工业铝型材基本挤压阶段

发布日期：2017-09-18 00:00:00 作者：点击：0

工业铝型材基本挤压阶段又称为平流挤压阶段，这是工业铝型材在挤压过程中最重要的阶段。其应力状态、金属流动方式对材料的组织、性能和尺寸将产生重要的影响。消除或减小该挤压状态下的应力不均匀性，保持金属的合理流动，是提高挤工业铝型材产品质量的关键。

变形区内的应力状态

正挤压变形区作用于金属上的外力、应力分布和变形状态。由图看出，作用于金属上的外力有：挤压轴通过垫片给予金属的单位压力σp，挤压筒壁、模子压缩锥面和定径带给予金属的单位正压力dNt、dNz、dNd和摩擦应力dτt、dτz、dτd；在一定条件下，垫片与金属间也会出现摩擦应力dτp。

挤压时，变形区内的应力一般呈三向压应力状态，即轴向压应力σ?、径向压应力σr和周向压应力σo。轴向应力σ?和周向压应力σo是由挤压筒和模孔的侧壁作用的压力所产生。变形区内的变形状态图为两向压缩变形和一向延伸变形，即径向压缩变形δr，周向压缩变形δo及轴向延伸变形δ?。

轴向主应力σ?在垫片上的分布是边部大，中间小（与σp分布相同），其原因是因中心部分的金属正对着模孔，根据最小阻力定律可知其变形阻力最小，故所产生的主应力σ?也就最小。主应力σ?沿轴线上的分布由垫片向模孔方向逐渐减小，至模子出口处为零（在没有反压力的情况下）。径向主应力σ?的分布规律与轴向主应力相同，只是在模子出口处根据塑性条件，其值等于金属出模口时的变形抗力Kz。

周向主应力σo与径向主应力σr之间的关系，根据塑性理论可知属轴对称问题，即σr=σo。实际上二者之间存在着微小差异，为σr≈σo。其差值由对称向表面逐渐增大，且其绝对值总是|σr|﹥|σo|。

轴向主应力σ?与径向主应力σr之间的关系，在不是的部位不一样。在挤压筒部分为|σr|﹥|σo|；在变形区压缩锥中，若不考虑受轴向拉应力的影响，则|σr|＜|σo|。此结论可通过对金属流动实验的分析得到证实：在挤压筒内试件上的方网格变扁，而进入变形区压缩锥后网格变长。

在挤压时，金属的流动存在着不均匀性是不可避免的，这是由于外摩擦的存在或加热的铸锭在断面上温度分布不均匀引起变形抗力存在差异所导致的结果。即使上述两种情况都不存在，前面也已提及对着模孔处的金属流动阻力最小，其流速最快，故金属的流动总是不均匀的。

工业铝型材挤压过程中外摩擦很大，或者铸锭外部温度低，如挤压筒预热温度不够，加热的铸锭表面与挤压筒壁之间形成很大的温度梯度，挤压筒大量吸热，铸锭表面温度骤降，于是铸锭外部变形抗力高于中心部分，导致内部金属流动速度快，外部金属流动速度慢；但金属是一个整体，流动快的金属对流动慢的金属产生一轴向拉力，从而引起外部金属出现附加的轴向拉应力，内部金属出现附加的轴向压应力。在铸锭横断面上，附加拉应力的分布由外表向中心逐渐减小，而附加压应力则由外表向中心逐渐增加。附加应力在铸锭纵断面上的分布是由垫片向模子入口方向增加，至压缩锥出口处达最大值（产于此问题的成因将在后面进行讨论）。附加的轴向压应力与轴向主压应力相叠加后不会改变应力符号。但是铸锭外层部分中附加的轴向拉应力与轴向主压应力叠加后，在变形区压缩锥部分中有可能改变应力的符号，使轴向主压应力变为拉应力而得到两向压和一向拉的主应力状态图。

当铸锭加热不透，即外层温度高中心温度低时，则金属的流动速度外层部分大于中心部分，可能会得到与上述情况相反的结果，在铸锭中心部分的金属出现拉应力。

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