7.2 Procesul de formare prin laminare

Îndoirea are loc în mai multe etape de la o bandă neformată la un profil finit; conceptul de bază al procesului este ilustrat în Fig. 1. Formarea este complexă geometric, deoarece formarea nu are loc numai în timpul contactului cu sculele de formare, ci și între fiecare suport de formare (Bhattacharyya et al. 1984). Datorită celor din urmă, acest lucru va face ca materialul în flanșă să parcurgă o distanță mai mare decât materialul în zona de îndoire, Fig. 2. Acest lucru creează o deformare longitudinală în flanșă (Bhattacharyya și Smith 1984), care nu ar trebui să fie plastică pentru a evita solicitările reziduale longitudinale mari în profilul finit.

Fig. 1 Formarea are loc în mai multe etape de la bandă nedeformată până la un profil finit. Sculele care formează și antrenează banda prin mașină

Fig. 2 Materialul din flanșă va parcurge o distanță mai mare decât materialul din zona de îndoire între treptele de formare. Această diferență va provoca o deformare în flanșă

Procesul de laminare este foarte robust cu condiția să fie configurat corect. Însă, dacă procesul nu este proiectat adecvat, atunci profilul poate avea defecte, cum ar fi arc, răsucire, ondulare, evazare și margini ondulate. Arcul și răsucirea sunt îndoiri nedorite de-a lungul axei profilului și, respectiv, rotația secțiunii transversale. Ondularea, partea stângă a Fig. 3, este o flambare locală a suprafețelor profilului. Evazarea, partea de mijloc a Fig. 3, denotă deformarea locală la capătul profilului, iar marginile ondulate sunt prezentate în partea dreaptă a Fig. 3. Multe dintre defecte sunt cauzate de prea puține etape de formare, care dau deformații plastice în alte părți decât zona de îndoire. Aceste deformații plastice dau tensiuni reziduale în profil provocând deformații nedorite.

Fig. 3 Diferite defecte pe care le poate avea profilul finit. De la stânga, ondulare, evazare și margine ondulată

Când sunt create unelte pentru un produs nou, proiectantul de scule începe cu profilul dorit și îl desfășoară în mai mulți pași de formare până când profilul este o foaie plană. Pentru a desfășura profilul, proiectantul de scule folosește experiența și realizează așa-numitul model floare (vezi Fig. 4). Numărul de pași de formare utilizați pentru a crea floarea depinde de geometria necesară a profilului, de toleranțe, de finisajul suprafeței și de proprietățile materialului. Dacă sculele sunt realizate pentru o mașină deja existentă, numărul de pași de formare trebuie să se potrivească acestei mașini. Este adesea important să se mențină numărul de etape de formare scăzut, deoarece costul crește liniar cu numărul de pași. Pe de altă parte, mai mulți pași vor îmbunătăți de obicei calitatea profilului produs.


Fig. 4 Procesul de proiectare a sculelor, de la modelul floare până la fabricarea sculelor

Astăzi se găsesc sisteme de inginerie asistată de calculator (CAE) (COPRA RF, data M Sheet Metal Solutions GmbH) care pot sprijini proiectantul de scule la crearea florii și a sculelor. Proiectantul poate utiliza apoi sistemul pentru a estima deformarea și solicitarea din profil pentru a vedea dacă floarea și numărul de pași de formare sunt adecvate. Aceste sisteme CAE folosesc reprezentări geometrice avansate pentru calcule (a se vedea secțiunea „Simularea cu elemente finite a procesului de formare prin laminare” pentru mai multe detalii). Un avantaj al acestui tip de analiză este că timpul de simulare este foarte scurt. După determinarea numărului de pași și, prin urmare, a modelului de floare, începe proiectarea detaliată a sculelor. În această etapă, proiectantul trebuie să știe cum este configurată mașina de profilat. Aceasta din urmă este clarificată în secțiunea următoare.

După proiectarea sculelor, este posibil să se utilizeze simularea cu elemente finite (COPRA FEA RF, data M Sheet Metal Solutions GmbH) pentru a verifica proiectarea înainte de fabricarea sculelor. Acest pas poate duce la reproiectarea procesului de formare prin laminare dacă în simulări sunt găsite probleme de calitate. Acesta este un proces iterativ, iar după convergerea către o soluție, atunci desenele sculelor sunt finalizate. Simulările cu elemente finite nu au fost folosite în proiectarea procesului de formare prin laminare până acum mai puțin de 10 ani. Astăzi se găsesc numeroase exemple în care modelele cu elemente finite s-au folosit cu succes pentru a dezvolta noi profile (Roll Forming, Creating real-world situations with dynamic simulation software). Simulările cu elemente finite sunt instrumente standard pentru companiile mai mari. Procesul de proiectare este descris pas cu pas în secțiunea următoare.