工業(yè)鋁型材基本擠壓階段

工業(yè)鋁型材基本擠壓階段又稱(chēng)為平流擠壓階段，這是工業(yè)鋁型材在擠壓過(guò)程中最重要的階段。其應(yīng)力狀態(tài)、金屬流動(dòng)方式對(duì)材料的組織、性能和尺寸將產(chǎn)生重要的影響。消除或減小該擠壓狀態(tài)下的應(yīng)力不均勻性，保持金屬的合理流動(dòng)，是提高擠工業(yè)鋁型材產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。

變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài) 

正擠壓變形區(qū)作用于金屬上的外力、應(yīng)力分布和變形狀態(tài)。由圖看出，作用于金屬上的外力有：擠壓軸通過(guò)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(yīng)力dτt、dτz、dτd；在一定條件下，墊片與金屬間也會(huì)出現(xiàn)摩擦應(yīng)力dτp。

擠壓時(shí)，變形區(qū)內(nèi)的應(yīng)力一般呈三向壓應(yīng)力狀態(tài)，即軸向壓應(yīng)力σ?、徑向壓應(yīng)力σr和周向壓應(yīng)力σo。軸向應(yīng)力σ?和周向壓應(yīng)力σo是由擠壓筒和模孔的側(cè)壁作用的壓力所產(chǎn)生。變形區(qū)內(nèi)的變形狀態(tài)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(yīng)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(duì)著模孔，根據(jù)最小阻力定律可知其變形阻力最小，故所產(chǎn)生的主應(yīng)力σ?也就最小。主應(yīng)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(méi)有反壓力的情況下）。徑向主應(yīng)力σ?的分布規(guī)律與軸向主應(yīng)力相同，只是在模子出口處根據(jù)塑性條件，其值等于金屬出模口時(shí)的變形抗力Kz。

周向主應(yīng)力σo與徑向主應(yīng)力σr之間的關(guān)系，根據(jù)塑性理論可知屬軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，即σr=σo。實(shí)際上二者之間存在著微小差異，為σr≈σo。其差值由對(duì)稱(chēng)向表面逐漸增大，且其絕對(duì)值總是|σr|﹥|σo|。

軸向主應(yīng)力σ?與徑向主應(yīng)力σr之間的關(guān)系，在不是的部位不一樣。在擠壓筒部分為|σr|﹥|σo|；在變形區(qū)壓縮錐中，若不考慮受軸向拉應(yīng)力的影響，則|σr|＜|σo|。此結(jié)論可通過(guò)對(duì)金屬流動(dòng)實(shí)驗(yàn)的分析得到證實(shí)：在擠壓筒內(nèi)試件上的方網(wǎng)格變扁，而進(jìn)入變形區(qū)壓縮錐后網(wǎng)格變長(zhǎng)。

在擠壓時(shí)，金屬的流動(dòng)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(dǎo)致的結(jié)果。即使上述兩種情況都不存在，前面也已提及對(duì)著模孔處的金屬流動(dòng)阻力最小，其流速最快，故金屬的流動(dòng)總是不均勻的。

工業(yè)鋁型材擠壓過(guò)程中外摩擦很大，或者鑄錠外部溫度低，如擠壓筒預(yù)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(dǎo)致內(nèi)部金屬流動(dòng)速度快，外部金屬流動(dòng)速度慢；但金屬是一個(gè)整體，流動(dòng)快的金屬對(duì)流動(dòng)慢的金屬產(chǎn)生一軸向拉力，從而引起外部金屬出現(xiàn)附加的軸向拉應(yīng)力，內(nèi)部金屬出現(xiàn)附加的軸向壓應(yīng)力。在鑄錠橫斷面上，附加拉應(yīng)力的分布由外表向中心逐漸減小，而附加壓應(yīng)力則由外表向中心逐漸增加。附加應(yīng)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(dá)最大值（產(chǎn)于此問(wèn)題的成因?qū)⒃诤竺孢M(jìn)行討論）。附加的軸向壓應(yīng)力與軸向主壓應(yīng)力相疊加后不會(huì)改變應(yīng)力符號(hào)。但是鑄錠外層部分中附加的軸向拉應(yīng)力與軸向主壓應(yīng)力疊加后，在變形區(qū)壓縮錐部分中有可能改變應(yīng)力的符號(hào)，使軸向主壓應(yīng)力變?yōu)槔瓚?yīng)力而得到兩向壓和一向拉的主應(yīng)力狀態(tài)圖。

當(dāng)鑄錠加熱不透，即外層溫度高中心溫度低時(shí)，則金屬的流動(dòng)速度外層部分大于中心部分，可能會(huì)得到與上述情況相反的結(jié)果，在鑄錠中心部分的金屬出現(xiàn)拉應(yīng)力。

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