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    工業鋁型材擠壓變形不均勻性與殘余應力

    2019-11-11  來自: 國際鋁業(廈門)有限公司 瀏覽次數:436

    如果工業鋁型材在擠壓過程結束以后不經受外務作用的話,那么,變形狀態的不均勻性是產生殘余應力的基本原因。由于塑性變形區各部分的溫度不均,在工業鋁型材制品中也會產生殘余應力。但是,因為這種溫度的不均勻性比較小,所以,由此而產生的殘余應力值也不大。因此可以認為,工業鋁型材擠壓制品從塑性變形區流出瞬間的應力狀態主要取決于由變形不均所引起的殘余應力。

    在大多數擠壓過程中,周邊層的主拉伸變形要比在中心層大。因此,周邊層的拉伸彈性變形大于中心層的拉伸彈性變形。按照內力相互平衡的條件,這就會導致周邊層為完全消除彈性變形而產生的收縮要小一些。而中心層為完全消除彈性變形而產生的收縮要大一些。結果,從??字辛鞒鰜淼墓I鋁型材擠壓制品內,中心層產生了縱向壓縮應力,而其周邊層則產生殘余拉伸應力。在擠壓(未進行隨后加工)的圓棒中。

    應該注意到,在工業鋁型材型材擠壓時,其各部分流動速度的不均勻性是產生殘余應力另一個原因。這些殘余應力被型材各個部分的相互作用力所平衡,因而可能改變上述縱向殘余力的分布圖形。實踐經驗證明,棒材從塑性變形區流出后,由于彈性變形的緣故,其徑向尺寸稍有增加。由于徑向尺寸的這種增加,勢必對各同心環層之間造成一種徑向壓縮應力,這種應力狀態正如同一組承受有內、外壓力逐漸降低為零的同心管中的應力狀態一樣。圖2-17b為徑向應力的分布示意圖。由于應力呈對稱分布,所以,盡管都為負號,但彼此之間仍可得到平衡。兩個已示出的縱向和徑向殘余應力分布圖形,確定了圓周應力圖的分布形式。實際上,由于產生了徑向壓縮應力,在外周環形層中的橫向應力只能是拉伸應務,因此,為了平衡各層之間的應力,內環形層中心的橫向應力必須是壓縮應力。

    熱擠壓時,由于工業鋁型材擠壓制品的隨后冷卻,往往會改變上述的應力狀態,這種改變有時是十分明顯的。例如,當緩慢冷卻時,??蓪е骂愃朴谶M行低溫退火時的結果,即可能使殘余應力幾乎完全消除。在此表面積不大的型材中,由于熱慣性大,出現這種緩慢冷卻形式的可能性就較大。

    在擠壓大直徑棒材和厚壁工業鋁型材時,除了因組織轉變所引起的應力狀態的改變外,由于周邊層和中心層冷卻的不均,也可能產生新的殘余應力。

    周邊層的快速冷卻,起初會導致周邊層的收縮和縱向拉伸應力的增加,而后,由于內層熱量的影響,這種應力可能會消失。然而,內層金屬由于受到冷卻而產生收縮,從而在周邊層此起縱向壓縮應力,在內層則引起拉伸應力。同時,也可能出現圓周應力。

    在這里,應該注意到直徑(或壁厚)的影響。顯然,直徑(或壁厚)越小,熱慣性就越小,縱向層的溫度就均衡得越快,出現溫度殘余應力的可能性就越小。在不對稱變形的條件下,由于出現了一種不對稱型的殘余應務,所以,增大了總的殘余應力值。

    不對稱型殘余應力的直接結果是使工業鋁型材擠壓制品產生翹曲。在溫度不均勻的條件下,也可能產生不對稱型殘余應務。當擠壓已變涼的管材時,由于冷管包住了熱針,所以,會產生更大的應力。這種應力可能在管材上引起縱向裂紋。因此,減少變形區中的變形和溫度場的不均勻性具有十分重要的意義。


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