王濤

（大連匯程鋁業(yè)有限公司，遼寧 大連116105）

1 概述

在汽車、交通運輸?shù)刃袠I(yè)，隨著輕量、節(jié)能概念的需求，汽車和其他交通運輸工具的制造材料開始大量采用鋁及鋁合金材料。在鋁和鋁合金材料中，鋁板由于其重量輕、強度高、韌性好等特點，在汽車和交通運輸工具的制造中應用量越來越大。但是在這些鋁板的新增需求中，對鋁板的平度要求卻越來越嚴格。目前，鋁板的平度交貨標準，已經從單純的滿足歐洲標準和美國標準的平度公差要求，逐步向滿足歐洲和美國標準平度公差要求的3/4～1/2 范圍過渡。除此之外，用戶還會根據(jù)自身需要，增加短跨距的平度檢測要求。

一直以來，鋁板平度公差，都是通過傳統(tǒng)的輥式矯直和拉伸矯直來進行。輥式矯直是通過讓鋁板在輥間反復變形，并利用鋁板的反向殘余變形來消除鋁板的不平度。拉伸矯直則是采用在鋁板兩端向外拉拽，將鋁板抻平的方式。這兩類矯直方式在校平過程中都難以對平直進行高精度控制，并且二者更加注重整板的平直度，而對局部的凸起和凹陷的不平度矯正效果不好。往往矯正后的板材，雖然整板能夠滿足標準要求的平度，但是在短跨距平度檢測時，很難通過檢測。因此，一些鋁板的生產廠家開始采用壓力機局部壓平的工藝對鋁板的平度進行局部平度矯正。這種方式的目的就是為了對鋁板局部不平度進行精確矯正。但在校平的實際生產中發(fā)現(xiàn)，校正后鋁板的最大變形往往偏離校平施壓點一段距離，這對鋁板能否準確對缺陷位置校平影響很大。因而，如何精確地確定校平位置是很多工程技術人員的研究重心。本文對鋁板壓彎過程和實際工況進行分析，通過鋁板校平過程中撓變形進行計算，總結和歸納了鋁板在校正過程中的撓度的變化規(guī)律。

2 撓變形公式的推導過程

一般來說，鋁板校平的過程，類似一個兩端簡支的梁在承受中間集中載荷下鋁板彎曲的過程。圖1 為鋁板在壓彎工作時的受力簡圖。

圖1 壓力校平示意圖

首先，鋁板被安放在兩端的A、B 支點上，鋁板上需要校平的點位于兩個支點間的懸空位置，在鋁板上方施加校平壓力。鋁板在校平壓力的作用下，鋁板上需要校平的局部高點被向下壓彎，形成向下的撓度，當撓度達到一定程度時，鋁板的內應力也將達到材料的屈服極限，鋁板開始產生塑性變形。而當校平壓力卸載，鋁板回彈，但由于鋁板塑性變形后產生的殘余變形將與鋁板的高點偏差相抵消，從而使鋁板變得平直。由此可見，鋁板校平過程,所以對鋁板校平作用力的分析，可以從鋁板變形的撓曲線分析入手, 通過撓曲線的近似微分方程的求解和對鋁板截面的應力分析，可以獲得校平壓力與撓度的關系。鋁板上需要校正的部位，隨機分布，因而鋁板的撓曲線應為圖2 所示。

圖2 鋁板在矯正壓力作用下?lián)隙葓D

鋁板可以看做是一個等截面的簡支梁，抗彎剛度EI 為常量，受集中校平壓力F 的作用。其彎曲變形如下：

由受力的平衡方程，可知A、B 兩點的支撐力分別為：

以受力點C 為分界，對鋁板截面分AC、CB 兩段列彎矩方程，即：

鋁板上的彎矩M與鋁板的撓度有如下關系，即：

鋁板撓曲線上AC、CB 兩段的微分方程及其積分，并利用邊界條件確定積分常量，可獲得以下轉角公式和撓變形公式：

在鋁板橫截面上截面轉角θ 近似于撓曲線上一點的切線與x 軸的夾角，故截面轉角公式：θ≈dy/dx

當轉角θ 為0 時，板片最大撓度將發(fā)生在AC 段內，故可得

該處為最大撓度位置，可見撓曲線上并不是大多數(shù)點的最大撓度出現(xiàn)在板片的正中位置。只有在b=L/2 時，撓度最大值才會在板片的正中位置。

3 撓變形公式的應用

3.1 板片校平位置的確定

在實際生產中可以利用此公式設置校平點位置，例如：校平位置在距板片支撐點x=500mm，支撐跨度L=1500mm，根據(jù)公式可以求解施加校平壓力的位置距另一側支撐點的位置，即b 的寬度：

所以，應在距B 端1225mm 處施加校正力，而最大撓變形出現(xiàn)在x=500mm 的位置處。

3.2 板片變形量的確定

在已知校平壓力和板片常數(shù)的條件下，上述公式還可對板片糾正變形量進行計算。例如：如圖2 所示，校正點x 位置在距A 支撐點500mm 處，壓力機輸出壓力F= 1.23×106N，6061 合金鋁合金板的彈性模量E=68.9GPa，截面慣性矩I=2.0×10-7m4，鋁板厚度h=20mm，校正區(qū)域長度B=300mm，支撐跨度L=1500mm，求校正變形量。

由3.1 可知校正力作用點C 的坐標在距B 端1225mm 處，最大變形量為：

即，x 點處向下的撓變形量最大為38.62mm，此數(shù)值與現(xiàn)場實際基本一致。

結束語

綜上所述，本文系統(tǒng)介紹了鋁板在平度校正過程中的受力分析，并對板片撓曲變形的計算公式進行了推導。根據(jù)推導的結論，得出了在壓力校正過程中板片撓曲變形的變化規(guī)律，以及最大撓變形位置和變形量的確定公式。本文還利用所得公式，結合現(xiàn)場實際，例舉了在生產中經常使用的兩個應用實例，從而驗證了公式的有效性。