隨著機械自動化的快速發展，自動化在衝壓行業運用的越來越多，而衝壓行業對於板料的平整度要求也越來越高。為了節約成本，很多汽車主機廠都開設了開卷落料線，那麼如何在開卷落料線上將卷料矯直成一個高標準的板料就成了一個亟待解決的問題。本文根據矯直機的矯直原理進行理論分析和實際試驗，最後給出內應力不均和線長度不均導致的各種卷料的調試方法。
鋼捲翹曲原因分類
生產中常見的鋼捲翹曲形式主要分為4種，如圖1所示。第1種和第2種主要是因為鋼捲上下表面所受的拉應力和壓應力不同所導致，第3種和第4種主要是邊部和中間區域線長度不一致導致。而在實際生產中所用的鋼卷產生的翹曲往往是複合型的翹曲，並不完全是任何一種的單一翹曲。
內應力翹曲
第1種翹曲是卷料在軋製方向上的上表面受到了拉應力，但是下表面受到了一定的壓應力；第2種翹曲是因為在垂直於軋製方向上的上表面受到了拉應力，但是下表面受到了一定的壓應力。而且這兩種翹曲方式是可以互相轉換的，即當翹曲方向兩端得到足夠的拉拽力，第1種形式的翹曲會轉換成第2種形式，如圖2所示。
圖1 翹曲形式
線長度翹曲
第3種翹曲是因為卷料邊部的線長度要大於中間區域的線長度；第4種翹曲是因為中間區域的線長度要大於邊部的線長度。這兩種成因主要來源於卷料軋製過程輥縫的不均勻，雖然這兩種翹曲的形式不一樣，但是解決思路是一樣的。
矯直機結構分類
矯直機具體的結構多種多樣，按矯直輥的數量、輥徑、輥距等在不同的設備上均有不同。但是從矯直功能的角度上分類，則可分為不帶背託輥矯直機和帶背託輥矯直機。
不帶背託輥矯直機
不帶背託輥矯直機，主體的工作結構就是數根矯直輥，分上下兩排，某一排矯直輥固定不動，通過調整進口高度和出口高度，來控制另外一排整體的斜度，最終保證卷料以從小到大的曲率，反覆彎曲直至最終的曲率達到無限大，即平直狀態為止。但是這種矯直機只能調整卷料軋製方向的上下排輥縫間隙，如圖3所示。
圖2 翹曲轉換
圖3 不帶背託輥矯直機
帶背託輥矯直機
帶背託輥矯直機，是在不帶背託輥矯直機的基礎結構上進行了功能上的優化。在卷寬方向上佈置了數量不等的缸體，通過這種缸體改變卷寬方向的上下排輥縫間隙。缸體的行程是可以單獨調節的，即可以在有需要時，單獨調整卷寬方向任何一處的上下排輥縫。
矯直原理
矯直機原理細分有兩種，而針對因內應力引起的翹曲或因線長度引起的翹曲所使用的方法也是不一樣的。
⑴因內應力引起的翹曲，通過軋製方向的反覆彎曲可以消除。在進口處的第一道矯直輥，需要對卷料產生塑性變形。
⑵因線長度不均引起的翹曲，需要通過調整參數讓線長度長的區域，減小拉伸；讓線長度短的區域，加大拉伸，最終在矯直後，保證線長度是均勻的。
調試試驗
針對兩種原因造成的翹曲形式，分別做了兩組調試試驗。
內應力翹曲料
以某合資品牌門內板為例，料厚為0.8mm，在沒有背託輥的矯直機上進行矯直，將進口高度設置為-0.3mm，出口高度設置為0.5mm時，部分卷料出現了極大的翹曲，最大量高度達80mm，如圖4所示。
然後將進口高度設置為-0.5mm，出口高度設置為0.8mm，板料的翹曲量急劇下降為4mm。
參數本身因為各個矯直機的輥距、輥徑大小各不一樣，所以參考性並不大，但是通過減小進口高度，即變相加大在進口處矯直輥作用在卷料上的力，讓卷料進行深度的塑性變形。可以有效的緩解板料的翹曲程度。
經過反覆試驗，當板料處於上翹狀態時，少量的抬高出口高度，減小進口高度，可以一定程度上緩解上翹情況；當板料下翹時，少量減小出口高度，減小進口高度，可以一定程度上緩解下翹情況。
圖4 內應力翹曲
線長度翹曲料
以某合資品牌機蓋外板為例，料厚0.75mm，在沒有背託輥的矯直機上進行矯直。檢測矯直前的卷料，單邊波浪11mm，通過不斷測試不同的進口高度和出口高度組合，板料的翹曲量最小為7mm，且最終翹曲形狀呈典型的邊部波浪形，如圖5所示。
將同樣的卷料在擁有背託輥的矯直機上進行矯直。在不使用背託輥的情況下，板料的最小翹曲量為7mm。在使用背託輥後，反覆試驗，最終將板料翹曲度控制在2mm，具體背託輥參數如圖6所示。
圖5 邊部波浪形
圖6 背託輥參數
板料邊浪區域在9號背託輥處，通過9號背託輥將此處的輥縫調大，減少重合量；通過其他八個背託輥，將其他區域的輥縫調小，增大重合量。人為的增加其他區域的線長度。
矯直標準
板料的翹曲往往都不是因為某一個單因子造成的，而矯直機也僅僅只是用於修正軋製方向和卷寬方向的缺陷。當其他方向也存在相應缺陷，而出現板料扭曲翹曲時，矯直機是無法徹底消除這種扭曲翹曲的。
在試驗過程中，矯直調試很難一步到位得到最優的參數，需要經過多次試驗，對生產時間的佔用是巨大的。而現在市面上的矯直機幾乎沒有在線檢查板料過矯直機後的翹曲數值功能，所以在生產過程中修正矯直參數是有一定天然的滯後性，當生產發現翹曲量超標後，已經生產出一定量的不合格板料了。並且矯直參數跟卷料自身的屈服強度和料厚均有關係，每一組參數從理論上來說是無法完全適應每一卷從頭到尾的狀態，更無法完全適應不同卷料的狀態，所以對於翹曲量的標準是需要每一個企業根據自己生產的需要及設備的能力去制定的。過嚴的標準會導致矯直參數調整的時間過長，過鬆的標準會導致後序生產的不穩定性。一個合適的標準能夠引導出一個合格的穩定的矯直參數，適用於絕大部分卷料。
材料性能影響
卷料在矯直的反覆彎折過程中，會產生一定的塑性變形和加工硬化，材料的屈服強度會出現一定的變化。隨著進口高度、出口高度或者背託輥的深度的增加，這種變化會越來越大。
由於每種矯直機的細微結構數據是不一樣的，例如輥徑、輥距、輥數，所以具體的矯直參數在不同的廠家之間，借鑑對比的意義並不大。
經過反覆試驗發現，同一組參數對於同一牌號的卷料所產生的性能變化差值是趨近於一致的，但是不同的模具對於材料性能波動的允許範圍是不一樣的。因此各個廠家可以根據自身的矯直機，反覆試驗出不同的零件，可以達到的極限矯直參數。
結論
⑴內應力不均造成的板料翹曲，可通過減小矯直輥進口高度，增加捲料的塑性變形量，來得到大幅度緩解。若板料上翹，可再通過加大出口高度微調翹曲程度；若板料下翹，可通過減小出口高度微調翹曲程度。
⑵因軋製方向上線長度不均造成的板料翹曲，需要通過背託輥的調整，減小正常區域的輥縫，增大翹曲區域的輥縫，最終靠拉長線長度短的區域大幅度緩解翹曲問題。
作者簡介
劉洋，衝壓工藝工程師，主要從事衝壓工廠落料線整線問題分析和解決，曾主導編制了北京奔馳開卷線的工藝規範及參數，新E級落料模具驗收、新C級落料模具設計會籤及驗收等項目。
—— 來源：《鍛造與衝壓》2020年第6期
