CN113465476A - 一种多层金属轧制复合板变形协调性的评价方法 - Google Patents

一种多层金属轧制复合板变形协调性的评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于轧制技术领域，针对目前金属板轧制复合变形协调性定性评价不全面、不科学的问题，本发明公开了一种多层金属轧制复合板变形协调性的评价方法。该方法通过复合板的翘曲程度进行评价，包括绝对评价方法和相对评价方法；绝对评价方法通过公式Δl＝l2c‑l1c计算Δl进行评价，当Δl的差值越小，多层金属轧制复合板变形协调性越好；相对评价方法通过多层金属轧制复合板内凹侧曲线的弦长和弧长的比值λ和多层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure DDA0003115845540000011
进行评价，λ越接近1，多层金属轧制复合板越平直，变形协调性越好；
Figure DDA0003115845540000012
越接近0，多层金属轧制复合板越平直，变形协调性越好。本发明评价方法简单，可以实现复合板翘曲程度的定量评价，进而实现对复合板变形协调性的分析。

Description

一种多层金属轧制复合板变形协调性的评价方法
技术领域
本发明属于轧制技术领域，具体涉及一种多层金属轧制复合板变形协调性的评价方法。
背景技术
金属复合板综合了不同组元金属的优点，具有单一金属所不具备的物理化学性能，可实现性能互补、节约稀有金属、降低成本等优势，被广泛应用于航空航天、国防军工、交通运输和装备制造等领域，是极具市场前景和发展潜力的金属材料。
轧制法是一种生产连续性好、成形质量稳定和高效的复合板制备工艺，但由于组元金属存在塑性差异，轧制复合板容易产生翘曲等变形协调性问题。复合板变形协调性问题的本质是，由于不同层之间金属基板变形能力不同，在大轧制压力作用下沿复合板高向和宽向不均匀延伸造成纵向残余应力分布不均，导致变形协调差异，变形协调差异导致轧制成型后的复合板发生翘曲，复合板会朝着变形量更少的金属板一侧弯曲，翘曲变形的复合板一般呈现近似圆弧形。目前还没有一种定量表征复合板变形协调差异的方法，通常是通过肉眼直接观察对比复合板翘曲程度从而定性评价不同复合板的变形协调性，不能准确、客观评价复合板的变形协调性差异。
由于定量评价复合板翘曲程度是进行复合板变形协调性和翘曲控制研究的重要前提和基础。因此，为研究分析复合板变形协调性，进而评价复合板变形协调控制能力，需要建立一种定量评价的方法。
发明内容
针对目前金属板轧制复合变形协调性定性评价不全面、不科学的问题本发明提供了一种多层金属轧制复合板变形协调性的评价方法，包括绝对评价方法和相对评价方法。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
本发明提供一种多层金属轧制复合板变形协调性的评价方法，通过复合板的翘曲程度进行评价，包括绝对评价方法和相对评价方法；
所述绝对评价方法通过公式Δl＝l2c-l1c计算Δl进行评价，当Δl的差值越小，多层金属轧制复合板变形协调性越好；公式中l1c代表多层金属轧制复合板内凹侧曲线的弧长，l2c代表多层金属轧制复合板外凸侧曲线的弧长，Δl代表多层金属轧制复合板的内外侧延伸长度差；
所述相对评价方法通过多层金属轧制复合板内凹侧曲线的弦长和弧长的比值λ和多层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure BDA0003115845520000021
进行评价：
多层金属轧制复合板内凹侧曲线的弦长和弧长的比值
Figure BDA0003115845520000022
λ越接近1，多层金属轧制复合板越平直，变形协调性越好；式中ls代表多层金属轧制复合板内凹面弦长，l1c代表复合板内凹侧曲线的弧长；
多层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure BDA0003115845520000023
通过公式
Figure BDA0003115845520000024
或
Figure BDA0003115845520000025
计算得到，
Figure BDA0003115845520000026
越接近0，多层金属轧制复合板越平直，变形协调性越好；上式中l1c代表多层金属轧制复合板内凹侧曲线的弧长，l2c代表多层金属轧制复合板外凸侧曲线的弧长，h＝∑hi代表多层金属轧制复合板的厚度，其中hi代表第i层板的厚度，lh代表多层金属轧制复合板外凸面最低点到最高点的垂直高度。
进一步，所述步骤1绝对评价方法适用于厚度h≥1mm的多层金属轧制复合板。
进一步，上述多层金属轧制复合板变形协调性的评价方法，具体包括以下步骤：
步骤1，将多层金属轧制复合板放置在水平台面上，外凸侧接触台面，内凹侧朝上，使复合板处于自由状态；
步骤2，使用合适的测量工具测量多层金属轧制复合板内凹侧曲线的弧长l1c、多层金属轧制复合板外凸侧曲线的弧长l2c、多层金属轧制复合板内凹面的弦长ls、多层金属轧制复合板外凸面最低点到最高点的垂直高度lh和多层金属轧制复合板的厚度h；
步骤3，根据步骤2测量的数据，按照下列公式计算多层金属轧制复合板的内外侧延伸长度差Δl、多层金属轧制复合板内凹侧弦长和弧长的比值λ以及多层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure BDA0003115845520000031
Δl＝l2c-l1c (1)
Figure BDA0003115845520000032
Figure BDA0003115845520000033
或
Figure BDA0003115845520000034
上式中，l1c代表多层金属轧制复合板内凹侧曲线的弧长，l2c代表多层金属轧制复合板外凸侧曲线的弧长，ls代表多层金属轧制复合板内凹面弦长，lh代表多层金属轧制复合板外凸面最低点到最高点的垂直高度，h＝∑hi代表多层金属轧制复合板的厚度；
步骤4，根据步骤3的计算结果对多层金属轧制复合板变形协调性进行评价，具体为：
多层金属轧制复合板的内外侧延伸长度差Δl值越小，多层金属轧制复合板变形协调性越好；
多层金属轧制复合板内凹侧弦长和弧长的比值λ越接近1，多层金属轧制复合板越平直，变形协调性越好；
多层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure BDA0003115845520000041
越接近0，多层金属轧制复合板越平直，变形协调性越好。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
1、本发明评价方法简单，可以实现复合板翘曲程度的定量评价，进而实现对复合板变形协调性的分析，克服了肉眼观察带来的不准确、评价不客观的问题。
2、本发明提供的复合板翘曲程度的定量评价方法，为复合板变形协调性研究提供了数学评价模型，奠定了复合板变形协调性控制和分析的理论基础。
附图说明
图1为实施例1中两层金属轧制复合板变形协调性评价的测量示意图；
图2为实施例2中三层金属轧制复合板变形协调性评价的测量示意图；
图3为三层复合板不同程度变形调性评价的测量对比示意图。
图4为实施例3中金属复合板翘曲情况。
图5为实施例4中金属复合板翘曲情况。
具体实施方式
下面结合本发明实施例和附图，对本发明实施例中的技术方案进行具体、详细的说明。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。
实施例1
两层金属轧制复合板变形协调性的评价方法：
1、如图1所示，在自由状态下，采用皮尺测得金属轧制复合板弧
Figure BDA0003115845520000051
的长度l1c，弧
Figure BDA0003115845520000052
的长度l2c，弦长lAB＝ls；采用直角三角尺外凸侧最低点E到最高点F/G的垂直高度lGH＝lh；采用游标卡尺测得复合板的厚度h以及两层板各自的厚度h1、h2，h＝h1+h2。
2、根据上述测量数据，按照下列公式分别计算两层金属轧制复合板的内外侧延伸长度差Δl、两层金属轧制复合板内凹侧弦长和弧长的比值λ以及两层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure BDA0003115845520000053
Δl＝l2c-l1c (1)
Figure BDA0003115845520000054
Figure BDA0003115845520000055
或
Figure BDA0003115845520000056
3、根据计算结果分析金属轧制复合板变形协调性：
(1)两层金属轧制复合板的内外侧延伸长度差Δl值越小，两层金属轧制复合板变形协调性越好；
(2)两层金属轧制复合板内凹侧弦长和弧长的比值λ越接近1，两层金属轧制复合板越平直，变形协调性越好；
(3)两层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure BDA0003115845520000061
越接近0，两层金属轧制复合板越平直，变形协调性越好。
实施例2
三层金属轧制复合板变形协调性的评价：
1、如图2所示，在自由状态下，采用皮尺测得金属轧制复合板弧
Figure BDA0003115845520000062
的长度l1c，弧
Figure BDA0003115845520000063
的长度l2c，弦长lAB＝ls；采用直角三角尺外凸侧最低点E到最高点F/G的垂直高度lGH＝lh；采用游标卡尺测得复合板的厚度h以及三层板各自的厚度h1、h2、h3，h＝h1+h2+h3。
2、根据上述测量数据，按照下列公式分别计算三层金属轧制复合板的内外侧延伸长度差Δl、三层金属轧制复合板内凹侧弦长和弧长的比值λ以及三层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure BDA0003115845520000064
Δl＝l2c-l1c (1)
Figure BDA0003115845520000065
Figure BDA0003115845520000066
或
Figure BDA0003115845520000067
3、根据计算结果分析金属轧制复合板变形协调性：
(1)三层金属轧制复合板的内外侧延伸长度差Δl值越小，三层金属轧制复合板变形协调性越好；
(2)三层金属轧制复合板内凹侧弦长和弧长的比值λ越接近1，三层金属轧制复合板越平直，变形协调性越好；
(3)三层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure BDA0003115845520000071
越接近0，三层金属轧制复合板越平直，变形协调性越好。
实施例3
三层金属复合板不同程度变形协调性评价的对比：
以图4所示的复合板为例，按照上述方法对其两种不同程度变形下的协调性进行评价，具体过程如下：
1、将变形程度1的复合板保持在自由状态下，采用皮尺测得金属轧制复合板弧
Figure BDA0003115845520000072
的长度l1c为189mm，弧
Figure BDA0003115845520000073
的长度l2c为196m，弦长lAB＝ls为175mm；采用直角三角尺外凸侧最低点E到最高点F/G的垂直高度lGH＝lh为14mm；采用游标卡尺测得复合板的厚度h为3.7mm以及三层板各自的厚度h1、h2、h3分别为1.05mm，1.57mm，1.08mm。
同样地，将变形程度2的复合板保持在自由状态下，采用皮尺测得金属轧制复合板弧
Figure BDA0003115845520000074
的长度l1c为185mm，弧
Figure BDA0003115845520000075
的长度l2c为193mm，弦长lAB＝ls为170mm；采用直角三角尺外凸侧最低点E到最高点F/G的垂直高度lGH＝lh为22mm；采用游标卡尺测得复合板的厚度h为3.75mm以及三层板各自的厚度h1、h2、h3分别为1.05mm，1.6mm，1.1mm。
2、根据上述测量数据，按照下列公式分别计算两种变形程度下多层金属轧制复合板的内外侧延伸长度差Δl、多层金属轧制复合板内凹侧弦长和弧长的比值λ以及多层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure BDA0003115845520000081
Δl＝l2c-l1c (1)
Figure BDA0003115845520000082
Figure BDA0003115845520000083
或
Figure BDA0003115845520000084
计算后可得：
变形程度1：Δl＝7mm，λ＝0.9259，
Figure BDA0003115845520000085
或者0.0033；
变形程度2：Δl＝8mm，λ＝0.9189，
Figure BDA0003115845520000086
或者0.0054。
3、根据上述计算结果分析金属轧制复合板变形协调性：
(1)变形程度1的三层金属轧制复合板的内外侧延伸长度差Δl值小于变形程度2(7mm<8mm)，因此根据评价方法可得，变形程度1的三层金属轧制复合板变形协调性较变形程度2的三层金属轧制复合板变形协调性好。
(2)变形程度1的三层金属轧制复合板的内凹侧弦长和弧长的比值λ(0.9259)较变形程度2的三层金属轧制复合板的内凹侧弦长和弧长的比值λ(0.9189)更接近于1，根据评价规则可表明变形程度1的三层金属轧制复合板较变形程度2的三层金属轧制复合板平直，其变形协调性较好；与(1)的绝对评价方法Δl的结果一致。
(3)根据翘曲曲率
Figure BDA0003115845520000087
的两种计算公式得到，变形程度1的三层金属轧制复合板的翘曲曲率
Figure BDA0003115845520000091
均较变形程度2的三层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure BDA0003115845520000092
更接近0，即0.0100较0.0115更接近0，0.0033较0.0054更接近0，根据评价规则可得出，变形程度1的三层金属轧制复合板较变形程度2的三层金属轧制复合板平直，其变形协调性较好。与(1)、(2)的结果相同。
综合可得，(1)-(3)的评价结果与肉眼观察结果相同，表明了本发明建立方法的可行性，与肉眼观察相比，本发明通过定量计算提高了评价的准确性和不客观性。
实施例4
两层金属复合板不同程度变形协调性评价的对比：
如图以1050-AZ31-1050铝镁铝两层金属复合板为例，AZ31镁板坯料规格(长×宽×厚)150mm×60mm×2mm，1050铝板坯料规格(长×宽×厚)150mm×60mm×2mm，由于肉眼很难区分哪种变形程度下的两层金属复合板的变形协调性更好，因此，采用本发明方法进行实测评判，具体过程如下：
1、如图5所示，将变形程度1的复合板保持在自由状态下，采用皮尺测得金属轧制复合板弧
Figure BDA0003115845520000093
的长度l1c为218mm，弧
Figure BDA0003115845520000094
的长度l2c为226mm，弦长lAB＝ls为203mm；采用直角三角尺外凸侧最低点E到最高点F/G的垂直高度lGH＝lh为42mm；采用游标卡尺测得复合板的厚度h以及三层板各自的厚度h1、h2分别为2.55mm、1.20mm、1.35mm。
同样地，将变形程度2的复合板保持在自由状态下，采用皮尺测得金属轧制复合板弧
Figure BDA0003115845520000095
的长度l1c为207mm，弧
Figure BDA0003115845520000096
的长度l2c为216mm，弦长lAB＝ls为192mm；采用直角三角尺外凸侧最低点E到最高点F/G的垂直高度lGH＝lh为46mm；采用游标卡尺测得复合板的厚度h以及三层板各自的厚度h1、h2分别为2.55mm、1.22mm，1.33mm。
2、根据上述测量数据，按照下列公式分别计算两种变形程度下多层金属轧制复合板的内外侧延伸长度差Δl、多层金属轧制复合板内凹侧弦长和弧长的比值λ以及多层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure BDA0003115845520000101
Δl＝l2c-l1c (1)
Figure BDA0003115845520000102
Figure BDA0003115845520000103
或
Figure BDA0003115845520000104
计算后可得：
变形程度1：Δl＝8mm，λ＝0.931，
Figure BDA0003115845520000105
或0.0071；
变形程度2：Δl＝9mm，λ＝0.928，
Figure BDA0003115845520000106
或者0.0085。
3、根据上述计算结果分析金属轧制复合板变形协调性：
(1)变形程度1的AZ31-1050铝镁两层金属轧制复合板的内外侧延伸长度差Δl值小于变形程度2(8mm<9mm)，因此根据评价方法可得，变形程度1的AZ31-1050铝镁两层金属轧制复合板变形协调性较变形程度2的AZ31-1050铝镁两层金属轧制复合板变形协调性好。
(2)变形程度1的AZ31-1050铝镁两层金属轧制复合板的内凹侧弦长和弧长的比值λ(0.931)较变形程度2的AZ31-1050铝镁两层金属轧制复合板的内凹侧弦长和弧长的比值λ(0.928)更接近于1，根据评价规则可表明变形程度1的AZ31-1050铝镁两层金属轧制复合板较变形程度2的AZ31-1050铝镁两层金属轧制复合板平直，其变形协调性较好；与(1)的绝对评价方法Δl的结果一致。
(3)根据翘曲曲率
Figure BDA0003115845520000111
的两种计算公式得到，变形程度1的AZ31-1050铝镁两层金属轧制复合板的翘曲曲率
Figure BDA0003115845520000112
均较变形程度2的AZ31-1050铝镁两层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure BDA0003115845520000113
更接近0，即0.0144较0.0171更接近0，0.0071较0.0085更接近0，根据评价规则可得出，变形程度1的AZ31-1050铝镁两层金属轧制复合板较变形程度2的AZ31-1050铝镁两层金属轧制复合板平直，其变形协调性较好。与(1)、(2)的结果相同。表明本发明建立的方法可用于评价肉眼很难区分的变形协调性情况。

Claims (3)

1.一种多层金属轧制复合板变形协调性的评价方法，其特征在于：通过复合板的翘曲程度进行评价，包括绝对评价方法和相对评价方法；
所述绝对评价方法通过公式Δl＝l2c-l1c计算Δl进行评价，当Δl的差值越小，多层金属轧制复合板变形协调性越好；公式中l1c代表多层金属轧制复合板内凹侧曲线的弧长，l2c代表多层金属轧制复合板外凸侧曲线的弧长，Δl代表多层金属轧制复合板的内外侧延伸长度差；
所述相对评价方法通过多层金属轧制复合板内凹侧曲线的弦长和弧长的比值λ和多层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure FDA0003115845510000011
进行评价：
多层金属轧制复合板内凹侧曲线的弦长和弧长的比值
Figure FDA0003115845510000012
λ越接近1，多层金属轧制复合板越平直，变形协调性越好；式中ls代表多层金属轧制复合板内凹面弦长，l1c代表复合板内凹侧曲线的弧长；
多层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure FDA0003115845510000013
通过公式
Figure FDA0003115845510000014
或
Figure FDA0003115845510000015
计算得到，
Figure FDA0003115845510000016
越接近0，多层金属轧制复合板越平直，变形协调性越好；上式中l1c代表多层金属轧制复合板内凹侧曲线的弧长，l2c代表多层金属轧制复合板外凸侧曲线的弧长，h＝∑hi代表多层金属轧制复合板的厚度，其中hi代表第i层板的厚度，lh代表多层金属轧制复合板外凸面最低点到最高点的垂直高度。
2.根据权利要求1所述的多层金属轧制复合板变形协调性的评价方法，其特征在于：所述步骤1绝对评价方法适用于厚度h≥1mm的多层金属轧制复合板。
3.权利要求1所述的多层金属轧制复合板变形协调性的评价方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1，将多层金属轧制复合板放置在水平台面上，外凸侧接触台面，内凹侧朝上，使复合板处于自由状态；
步骤2，使用合适的测量工具测量多层金属轧制复合板内凹侧曲线的弧长l1c、多层金属轧制复合板外凸侧曲线的弧长l2c、多层金属轧制复合板内凹面的弦长ls、多层金属轧制复合板外凸面最低点到最高点的垂直高度lh和多层金属轧制复合板的厚度h；
步骤3，根据步骤2测量的数据，按照下列公式计算多层金属轧制复合板的内外侧延伸长度差Δl、多层金属轧制复合板内凹侧弦长和弧长的比值λ以及多层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure FDA0003115845510000021
Δl＝l2c-l1c (1)
Figure FDA0003115845510000022
Figure FDA0003115845510000023
上式中，l1c代表多层金属轧制复合板内凹侧曲线的弧长，l2c代表多层金属轧制复合板外凸侧曲线的弧长，ls代表多层金属轧制复合板内凹面弦长，lh代表多层金属轧制复合板外凸面最低点到最高点的垂直高度，h＝∑hi代表多层金属轧制复合板的厚度；
步骤4，根据步骤3的计算结果对多层金属轧制复合板变形协调性进行评价，具体为：
多层金属轧制复合板的内外侧延伸长度差Δl值越小，多层金属轧制复合板变形协调性越好；
多层金属轧制复合板内凹侧弦长和弧长的比值λ越接近1，多层金属轧制复合板越平直，变形协调性越好；
多层金属轧制复合板翘曲曲率
Figure FDA0003115845510000031
越接近0，多层金属轧制复合板越平直，变形协调性越好。
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