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          鋁材擠壓工藝
          Extrusion technology
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          鋁型材生產擠壓速度的控制與確定
          內容來源:http://www.rhymehouse.com    作者:武將    發布日期:2019-12-23 12:47    閱讀次數:3233 次 點擊收藏

          生產實踐表明,擠壓速度對不同合金鋁型材的影響是不一樣的;對2×××、7×××系列鋁型材和含鎂量較高的5×××系列鋁型材的影響表現最為直觀、明顯;擠壓過程中略加提速,就可能產生裂紋;略為減速,裂紋就可能立即消失;但有例外,對含鉛、鉍的2011等合金型材,如采用硬合金的正常擠壓速度,則鋁型材表面處理過程中可能產生疤痕狀缺陷,完全破壞了表面的平滑性與光潔度;提速擠壓,表面則即刻改觀,不僅不產生裂紋,反而平整光滑,具有極好的光潔度;對3A21、3003、6063等軟合金,則只要在擠壓溫度范圍之內,無論快速擠壓還是慢速擠壓,只會對表面光潔度產生輕微影響,不會出現裂紋等惡性缺陷;造成這些現象的原因是合金本質和擠壓溫升綜合作用的結果;


          我們在之前內容中討論了正、反擠壓的變形熱,了解了在擠壓過程中所施外力促使鋁型材變形時所做的功,除極小部分使金屬的晶體點陣發生畸變,作為內能被金屬保留下來外,其余均成為變形熱和摩擦熱,使得變形金屬及與其相接觸的工、模具產生溫升;擠壓時做功越大,產生的熱量越高,溫升越高;做功的大小決定于金屬的變形抗力或者說金屬的硬化系數;而金屬的變形抗力或硬化系數又與擠壓速度密切相關;擠壓速度提高,產生的變形熱和摩擦熱增加,引起金屬溫度上升;在正常情況下,做功產生的熱量一小部分會通過工、模具和鋁型材帶走,余下部分才使金屬產生溫升;但當擠壓速度達到某一定值時,可能會成為一絕熱過程,即擠壓過程產生的所有熱量來不及散逸,全部由變形金屬吸收,變得變形金屬的溫度急劇升高;隨著金屬溫度的升高,其屈服強度與抗拉強度隨之降低;我們知道,金屬發生變形時,鑄錠表現與鋁型材表面因其與工、模具表面產生摩擦,使得表面金屬流速慢,中心金屬流速快,因此除了實現塑性變形所施壓力產生的基本反應力-σ外,在中心產生附加應力-σ1,表面產生附加的抗拉應力+σ2;其工作應力由基本應力和附加應力疊加而成;


          在鋁型材中心,工作應力為:

          鋁型材中心工作應力計算公式 

          鋁型材中心總是處于壓應力狀態,因此如果鑄錠中心本身沒有缺陷,不存在裂紋源,擠壓過程就不會有裂紋發生;


          在鋁型材表面,情況則不一樣,其工作應力為: 

          鋁型材表面工作應力計算公式 

          擠壓速度增快,溫度升高,金屬的抗拉強度σb降低;表面金屬疊加后產生的工作拉應力σ=-σ^*++σ2=-σ^*+σ2>σb時,就會出現裂紋;裂紋的形狀取決于裂紋向深部擴展的速度υw和金屬的流出速度υ1的相互關系;第一條裂紋出現后,疊加后形成的工作拉應力得到釋放,應力減小,從而使裂紋向深部擴展的速度減慢;;若υw為等減速擴展,則每一瞬間裂紋加深值為△r,而鋁型材以固定速度υ1移動△Z值,其結果得到裂紋如下圖所示的形狀;當此裂紋擴展到一定深度后,該局部的附加應力消失,裂紋停止發展;隨后金屬又呈周期性的出現裂紋,直到調整擠壓速度為止;

          鋁型材擠壓周期裂紋的形成過程 
          (鋁型材擠壓周期裂紋的形成過程)


          金屬在變形時抵抗拉應力的能力急劇下降,出現裂紋的溫度稱為臨界溫度;2A12合金的臨界溫度為485~495℃,7A04470~480℃,6A02520~530℃;


          但是2011合金采用遠高于2A11、2A12合金的擠壓速度并不出現上述周期性裂紋,相反還極大地改善了表面質量,這是因為2011合金含有均勻、彌散分布的鉛和鉍;鉛的熔點為327.4℃,鉍的熔點為269℃,在400℃左右時,鉛和鉍均呈液態;擠壓時,鉛、鉍溶體在變形交界面上起相當于潤滑劑的作用,減輕了界面摩擦,降低了界面上附加的摩擦拉應力,同時減少了摩擦熱,降低了溫升,致使鋁型材擠壓表面的工作應力小于該溫度下金屬的抗拉強度,不會產生周期性裂紋;但是,擠壓速度很慢時,分布在合金固溶體中的鉛、鉍液珠,在擠壓過程中發生延伸,但速度慢,不能形成連續液膜,也就不能起到連續的潤滑作用,潤滑較好的部位表面質量平滑、光潔;沒有潤滑的部位,金屬與交界面產生摩擦甚至粘連,破壞了金屬表面的連續性,從而出現疤痕狀缺陷;提高擠壓速度,交界面上的鉛、鉍液珠被拉長拉薄,可能形成連續的潤滑液膜,改善了潤滑狀態,從而使鋁型材表面光潔,具有清亮的金屬光澤;


          3A21、3003、6063等軟合金,變形抗力小,產生的變形熱和摩擦熱比較小,導熱性又較好,熱量散逸較多,溫升低;鋁型材出現裂紋的臨界溫度又比較高,所以盡管在生產中采用快速擠壓,也不容易引發裂紋;



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