延伸率對(duì)PS版基鋁帶材二肋浪的影響分析

林瀟麗，吳圓麗

（福建船政交通職業(yè)學(xué)院，福建 福州 350007）

經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我們在發(fā)展家用電器、包裝容器、裝飾材料、印刷等行業(yè)中高精度鋁板帶材的應(yīng)用越來越廣泛，為此對(duì)這種帶材的生產(chǎn)質(zhì)量也有了更加嚴(yán)格的要求標(biāo)準(zhǔn)。尤其是當(dāng)前用量較大的高精度鋁板帶材，如PS版基，這種帶材在軋制生產(chǎn)中應(yīng)用到了多種板形控制技術(shù)，僅僅依靠高精度鋁板材在軋制中板形規(guī)格控制，已不能達(dá)到成品較高平直度的要求，所以在高精度鋁板材完成軋制時(shí)，要增加一個(gè)環(huán)節(jié)即拉伸彎曲矯直，這一步驟增加提高了產(chǎn)品的合格率，逐步在各生產(chǎn)廠家進(jìn)行推廣。

1 “二肋浪”板形缺陷

板形指板帶材平直度的好壞，在鋁箔軋制過程中實(shí)際就是指浪形，旁曲或旁彎的有無及程度，即有無邊浪、中浪、二肋浪、局部浪等缺陷。

板、帶材的平直度，決定于延伸率沿寬度方向是否相等。若邊部延伸率大，則產(chǎn)生邊浪；中部延伸大，則產(chǎn)生中浪。二肋浪產(chǎn)生于板帶軋制中心線與邊部且距邊部一定距離的一種特殊板形缺陷，位置分布因板帶寬度而異，主要集中于板寬的兩腰之間，形如人體的兩肋形狀，故稱“二肋浪”。鋁板、帶材軋制過程中，各道次都有可能出現(xiàn)二肋浪，它出現(xiàn)的部位是在帶材寬度方向的f/4處，兩邊基本對(duì)稱。因板帶材質(zhì)、寬度、厚度不同，所呈現(xiàn)的實(shí)物形態(tài)也各不相同，大致可分為：

（1）與板帶縱向斜交叉呈正向或反向車胎齒痕跡波浪。

（2）沿軋制方向呈間斷性窩狀形態(tài)。

2 “二肋浪”缺陷產(chǎn)生原因及消除措施

鋁板、帶材軋制過程中，因帶材二肋與邊部的受力不同，從而導(dǎo)致二肋與邊部的應(yīng)變不同。二肋處的應(yīng)變?yōu)橐幌驂嚎s，一向延伸(縱向延伸)，邊部應(yīng)變狀態(tài)為一向壓縮、兩向延伸(縱向延伸和微小的寬向延伸)，從而使邊部過緊和二肋松[1]。

一般認(rèn)為，板形缺陷的出現(xiàn)來源于板寬方向上各點(diǎn)縱向纖維的延伸不均。合理確定帶材矯直所需的延伸率對(duì)板形的控制十分重要(如圖1)。

圖1 縱向纖維的延伸示意圖a—各小條延伸相同；b—各小條延伸不同

鋁板的邊部收緊同時(shí)也伴隨著“二肋浪”缺陷，板形變形時(shí)二肋處出現(xiàn)了人字紋，“二肋浪”缺陷嚴(yán)重影響鋁板材正常使用，加工過程中出現(xiàn)斷帶，使得鋁板材產(chǎn)出率無法達(dá)到生產(chǎn)要求，所以是產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失的一種惡性板形缺陷。

生產(chǎn)過程中常采用軋制力與彎曲輥的正確配合，即通過在拉伸過程中延伸率的投入，改變軋制張力的變化，此時(shí)彎曲輥給予的彎曲應(yīng)力與張力輥給予的拉伸應(yīng)力聯(lián)合作用使帶材整個(gè)厚度上所受的拉應(yīng)力超過屈服極限，產(chǎn)生均勻的塑性變形，從而獲得消除帶材縱向長短纖維之間長度差，以達(dá)到矯平的目的。

3 板形和延伸率控制關(guān)系的建立

3.1 板形平直度

平直度常用的度量單位是I，其基本思路是將板帶材在自然狀態(tài)下平放在檢查臺(tái)上，板形波浪的最高處離開平臺(tái)的最大距離即為浪高H，相鄰兩個(gè)波浪之間的同一形態(tài)質(zhì)點(diǎn)之間的距離即為波長L，如圖2經(jīng)過換算計(jì)算，平直度計(jì)算公式（1）如下：

圖2 波浪寬度圖示

其物理意義是組成板帶材鄰近纖維的相對(duì)長度差[2]。

3.2 拉伸彎曲矯直設(shè)備中延伸率的應(yīng)用

板形是衡量高精板帶的重要指標(biāo)，也是生產(chǎn)中最重要的質(zhì)量問題之一，而“二肋浪”是板形缺陷中最常見的。PS版基鋁帶材是鋁帶材生產(chǎn)中的高精產(chǎn)品，其帶材平直度要求很高。帶材平直度不好，導(dǎo)致鋁基板材的電解砂大小不一，基板陽極氧化膜的厚度存在一定差異，板材成膜困難，同時(shí)對(duì)PS版的耐腐蝕性、硬度、強(qiáng)度造成影響；例如板材彎曲存在較大的波浪，電極板、鋁基板極容易發(fā)生短路，所以要對(duì)板材彎曲波浪度進(jìn)行有效控制，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)為1 mm以下。通常PS版基帶材的平直度控制在5I上下，平直度在1～2I以內(nèi)為高級(jí)PS版基帶材，所以板材經(jīng)過冷軋?zhí)幚砗?，可通過拉伸校正，使鋁基板材的平直度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。

生產(chǎn)中主要采用拉伸彎曲矯直機(jī)進(jìn)行帶材矯直，其實(shí)質(zhì)是帶材經(jīng)拉伸彎曲矯直處理時(shí)，由于拉應(yīng)力與彎曲應(yīng)力的疊加作用，中性層向一邊移動(dòng)，產(chǎn)生延伸[4]。但在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，若來料存在缺陷或者殘余應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致板形缺陷無法通過矯直消除。近年來引進(jìn)了鋁材純拉伸矯直機(jī)，采用國內(nèi)首創(chuàng)的純拉伸技術(shù)，利用膨脹輥原理，鋁帶材經(jīng)純拉伸矯直機(jī)整平后，其平直度效果優(yōu)于常規(guī)拉彎矯直機(jī)，平整度可小于5I，是高精鋁板帶中的精品[5]。

根據(jù)帶材拉伸彎曲矯直的原理是依照鋁板材料的延展性對(duì)其進(jìn)行矯直。在應(yīng)用過程中，評(píng)定鋁基板材的缺陷程度要先知曉矯直的延伸率，得到平直度。若所設(shè)置的帶材延伸率不夠，則完成矯直的帶材的平直度不可控，設(shè)備負(fù)荷量與延伸率是正相關(guān)的關(guān)系。另外過大的延伸率直接影響板材矯直設(shè)備性能。所以，確定好帶材拉伸的矯直率可有效提高帶材生產(chǎn)質(zhì)量。

3.3 延伸率的控制措施

對(duì)于軋制后波浪度過大的帶材，如果試圖用很高的延伸率去矯直，矯平后的殘余板形缺陷使帶材的平直度很難均勻地保證在3I甚至5I以內(nèi)，另一方面過高的延伸率又會(huì)給帶材的表面質(zhì)量、材料的機(jī)械性能等帶來一定的負(fù)面影響，甚至造成矯平后無法達(dá)到產(chǎn)品的性能要求。

在拉伸彎曲矯直過程中，必須保持延伸率的穩(wěn)定。延伸率波動(dòng)過大，難以保證帶材的矯平效果，因此，必須將延伸率精度控制在一定范圍。

4 延伸率對(duì)鋁板帶材二肋浪的影響實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)試樣取自企業(yè)生產(chǎn)中的PS版基（合金系列為1050H18系），通過控制板形輥對(duì)PS帶材實(shí)施一定的延伸率來控制板形二肋浪，達(dá)到消除缺陷的目的。從不同卷PS帶材中取8個(gè)試樣作為對(duì)象進(jìn)行研究。其中：試樣1～4、6～8（厚度：0.27mm，寬度：1070mm），試樣5（厚度：0.24mm，寬度：1070mm）。

4.1 不同設(shè)備生產(chǎn)帶材板形比較

取試樣1采用普通拉伸彎曲矯直機(jī)進(jìn)行帶材矯直，試樣2采用純拉伸矯直機(jī)矯直，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)測量如表1所示：

表1 不同設(shè)備帶材板形參數(shù)對(duì)比

通過表一可以看出，試樣1是在普通拉伸彎曲矯直機(jī)拉矯生產(chǎn)后，板形有所改善，操作側(cè)二肋浪H=1.96、L=200，但仍是不良板形，二肋浪波高超標(biāo)。試樣2經(jīng)過純拉伸矯直機(jī)處理后，板形操作側(cè)二肋浪H=1.00 L=500，這種板形完全滿足PS版基要求。通過這一數(shù)據(jù)分析能說明，在PS板帶材成品規(guī)格相同的情況下，純拉伸矯直機(jī)的矯直板形的能力比普通拉彎矯直機(jī)強(qiáng)，主要原因在于純拉伸設(shè)備中帶材經(jīng)多級(jí)(次)拉伸，使每級(jí)拉伸間的橫向收縮較小，帶材外層彎曲塑性變形對(duì)稱，沒有盤繞引起的殘余變形，使得板形二肋浪在很大程度上得到了消除或改善。

4.2 不同延伸率對(duì)板形的影響比較

對(duì)波高在3.5～6.0之間的相同的來料規(guī)格PS版基采取不同延伸率進(jìn)行純拉伸矯直，獲得板形參數(shù)如表2所示：

表2 不同延伸率板形參數(shù)對(duì)比

通過分析可知，經(jīng)過純拉伸生產(chǎn)的PS版基，雖然來料板形的波高都是在3.5mm～6.0mm，但是其質(zhì)量都超過要求的規(guī)格。經(jīng)過純拉伸后其波高均可將不良板形控制在一定的范圍內(nèi)，符合PS版基行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。此外，延伸率參數(shù)設(shè)置不同，獲得的板形波高存在差異。試樣3經(jīng)過延伸率Z1=0.13%、Z2=0.06%、Z3=0.04%的控制下，板形二肋浪波高由原來4.0降至0.56，浪高得到了明顯的改善。隨著延伸率增大到0.34，試樣4板形二肋浪波高由原來3.5降至1.34，板形浪高的控制下降。當(dāng)試樣7的純拉伸延伸率增大到0.49，拉伸后板形二肋浪波高為1.96，大大超出要求。而試樣8的延伸率降低到0.16，板形二肋浪波高由4.5降到1.00，波高改善不如試樣3明顯。說明延伸率的大小能夠明顯地影響著板形的好壞，太大或太小均對(duì)板形控制不利，因此純拉伸的延伸率控制在一定范圍內(nèi)才能保證PS版基的板形，多次的實(shí)驗(yàn)證明，純拉伸的延伸率控制在0.1%-0.35%之間能夠獲得較為理想的PS版基。

5 結(jié)語

鋁板帶材在軋制過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生板形缺陷，軋制后進(jìn)行拉伸彎曲矯直以提高鋁板帶材的平直度已是必備的過程。本文分析認(rèn)為在延伸率的作用下，通過拉伸彎曲矯直能有效地提高鋁板帶材的平直度，特別是通過純拉伸型矯直機(jī)矯直的PS版基帶材表面質(zhì)量高、平直度高，帶材內(nèi)應(yīng)力小且分布均勻，有效減少了板形二肋浪以及其他缺陷的產(chǎn)生，在其延伸率的正確控制范圍之內(nèi)做出的帶材，其板形都會(huì)有明顯的改善，波高會(huì)明顯下降，波長增加，最終達(dá)到合格板形的評(píng)定范圍。