LED背板，泛指电视、电脑显示屏幕光电模组部件中的背板，由于其加工工艺和使用特性特殊，若光铝产品板形不满足要求，冲制后会出现翘曲，影响后续其他元件的定位作业。我司近期开始研发生产该类用作屏幕背板的光铝产品，其合金状态为3104-0和5052-H32、厚度0.6~1.0mm，客户对光铝的板形提出较高要求：正反面均无边波，且带材水平放置于检测平台后，均需满足边部与检测平台之间的间距(横向翘曲)不超过0.7mm。
我司在背板开发过程中发现目前拉弯矫直机生产出来的背板产品均存板形缺陷，即带材反面置于检测平台上时，其边部与检测平台之间的间距L达到甚至超过2mm(如图1)，不能满足客户对板形的要求。
本文通过对目前的缺陷现状进行统计、分析，利用矫直原理分析缺陷产生的原因，并根据分析结果制定相关措施，希望通过调整矫直工艺，有效地解决横向翘曲缺陷。
1.横向翘曲板形缺陷现状
根据现场跟踪结果，发现生产5052H32厚度0.6mm左右厚度产品时，在保证带材纵向平直度一致的条件下，生产时设定的延伸率数值越大，成品的横向翘曲缺陷越明显，对照结果如下表1所示：
表1 生产规格0.6*1234 、合金状态5052 H32产品时延伸率与横向翘曲对照表
针对该现象，又分别对相近厚度的1***系合金产品及更薄的5052H32产品在不同延伸率下的横向翘曲情况进行跟踪统计，发现其在同样条件下，仍表现为延伸率越大，横向翘曲越明显，但数值均较小，具体如下表2、表3所示：
表2 生产规格0.5*1219 、合金状态1100 H28产品时延伸率与横向翘曲对照表
表3 生产规格0.3*1185 、合金状态5052 H32产品时延伸率与横向翘曲对照表
从以上实验结果可以看出，拉弯矫直机生产厚度在0.6mm左右的产品时，均会出现横向翘曲，且表现为：延伸率设定值越大，横向翘曲越大;产品屈服强度越高，横向翘曲也越大。该结果与高作文等在相关文献[1]中提到的相一致。
2.横向翘曲的产生原因
根据拉弯矫直原理[2]，在生产同一产品时延伸率参数设大，与生产相同规格的屈服强度更高的产品有共同点，即张力辊组张力输出增大。
在矫直过程中受力最大的区域为4#张力辊出口至5#张力辊入口，该区域的所有辊子中除板形调节辊为聚氨酯辊外，其余辊子均为硬度较高的矫直工作辊。聚氨酯辊在较大张力时会发生受力变形，辊面出现轻微中凹。而矫直辊子由于拥有足够刚度，发生的受力后变形量相对更小，故由张力辊组张力输出增大引起的板形调节辊变形可能是横向翘曲的主因，为分析带材边部凹陷与横向翘曲缺陷的联系，现对带材的矫直过程进行受力分析：
图中(A)—带材进入1#矫直单元之前受到的纯拉伸应变分布，大小为ε1;( B)—带材在经1#矫直单元后的纯拉伸与弯曲变形的应变分布合成，在拉伸应变的作用下，带材截面的中性层向压应变侧偏移Z1，上表面应变为ε11;(C)—带材在经1#矫直单元时受力最大截面的应力分布;带材在经过2#~5#矫直单元后的应力、应变图类似的依次为(D)~(N)，获得的中性层[3]偏移量依次为Z2~Z5。其中(N)及(N’)分别为板形调节辊在高度方向不同位置时的合成应变分布。
(N)状态时的板形调节辊压下深度较(N’)状态更深，ε51>ε51’，若带材在(N’)状态时上表面获得的拉应力合适，刚好与带材在经过4#矫直机后下表面残余应力相抵消，带材在纵向将保持平直;而(N)状态下上表面获得的拉应力更大，卸张后上下表面应力不均，并表现为纵向向下弯曲。
根据以上分析可知，板形调节辊在受力发生中凹变形后，导致带材边部相对其中部在经过5#矫直辊时获得的中性层向下表面的偏移量更大，如下图所示：
即板形调节辊变形严重时，停机卸张后的带材在宽度方向上获得的中性层偏移量不一致：中部偏移量相对最小，两侧偏移量向下表面偏移更大，两侧相对中部获得的纵向弯曲度更大，在宽度方向上形成应力不均。
在该应力的作用下，当带材下表面向上置于检测平台是，两边部出现翘曲，并在带材自重小于该应力时，在宽度方向上形成横向弯曲。
3 解决措施及实施结果
根据以上分析，解决横向翘曲的关键在于减少板形辊在受力后的变形量：
3.1 提高板形调节辊硬度
结合板形调节辊使用特点，可适当提高该辊硬度，减少受力增大后的变形量，故将板形调节辊硬度由邵氏硬度45提高至65，在采取该措施后的生产结果如下：
表4 生产规格0.6*1030 、合金状态5052 H32产品时延伸率与横向翘曲对照表
从以上数据可以看出，相对于整改前，横向翘曲缺陷L值降低明显。
3.2 适当调配辊子受力情况
根据现场生产经验，在现有基础上将部分矫直机的中部支承辊适当垫高，将可实现在使用较小延伸率生产出合格板形的产品。故将矫直机中部支承辊均垫高0.8mm，为降低设定延伸率参数生产提供条件，根据延伸率实现原理，延伸率参数设置越小，张力辊组张力输出越小，将有利于减少板形调节辊的受力变形。
3.3 增大工作辊压下深度
高作文等在研究中指出[1]，矫直过程实现设定的伸长率值主要有2个途径: 一种是增大张力辊R 1.4与R2.1之间的张力;另一种是增大弯曲工作辊的压入深度。故在相同延伸率下，增大弯曲工作辊的压下深度可降低张力辊组的张力输出。
在以上分析的基础上，我司将1#、3#矫直机工作辊位置抬高15mm后再次选择该产品进行跟踪试验，结果如下：
表5 生产规格0.6*1354 、合金状态5052 H32产品时延伸率与横向翘曲对照表
从上表可以看出，在措施实施后，产品的横向翘曲缺陷已得到明显改善，延伸率参数即使达到1.0%，该缺陷仍不明显，生产出来的成品横向翘曲量L基本可稳定在0.2~0.7mm，该产品经客户试用合格，满足5052H32 LED背板板形要求。
4 结论
横向翘曲缺陷主要由矫直机板形调节辊受力变形加剧引起，通过提高板形调节辊硬度、适当调整矫直辊组构成等措施可有效减轻横向翘曲缺陷，保证产品满足客户最终使用。
参考文献
[1] 铝带材拉弯矫直机力能参数选择及工艺控制 轻合金加工技术，2004,3(32)：25-28
[2] 戴有涛. 拉弯矫直技术在高精度铝板带材生产中的应用[J] 有色金属加工，2000,3(159)：15-17;
[3] 伊景伟,戴启鸿,吴立新. 拉伸弯曲矫直过程中应力与应变的变化分析[J] 一重技术，2003，1(95)：12-13;
声明：
“LED铝背板横向翘曲的原因及解决措施” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：中冶有色技术网
来源：中铝瑞闽铝板带有限公司
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