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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(ji)鋁業(廈門)有限公司 瀏覽次(ci)數:655

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(zhi)品從塑性(xing)變(bian)形區流出(chu)瞬間的應力(li)狀態主要取(qu)決于由變(bian)形不均所引起的殘余應力(li)。

在(zai)大(da)多數擠(ji)壓過程中(zhong),周(zhou)邊(bian)層(ceng)的(de)主拉(la)(la)伸(shen)變(bian)形要(yao)比在(zai)中(zhong)心層(ceng)大(da)。因此,周(zhou)邊(bian)層(ceng)的(de)拉(la)(la)伸(shen)彈(dan)性變(bian)形大(da)于(yu)中(zhong)心層(ceng)的(de)拉(la)(la)伸(shen)彈(dan)性變(bian)形。按照內(nei)力(li)相互平衡(heng)的(de)條件(jian),這(zhe)就會導致周(zhou)邊(bian)層(ceng)為(wei)完(wan)全(quan)消除彈(dan)性變(bian)形而(er)(er)產生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)收縮要(yao)小一些(xie)。而(er)(er)中(zhong)心層(ceng)為(wei)完(wan)全(quan)消除彈(dan)性變(bian)形而(er)(er)產生(sheng)(sheng)(sheng)的(de)收縮要(yao)大(da)一些(xie)。結(jie)果,從模孔中(zhong)流出來的(de)工業鋁型材擠(ji)壓制品內(nei),中(zhong)心層(ceng)產生(sheng)(sheng)(sheng)了縱向壓縮應力(li),而(er)(er)其周(zhou)邊(bian)層(ceng)則產生(sheng)(sheng)(sheng)殘余拉(la)(la)伸(shen)應力(li)。在(zai)擠(ji)壓(未(wei)進行隨后(hou)加工)的(de)圓棒中(zhong)。

應(ying)(ying)該注(zhu)意(yi)(yi)到,在工業鋁型(xing)材型(xing)材擠壓(ya)(ya)時(shi),其(qi)各(ge)(ge)部分(fen)流(liu)動速度的(de)(de)(de)(de)不(bu)均勻性是產生殘余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)另一個(ge)(ge)原因。這(zhe)些殘余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)被型(xing)材各(ge)(ge)個(ge)(ge)部分(fen)的(de)(de)(de)(de)相互(hu)作用力(li)(li)(li)所(suo)平(ping)衡(heng)(heng),因而可能改變(bian)上(shang)述縱向(xiang)殘余(yu)(yu)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)分(fen)布(bu)圖(tu)形(xing)。實踐經(jing)驗證(zheng)明(ming),棒材從塑性變(bian)形(xing)區流(liu)出后,由(you)于(yu)彈(dan)性變(bian)形(xing)的(de)(de)(de)(de)緣(yuan)故,其(qi)徑向(xiang)尺(chi)寸稍有增加(jia)。由(you)于(yu)徑向(xiang)尺(chi)寸的(de)(de)(de)(de)這(zhe)種(zhong)增加(jia),勢必對(dui)各(ge)(ge)同(tong)(tong)心(xin)(xin)環(huan)層之間(jian)造成一種(zhong)徑向(xiang)壓(ya)(ya)縮應(ying)(ying)力(li)(li)(li),這(zhe)種(zhong)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)狀(zhuang)態(tai)正如同(tong)(tong)一組承受有內、外壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)逐漸降低(di)為零的(de)(de)(de)(de)同(tong)(tong)心(xin)(xin)管(guan)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)狀(zhuang)態(tai)一樣。圖(tu)2-17b為徑向(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)分(fen)布(bu)示(shi)意(yi)(yi)圖(tu)。由(you)于(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)呈對(dui)稱分(fen)布(bu),所(suo)以(yi),盡管(guan)都為負號,但彼(bi)此之間(jian)仍可得到平(ping)衡(heng)(heng)。兩個(ge)(ge)已示(shi)出的(de)(de)(de)(de)縱向(xiang)和徑向(xiang)殘余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)分(fen)布(bu)圖(tu)形(xing),確定了(le)(le)圓(yuan)周應(ying)(ying)力(li)(li)(li)圖(tu)的(de)(de)(de)(de)分(fen)布(bu)形(xing)式(shi)。實際上(shang),由(you)于(yu)產生了(le)(le)徑向(xiang)壓(ya)(ya)縮應(ying)(ying)力(li)(li)(li),在外周環(huan)形(xing)層中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)橫向(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)只能是拉伸應(ying)(ying)務,因此,為了(le)(le)平(ping)衡(heng)(heng)各(ge)(ge)層之間(jian)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)力(li)(li)(li),內環(huan)形(xing)層中(zhong)(zhong)心(xin)(xin)的(de)(de)(de)(de)橫向(xiang)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)必須是壓(ya)(ya)縮應(ying)(ying)力(li)(li)(li)。

熱擠壓(ya)時(shi),由于(yu)工業鋁型材擠壓(ya)制品的(de)隨后冷(leng)卻(que),往往會改變上述的(de)應力(li)狀態,這種改變有(you)時(shi)是十分明顯的(de)。例如(ru),當緩慢冷(leng)卻(que)時(shi),常可導致類似(si)于(yu)進行低溫退(tui)火時(shi)的(de)結果,即可能(neng)使殘余應力(li)幾(ji)乎(hu)完全(quan)消除。在此表面積不大(da)的(de)型材中,由于(yu)熱慣性大(da),出現這種緩慢冷(leng)卻(que)形式的(de)可能(neng)性就較(jiao)大(da)。

在擠壓(ya)大直徑棒材(cai)和(he)厚壁工業鋁(lv)型材(cai)時,除了因(yin)組織轉變(bian)所引起的(de)(de)應力狀態(tai)的(de)(de)改變(bian)外,由于(yu)周邊層和(he)中(zhong)心層冷卻的(de)(de)不(bu)均(jun),也可能產生新的(de)(de)殘余應力。

周(zhou)邊(bian)層(ceng)的(de)快速冷(leng)卻,起(qi)(qi)初(chu)會導致周(zhou)邊(bian)層(ceng)的(de)收(shou)縮和縱向(xiang)拉伸應力的(de)增(zeng)加,而(er)后,由(you)于(yu)內(nei)層(ceng)熱量的(de)影響,這種應力可(ke)能(neng)會消失(shi)。然而(er),內(nei)層(ceng)金屬由(you)于(yu)受(shou)到(dao)冷(leng)卻而(er)產生收(shou)縮,從而(er)在(zai)周(zhou)邊(bian)層(ceng)此起(qi)(qi)縱向(xiang)壓(ya)縮應力,在(zai)內(nei)層(ceng)則引起(qi)(qi)拉伸應力。同時,也可(ke)能(neng)出現(xian)圓周(zhou)應力。

在(zai)這(zhe)里,應(ying)(ying)該注(zhu)意到(dao)直徑(jing)(或(huo)壁(bi)厚)的(de)(de)影響。顯(xian)然(ran),直徑(jing)(或(huo)壁(bi)厚)越小,熱慣性就越小,縱向層(ceng)的(de)(de)溫度就均衡得越快,出現(xian)溫度殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力的(de)(de)可能(neng)性就越小。在(zai)不對稱變(bian)形的(de)(de)條件下,由于(yu)出現(xian)了一種不對稱型的(de)(de)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)務,所以,增(zeng)大了總的(de)(de)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力值。

不(bu)對稱(cheng)型殘余(yu)應力的(de)(de)直接結果是使工業鋁型材(cai)擠(ji)(ji)壓(ya)制品(pin)產(chan)生(sheng)翹曲(qu)。在溫度不(bu)均勻的(de)(de)條件下(xia),也(ye)可能產(chan)生(sheng)不(bu)對稱(cheng)型殘余(yu)應務。當擠(ji)(ji)壓(ya)已變涼的(de)(de)管材(cai)時,由于冷管包住(zhu)了(le)熱針(zhen),所(suo)以,會產(chan)生(sheng)更大的(de)(de)應力。這種應力可能在管材(cai)上引起縱向裂紋。因此,減少變形(xing)區中的(de)(de)變形(xing)和溫度場的(de)(de)不(bu)均勻性具有十分(fen)重(zhong)要的(de)(de)意義。

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