ผลกระทบจากการสปริงกลับทำนายและชดเชยในการออกแบบเครื่องมือขึ้นรูปม้วนได้อย่างไร, โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเหล็กที่มีความแข็งแรงสูง (ไฮสปีด) โปรไฟล์?

ไตรมาสที่ 2: ผลกระทบจากการสปริงกลับทำนายและชดเชยในการออกแบบเครื่องมือขึ้นรูปม้วนได้อย่างไร, โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเหล็กที่มีความแข็งแรงสูง (ไฮสปีด) โปรไฟล์?

ที่ เอฟเฟกต์สปริงแบ็ค—การฟื้นตัวอย่างยืดหยุ่นของวัสดุหลังจากที่เปลี่ยนรูปแล้ว—เป็นความท้าทายทางเทคนิคที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเพียงอย่างเดียวในการออกแบบการขึ้นรูปม้วน, โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อประมวลผล เหล็กมีความแข็งแรงสูง (ไฮสปีด). การทำนายและการชดเชยขึ้นอยู่กับการรวมกันของแบบจำลองทางทฤษฎี, ข้อมูลเชิงประจักษ์, และเทคนิคการจำลองเชิงตัวเลขที่ซับซ้อน.

1. ฟิสิกส์ของสปริงแบ็ค

การสปริงกลับเกิดขึ้นเนื่องจากแรงเค้นที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการดัดงอไม่ได้ทำให้เกิดถาวร (พลาสติก) การเสียรูป; ความเครียดส่วนหนึ่งยังคงอยู่ในวัสดุเช่น ความเครียดยืดหยุ่นที่เหลือ. เมื่อวัสดุออกจากแท่นม้วน, โหลดการขึ้นรูปจะถูกลบออก, และพลังงานยืดหยุ่นที่สะสมไว้นี้จะถูกปลดปล่อยออกมา, ทำให้มุมโค้งสุดท้ายของชิ้นส่วนเปิดออก (เพิ่มขึ้น) และรัศมีจะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับรูปร่างของเครื่องมือ.

ก. มุมสปริงแบ็ค (\(\Delta \alpha\))

ความแตกต่างระหว่างมุมตาย (\(\alpha_d\)) และมุมส่วนสุดท้าย (\(\alpha_p\)) คือมุมสปริงแบ็ค (\(\Delta \alpha\)):

\Delta \alpha = \alpha_p – \alpha_d

บี. อัตราส่วนสปริงแบ็ค (\(S_R\))

การวัดทั่วไปคืออัตราส่วนการสปริงกลับ, \(K\), ซึ่งเป็นอัตราส่วนของรัศมีสุดท้าย (\(R_f\)) จนถึงรัศมีเริ่มต้น (\(R_i\)):

K = \frac{ร_ฉ}{ร_ฉัน}

เพื่อการออกแบบที่ประสบความสำเร็จ, รัศมีเครื่องมือ (\(ร_{\ข้อความ{เครื่องมือ}}\)) จะต้อง **โค้งงอเกิน** ให้มีรัศมีเล็กลง (\(ร_{\ข้อความ{เครื่องมือ}} < ร_{\ข้อความ{สุดท้าย}}\)) เพื่อชดเชย.

2. แบบจำลองทางทฤษฎีสำหรับการทำนาย

ขนาดของสปริงกลับเป็นสัดส่วนโดยตรงกับโมดูลัสยืดหยุ่น (\(E\)) และความแข็งแรงของผลผลิต (\(\sigma_y\)), และแปรผกผันกับความหนาของวัสดุ (\(t\)) และรัศมีการโค้งงอ (\(R\)).

ก. ทฤษฎีการดัดอย่างง่าย (สมการอย่างง่าย)

สำหรับวัสดุที่มีการโค้งงอเกินรัศมี \(R\) และความหนา \(t\), ความสัมพันธ์ที่เรียบง่ายสำหรับการเปลี่ยนแปลงความโค้ง (\(\Delta \kappa = \frac{1}{ร_ฉ} – \แฟรค{1}{ร_{\ข้อความ{เครื่องมือ}}}\)) มักจะประมาณด้วย:

\Delta \kappa \propto \frac{4 \sigma_y^2}{อีที} \ซ้าย( \แฟรค{1}{ร_{\ข้อความ{เครื่องมือ}}} \ขวา)^2

สมการนี้เน้นย้ำว่า **ความแรงของผลผลิตสูงกว่า (\(\sigma_y\)) ทำให้เกิดการสปริงกลับที่มากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด** (ได้สัดส่วนกับ \(\sigma_y^2\)), ซึ่งเป็นสาเหตุที่ HSS นำเสนอความท้าทายที่สำคัญ. ยิ่งมีความแข็งแรงสูงของเหล็ก (เช่น, อสส, ดี.พี.สตีล), ยิ่งมีพลังงานยืดหยุ่นตกค้างมากเท่านั้น.

บี. อิทธิพลของคุณสมบัติของวัสดุ

พารามิเตอร์อินพุตที่สำคัญสำหรับการทำนายสปริงกลับคือ:

ความแข็งแรงของผลผลิต (\(\sigma_y\)) และแรงดึงสูงสุด (มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์): HSS มีสูงกว่ามาก \(\sigma_y\), เพิ่มขนาดการสปริงกลับอย่างมาก.
โมดูลัสยืดหยุ่น (\(E\)): สำหรับเหล็กส่วนใหญ่, \(E\) ค่อนข้างคงที่ (ประมาณ. \(200 \ข้อความ{ เกรดเฉลี่ย}\)), แต่มันส่งผลต่อความแข็งโดยรวม.
เลขชี้กำลังการแข็งตัวของความเครียด (\(n\)): ปริมาณงานชุบแข็งที่เกิดขึ้นระหว่างการขึ้นรูปส่งผลต่อประสิทธิภาพ \(\sigma_y\) ในรอบต่อๆ ไป, ทำให้การคำนวณซับซ้อนขึ้น.

3. กลยุทธ์การจ่ายค่าตอบแทนในการออกแบบเครื่องมือ (งอมากเกินไป)

การชดเชยทำได้โดยการออกแบบ **โปรไฟล์เครื่องมือ (ลายดอกไม้)** ให้แตกต่างจากโปรไฟล์ชิ้นงานที่ต้องการขั้นสุดท้ายเล็กน้อย.

ก. การดัดงอมากเกินไปโดยตรง

นี่เป็นเทคนิคที่พบบ่อยที่สุด. ในการผ่านครั้งสุดท้าย, มุมของม้วน (\(\อัลฟ่า_{\ข้อความ{ม้วน}}\)) มีขนาดเล็กกว่ามุมเป้าหมาย (\(\อัลฟ่า_{\ข้อความ{เป้า}}\)) ด้วยจำนวนเท่ากับมุมสปริงกลับที่คาดการณ์ไว้ (\(\Delta \alpha\)):

\อัลฟ่า_{\ข้อความ{ม้วน}} = \alpha_{\ข้อความ{เป้า}} – \Delta \alpha

สำหรับไฮสปีด, ปริมาณการดัดงอมากเกินไปนี้มีขนาดใหญ่กว่าเหล็กเหนียวอย่างมาก, บางครั้งจำเป็นต้องปิดช่องว่างม้วนให้แน่นกว่าความหนาของวัสดุเพื่อทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติกมากขึ้น.

บี. การดัดแรงดึง (การยืดกล้ามเนื้อ)

การใช้ **ความตึงตามยาว** แบบควบคุมกับแถบระหว่างกระบวนการขึ้นรูปสามารถลดการดีดกลับได้อย่างมาก. แรงดึงจะเลื่อนแกนกลางของการโค้งงอไปทางด้านในของรัศมีการโค้งงอ, บังคับให้ส่วนตัดขวางของวัสดุเข้าสู่บริเวณความเครียดแรงดึงของพลาสติกมากขึ้น และลดปริมาณความเครียดของความยืดหยุ่น. โดยทั่วไปสามารถทำได้โดยใช้:

พังทลายโรล: ในอัฒจันทร์ยุคแรก, ปรับช่องว่างระหว่างม้วนให้ยืดแถบตรงกลางออกเล็กน้อย.
ควบคุมการ Decoiling/ฟีด: สามารถควบคุมแรงตึงย้อนกลับของเดคอยล์เลอร์ได้อย่างแม่นยำ.

4. วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (เฟม) การจำลอง

สำหรับโปรไฟล์ HSS ที่ซับซ้อน (เช่น แปของ C/Z, พื้นระเบียง, หรือคานรถยนต์), แบบจำลองทางทฤษฎีไม่เพียงพอเนื่องจากผลกระทบสะสมแบบหลายรอบและสภาวะความเครียดสามมิติที่ซับซ้อน. วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (เฟม) การจำลองเป็นสิ่งจำเป็น.

กระบวนการ FEM เกี่ยวข้องกับ:

ตาข่าย: แถบโลหะแบ่งออกเป็นองค์ประกอบเล็กๆ นับพันชิ้น.
การสร้างแบบจำลอง: โปรไฟล์ม้วน, คุณสมบัติของวัสดุ (รวมถึงเส้นโค้งแอนไอโซโทรปีและการแข็งตัว), และค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานเป็นอินพุต.
การจำลอง: มีการจำลองการเคลื่อนไหวที่ก้าวหน้าของแถบผ่านอัฒจันทร์, ติดตามความเครียดและประวัติความเครียดของทุกๆ องค์ประกอบ.
การคำนวณการขนถ่าย/สปริงแบ็ค: หลังจากผ่านรอบสุดท้าย, โหลดการขึ้นรูปจำลองจะถูกลบออก, และซอฟต์แวร์จะคำนวณการฟื้นตัวแบบยืดหยุ่นของแบบจำลองเพื่อคาดการณ์รูปร่างโปรไฟล์ขั้นสุดท้ายด้วยความแม่นยำสูง.
การวนซ้ำ: จากนั้นผู้ออกแบบม้วนจะปรับเปลี่ยนรูปทรงของม้วน (มุมและรัศมีการโค้งงอมากเกินไป) ในซอฟต์แวร์จนกว่ารูปร่างสุดท้ายที่จำลองจะตรงกับข้อกำหนดของเป้าหมาย, กระบวนการที่อาจเกี่ยวข้องกับการวนซ้ำหลายสิบครั้งก่อนที่เครื่องมือทางกายภาพจะถูกตัด.

โดยสรุป, การชดเชยการสปริงกลับ, โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการขึ้นรูปม้วน HSS, วิวัฒนาการจากหลักการทางทฤษฎีง่ายๆ ไปสู่กลศาสตร์การคำนวณขั้นสูง (เฟม) และการออกแบบเครื่องมือที่ประณีต (การดัดงอมากเกินไปและการดัดแรงดึง) เพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายตรงตามเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนของขนาดที่จำกัดที่กำหนด.