Металл под напряжением: что происходит со сталью при профилировании?

Кортни Гловер

Когда рулонная сталь подвергается профилированию, в характеристиках стали происходят изменения. Эти изменения могут быть преднамеренными или проблематичными, требующими решения. Примеры включают, помимо прочего, деформацию материала, деформационное упрочнение, изгиб, выпуклость и скручивание. 

Профилирование прокатки приводит к изменению формы и размеров стали, называемому деформацией. Материал растягивается и сжимается, проходя через ролики, изменяя его общую геометрию. Профилирование валков вызывает два основных типа деформации: поперечный изгиб и боковую деформацию. Этот процесс также может привести к некоторой нежелательной продольной деформации. Профилирование прокатки сгибает стальную полосу несколько раз с помощью набора роликов. Этот процесс приведет к пластической деформации внутри изделия. Пластическая деформация – это необратимое изменение. Профилирование прокатки приводит к изменению формы и размеров стали, называемому деформацией. Материал растягивается и сжимается, проходя через ролики, изменяя его общую геометрию.

Продольные и поперечные деформации вызваны процессом профилирования, влияющим на ориентацию зерен внутри стали. Удлинение и выравнивание зерен могут происходить в направлении прокатки, что влияет на механические свойства материала. Это может привести к нежелательным анизотропным свойствам, увеличивая риск серьезного повреждения материалов.

Многократный изгиб и формование во время профилирования приводят к деформационному упрочнению стали. Это означает, что материал становится тверже и прочнее из-за деформации, которой он подвергается. Проблемный эффект заключается в том, что это также может привести к снижению пластичности, в результате чего сталь станет более склонной к растрескиванию, если ее согнуть слишком сильно.

Остаточные напряжения могут появиться в стали из-за неравномерной деформации и охлаждения. Хотя, как отмечает Джейми Воленберг, старший менеджер компании Компания Брэдбери, указывает, что это необычно и маловероятно. Он утверждает, что это произойдет только в очень агрессивных и высокоскоростных приложениях. Это напряжение может повлиять на структурную целостность и стабильность компонентов. Этого можно избежать, если правильно контролировать параметры процесса профилирования, такие как давление валков и скорость охлаждения. 

Еще одним изменением, которое происходит в процессе профилирования, является качество поверхности стали. Шероховатость или текстура поверхности стали может различаться в зависимости от конструкции роликов и/или состояния поверхности роликов. Чтобы бороться с этим, после профилирования можно использовать дополнительную обработку поверхности, такую ​​как покрытие или покраска. Воленберг предлагает использовать смазку как еще один распространенный способ избежать этих проблем, особенно на неэстетичных деталях. Это улучшит внешний вид стали и повысит устойчивость к коррозии. 

Точность размеров достигается за счет точного контроля размеров и допусков формованных компонентов. На конечный продукт могут негативно повлиять такие факторы, как свойства материала, износ роликов и изменения технологического процесса. Меры контроля качества необходимы для обеспечения соответствия формованных компонентов указанным требованиям к размерам. 

Гибка стали

При гибке стали слишком быстрый изгиб может привести к серьезным нежелательным последствиям. Быстрый изгиб может вызвать напряжения в стали. Чаще всего это происходит на острых углах или участках с высокой кривизной. Если сталь согнуть слишком быстро, она может не успеть деформироваться, что приведет к появлению трещин. Эти трещины могут размножаться по всему материалу, нарушая его структурную целостность. 

Кроме того, при слишком агрессивном изгибе стали ей может не хватить времени, чтобы принять выбранную форму. Когда это происходит, материал может частично или полностью вернуться к своей первоначальной форме после устранения изгибающей силы. Это известно как упругий возврат, который может привести к неточностям размеров и несоответствиям формованных компонентов. Также может возникнуть деформация, особенно если материалы тонкие или неровные. Деформация рулонной стали может привести к неожиданным формам и изменениям размеров. Конструкция штампов и оснастки может влиять на упругость рулонной стали. 

Оптимизация профилей штампов и обработки поверхности может помочь контролировать деформацию и уменьшить упругость. Выбор рулонной стали с правильными механическими свойствами и характеристиками также может помочь смягчить эффект пружинения. Материалы с более высокой пластичностью и более низким пределом текучести обычно менее склонны к пружинению. 

Быстрая деформация также может привести к затвердеванию материала, повреждению поверхности и/или износу оборудования. Увеличение скорости деформационного упрочнения стали делает ее более твердой и хрупкой. Коул Вулфорд из 3ГМ Сталь объясняет, что это приведет к увеличению вероятности растрескивания материала. К таким поверхностным повреждениям относятся царапины, потертости или поверхностные дефекты. Эти дефекты вызовут необходимость дополнительных процессов отделки или повторной полировки. 

Натан Либби из Лучшая покупка металлов отмечает, что из рулонной стали изготавливаются изделия двух типов: панели и обшивка. Если вы хотите раскатать любой вариант, слишком сильный или слишком быстрый изгиб материала может привести к разрушению краски или еще большему напряжению металла. Наконец, износ оборудования создает нагрузку на гибочное оборудование, включая ролики, матрицы и листогибочные тормоза. Это может сократить срок службы оборудования и увеличить потребность в необходимом обслуживании. 

Вулфорд также объясняет, что хороший способ свести к минимуму риск растрескивания стальных покрытий при профилировании — это использовать высококачественное оборудование с несколькими стойками штампов. Поступая таким образом, производитель может изменять форму стали небольшими порциями на каждой клети по мере продвижения металла по линии. Либби добавляет, что некоторые более дешевые системы жертвуют количеством станций ради экономии денег. В конце концов, эти системы слишком жестко воздействуют на продукт, грубо сгибая его вместо медленного формования. Он продолжает предлагать использовать правильный размер и мягкость металла. Для изделия с сильными изгибами может потребоваться более мягкий металл, особенно для изделий более тяжелого калибра. 

Либби также предлагает подумать о тормозах. Для кромок или других крутых изгибов рассмотрите возможность использования гибочной балки с каплевидной кромкой, которая позволяет использовать радиус вместо жесткого тормоза. Всегда учитывайте скорость при обработке более твердого металла. 

Чтобы избежать проблем, вызванных слишком быстрой деформацией стали, важно контролировать параметры процесса гибки. Эти параметры включают скорость гибки, силу изгиба и материал штампа. Соответствующий выбор гибочного оборудования и инструментов, а также правильное планирование и выполнение операций гибки могут помочь предотвратить повреждение рулонной стали и обеспечить высокое качество формованных деталей. 

Сталь катушки согнута слишком сильно

Слишком большой изгиб рулонной стали может привести к большему количеству потенциальных проблем. Эти проблемы включают растрескивание, пружинение, деформацию, усталость материала и повреждение поверхности. 

Уолфорд объясняет, что если покрытия стали будут повреждены во время профилирования или сгибания стали на тормозе, готовое изделие может оказаться под угрозой растяжения, появления пятен при изгибе в будущем или даже создать проблемы с адгезией стальных покрытий. Он продолжает говорить, что если планки или компоненты согнуты слишком сильно, некоторые изгибы можно исправить. Либби говорит, что в некоторых случаях можно разрезать или отрезать пораженный участок и повторно согнуть или повторно использовать его для другого проекта. Однако иногда это приводит к тому, что этот компонент отправляется на переработку.  

Повторяющийся чрезмерный изгиб может вызвать усталость стали, что приведет к микротрещинам и возможному разрушению в условиях циклического нагружения. Это явление известно как усталость материала и особенно важно, когда формованные детали подвергаются динамической или циклической нагрузке. Либби говорит, что хотя Galvalume под краской обеспечивает некоторую защиту от коррозии, чрезмерный изгиб стали может ухудшить целостность основания, краски и всей системы крыши или стен. 

Чтобы избежать этих проблем, вызванных слишком глубоким изгибом стали, важно знать параметры процесса гибки, включая радиус изгиба, угол изгиба и свойства материала. Соблюдение рекомендуемых пределов и рекомендаций по изгибу, а также правильный выбор гибочного оборудования могут помочь предотвратить повреждение рулонной стали и обеспечить производство высококачественных формованных деталей. Проведение тщательных испытаний и процессов гибки может помочь выявить потенциальные проблемы и обеспечить надежность и долговечность формованных компонентов. 

Дефекты при правке рулона 

При правке рулона ролики постепенно снимают с полосы напряжения по горизонтали и вертикали. Различают три основных типа дефектов стали при правке. Этими дефектами являются изгиб, выпуклость и скручивание. Искривление происходит из-за напряжения в стали, возникающего при свертывании в бухту, изогнутость - это когда полоса стали движется влево или вправо при размотке, а скручивание - когда катушка вращается вокруг продольной оси, как спиральная лапша. Выпрямляющее приспособление следует за профилегибочной машиной, пытаясь устранить подобные проблемы. 

Распространенными ошибками, приводящими к этим ошибкам, являются чрезмерное давление на внутреннюю или внешнюю сторону инструмента и асимметричные профили. Это может привести к скручиванию, искривлению или искривлению стали. Чтобы избежать асимметричных профилей, проверьте входной стол, чтобы убедиться, что материал перпендикулярен рулонам, и убедитесь, что стойка находится в хорошем рабочем состоянии. Избегая чрезмерного давления, измеряйте оснастку для формовки валков без материала и проверяйте валки с помощью зеркала для просмотра между каждым проходом. Это обеспечит правильное соответствие рулонов. Затем запустите материал через первый проход и повторно калибруйте валки. Установите зазоры между валками в зависимости от фактической толщины обрабатываемого материала.

Понятно, что профилирование существенно меняет механические свойства рулона, точность размеров и качество поверхности. Для достижения желаемых результатов и качества важно правильно понимать и контролировать процесс профилирования. RF

Ссылки:

Коул Вулфорд, менеджер по продажам 3GM Steel

Джейми Воленберг, старший менеджер компании Брэдбери

Натан Либби, директор по ИТ и корпоративному развитию Best Buy Metals

Инструменты для изготовления рулонных форм, возможные причины скручивания и способы устранения. Рулон. (2010, 6 августа). https://www.roll-kraft.com/technical-resources/roll-form-tooling-possible-twist-causes-and-remedies 

Вэнь, Б. (2007 апреля 10 г.). Профилирование высокопрочных материалов. Фабриканты. https://www.thefabricator.com/thefabricator/article/tubepipeproduction/roll-forming-high-strength-materials#Material%20Deformation%20in%20Bending 

Профилегибочное производство Wuxi LOTOS. (2022, 22 октября). ▷ распространенная проблема профилирования рулонов – направляющая для профилирования рулонов ◁. Лотос: Профилегибочная машина. https://lotosforming.com/common-roll-forming-problem/

Кортни Гловер — писатель-фрилансер и фотограф из Милуоки, штат Висконсин. Когда Кортни не вносит свой вклад в различные публикации, она пишет художественную литературу для молодежи под псевдонимом Кортни Кристин.