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工業(yè)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(yè)(廈門)有限公司 瀏覽次數(shù):989

如果工業(yè)鋁型材在擠壓過程結束以后不經(jīng)受外務作用的話,那么,變形狀態(tài)的不均勻性是產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(nèi)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(chǎn)生的收縮要小一些。而中心層為完全消除彈性變形而產(chǎn)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(nèi),中心層產(chǎn)生了縱向壓縮應力,而其周邊層則產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(nèi)、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(chǎn)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(nèi)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,常可導致類似于進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(chǎn)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(nèi)層熱量的影響,這種應力可能會消失。然而,內(nèi)層金屬由于受到冷卻而產(chǎn)生收縮,從而在周邊層此起縱向壓縮應力,在內(nèi)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(chǎn)生翹曲。在溫度不均勻的條件下,也可能產(chǎn)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(chǎn)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。