Q1: Cơ sở khoa học cho quá trình uốn gia tăng trong tạo hình cán nguội là gì, và làm thế nào để ngăn chặn sự hư hỏng nghiêm trọng của vật liệu so với phương pháp uốn một bước?
Cơ sở khoa học cho quá trình uốn tăng dần trong tạo hình cuộn nguội về cơ bản nằm trong các nguyên tắc của tính dẻo, làm việc chăm chỉ, Và phân phối năng lượng căng thẳng. Cách tiếp cận theo từng giai đoạn này là một phản ứng kỹ thuật trực tiếp đối với những hạn chế về độ dẻo của vật liệu và trạng thái ứng suất phức tạp gây ra trong quá trình biến dạng kim loại., đảm bảo sản xuất lâu dài, cấu hình phức tạp mà không có sự cố nghiêm trọng.
1. Vật lý của biến dạng gia tăng
Việc tạo hình cuộn được thực hiện bằng cách đi qua một dải kim loại, thép cuộn thường, thông qua một loạt các quầy cuộn liên tiếp, hoặc vượt qua. Mỗi gian hàng đóng góp một phần nhỏ, lượng được tính toán chính xác biến dạng dẻo (thay đổi hình dạng vĩnh viễn) đến dải.
MỘT. Căng thẳng nhựa được kiểm soát
Trong bất kỳ quá trình tạo hình kim loại nào, biến dạng xảy ra khi áp dụng nhấn mạnh ($\sigma$) vượt quá sức mạnh năng suất ($\sigma_y$) của vật liệu, làm cho vật liệu đi vào vùng dẻo của đường cong ứng suất - biến dạng. Nếu kim loại bị uốn cong quá mạnh trong một bước, tốc độ biến dạng cục bộ ở các khu vực bị căng thẳng cao (bề mặt ngoài của bán kính uốn cong) có thể vượt quá vật liệu giới hạn độ giãn dài đồng đều ($e_u$) và nhanh chóng đạt được căng gãy ($\epsilon_f$).
Cách tiếp cận gia tăng đảm bảo rằng:
Where $\epsilon_{\chữ{tổng cộng}}$ là chủng cuối cùng cần thiết, $N$ là số lần vượt qua, and $\Delta \epsilon_i$ is the strain contributed by each pass $i$. By keeping each $\Delta \epsilon_i$ small, quá trình kiểm soát sự tích tụ của căng thẳng, cho phép cấu trúc vật liệu điều chỉnh và phân phối lại ứng suất bên trong dần dần.
B. Quản lý mômen uốn và dịch chuyển trục trung tính
Ở dạng cuộn, vật liệu phải chịu sự tinh khiết mô men uốn (M). Đối với một dải có độ dày $t$ và chiều rộng $w$, ứng suất uốn tối đa ($\sigma_{\chữ{tối đa}}$) xảy ra ở các sợi cực. Nếu uốn quá mạnh (high $\Delta \epsilon_i$), độ dốc ứng suất trên chiều dày trở nên quá dốc, dẫn đến:
- Độ bền kéo cao: Trên bề mặt bên ngoài, có thể gây ra vết nứt vi mô, rách, hoặc hiệu ứng vỏ cam.
- Biến dạng nén quá mức: Trên bề mặt bên trong, có thể dẫn tới hiện tượng oằn hoặc nhăn cục bộ (một khiếm khuyết phổ biến trong việc tạo hình biên dạng sâu).
Sự uốn cong gia tăng làm trơn tru quá trình chuyển đổi của trục trung hòa (mặt phẳng trong mặt cắt ngang không chịu biến dạng dọc), giảm thiểu tích lũy biến dạng dọc trên mỗi giá đỡ.
2. Vai trò của việc chăm chỉ làm việc
Quá trình tạo hình nguội, theo định nghĩa, xảy ra dưới nhiệt độ kết tinh lại của vật liệu, dẫn đến làm việc chăm chỉ (hoặc căng cứng). Quá trình làm cứng làm tăng cường độ năng suất của vật liệu ($\sigma_y$) vì nó bị biến dạng, theo định luật năng lượng:
Trong đó $K$ là hệ số cường độ và $n$ là số mũ làm cứng căng thẳng.
MỘT. Tăng cường sức mạnh có kiểm soát
Nếu một hồ sơ được hình thành trong một lần vượt qua tích cực, quá trình làm cứng cục bộ có thể quá mức, làm cho vật liệu giòn và rất dễ bị hỏng ở vùng đó.
Hình thành tăng dần phân phối tổng độ cứng công việc cần thiết trên các đường chuyền $N$. Sự đông cứng dần dần này:
- Tăng tính toàn vẹn của cấu trúc: Sản phẩm hoàn thiện mạnh mẽ hơn (sức mạnh năng suất cao hơn) và cứng hơn vật liệu cuộn ban đầu, ưu điểm chính của tạo hình nguội.
- Duy trì độ dẻo: Bằng cách ngăn chặn sự căng thẳng cao tức thời, vẫn còn đủ độ dẻo để hoàn thành các khúc uốn cuối cùng mà không bị gãy, sử dụng trạng thái gia công cứng để chống biến dạng tiếp theo.
3. Ngăn chặn thất bại thảm khốc (Rách và nhăn)
Sự hư hỏng nghiêm trọng trong quá trình tạo hình kim loại thường được dự đoán bằng cách sử dụng Sơ đồ giới hạn hình thành (FLD), trong đó vẽ ra sự căng thẳng chính ($\$epsilon_1) chống lại sự căng thẳng chính nhỏ ($\$epsilon_2) để xác định ranh giới (đường cong giới hạn hình thành, FLC) trên đó xảy ra lỗi.
MỘT. Ngăn ngừa rách (Lỗi kéo)
Xé rách (đứt gãy kéo) xảy ra khi độ căng kéo quá cao, thường ở rìa ngoài của một khúc cua. Quá trình gia tăng giữ cho đường biến dạng cục bộ ở dưới FLC bằng cách:
- Giảm căng thẳng: Mỗi đường chuyền làm giảm nhẹ sự căng thẳng tích tụ bên trong, cho phép vật liệu chảy vào hình dạng mới.
- Liên hệ dụng cụ: Các cuộn cung cấp hỗ trợ nén và ngang liên tục, ngăn chặn xu hướng của vật liệu bị cổ hoặc gãy khi bị căng.
B. Ngăn ngừa nếp nhăn/oằn (Lỗi nén)
nếp nhăn (sự cố nén) thường xảy ra ở bán kính trong hoặc ở các cạnh tự do do lực nén dọc quá mức. Ở dạng cuộn, điều này được giảm nhẹ bằng cách:
- Thiết kế mẫu hoa: Thiết kế của hồ sơ cuộn (mẫu hoa) đảm bảo rằng các cạnh vật liệu tự do bị uốn cong muộn trong chuỗi, và áp suất tạo hình được cân bằng cẩn thận để tạo lực căng vừa đủ để kéo vật liệu phẳng (ngăn ngừa nếp nhăn) nhưng không đến mức gây rách.
- Cuộn bên và Idlers: Dụng cụ phụ trợ (như cuộn bên) thường được sử dụng để áp dụng ràng buộc bên, giúp ổn định web và mặt bích, ngăn chặn sự oằn cục bộ do ứng suất nén.
Tóm lại, uốn tăng dần trong tạo hình cán nguội là một quy trình kỹ thuật rất phức tạp được điều chỉnh bởi cơ học liên tục và khoa học vật liệu. Nó biến đổi một phức hợp, biến dạng từng bước dễ bị hư hỏng thành một loạt các biến dạng có thể dự đoán được, khoảnh khắc uốn có thể quản lý được, tận dụng một cách chiến lược quá trình làm cứng sản phẩm để nâng cao độ bền của sản phẩm cuối cùng đồng thời tránh cẩn thận các giới hạn gãy xương nghiêm trọng của vật liệu.
