工業(yè)鋁型材擠壓變形不均勻性與殘余應力

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工業(yè)鋁型材擠壓變形不均勻性與殘余應力

發(fā)布日期：2017-09-14 00:00:00 作者：點擊：0

如果工業(yè)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(tài)的不均勻性是產生殘余應力的基本原因。由于塑性變形區(qū)各部分的溫度不均，在工業(yè)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(yè)鋁型材擠壓制品從塑性變形區(qū)流出瞬間的應力狀態(tài)主要取決于由變形不均所引起的殘余應力。

在大多數(shù)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(yè)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(yè)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(qū)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(huán)層之間造成一種徑向壓縮應力，這種應力狀態(tài)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(tài)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(huán)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(huán)形層中心的橫向應力必須是壓縮應力。

熱擠壓時，由于工業(yè)鋁型材擠壓制品的隨后冷卻，往往會改變上述的應力狀態(tài)，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(xiàn)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(yè)鋁型材時，除了因組織轉變所引起的應力狀態(tài)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(yè)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(qū)中的變形和溫度場的不均勻性具有十分重要的意義。