Що є науковою основою процесу поступового згинання при холодному формуванні валків

Q1: Що є науковою основою процесу поступового згинання при холодному формуванні валків, і як це запобігає катастрофічному руйнуванню матеріалу порівняно з одноетапним згинанням?

Наукові основи процесу поступового згинання в холодне формування лежить фундаментально в принципах пластичність, загартовування у праці, і розподіл енергії деформації. Цей поетапний підхід є прямою інженерною відповіддю на обмеження пластичності матеріалу та складні напружені стани, викликані під час деформації металу, забезпечення виробництва протяж, складні профілі без катастрофічних збоїв.

1. Фізика поступової деформації

Формування рулонів здійснюється шляхом проходження металевої стрічки, зазвичай рулонна сталь, через серію послідовних клітей, або проходить. Кожен стенд вносить невеликий внесок, точно розрахована кількість пластична деформація (постійна зміна форми) до смуги.

А. Контрольована пластична деформація

У будь-якому процесі обробки металу тиском, деформація виникає при нанесенні стрес ($\сигма$) перевищує межа текучості ($\sigma_y$) матеріалу, змушуючи матеріал входити в пластичну область кривої напруження-деформації. Якщо метал занадто сильно зігнутий за один крок, локальна швидкість деформації в зонах з високим навантаженням (зовнішня поверхня радіуса вигину) може перевищувати матеріал рівномірна межа подовження ($e_u$) і швидко дістатися до деформація перелому ($\epsilon_f$).

Поступовий підхід гарантує це:

\epsilon_{\текст{всього}} = \sum_{i=1}^{Н} \Delta \epsilon_i

Where $\epsilon_{\текст{всього}}$ потрібне остаточне напруження, $N$ — кількість проходів, and $\Delta \epsilon_i$ is the strain contributed by each pass $i$. By keeping each $\Delta \epsilon_i$ small, процес контролює накопичення деформації, дозволяючи структурі матеріалу поступово регулювати та перерозподіляти внутрішні напруги.

Б. Управління згинальними моментами та зміщенням нейтральної осі

При формуванні рулонів, матеріал піддається очищенню згинальний момент (М). Для смуги товщиною $t$ і шириною $w$, максимальне напруження на вигин ($\сигма_{\текст{макс}}$) виникає на крайніх волокнах. Якщо вигин занадто агресивний (high $\Delta \epsilon_i$), градієнт напруги по товщині стає занадто крутим, що призводить до:

Висока міцність на розтяг: На зовнішній поверхні, що може спричинити мікротріщини, розрив, або ефект апельсинової кірки.
Надмірна деформація стиску: На внутрішній поверхні, що може призвести до локального викривлення або зморшок (поширений дефект формування глибокого профілю).

Поступовий вигин згладжує перехід в нейтральна вісь (площину в поперечному перерізі, яка відчуває нульову поздовжню деформацію), мінімізація накопичення поздовжньої деформації на стенд.

2. Роль трудового загартування

Процеси холодного формування, за визначенням, відбуваються нижче температури рекристалізації матеріалу, що призводить до загартовування у праці (або деформаційне зміцнення). Зміцнення підвищує межу текучості матеріалу ($\sigma_y$) як він деформований, згідно з силовим законом:

\sigma = K \epsilon^n

Де $K$ — коефіцієнт міцності, а $n$ — це експонента деформаційного зміцнення.

А. Контрольоване підвищення міцності

Якщо профіль формується за один агресивний прохід, локалізоване зміцнення може бути надмірним, робить матеріал крихким і дуже чутливим до руйнування в цій зоні.

Поступове формування розподіляє загальне необхідне зміцнення через $N$ проходів. Це поступове загартовування:

Підвищує структурну цілісність: Готовий виріб міцніше (вищий межа текучості) і більш жорсткий, ніж оригінальний матеріал котушки, Основна перевага холодного формування.
Зберігає пластичність: Запобігання миттєвого високого напруження, залишається достатня залишкова пластичність для завершення остаточних вигинів без руйнування, використання загартованого стану для опору подальшій деформації.

3. Запобігання катастрофічним збоям (Розрив і зморшки)

За допомогою Формування граничної діаграми (FLD), який показує головну головну деформацію ($\$epsilon_1) проти мінорного основного штаму ($\$epsilon_2) щоб визначити межу (крива граничного формування, FLC) вище якого виникає збій.

А. Запобігання розриву (Порушення на розтяг)

Сльозотеча (руйнування при розтягуванні) виникає, коли деформація розтягування занадто висока, часто на зовнішньому краю вигину. Поступовий процес утримує локальний шлях деформації значно нижче FLC на:

Зняття напруги: Кожен прохід трохи знімає накопичену внутрішню напругу, дозволяючи матеріалу перетікати в нову форму.
Інструмент Контакт: Рулони забезпечують безперервну бічну та компресійну підтримку, придушення схильності матеріалу до шийки або руйнування під час натягу.

Б. Запобігання зморшкам/вигинам (Компресійна недостатність)

зморшкуватість (компресійна недостатність) часто виникає на внутрішньому радіусі або на вільних краях через надмірне поздовжнє стиснення. При формуванні рулонів, це пом'якшується:

Дизайн квіткового візерунка: Конструкція рулонних профілів (квітковий візерунок) гарантує, що вільні краї матеріалу згинаються наприкінці послідовності, і тиск формування ретельно збалансовано, щоб застосувати натяг, достатній для витягування матеріалу (запобігання зморшок) але не настільки, щоб викликати сльозотечу.
Бічні ролики та натяжні ролики: Допоміжний інструмент (як бічні роли) часто використовується для застосування бокового обмеження, який стабілізує перетинку та фланці, запобігання локальному прогину через стискаючі напруги.

На закінчення, поступове згинання при холодному формуванні валків є дуже складним інженерним процесом, який регулюється механікою суцільного середовища та матеріалознавством. Це перетворює комплекс, схильна до збоїв одноступінчаста деформація в серію передбачуваних, керовані згинальні моменти, стратегічне використання робочого зміцнення для підвищення міцності кінцевого продукту, ретельно уникаючи критичних меж руйнування матеріалу.