เป็นการตอบสนองทางวิศวกรรมโดยตรงต่อข้อจำกัดของความเหนียวของวัสดุและสภาวะความเครียดที่ซับซ้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนรูปของโลหะ, ทำให้มั่นใจได้ถึงการผลิตที่ยาวนาน, โปรไฟล์ที่ซับซ้อนโดยไม่มีความล้มเหลวร้ายแรง.
1. ฟิสิกส์ของการเปลี่ยนรูปแบบเพิ่มหน่วย
งานขึ้นรูปม้วนโดยผ่านแถบโลหะ, โดยทั่วไปจะเป็นเหล็กขด, ผ่านแท่นม้วนต่อเนื่องกัน, หรือผ่าน. แต่ละขาตั้งมีส่วนช่วยเล็กน้อย, จำนวนเงินที่คำนวณได้อย่างแม่นยำ การเปลี่ยนรูปพลาสติก (การเปลี่ยนแปลงรูปร่างอย่างถาวร) ไปที่แถบ.
ก. ควบคุมสายพันธุ์พลาสติก
ในกระบวนการขึ้นรูปโลหะใดๆ, การเสียรูปเกิดขึ้นเมื่อนำไปใช้ ความเครียด ($\ซิกม่า$) เกินกว่า ความแข็งแรงของผลผลิต ($\sigma_y$) ของวัสดุ, ทำให้วัสดุเข้าสู่บริเวณพลาสติกของเส้นโค้งความเค้น-ความเครียด. หากโลหะงอรุนแรงเกินไปในขั้นตอนเดียว, อัตราความเครียดในท้องถิ่นในพื้นที่ที่มีความเครียดสูง (พื้นผิวด้านนอกของรัศมีโค้ง) สามารถเกินวัสดุได้ ขีดจำกัดการยืดตัวที่สม่ำเสมอ ($e_u$) และไปถึงได้อย่างรวดเร็ว ความเครียดแตกหัก ($\epsilon_f$).
แนวทางแบบค่อยเป็นค่อยไปทำให้มั่นใจได้ว่า:
Where $\epsilon_{\ข้อความ{ทั้งหมด}}$ เป็นความเครียดสุดท้ายที่ต้องการ, $N$ คือจำนวนครั้งที่ผ่าน, and $\Delta \epsilon_i$ is the strain contributed by each pass $i$. By keeping each $\Delta \epsilon_i$ small, กระบวนการนี้ควบคุมการสะสมของความเครียด, ช่วยให้โครงสร้างวัสดุสามารถปรับและกระจายแรงเค้นภายในได้ทีละน้อย.
บี. การจัดการโมเมนต์การดัดและการเลื่อนแกนกลาง
ในการขึ้นรูปม้วน, วัสดุนั้นอยู่ภายใต้ความบริสุทธิ์ ช่วงเวลาที่ดัด (ม). สำหรับแถบที่มีความหนา $t$ และความกว้าง $w$, ความเค้นดัดสูงสุด ($\ซิกม่า_{\ข้อความ{สูงสุด}}$) เกิดขึ้นที่เส้นใยสุดขั้ว. หากการโน้มตัวรุนแรงเกินไป (high $\Delta \epsilon_i$), การไล่ระดับความเค้นข้ามความหนาจะสูงชันเกินไป, นำไปสู่:
- ความเครียดแรงดึงสูง: บนพื้นผิวด้านนอก, ซึ่งอาจทำให้เกิดรอยแตกขนาดเล็กได้, น้ำตาไหล, หรือเอฟเฟกต์เปลือกส้ม.
- ความเครียดอัดมากเกินไป: บนพื้นผิวด้านใน, ซึ่งอาจนำไปสู่การโก่งงอหรือรอยย่นเฉพาะจุดได้ (ข้อบกพร่องทั่วไปในการขึ้นรูปโปรไฟล์ลึก).
การโค้งงอที่เพิ่มขึ้นจะทำให้การเปลี่ยนผ่านของ แกนกลาง (ระนาบภายในภาคตัดขวางที่ไม่มีความเครียดตามยาว), ลดการสะสมความเครียดตามยาวต่อขาตั้ง.
2. บทบาทของการแข็งตัวของงาน
กระบวนการขึ้นรูปเย็น, ตามคำจำกัดความ, เกิดขึ้นต่ำกว่าอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ของวัสดุ, ซึ่งส่งผลให้ งานแข็งตัว (หรือการแข็งตัวของความเครียด). การชุบแข็งงานช่วยเพิ่มความแข็งแรงของผลผลิตของวัสดุ ($\sigma_y$) เนื่องจากมีรูปร่างผิดปกติ, ตามกฎหมายว่าด้วยอำนาจ:
โดยที่ $K$ คือสัมประสิทธิ์ความแข็งแกร่ง และ $n$ คือ เลขชี้กำลังการแข็งตัวของความเครียด.
ก. การเพิ่มความแข็งแกร่งที่ควบคุมได้
หากมีการสร้างโปรไฟล์ในการจ่ายบอลแบบดุดันเพียงครั้งเดียว, การแข็งตัวของงานที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นอาจมากเกินไป, ทำให้วัสดุเปราะและไวต่อความล้มเหลวสูงในบริเวณนั้น.
การขึ้นรูปแบบเพิ่มจะกระจายงานที่ต้องทำให้แข็งทั้งหมดทั่วทั้งแผ่น $N$. การแข็งตัวแบบค่อยเป็นค่อยไปนี้:
- เพิ่มความสมบูรณ์ของโครงสร้าง: ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปมีความแข็งแรงมากขึ้น (ความแข็งแรงของผลผลิตที่สูงขึ้น) และแข็งกว่าวัสดุคอยล์เดิม, ข้อได้เปรียบหลักของการขึ้นรูปเย็น.
- คงความเหนียว: โดยการป้องกันความเครียดสูงทันที, ความเหนียวที่เหลืออยู่เพียงพอที่จะทำให้โค้งสุดท้ายสมบูรณ์โดยไม่แตกหัก, ใช้สถานะที่แข็งตัวของงานเพื่อต้านทานการเสียรูปในภายหลัง.
3. การป้องกันความล้มเหลวจากภัยพิบัติ (การฉีกขาดและการย่น)
ความล้มเหลวร้ายแรงในการขึ้นรูปโลหะมักถูกคาดการณ์โดยใช้ การสร้างแผนภาพขีดจำกัด (เอฟแอลดี), ซึ่งแปลงความเครียดหลักที่สำคัญ ($\$เอปไซลอน_1) ต่อต้านความเครียดหลักเล็กน้อย ($\$เอปไซลอน_2) เพื่อกำหนดขอบเขต (เส้นโค้งขีดจำกัดการขึ้นรูป, เอฟแอลซี) เหนือสิ่งอื่นใดความล้มเหลวเกิดขึ้น.
ก. การป้องกันการฉีกขาด (แรงดึงล้มเหลว)
น้ำตาไหล (แรงดึงล้มเหลว) เกิดขึ้นเมื่อแรงดึงสูงเกินไป, มักอยู่ที่ขอบด้านนอกของโค้ง. กระบวนการที่เพิ่มขึ้นทำให้เส้นทางความเครียดเฉพาะที่ต่ำกว่า FLC มาก:
- บรรเทาความเครียด: การผ่านแต่ละครั้งจะช่วยลดความตึงเครียดภายในที่สะสมไว้เล็กน้อย, ให้วัสดุไหลเข้ารูปทรงใหม่.
- ติดต่อเครื่องมือ: ลูกกลิ้งให้การรองรับด้านข้างและแรงกดอย่างต่อเนื่อง, ระงับแนวโน้มของวัสดุที่จะคอหรือการแตกหักภายใต้ความตึงเครียด.
บี. การป้องกันการยับ/การโก่งงอ (ความล้มเหลวในการบีบอัด)
รอยย่น (ความล้มเหลวในการบีบอัด) มักเกิดขึ้นที่รัศมีด้านในหรือบนขอบอิสระเนื่องจากมีการบีบอัดตามยาวมากเกินไป. ในการขึ้นรูปม้วน, สิ่งนี้บรรเทาลงด้วย:
- การออกแบบลายดอกไม้: การออกแบบโปรไฟล์แบบม้วน (ลายดอกไม้) ช่วยให้มั่นใจได้ว่าขอบวัสดุอิสระจะโค้งงอช้าในลำดับ, และแรงดันในการขึ้นรูปจะถูกปรับสมดุลอย่างระมัดระวังเพื่อให้แรงดึงเพียงพอที่จะดึงวัสดุให้แบน (ป้องกันการเกิดรอยยับ) แต่ไม่มากจนทำให้น้ำตาไหล.
- ลูกกลิ้งด้านข้างและลูกกลิ้ง: เครื่องมือเสริม (เหมือนม้วนข้าง) มักใช้เพื่อกำหนดข้อจำกัดด้านข้าง, ซึ่งทำให้เว็บและหน้าแปลนมีความมั่นคง, ป้องกันการโก่งงอเฉพาะที่เนื่องจากแรงกดอัด.
สรุปแล้ว, การดัดโค้งที่เพิ่มขึ้นในการขึ้นรูปรีดเย็นเป็นกระบวนการทางวิศวกรรมที่มีความซับซ้อนสูงซึ่งควบคุมโดยกลศาสตร์ต่อเนื่องและวิทยาศาสตร์วัสดุ. มันเปลี่ยนรูปแบบที่ซับซ้อน, การเปลี่ยนรูปขั้นตอนเดียวที่ล้มเหลวได้ง่ายไปสู่ชุดที่คาดเดาได้, ช่วงเวลาการดัดงอที่จัดการได้, ใช้ประโยชน์จากการชุบแข็งอย่างมีกลยุทธ์เพื่อเพิ่มความแข็งแกร่งของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ในขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงขีดจำกัดการแตกหักที่สำคัญของวัสดุอย่างระมัดระวัง.
