拉伸機(jī)拉伸薄板時(shí)橫向變形原因及解決辦法

陳倫樹(shù) 胡孟君

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川618013)

拉伸后的鋁板縱向平直度都很好；但橫向平直度不但沒(méi)有改善，反而變得更差，尤其是薄板(板厚h<15 mm)橫向變形非常嚴(yán)重。

1 拉伸時(shí)橫向變形產(chǎn)生時(shí)間

為了查找原因做了幾個(gè)試驗(yàn)：(1)把拉伸后的薄板再次拉伸，測(cè)量出橫向變形繼續(xù)增大；(2)把拉伸后的薄板翻面即底面翻到上面再次拉伸，橫向變形仍然向原來(lái)的方向繼續(xù)變大；(3)把薄板退火去應(yīng)力后拉伸，橫向變形沒(méi)有任何改觀；(4)把拉伸后的薄板橫向矯平后拉伸，橫向變形仍然嚴(yán)重。

為了查找橫向變形發(fā)生的具體時(shí)間，拉伸前，把平尺放到薄板長(zhǎng)度方向的不同位置，拉伸時(shí)觀察到平尺與薄板間的間隙在不斷增加，尤其是在薄板長(zhǎng)度的中間位置間隙最大，表明橫向變形是在拉伸過(guò)程中產(chǎn)生的。

2 拉伸時(shí)橫向變形的主要原因分析

拉伸后夾鉗夾持痕跡均勻，痕跡深度基本相同，排除了薄板拉伸時(shí)受力不均勻的因素。其痕跡見(jiàn)圖1。

圖1 拉伸后夾鉗夾持痕跡Figure 1 Clamping trace after stretching

2.1 仿真分析

2.1.1 建立仿真模型

建立仿真模型，仿真拉伸時(shí)薄板的橫向變形。為了仿真準(zhǔn)確，仿真所需的參數(shù)包括拉伸曲線等均取自拉伸機(jī)電氣元件實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。仿真板材：材料5083，規(guī)格(長(zhǎng)×寬×厚)10300 mm×1580 mm×12 mm。

仿真分為兩大類(lèi)，一類(lèi)仿真設(shè)備原因即夾鉗夾持不理想的情況，另一類(lèi)仿真拉伸時(shí)對(duì)薄板施加外力。

2.1.2 仿真夾鉗夾持情況

仿真夾鉗夾持不理想情況：(1)中間三個(gè)夾鉗夾持其余不夾持，見(jiàn)圖2(a)；(2)中間三個(gè)夾鉗不夾持其余夾持，見(jiàn)圖2(b)；(3)固定頭中間三個(gè)夾鉗夾持其余不夾持，移動(dòng)頭中間三個(gè)夾鉗不夾持其余夾持，見(jiàn)圖2(c)；(4)夾鉗V形分布狀態(tài)，即參與夾持的夾鉗依次差0.3 mm，總高差0.9 mm，見(jiàn)圖2(d)。

仿真結(jié)果表明：夾鉗夾持對(duì)薄板橫向變形基本上沒(méi)有影響，情況(4)的影響區(qū)域在夾持區(qū)內(nèi)，符合“圣維南原理”；夾持狀態(tài)對(duì)板材拉伸區(qū)域基本上沒(méi)有影響；拉伸時(shí)薄板橫向變形與設(shè)備沒(méi)有關(guān)系，排除了設(shè)備因素。

2.1.3 對(duì)薄板施加外力

仿真薄板拉伸時(shí)施加外力的情況：(1)中間放置長(zhǎng)條形重物6000 mm×200 mm，重6000 kg，見(jiàn)圖3(a)；(2)中間放置長(zhǎng)條形重物6000 mm×200 mm，重13500 kg，見(jiàn)圖3(b)；(3)中間放置長(zhǎng)條形重物5000 mm×300 mm，重7500 kg，邊部?jī)商?000 mm×100 mm區(qū)域，各施加2500 kg向上的力，見(jiàn)圖3(c)。

仿真結(jié)果表明，拉伸時(shí)施加外力對(duì)薄板橫向變形影響非常明顯，尤其是情況(3)的橫向變形更大。

(a)

(b)

(c)

(d)圖2 夾鉗夾持不理想時(shí)薄板拉伸后位移云圖Figure 2 Displacement cloud chart of a stretched sheet by failed clamping

2.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

分別對(duì)夾鉗夾持情況和拉伸時(shí)施加外力兩類(lèi)情況進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)所用薄板與仿真板材相同，驗(yàn)證設(shè)備為工程應(yīng)用拉伸機(jī)。

2.2.1 驗(yàn)證夾鉗夾持情況

驗(yàn)證中間三個(gè)夾鉗不夾持和中間三個(gè)夾鉗夾持其余不夾持兩種情況。拉伸后測(cè)量其橫向變形方向和變形量與全部夾鉗夾持情況一樣。驗(yàn)證結(jié)果與仿真結(jié)果與一致，即橫向變形與設(shè)備無(wú)關(guān)。

2.2.2 驗(yàn)證拉伸時(shí)施加外力情況

驗(yàn)證在薄板中間放置重物和在薄板兩端施加向上的力兩種情況。拉伸后測(cè)量薄板的橫向變形很小，幾乎不變形，但在薄板中間放置重物，拉伸后薄板中部有明顯的壓痕。

仿真結(jié)果與驗(yàn)證結(jié)果一致，即橫向變形在外力的作用下有明顯改善。

2.3 拉伸時(shí)橫向變形的主要原因

拉伸時(shí)薄板發(fā)生屈服變形，導(dǎo)致薄板內(nèi)的分子產(chǎn)生滑移重新排列，分子間的應(yīng)力就釋放出來(lái)；應(yīng)力釋放時(shí)上下表面存在應(yīng)力差，且該差值能夠使薄板發(fā)生橫向變形；如果拉伸時(shí)施加外力且能夠克服應(yīng)力差，就不產(chǎn)生橫向變形；如果板材較厚時(shí)應(yīng)力差不能使板材變形，拉伸后，厚板的橫向就不變形或變形極小，這是厚板的橫向平直度優(yōu)于薄板的根本原因。

(a)

(b)

(c)圖3 對(duì)薄板施加外力時(shí)薄板位移云圖Figure 3 Displacement cloud chart of the sheet under external force

3 解決辦法

為了解決薄板橫向變形問(wèn)題，拉伸時(shí)需要對(duì)薄板施加適當(dāng)?shù)耐饬朔渖舷卤砻鲏毫Σ?；即拉伸時(shí)需要對(duì)板材施加支撐力，支撐力的大小需根據(jù)薄板的材質(zhì)和規(guī)格等合理設(shè)置。

4 結(jié)論

從仿真和試驗(yàn)結(jié)果看，夾鉗夾持對(duì)薄板橫向變形基本沒(méi)有影響，即拉伸機(jī)拉伸時(shí)只能改善板材的縱向變形，不能改善橫向變形，符合“圣維南原理”。

拉伸時(shí)板材的橫向變形是板材內(nèi)應(yīng)力釋放的結(jié)果，上下表面應(yīng)力差足夠使板材發(fā)生橫向變形。為了解決板材橫向變形問(wèn)題，拉伸時(shí)需要對(duì)板材增加支撐力，克服板材上下表面的應(yīng)力差。