工業(yè)鋁型材擠壓金屬流動(dòng)特征及影響

  1.接觸摩擦與潤(rùn)滑的影響

  工業(yè)鋁型材擠壓時(shí)流動(dòng)的金屬與工具間存在接觸摩擦力，其中以擠壓筒壁上的摩擦力對(duì)金屬流動(dòng)的影響最大。當(dāng)擠壓筒內(nèi)壁上的摩擦力很小時(shí)，變形區(qū)范圍小且集中在?？赘浇?，金屬流動(dòng)比較均勻，而當(dāng)摩擦力很大時(shí)，變形區(qū)壓縮錐和死區(qū)的高度增大，金屬流動(dòng)則很不均勻，以至促使錠坯外層金屬過早地向中心流動(dòng)形成較長(zhǎng)的縮尾?？梢?，接觸摩擦力對(duì)金屬的流動(dòng)均勻性產(chǎn)生不衣的影響。但是，在某些情況下，可以有效地利用金屬與工具之間接觸摩擦和冷卻作用來改善金屬的流動(dòng)，如在擠壓工業(yè)鋁型材時(shí)，錠坯中心部分的金屬受到穿孔針摩擦作和和冷卻作用，而使其流速減緩，從而使金屬流動(dòng)變得較為均勻，減少產(chǎn)生縮尾的長(zhǎng)度；在擠壓斷面壁厚變化急劇的復(fù)雜異形鋁型材時(shí)，在設(shè)計(jì)?？讜r(shí)利用不同的工作帶長(zhǎng)度對(duì)金屬產(chǎn)生不同的摩擦作用來調(diào)節(jié)鋁型材斷面上各部分的流速，從而減少工業(yè)鋁型材的扭擰、變曲度，提高產(chǎn)品的精度；近年來發(fā)展起來的“有效摩擦擠壓”，則是利用摩擦力作為一種推動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)擠壓過程。

  2.工業(yè)鋁型材基材本性的影響

  金屬及工業(yè)鋁型材的強(qiáng)度與塑性對(duì)流動(dòng)景象也有很大的影響，一般來說，強(qiáng)度越高，黏性越?。粩D壓溫度越低則金屬流動(dòng)性越均勻。對(duì)于同一種金屬或鋁合金來說，其鑄錠在擠壓前加熱條件對(duì)金屬流動(dòng)性也有一定的影響。當(dāng)錠坯加熱不均勻時(shí)會(huì)影響其橫斷面上變形抗力的均勻性，從而導(dǎo)致金屬流動(dòng)不均勻。

  3.工業(yè)鋁型材擠壓方法的影響

  一般來說，反向擠壓比正向擠壓流動(dòng)均勻，潤(rùn)滑擠壓比不潤(rùn)滑擠壓流動(dòng)均勻，冷擠壓比熱擠壓流動(dòng)均勻，有效摩擦擠壓比其他擠壓方法流動(dòng)均勻。
  在潤(rùn)滑擠壓筒表面和穿孔針的條件下，用空心錠擠壓鋁管材和空心鋁型材時(shí)，其金屬流動(dòng)類似于潤(rùn)滑擠壓實(shí)心工業(yè)鋁型材時(shí)的金屬流動(dòng)，即變形集中?？赘浇Ｔ诓粷?rùn)滑擠壓筒表面的條件下，表面層產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切變形，而且塑性變形擴(kuò)展到錠坯的整個(gè)體積內(nèi)，這類似于不潤(rùn)滑擠壓實(shí)心型材時(shí)的情況。用穿孔針擠壓時(shí)，由于穿孔針占據(jù)了錠坯的中心部分和穿孔針表面上的摩擦力的作用，減少了金屬中心層的超前運(yùn)動(dòng)，因而減少了變形的不均勻性，而且可避免中心縮尾的形成。
  用組合模擠壓空心鋁型材時(shí)，其金屬流動(dòng)景象無本質(zhì)上的區(qū)別。金屬進(jìn)入焊合室以前，其流動(dòng)情況類似于用多孔模擠壓圓棒時(shí)的情況。多股金屬流焊合時(shí)，其金屬流動(dòng)相當(dāng)于用穿孔針擠壓管材時(shí)的情況。當(dāng)擠壓過程繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，實(shí)際上形成了穩(wěn)定的彈性區(qū)，開始穩(wěn)定流動(dòng)階段，在這一階段中，錠坯表面上的各種缺陷很難進(jìn)入焊合區(qū)。在擠壓過程的最后階段，當(dāng)擠壓墊片接近模橋時(shí)，圍繞模橋的中心層金屬，沿?cái)D壓墊片移動(dòng)較慢，而徑向上的金屬流動(dòng)速度較快，錠坯表面層金屬可能流入焊合腔，因此為了保證產(chǎn)品的焊合質(zhì)量，應(yīng)留足夠長(zhǎng)的擠壓殘料。
  在有效摩擦擠壓時(shí)，利用金屬與擠壓筒間的摩擦力使金屬流入?？住．?dāng)金屬進(jìn)入塑變區(qū)之前，坐標(biāo)網(wǎng)格的橫線就發(fā)生了與正向擠壓時(shí)所觀察到的相反方向的彎曲。錠坯周邊層的金屬比中心層流動(dòng)得快，在擠壓時(shí)金屬流迅速地向工業(yè)鋁型材的中心部分移動(dòng)，同時(shí)錠坯接觸層也流入?？?，產(chǎn)生附加壓縮，增大中心層的變形。在有效摩擦擠壓時(shí)，難變形區(qū)僅分布在擠壓筒與平面模連接處以及擠壓墊片的中心處。當(dāng)用錐形模擠壓時(shí)，則不產(chǎn)生前端難變形區(qū)。沿工業(yè)鋁型材擠壓長(zhǎng)度方向的變形分布比較均勻，其前端變形量不足的長(zhǎng)度比正擠壓時(shí)大約減小50-75%，而在整個(gè)過程中，每一層的變形量實(shí)際上是不變的，沿工業(yè)鋁型材橫斷面上變形的不均勻性不超過8%。
  有效摩擦擠壓時(shí)，其工業(yè)鋁型材產(chǎn)品的組織與力學(xué)性能的分布情況與反向擠壓時(shí)相似，而錠坯周邊層在塑變區(qū)壓縮部分產(chǎn)生附加拉應(yīng)力比反擠壓時(shí)要小，這就有可能顯著地提高金屬的流動(dòng)速度。