Hiệu ứng đàn hồi được dự đoán và bù đắp như thế nào trong thiết kế dụng cụ tạo hình cuộn, đặc biệt đối với thép cường độ cao (HSS) hồ sơ?

Q2: Hiệu ứng đàn hồi được dự đoán và bù đắp như thế nào trong thiết kế dụng cụ tạo hình cuộn, đặc biệt đối với thép cường độ cao (HSS) hồ sơ?

các hiệu ứng hồi xuân—khả năng phục hồi đàn hồi của vật liệu sau khi bị biến dạng dẻo—là thách thức kỹ thuật lớn nhất trong thiết kế tạo hình cuộn, Đặc biệt khi xử lý Thép cường độ cao (HSS). Dự đoán và bù trừ dựa trên sự kết hợp của các mô hình lý thuyết, dữ liệu thực nghiệm, và các kỹ thuật mô phỏng số phức tạp.

1. Vật lý của Springback

Hiện tượng đàn hồi xảy ra do không phải tất cả ứng suất tác dụng trong quá trình uốn đều gây ra hiện tượng vĩnh viễn. (nhựa) sự biến dạng; một phần ứng suất vẫn còn trong vật liệu dưới dạng biến dạng đàn hồi dư. Khi vật liệu ra khỏi giá cuộn, tải hình thành được loại bỏ, và năng lượng đàn hồi dự trữ này được giải phóng, làm cho góc uốn cuối cùng của bộ phận mở ra (tăng) và bán kính tăng so với hình dạng của dụng cụ.

MỘT. Góc lò xo (\(\Delta \alpha\))

Sự khác biệt giữa góc chết (\(\alpha_d\)) và góc phần cuối cùng (\(\alpha_p\)) là góc đàn hồi (\(\Delta \alpha\)):

\Delta \alpha = \alpha_p – \alpha_d

B. Tỷ lệ hồi phục (\(S_R\))

Một thước đo phổ biến là tỷ lệ đàn hồi, \(K\), đó là tỉ số của bán kính cuối cùng (\(R_f\)) đến bán kính ban đầu (\(R_i\)):

K = \frac{R_f}{R_i}

Để thiết kế thành công, bán kính dụng cụ (\(R_{\chữ{dụng cụ}}\)) phải **uốn cong quá mức** đến bán kính nhỏ hơn (\(R_{\chữ{dụng cụ}} < R_{\chữ{cuối cùng}}\)) để bù đắp.

2. Các mô hình lý thuyết để dự đoán

Độ lớn của đàn hồi tỷ lệ thuận với mô đun đàn hồi (\(E\)) và sức mạnh năng suất (\(\sigma_y\)), và tỷ lệ nghịch với độ dày vật liệu (\(t\)) và bán kính uốn cong (\(R\)).

MỘT. Lý thuyết uốn đơn giản (Phương trình đơn giản)

Đối với vật liệu bị uốn cong trên một bán kính \(R\) và độ dày \(t\), mối quan hệ đơn giản hóa cho sự thay đổi độ cong (\(\Delta \kappa = \frac{1}{R_f} – \sự rạn nứt{1}{R_{\chữ{dụng cụ}}}\)) thường được xấp xỉ bởi:

\Delta \kappa \propto \frac{4 \sigma_y^2}{E t} \bên trái( \sự rạn nứt{1}{R_{\chữ{dụng cụ}}} \Phải)^2

Phương trình này nhấn mạnh rằng **sức mạnh năng suất cao hơn (\(\sigma_y\)) dẫn đến độ đàn hồi lớn hơn đáng kể** (tỷ lệ thuận với \(\sigma_y^2\)), đó là lý do tại sao HSS đưa ra một thách thức lớn. Độ bền của thép càng cao (ví dụ., AHSS, Thép DP), năng lượng đàn hồi dư càng lớn.

B. Ảnh hưởng của tính chất vật liệu

Các tham số đầu vào chính cho dự đoán hồi phục là:

Sức mạnh năng suất (\(\sigma_y\)) và độ bền kéo cuối cùng (UTS): HSS có giá trị cao hơn nhiều \(\sigma_y\), tăng đáng kể cường độ đàn hồi.
Mô đun đàn hồi (\(E\)): Đối với hầu hết các loại thép, \(E\) tương đối ổn định (khoảng. \(200 \chữ{ GPa}\)), nhưng nó ảnh hưởng đến độ cứng tổng thể.
Số mũ làm cứng căng thẳng (\(n\)): Lượng công việc đông cứng xảy ra trong quá trình tạo hình ảnh hưởng đến hiệu quả \(\sigma_y\) trong những lần tiếp theo, làm phức tạp việc tính toán.

3. Chiến lược đền bù trong thiết kế dụng cụ (Uốn cong quá mức)

Việc bù đắp đạt được bằng cách thiết kế hồ sơ công cụ ** (mẫu hoa)** hơi khác so với hồ sơ phần mong muốn cuối cùng.

MỘT. Uốn quá mức trực tiếp

Đây là kỹ thuật phổ biến nhất. Ở lượt cuối cùng, góc của cuộn (\(\alpha_{\chữ{cuộn}}\)) được làm nhỏ hơn góc mục tiêu (\(\alpha_{\chữ{mục tiêu}}\)) một lượng bằng góc đàn hồi dự đoán (\(\Delta \alpha\)):

\alpha_{\chữ{cuộn}} = \alpha_{\chữ{mục tiêu}} – \Delta \alpha

Dành cho HSS, lượng uốn quá mức này lớn hơn đáng kể so với thép nhẹ, đôi khi yêu cầu các khoảng trống cuộn phải được đóng chặt hơn độ dày vật liệu để gây ra biến dạng dẻo nhiều hơn.

B. uốn căng (Kéo dài)

Áp dụng **sức căng dọc** được kiểm soát vào dải trong quá trình tạo hình có thể làm giảm đáng kể độ đàn hồi. Lực căng làm dịch chuyển trục trung hòa uốn về phía bên trong bán kính uốn, buộc nhiều mặt cắt vật liệu hơn vào vùng biến dạng kéo dẻo và làm giảm hàm lượng biến dạng đàn hồi. Điều này thường đạt được bằng cách sử dụng:

cuộn phân hủy: Trên khán đài sớm, khoảng cách giữa các cuộn được điều chỉnh để kéo căng phần trung tâm một chút.
Trang trí/nguồn cấp dữ liệu có kiểm soát: Lực căng ngược trên bộ trang trí có thể được điều chỉnh chính xác.

4. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) Mô phỏng

Đối với hồ sơ HSS phức tạp (giống như xà gồ C/Z, Ván sàn, hoặc Dầm ô tô), các mô hình lý thuyết không đủ do hiệu ứng tích lũy đa chiều và trạng thái ứng suất ba chiều phức tạp. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) mô phỏng là bắt buộc.

Quá trình FEM bao gồm:

Chia lưới: Dải kim loại được chia thành hàng ngàn phần tử nhỏ.
Làm người mẫu: Hồ sơ cuộn, tính chất vật chất (bao gồm cả đường cong dị hướng và cứng), và hệ số ma sát là đầu vào.
Mô phỏng: Chuyển động tiến bộ của dải qua khán đài được mô phỏng, theo dõi lịch sử ứng suất và biến dạng cho mọi phần tử.
Tính toán dỡ tải/đảo ngược: Sau lần vượt qua cuối cùng, tải hình thành mô phỏng được loại bỏ, và phần mềm tính toán độ phục hồi đàn hồi của mô hình để dự đoán hình dạng biên dạng cuối cùng với độ chính xác cao.
Lặp lại: Sau đó, người thiết kế cuộn sẽ sửa đổi hình dạng cuộn (góc và bán kính uốn quá mức) trong phần mềm cho đến khi hình dạng cuối cùng được mô phỏng phù hợp với thông số kỹ thuật mục tiêu, một quá trình có thể bao gồm hàng chục lần lặp lại trước khi cắt công cụ vật lý.

Tóm lại, bồi thường hồi xuân, đặc biệt là trong tạo hình cuộn HSS, phát triển từ các nguyên tắc lý thuyết đơn giản đến cơ học tính toán tiên tiến (FEM) và thiết kế dụng cụ tinh tế (uốn quá mức và uốn căng) để đảm bảo sản phẩm cuối cùng đáp ứng được dung sai kích thước chặt chẽ cần thiết.