宽带钢力学性能试样机械加工的难点及解决办法

伍伟

摘要：对宽带钢质量的检测十分必要，因此就要对宽带钢的力学性能试样进行检测，但是在对试样进行加工时，总会出现影响测量数据的问题。文章首先分析宽带钢试样的变形原因，然后讨论该变形可能对整个宽带钢生产引起的后果，最后探讨变形的解决办法以及改进后所产生的效果。

关键词：宽带钢；力学性能；变形程度；机械加工质量

中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0062-02

带钢即以卷状为主要交货状态，长度很长，宽度不要小于600毫米的扁平的钢材。本文中使用的钢材为重钢生产的宽度为1000～1630毫米、厚度为1.2～19毫米的宽带钢，生产工艺有碳素结构、低合金高强度和硅钢等。生产的钢材在进行取样检测时总会出现一些形变，如弯曲变形和扭转变形，而这些变形容易导致测试的准确性降低，那么这些变形的形成原因是什么，如何避免这些变形呢，还需要做进一步的探讨。

1 宽带钢试样机械加工变形原因分析

1.1 宽带钢试样取样加工流程

生产线在对宽带钢进行力学性能试样机械取样的标准为GB/T2975-1988。严格按照规定流程进行采样检测，具体的取样流程为：首先由生产厂送去截取的试样，物理室对所收集的试样进行验收整理，将试样进行编号，然后对试样按照标准规定进行锯切或者剪切，相应地打上序列号，进而对锯切好的试样进行刨削，对刨削好的试块进行自检，自检合格后方可对宽带钢试样进行力学性能检测。

在对宽带钢试样进行取样加工时要严格按照标准即GB/T2975-1988执行，以此保证实验数据的准确性和权

威性。

即使严格按照标准执行，但所取得的试样总会出现影响实验数据准确性的形变产生，这里主要有弯曲变形和扭转变形。

1.2 宽带钢试样弯曲变形原因分析

宽带钢试样的弯曲变形是一种很常见的变形之一。宽带钢的交货状态主要为卷状，那么厂家送达物理室的钢板试样大多是从卷状钢板上直接剪切下，该试样自然就会保持原来的状态即卷状。为避免这种情况，有些厂家平行于轧制方向进行剪切，但是同样的弯曲变形还是不能完全

消除。

除了上述的切割方向产生的弯曲变形外，试样本身的形状还会引起弯曲变形。如所取得的试样过长，那么长度长了很容易产生弯曲变形，但是这种弯曲变形并不会使试样发生扭转变形。但是如果试样的长度不足，试样还会产生扭转形变，那么这里产生的形变则更为复杂。具体形变可参见图1和图2所示。

1.3 宽带钢试样扭转变形原因分析

宽带钢在进行取样时，在垂直于压方向进行取样，剪板机的剪刃一点点地从左至右依次划开试样，那么这就是剪切边不同时受力，试样的头部先受力，剪切应力与试样扭转抗力受力不均，头部两端剪切应力大于扭转抗力，试样头部两端分别向力大的方向进行翻转，如此一来便使试样产生了扭转形变。

除了剪切过程所施加的力会产生扭转形变外，试样本身还会影响扭转形变的产生。当剪切宽度一样时，试样的厚度约厚，所需要的剪切时间越长，那么产生扭转形变的程度就越厉害。如图3所示。

由此可见，在对宽带钢试样进行取样时，试样变形的产生不仅与外在施加的剪切力有关系，与剪切方向、试样的大小、试样本身的薄厚都有关系，因此宽带钢试样变形产生原因多样且复杂，那么该变形对实验数据有何影响，还需要进一步的讨论。

2 宽带钢试样机械加工变形对测试结果产生的影响

2.1 弯曲变形对宽带钢试样机械加工测试结果影响

根据所使用的切割标准即GB/T228-2002标准的规定，对试样进行机械加工时，试样的位置同机床和切削的运动处必须处于正确的位置，方向应按照与切割方向相同。确定试样在机械加工时的基准面的准确性，在机床或夹具内有正确的位置。

由于剪切的原因，致使剪切面很容易变得粗糙，那么粗糙的剪切面就不能作为机械加工的基准面了，这时可以用两侧的轧制面作为试样的基准面。

对已经产生弯曲变形的试样进行装夹时，由于形变，使钳口与试样的基准面接触面积不完全，并且相应的接触点不在同一条直线上，这就是两端的基准面不平行，那么这就使加工后的试样形状不完全符合标准，可能会产生梯形或平行四边形，而不是所需要的矩形。上述原因都最终影响实验数据的准确性，即可能造成试样的平面度和尺寸的进度不符合规定的额度。

2.2 扭转变形对宽带钢试样机械加工测试结果影响

同弯曲变形相似，宽带钢试样在剪切时发生扭转变形时，那么试样两侧的轧制面就不能作为测试的基准面，这时只能将剪切面作为宽带钢测试的基准面，将此面装入有台钳的刨床中。但是在将试样进行加工时，加工出来的试样可能会出现中间为矩形、两边为平行四边形的不符合规定的形状产生，这样就会使得最终的平面度和尺寸精度超出相关参考标准的规定。

除此之外，如此一来就不能同时装夹多个试样，这就会带来各种各样的麻烦，如使试样的加工时间延长，那么就增加工人的工作量，同时，长时间的切割作用还会使设备和刀具的磨损程度加大。

由此可见，不论是弯曲形变还是扭转形变，这两种形变都会对试样产生不利的影响，但是这种影响并不能够彻底地消除，那么如何将其影响降到最少，这就需要从问题产生的源头入手，将试样弯曲及扭转变形的影响程度降到最低。

3 改进该试样产生形变的措施

3.1 改进弯曲变形的措施

由上述可知，宽带钢产生弯曲变形的因素有很多种，那么首先就要从源头开始控制弯曲变形的产生。

根据宽带钢试样变形产生的原因，首先，试样在进行截取时，剪切方向以及试样的卷曲程度都会影响宽带钢试样的变形，所以在进行剪切时应将弯曲面向下放置，通过压料压头和剪切作用使得弯曲变形尽可能地减小。

其次，在对多个试样进行剪切时，应该适当调整每次剪切式样的数量，不宜过多，当然少了也会造成资源的浪费。调整加持试样的数量，然后再增大钳夹与试样的接触面积，通过接触面的传递可以阻止试样产生大的弯曲

变形。

最后，在标准规定允许满足力学性能检测的情况下，可适当地减小试样的长度，弯曲形变的产生极容易发生在长条状的试样上，因此减少长度、增加试样的刚性就会减小弯曲的弧度。

3.2 改进扭转变形的措施

对于设备本身而言，保持剪刃的锋利，尽量减少由剪刃所带来的摩擦压力使得试样发生变形。此外还要根据实际适当调整上下剪刃之间的间隙，具体计算方法为应调整间隙为3.5%t～5%t（t为试样厚度）。

根据实验数据显示，在试样厚度在5.5～8.5毫米厚度下，剪切时间控制在2.5～3.0秒时，要求剪切宽度为35毫米，该试样并没有发生扭转变形。由此可见，在进行试样的剪切时，剪切时间、剪切厚度以及剪切宽度都会影响试样的扭转变形。

在进行试样的剪切时，将试样放置在剪板机压头下部，利用剪板机压头的压力使试样的扭转变形减小，并且剪刃可以在不破坏试样的情况下减掉多余的材料。

同弯曲变形相同，在进行粗加工和细加工时根据需要调整不同的垫铁高度，增大钳口夹持面积，钳口的压力可以有效地减少扭转变形的产生。

除此之外，在试样的长度满足力学性能检测的情况下，尽可能地减小试样的长度，通过增加试样的刚度来减小试样的扭转变形。

以上几种方法都是尽可能地减小试样弯曲变形和扭转变形的设计，在实际生产中已经产生了良好的效果，在不降低试样质量的情形下，试样的弯曲变形和扭转变形都得到了一定的控制。而设备的效率都得以提升，设备以及刀具的磨损度都有了改善，在力学性能检测中还延长了钳口的使用寿命，并且由于弯曲变形的减少，试样的测量与检测的准确度都有了一定的保障，为生产厂提供了可靠的力学性能数据。

综上所述，由于宽带钢应用广泛，其产生的影响也不容小觑，因此严格把握宽带钢的生产质量是十分必要的，但是在进行宽带钢试样采集时，总会出现影响检测结果的变形，但不论是弯曲变形还是扭转变形，都会对宽带钢力学性能试样机械加工带来很多的麻烦。就目前技术而言还不能完全把这两种形变完全避免掉，因此提高切割工艺，改进设备先进性，将弯曲和扭转变形程度降到最低，是每个技术人员应该钻研的课题。

参考文献

[1] 苏祖武，陈诗荪，刘侠夫，丁炳贤，林茂森.高速锤挤压铝合金叶片高温持久强度研究[J].材料工程，1980，（6）.

[2] 李晓军.振动模式扫描极化力显微镜及其在生物大分子测量上的应用[D].华东师范大学，2003.

[3] 计伟志，许昭仁，徐志昌，王明华，林修齐，冯小龙，何国英，吴汇坤.GH738合金塑性图的研究[J].热加工工艺，1980，（4）.

[4] 赵宏珠.从顶板分类统计看适于我国综机采面顶板分类的原则和方案[J].河北煤炭，1980.