CN101169321A - 检测镁合金型材拉伸矫直后平直度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测镁合金型材拉伸矫直后平直度的方法，它采用将拉伸矫直后的镁合金型材一端伸出平台呈悬臂状形成自然挠度且保持静止状态，并分别测绘出该型材绕形心旋转不同角度前后的模拟曲线，将这些曲线进行对比，根据对比的曲线是否能吻合来判定型材拉伸矫直后的平直度。本发明检测方法能够准确地判断出被检测的型材发生扭转、弯曲以及存在内应力分布不均的部位，为优化制定拉伸矫直工艺提供全面信息。

Description

检测镁合金型材拉伸矫直后平直度的方法

技术领域

本发明涉及一种型材拉伸矫直效果的检测方法，特别涉及一种检测镁合金型材拉伸矫直后平直度的方法。

背景技术

镁合金挤压型材由于模具状态和坯料均匀性等原因，挤出后通常存在弯曲和扭折的现象，少数时候还存在外形平直，但型材内部应力分布不均匀现象，从而影响其使用性能的情况。为消除这些现象，需要对挤压后的型材进行拉伸矫直。但是镁合金的室温塑性比较差，需要加热至150℃～250℃范围内进行拉伸矫直。不同牌号的镁合金型材拉伸矫直适宜的温度和拉伸变形率不尽相同，在制定各自的拉伸矫直工艺时，需针对各种牌号的合金制品分别进行优化。即在对某种合金进行拉伸矫直工艺优化时，需要对该合金型材制品在不同温度和拉伸延长率下，进行平直度的比较。由此需建立一种对拉伸矫直后平直度的评判标准。

目前，镁合金型材生产中拉伸矫直后平直度的检测，一般是将型材平放在一个平直的检验平台上，观察型材是否与台面紧密贴合，有无缝隙，并且翻转型材多次观察其不同侧面轮廓与检验平台表面贴合的情况。如果型材某部位与检验平台表面之间有缝隙，可用塞尺精确测量缝隙高度，用于衡量型材的平直度。通常根据产品平直度要求的严格程度来设定极限值，极限值通常在1毫米至4毫米之间选择。型材每1米长度与台面之间的缝隙以不超过规定极限值为合格。型材沿长度方向各部位与检测平台的缝隙均小于规定极限值，则认为矫直成功。否则，需要重新进行拉伸矫直。

采用上述将待检型材与检验平台台面比靠的方法，由于待检型材制品的定尺长度一般都在数米以上，当弯扭型材放置在水平台上时，仅有型材的某些局部来支撑其重量，因受重力影响，型材与台面之间的缝隙高度不能真实地反映出扭转、弯曲的程度，由此影响对拉伸矫直后型材平直度的判定。为减少型材自重的影响，必须分段进行对比，通常规定每1米的距离跨度上缝隙的高度不超过某个极限值，就是针对这种分段比较的方法而设定的。在沿长度方向逐段进行检测时，还要将型材不同的侧面与检验台面进行比对，使得整个型材平直度的检验效率非常低。另外，采用轮廓比靠的检测方法虽然能够检测出型材弯曲的部位，却不能判断型材是否存在不均匀的内应力分布，无法为镁合金型材拉伸矫直后平直度测评提供全面的信息，通常会使由此得到的镁合金型材拉伸矫直生产工艺中的主要参数拉伸率偏小，而达不到最佳的矫直效果。此外，检验平台多采用铸铁面板，为保证其具有严格的高平整度，需经过“平面加工、退火和自然时效”的多次反复，才能满足使用要求，因而制造周期长，制作成本也高。为此，需要有一种能克服上述不足的方法来检测镁合金型材的平直度和不均匀的内应力分布。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测镁合金型材拉伸矫直后平直度的方法，采用此方法检测镁合金型材拉伸矫直后的平直程度，能够准确地判断出被检测的型材发生扭转、弯曲以及存在内应力分布不均的部位。

本发明的目的是这样实现的：将拉伸矫直后的断面形状具有对称性的，或断面形状为非对称的镁合金型材局部呈水平状夹持固定在一平台上，让型材的一端伸出平台呈悬臂状形成自然挠度且保持静止状态，设一条水平直线位于型材悬臂段的上方或下方，在水平直线上等距离的设置若干刻度点，其相邻的两刻度点之间的距离≤300mm，以水平直线上的各刻度点为垂足分别引出垂线与型材悬臂段相交，以各垂线与型材悬臂段的交点为坐标点，依次测出各坐标点到水平直线上垂足的距离，根据测得的数据，在坐标图上绘出各坐标点的位置，并将这些坐标点依次平滑连接，绘出型材处于自然挠度状态时的一条实测模拟曲线；再将该型材绕形心旋转一个角度，局部呈水平状夹持固定在平台上，其伸出平台的悬臂段仍形成自然挠度且保持静止状态，依次测出各坐标点到水平直线垂足的距离，根据测得的数据，在坐标图上绘出各坐标点的位置，并将这些坐标点依次平滑连接，绘出在另一角度时型材处于自然挠度状态下的另一条实测模拟曲线；

然后，将断面形状具有对称性的镁合金型材测得的至少两条不同角度的实测模拟曲线进行对比，不同角度的曲线相互不能吻合的始发点，即为型材出现弯曲、扭转或者存在内应力不均的部位；或者将断面形状为非对称的镁合金型材测得的两条不同角度的实测模拟曲线，分别与各自角度位置具有的根据特定形心轴惯性矩所计算的理论曲线分别进行对比，所对比的两条曲线相互不能吻合的始发点即为型材出现弯曲、扭转或者存在内应力分布不均的部位；所对比的曲线相互吻合则判定型材拉伸矫直的平直度符合要求。

由于采用了上述方案，通过将经拉伸矫直工艺后的镁合金型材在不同角度时处于自然挠度状态下的实测模拟曲线进行对比，或者分别以实测的模拟曲线与根据特定形心轴惯性矩所计算的理论曲线进行对比，除了能够检测到型材出现弯曲、扭转的部位，还能够检测到型材存在内应力分布不均的部位。其原理是，当被检测的型材局部水平固定在平台上后，伸出平台的悬臂段会在重力的作用下产生弯曲，重力均匀分布在型材上，方向垂直向下，单位长度的荷载为q。由材料力学可知，平直型材的挠度方程为：

$v=\frac{{\mathrm{qx}}^2}{24\mathrm{EI}}(x^2-4\mathrm{lx}+{6l}^2)---\left(1\right)$

式(1)中，v为挠度，q为重力密度，E为弹性模量(对于大多数镁合金，E＝45GPa)，I为形心轴惯性矩，l为悬臂段的长度，x为试样悬臂段上任一点到固定端点的距离。

q＝ρgπD²/4    (2)

式(2)中D为棒材的直径，镁合金的密度取ρ＝1.8×10³Kg/m³，g为重力加速度。

由上述挠度方程可知，同一型材的q、E和l完全一样，只有形心轴惯性矩I受型材转动角度的影响。

对于断面形状具有对称性的镁合金型材而言，其转动不同角度后的形心轴惯性矩I是相同的，在形心轴惯性矩I相同的情况下，密度均匀、形状平直、没有弯曲扭转且无内应力分布不均匀的型材，实测的绕形心旋转不同角度形成的自然弯曲曲线应完全吻合；反之，若实测的绕形心旋转不同角度形成的自然弯曲曲线不吻合，即说明该型材存在密度分布不均匀，发生了弯曲、扭转或存在内应力分布不均匀的现象。通常挤压型材在长度方向上的密度分布是均匀的，所以通过自然弯曲曲线对比的方法可以判断出型材是否发生了弯曲、扭转或存在内应力分布不均匀，并且还可以判断出在长度方向从何处开始发生了上述缺陷。

对于断面形状非对称的镁合金型材而言，在形心轴惯性矩I相同的情况下，密度均匀、形状平直、没有弯曲扭转且无内应力分布不均匀的型材，实测的自然弯曲曲线应与该角度具有的根据特定形心轴惯性矩I所计算的理论曲线基本吻合，若实测的自然弯曲曲线与根据特定形心轴惯性矩I所计算的理论曲线在长度方向上的某处开始不吻合，则说明型材在该处发生了弯曲、扭转或存在内应力分布不均匀的现象。

本发明采用测绘镁合金型材在自然挠度状态时的模拟曲线，通过将不同角度的模拟曲线进行对比，或者将同一角度的模拟曲线与该角度的根据特定形心轴惯性矩所计算的理论曲线进行对比，能够有效的检测出镁合金型材拉伸矫直后的弯曲的部位和存在的内应力分布不均部位，为镁合金型材拉伸矫直后平直度测评提供全面的信息，有利于优化型材拉伸矫直工艺。

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为型材形状模拟曲线的测量示意图；

图2为型材拉伸矫直前的形状模拟曲线的对比图；

图3为型材以1％延伸率拉伸矫直后的形状模拟曲线的对比图；

图4为型材以2％延伸率拉伸矫直后的形状模拟曲线的对比图。

具体实施方式

参见图1，将拉伸矫直后的镁合金型材3的一端局部通过夹持装置2呈水平状夹持固定在一平台1上，所述镁合金型材3包括断面形状具有对称性的或断面形状为非对称的镁合金型材，让型材的另一端伸出平台呈悬臂状形成自然挠度且保持静止状态，其伸出平台的悬臂段端头的自然挠度小于平台高度，让型材伸出平台的悬臂段能够处于一种不受外力影响的自然弯曲状态。设一条水平直线4位于型材悬臂段的下方，该水平直线4可在水平地面上画出，或者在具有水平面的底板上画出。在水平直线4上等距离的设置若干刻度点，其相邻的两刻度点之间的距离≤300mm，以水平直线上的各刻度点为垂足分别引出垂线与型材悬臂段相交，以各垂线与型材悬臂段的交点为坐标点，依次测出各坐标点到水平直线上垂足的距离h，根据测得的数据，在坐标图上绘出各坐标点的位置，并将这些坐标点依次平滑连接，绘出型材处于自然挠度状态时的一条实测模拟曲线。

被检测型材的最大可伸出悬臂长度受平台面高度和该型材的形心轴惯性矩I的制约。根据挠度公式，见前述式(1)，当伸出悬臂的长度过长而形心轴惯性矩I不足够大时，端部的就会因为挠度过大而垂落到地面，使得上述检测方法无法实施。考虑到在检测操作时型材自身的形状弯曲和重力作用产生的弯曲叠加在一起，加大悬臂端头向下垂落的程度，以平台水平高度为1.5m为例，型材悬臂最大长度应保证端头的挠度在1.2m左右为宜，使型材悬臂端头不会触地。根据下表可看出不同断面形状和尺寸的型材，悬臂伸出长度对应的端头挠度值，以及在端头挠度控制在1.2m时的理论最大可伸出长度。对于长度超过该最大伸出长度而小于其两倍的型材，可通过夹持型材中部而使不同方向的两端伸出平台进行检测。常见型材挠度理论值为1.2米时伸出端限定长度见下表：

型材断面形状	名义尺寸(mm)	悬臂伸长量(m)	端头的挠度(mm)	悬臂端部挠度理论值为1.2米时伸出端限定长度(mm)
					圆棒(直径)	10	3.50	1134.2	4375.2
12	4.00	1339.5	2587.3
				16		4.50	1206.6	4413.6
正方形(边长)	10	4.00	1446.4						1896.7
				20	5.00	883.3	17055.3
	30	5.50	575.2					104331.7
				正三角形(边长)	20	3.00	916.8		5148.2
30	4.00	1285.6	3042.3
					40	4.50	1159.1	5171.4

这里以直径为16mm的镁合金圆棒为例进行具体说明：将一根尚未拉伸矫直的直径为16mm、长度为5m的AZ31镁合金圆棒的一端用夹持装置夹持固定在一个高1.5m的平台上，其被夹持固定的50mm长度部分呈水平状态，让圆棒长度4.5m的另一端伸出平台呈悬臂状形成自然挠度，并使其保持静止状态，其伸出平台的悬臂段端头的自然挠度为1.2m左右。在圆棒悬空一端的下方的水平地面上画出一条水平直线，在水平直线上等距离地设置若干刻度点，其相邻的两刻度点之间的距离为200mm，以水平直线上的各刻度点为垂足分别引出垂线与圆棒悬臂段相交，以各垂线与圆棒悬臂段的交点为坐标点，依次测出各坐标点到水平直线上垂足的距离，根据测得的数据，在坐标图上绘出各坐标点的位置，并将这些坐标点依次平滑连接，绘出该圆棒处于自然挠度状态时的一条实测模拟曲线。再将该圆棒绕形心旋转90度，其被夹持固定的50mm长度部分仍呈水平状态，其伸出平台的悬臂段仍形成自然挠度且保持静止状态，依次测出各坐标点到水平直线垂足的距离，根据测得的数据，在坐标图上绘出各坐标点的位置，并将这些坐标点依次平滑连接，绘出在90度时圆棒处于自然挠度状态下的另一条实测模拟曲线(如图2所示)。然后，将该镁合金圆棒测绘得的两条不同角度的实测模拟曲线进行对比，两条曲线相互不能吻合的始发点，即为圆棒出现弯曲、扭转或者存在内应力不均的部位。根据通过对比获得的信息，说明该圆棒需要通过拉伸矫直来矫正。

将该圆棒加热到180℃下，以1％的延伸率进行拉伸矫直。拉伸矫直后，再次采用上述方法测绘出圆棒在旋转0度和旋转90度时的两条处于自然挠度状态下的实测模拟曲线，并对这两条曲线进行对比，获得两条曲线虽然比较接近，但还存在不能相互吻合的现象，其相互不能吻合的始发点，即为圆棒经过这次拉伸矫直后仍然存在弯曲、扭转或者内应力不均的部位(如图3所示)，说明还需调整对该圆棒的拉伸矫直工艺。

再将该圆棒加热到180℃下，又以1％的延伸率进行拉伸矫直，即使拉伸矫直前的圆棒，在加热温度180℃下，采用2％的延伸率进行拉伸矫直。拉伸矫直后，再次采用上述方法测绘出圆棒在旋转0度和旋转90度时的两条处于自然挠度状态下的实测模拟曲线，并对这两条曲线进行对比，此时两条模拟曲线基本吻合(如图4所示)，由此认定该镁合金圆棒的拉伸矫直平直度较好，符合要求，矫直成功。于是就可以以加热温度180℃、2％的延伸率制定直径为16mm的AZ31镁合金圆棒的拉伸矫直工艺。

本发明不仅仅局限于上述实施例，对于断面形状为非对称的镁合金型材采用上述方法测绘出第一条实测模拟曲线后，将该型材绕形心旋转45～90°测绘出第二条实测模拟曲线。然后将断面形状为非对称的镁合金型材测得的两条不同角度的实测模拟曲线，分别与各自角度位置具有的根据特定形心轴惯性矩所计算的理论曲线分别进行对比，所对比的两条曲线相互不能吻合的始发点即为型材出现弯曲、扭转或者存在内应力分布不均的部位，由此调整拉伸矫直工艺。如果所对比的曲线相互吻合则判定型材拉伸矫直的平直度符合要求。

本发明所设置的水平直线也可以设定在镁合金型材伸出平台的悬臂段的上方，在靠近被测量的型材的支架或墙板画出。这种设置一般用于挠度较短的型材的检测。

采用上述方法测定镁合金型材拉伸矫直后的平直程度，使被检测型材存在扭转、弯曲或者内应力不均匀分布的现象都能够完全的反映出来，能够更真实反映出被检测的镁合金型材的真实平直程度，使检测得到的信息更加准确、全面，有利于在镁合金型材拉伸矫直工艺中延伸率的优化等工程应用方面发挥作用。本发明还可通过自动化检测设备对型材弯曲曲线进行检测，并绘出实测的模拟曲线，以提高效率和准确度；还可通过计算机模型识别技术对曲线对比分析方面，以及建立各种型材弯曲形状特征数据库，以获取更丰富的信息，提高效率。

Claims (4)

1.一种检测镁合金型材拉伸矫直后平直度的方法，其特征在于所述检测方法包括以下步骤：

将拉伸矫直后的断面形状具有对称性的，或断面形状为非对称的镁合金型材局部呈水平状夹持固定在一平台上，让型材的一端伸出平台呈悬臂状形成自然挠度且保持静止状态，设一条水平直线位于型材悬臂段的上方或下方，在水平直线上等距离的设置若干刻度点，其相邻的两刻度点之间的距离≤300mm，以水平直线上的各刻度点为垂足分别引出垂线与型材悬臂段相交，以各垂线与型材悬臂段的交点为坐标点，依次测出各坐标点到水平直线上垂足的距离，根据测得的数据，在坐标图上绘出各坐标点的位置，并将这些坐标点依次平滑连接，绘出型材处于自然挠度状态时的一条实测模拟曲线；再将该型材绕形心旋转一个角度，局部呈水平状夹持固定在平台上，其伸出平台的悬臂段仍形成自然挠度且保持静止状态，依次测出各坐标点到水平直线垂足的距离，根据测得的数据，在坐标图上绘出各坐标点的位置，并将这些坐标点依次平滑连接，绘出在另一角度时型材处于自然挠度状态下的另一条实测模拟曲线；

然后，将断面形状具有对称性的镁合金型材测得的至少两条不同角度的实测模拟曲线进行对比，不同角度的曲线相互不能吻合的始发点，即为型材出现弯曲、扭转或者存在内应力不均的部位；或者将断面形状为非对称的镁合金型材测得的两条不同角度的实测模拟曲线，分别与各自角度位置具有的根据特定形心轴惯性矩所计算的理论曲线分别进行对比，所对比的两条曲线相互不能吻合的始发点即为型材出现弯曲、扭转或者存在内应力分布不均的部位；所对比的曲线相互吻合则判定型材拉伸矫直的平直度符合要求。

2.根据权利要求1所述的检测镁合金型材拉伸矫直后平直度的方法，其特征在于：所述镁合金型材局部呈水平状夹持固定在平台上后，其伸出平台的悬臂段端头的自然挠度小于平台高度。

3.根据权利要求1或2所述的检测镁合金型材拉伸矫直后平直度的方法，其特征在于：所述断面形状具有对称性的镁合金型材测绘出第一条实测模拟曲线后，将该型材绕形心旋转90°测绘出第二条实测模拟曲线。

4.根据权利要求1或2所述的检测镁合金型材拉伸矫直后平直度的方法，其特征在于：所述断面形状为非对称的镁合金型材测绘出第一条实测模拟曲线后，将该型材绕形心旋转45～90°测绘出第二条实测模拟曲线。

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