工業鋁型材基本擠壓階段

發布日期：2017-09-18 00:00:00 作者：點擊：0

工業鋁型材基本擠壓階段又稱為平流擠壓階段，這是工業鋁型材在擠壓過程中最重要的階段。其應力狀態、金屬流動方式對材料的組織、性能和尺寸將產生重要的影響。消除或減小該擠壓狀態下的應力不均勻性，保持金屬的合理流動，是提高擠工業鋁型材產品質量的關鍵。

變形區內的應力狀態

正擠壓變形區作用于金屬上的外力、應力分布和變形狀態。由圖看出，作用于金屬上的外力有：擠壓軸通過墊片給予金屬的單位壓力σp，擠壓筒壁、模子壓縮錐面和定徑帶給予金屬的單位正壓力dNt、dNz、dNd和摩擦應力dτt、dτz、dτd；在一定條件下，墊片與金屬間也會出現摩擦應力dτp。

擠壓時，變形區內的應力一般呈三向壓應力狀態，即軸向壓應力σ?、徑向壓應力σr和周向壓應力σo。軸向應力σ?和周向壓應力σo是由擠壓筒和模孔的側壁作用的壓力所產生。變形區內的變形狀態圖為兩向壓縮變形和一向延伸變形，即徑向壓縮變形δr，周向壓縮變形δo及軸向延伸變形δ?。

軸向主應力σ?在墊片上的分布是邊部大，中間小（與σp分布相同），其原因是因中心部分的金屬正對著模孔，根據最小阻力定律可知其變形阻力最小，故所產生的主應力σ?也就最小。主應力σ?沿軸線上的分布由墊片向模孔方向逐漸減小，至模子出口處為零（在沒有反壓力的情況下）。徑向主應力σ?的分布規律與軸向主應力相同，只是在模子出口處根據塑性條件，其值等于金屬出模口時的變形抗力Kz。

周向主應力σo與徑向主應力σr之間的關系，根據塑性理論可知屬軸對稱問題，即σr=σo。實際上二者之間存在著微小差異，為σr≈σo。其差值由對稱向表面逐漸增大，且其絕對值總是|σr|﹥|σo|。

軸向主應力σ?與徑向主應力σr之間的關系，在不是的部位不一樣。在擠壓筒部分為|σr|﹥|σo|；在變形區壓縮錐中，若不考慮受軸向拉應力的影響，則|σr|＜|σo|。此結論可通過對金屬流動實驗的分析得到證實：在擠壓筒內試件上的方網格變扁，而進入變形區壓縮錐后網格變長。

在擠壓時，金屬的流動存在著不均勻性是不可避免的，這是由于外摩擦的存在或加熱的鑄錠在斷面上溫度分布不均勻引起變形抗力存在差異所導致的結果。即使上述兩種情況都不存在，前面也已提及對著模孔處的金屬流動阻力最小，其流速最快，故金屬的流動總是不均勻的。

工業鋁型材擠壓過程中外摩擦很大，或者鑄錠外部溫度低，如擠壓筒預熱溫度不夠，加熱的鑄錠表面與擠壓筒壁之間形成很大的溫度梯度，擠壓筒大量吸熱，鑄錠表面溫度驟降，于是鑄錠外部變形抗力高于中心部分，導致內部金屬流動速度快，外部金屬流動速度慢；但金屬是一個整體，流動快的金屬對流動慢的金屬產生一軸向拉力，從而引起外部金屬出現附加的軸向拉應力，內部金屬出現附加的軸向壓應力。在鑄錠橫斷面上，附加拉應力的分布由外表向中心逐漸減小，而附加壓應力則由外表向中心逐漸增加。附加應力在鑄錠縱斷面上的分布是由墊片向模子入口方向增加，至壓縮錐出口處達最大值（產于此問題的成因將在后面進行討論）。附加的軸向壓應力與軸向主壓應力相疊加后不會改變應力符號。但是鑄錠外層部分中附加的軸向拉應力與軸向主壓應力疊加后，在變形區壓縮錐部分中有可能改變應力的符號，使軸向主壓應力變為拉應力而得到兩向壓和一向拉的主應力狀態圖。

當鑄錠加熱不透，即外層溫度高中心溫度低時，則金屬的流動速度外層部分大于中心部分，可能會得到與上述情況相反的結果，在鑄錠中心部分的金屬出現拉應力。

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