拉伸机拉伸薄板时横向变形原因及解决办法

时间：2024-09-03

陈伦树胡孟君

(二重(德阳)重型装备有限公司，四川618013)

拉伸后的铝板纵向平直度都很好；但横向平直度不但没有改善，反而变得更差，尤其是薄板(板厚h<15 mm)横向变形非常严重。

1 拉伸时横向变形产生时间

为了查找原因做了几个试验：(1)把拉伸后的薄板再次拉伸，测量出横向变形继续增大；(2)把拉伸后的薄板翻面即底面翻到上面再次拉伸，横向变形仍然向原来的方向继续变大；(3)把薄板退火去应力后拉伸，横向变形没有任何改观；(4)把拉伸后的薄板横向矫平后拉伸，横向变形仍然严重。

为了查找横向变形发生的具体时间，拉伸前，把平尺放到薄板长度方向的不同位置，拉伸时观察到平尺与薄板间的间隙在不断增加，尤其是在薄板长度的中间位置间隙最大，表明横向变形是在拉伸过程中产生的。

2 拉伸时横向变形的主要原因分析

拉伸后夹钳夹持痕迹均匀，痕迹深度基本相同，排除了薄板拉伸时受力不均匀的因素。其痕迹见图1。

图1 拉伸后夹钳夹持痕迹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，仿真拉伸时薄板的横向变形。为了仿真准确，仿真所需的参数包括拉伸曲线等均取自拉伸机电气元件实测数据。仿真板材：材料5083，规格(长×宽×厚)10300 mm×1580 mm×12 mm。

仿真分为两大类，一类仿真设备原因即夹钳夹持不理想的情况，另一类仿真拉伸时对薄板施加外力。

2.1.2 仿真夹钳夹持情况

仿真夹钳夹持不理想情况：(1)中间三个夹钳夹持其余不夹持，见图2(a)；(2)中间三个夹钳不夹持其余夹持，见图2(b)；(3)固定头中间三个夹钳夹持其余不夹持，移动头中间三个夹钳不夹持其余夹持，见图2(c)；(4)夹钳V形分布状态，即参与夹持的夹钳依次差0.3 mm，总高差0.9 mm，见图2(d)。

仿真结果表明：夹钳夹持对薄板横向变形基本上没有影响，情况(4)的影响区域在夹持区内，符合“圣维南原理”；夹持状态对板材拉伸区域基本上没有影响；拉伸时薄板横向变形与设备没有关系，排除了设备因素。

2.1.3 对薄板施加外力

仿真薄板拉伸时施加外力的情况：(1)中间放置长条形重物6000 mm×200 mm，重6000 kg，见图3(a)；(2)中间放置长条形重物6000 mm×200 mm，重13500 kg，见图3(b)；(3)中间放置长条形重物5000 mm×300 mm，重7500 kg，边部两处5000 mm×100 mm区域，各施加2500 kg向上的力，见图3(c)。

仿真结果表明，拉伸时施加外力对薄板横向变形影响非常明显，尤其是情况(3)的横向变形更大。

(a)

(b)

(c)

(d)图2 夹钳夹持不理想时薄板拉伸后位移云图Figure 2 Displacement cloud chart of a stretched sheet by failed clamping

2.2 试验验证

分别对夹钳夹持情况和拉伸时施加外力两类情况进行试验验证，试验所用薄板与仿真板材相同，验证设备为工程应用拉伸机。

2.2.1 验证夹钳夹持情况

验证中间三个夹钳不夹持和中间三个夹钳夹持其余不夹持两种情况。拉伸后测量其横向变形方向和变形量与全部夹钳夹持情况一样。验证结果与仿真结果与一致，即横向变形与设备无关。

2.2.2 验证拉伸时施加外力情况

验证在薄板中间放置重物和在薄板两端施加向上的力两种情况。拉伸后测量薄板的横向变形很小，几乎不变形，但在薄板中间放置重物，拉伸后薄板中部有明显的压痕。

仿真结果与验证结果一致，即横向变形在外力的作用下有明显改善。

2.3 拉伸时横向变形的主要原因

拉伸时薄板发生屈服变形，导致薄板内的分子产生滑移重新排列，分子间的应力就释放出来；应力释放时上下表面存在应力差，且该差值能够使薄板发生横向变形；如果拉伸时施加外力且能够克服应力差，就不产生横向变形；如果板材较厚时应力差不能使板材变形，拉伸后，厚板的横向就不变形或变形极小，这是厚板的横向平直度优于薄板的根本原因。

(a)

(b)

(c)图3 对薄板施加外力时薄板位移云图Figure 3 Displacement cloud chart of the sheet under external force