【6061铝管厂家】挤出铝型材波动成形的原理剖析
1.前言
铝合金型材在挤压成型成型全过程中，因为遭受挤压成型料层、模貝内孔、分离孔、焊合腔、工作中带表层等位置的强烈磨擦，各部位的水流量是极不匀称的。当挤压成型样子不一样，各一部分规格，样子相距非常大的产品时，这类流动性不匀称性更会明显提升。并且，在冲压模具生产制造中，各位置流动性速率的差别不太可能彻底的清除或调节。因而，挤压成型成型中，不可以防止的会造成各种各样成型缺点，如扭拧、弯折、波浪纹、裂痕等[1]。冲压模具在应用中，铝合金型材大便不成型、波浪纹、弯折等因为金属材料挤压模孔速率不匀称造成的试件不过关，是导致试件不过关的关键缘故之一。为了更好地清除之上这种缺点，最理想化的結果便是金属材料在挤压模孔时，每个位置每个简谐运动的金属材料流动性速率均保持一致。而具体的状况是，金属材料在挤压模孔时，即便 非常简单的铝合金型材也不太可能每个简谐运动都得到同样的流动性速率。因而，必定存有一个速率差别范畴，当金属材料挤压模孔时，当每个简谐运动的挤压速率差别在这里一个范畴以内时，挤压的铝合金型材可以平稳成型。
2.平稳成型原理剖析
依据最基本上的金属材料塑性变形成型基本原理，金属材料在塑性形变时，一直朝着形变摩擦阻力最少的方位流动性。因而，金属材料的地应力情况是危害金属材料流动性形变的压根要素。在挤压成型成型出材的全过程中，普遍的一些成型缺点，如波浪纹、扭拧、脊柱侧弯等，产生的直接原因是挤压的金属材料的地应力负荷超出了维持其原先平稳情况的临界值地应力，进而使挤压金属材料产生弯折、皱曲、扭曲等形变。
针对挤压模孔的金属材料，一般状况下，只遭受模孔出入口横截面的管束功效，在其他方位、部位上均处在随意情况（忽视了与挤压成型方位竖直的作用力功效和挤压成型牵引带机器设备的承受力功效），如图所示1所显示。而在离模孔出入口充足远的部位，金属材料的塑性变形成型早已进行，因而，调查挤压成型成型出材的可靠性，只需对从模孔出入口之外的一小段开展调查。
以简易的扁条铝合金型材为例子，对挤压模孔的金属材料开展应力分析。针对挤压成型成型的铝合金型材来讲，铝合金型材的厚度对比各铝合金型材边界层一般较小，可看做为金属薄板。
若金属材料挤压模孔各部位的径向速率完全一致，即vxi vout，且vyi0(1)
则挤压一部分的金属材料各位置的流动性地应力相同，金属材料不产生形变。
若金属材料挤压模孔各部位的速率不彻底相同，假定管理中心部位的金属材料挤压较快，假定BC段的速率为v1，边沿部位的金属材料流动性速率比较慢，AB、CD段的速率为v2, 有v1 > v2，如图2(1)所显示。在一个很短的時间Δt后，BC段顺着挤压成型方位往前健身运动了v1 Δt，抵达B'C'，而AB、CD段则顺着挤压成型方位往前健身运动了v2Δt，抵达A'B''和C''D'部位。如图2(2)所显示。
a) 水准主视图 b)轴侧视图
图1 挤压模孔金属材料
Fig. 1 Extruded metal
图2 出材成型基本原理
Fig. 2 Principle of extrudate deformation
又依据金属材料塑性形变的持续性标准，B'点和B''点应该是同一个点。而在图2(2)的形变全过程中，B'C'段比A'B''段和C''D'段多往前健身运动了B'B''的间距。因而，在金属材料挤压模孔历经時间Δt后，“伸展”较多的BC段金属材料将遭受其正前方已挤压金属材料的挤压成型地应力σp，进而限定了挤压迅速的部位金属材料的挤压；而“伸展”较少的AB、CD段则遭受已挤压金属材料拉申的地应力σd，推动挤压比较慢部位的金属材料的挤压，进而使速度两一部分的金属材料保持同样的速率挤压，确保金属材料总体上的挤压形变持续，如图2(3)所显示。
在出入口部位挤压模孔迅速的边界层上，金属材料遭受压地应力的功效；而挤压模孔比较慢的边界层上，金属材料则遭受拉应力的功效。又因为金属材料的形变和负荷全是持续的，在“快”和“慢”中间，必定有一个临界值于“快”、“慢”中间的部位，即图2(3)中的BB'联线和CC'联线的部位上，金属材料既不受拉亦不受力。在F. Halvorsen和T. Aukrust的科学研究[2]之中，剖析了金属薄板铝合金型材挤压后各部位的金属材料流动性速率遍布。获得了其遍布规律性合乎A Be-C的方式。如图所示3所显示（图上，x轴表明铝合金型材横截面上某点至管理中心中心线的间距，y轴是对应当点的速率），再界定：
Δvc vmax- vmid (2)
Δvt vmid- vmin (3)
Δvλ Δvc(1- e-1) (4)
(5)
在其中，vmax为出入口横截面的较大 速率，vmid为边界层上地应力荷载为0的临界值表面金属材料的挤压速率，λ为间距较大 速率部位的矩阵的特征值，界定特点应变速率[2]，
(6)
x为相对应点至铝合金型材管理中心部位的间距。图3的虚线为有限元分析得到的曲线图，而斜线为相匹配的式(5)对数函数的遍布曲线图，二者有不错的符合。
图3 金属薄板铝合金型材挤压方位的速率遍布[2]
Fig. 3 Plot of the velocity distribution in the extrusion direction along the symmetry plane
3.塑性变形曲屈难题
板壳的基础理论之中，經典的可靠性界定[137,138]是在外面载不会改变的状况下，若历经一个细微的振荡，构造从一个平衡状态转至另一个邻近的平衡状态，则原先的平衡状态不是平稳的。若振荡祛除后构造仍可以返回它原先的平衡状态，则这类平衡状态是动态平衡的。
针对高溫下铝合金型材挤压成型成型出材失衡的难题归属于板的塑性变形曲屈难题。板的塑性变形曲屈远比延展性曲屈繁杂，它务必考虑到离散系统的物理学关联[4]。针对板的塑性变形曲屈那样的非传统难题，一般只有选用驱动力规则对曲屈开展判断，即在比较有限n维空间内创建某力学系统的驱动力均衡方程组，以ui(i=1,2,…,n)为系统软件理论的偏移，为相对应的广义速度。若针对理论偏移和广义速度在某力度范畴内的随意初值，求得初值问题获得的全部時刻下的和都低于某特定的值和，则系统软件是均衡平稳的[3]。殊不知驱动力规则在运用上仍有很多重大问题有待处理，因而，通常仍是根据在延展性曲屈临界值地应力荷载上加上折减指数等方式开展解决。在文中的剖析中，以式(7)的临界值地应力估计式做为曲屈荷载的判断公式计算。
(7)
在其中，k为临界值地应力指数，η为塑性变形折减指数，β为铝合金型材的样子指数，E为原材料的弹性模具，μ为原材料的泊松比，t为铝合金型材墙板的厚度，b为铝合金型材墙板受力地区的总宽。
依据前边的剖析，铝合金型材墙板受力地区的总宽b与铝合金型材墙板的总宽L是2个不一样主要参数。在挤压成型出材墙板的横截面上，既存有受力的地区另外也存有受拉的地区。而受力地区的总宽b与铝合金型材墙板的总宽L及其出入口横截面的速率匀称水平的遍布状况相关。在其他要素同样的状况下，b伴随着L的扩大而扩大。因为受力地区的总宽b在具体挤压成型全过程中没法精确测量，故式(7)无法开展运用和比照，而b与铝合金型材墙板的总宽L中间类似的具备线性相关，因而类似的觉得一个边界层上受力和受拉的地区各占50%，则有 b=L/2。不难看出，当铝合金型材的厚度越小，相匹配部位的边界层越宽时，铝合金型材造成皱曲、波浪纹等缺点的概率越大。
式(7)中的铝合金型材样子指数β与铝合金型材横截面的复杂性相关，铝合金型材横截面交叠的边界层越多，则不一样边界层中间互相的管束越大，某一边界层造成皱曲必须的临界值荷载则越大。因而，针对简易的金属薄板边界层，β = 1。而针对一般的普遍铝合金型材，β在1.3~1.6中间赋值；针对繁杂横截面的铝合金型材，β可用到2~2.5。
又针对图2金属薄板铝合金型材出入口原始部位的ABCD面，挤压速率的速度是由冲压模具的构造要素等决策的，即ABCD面的速率尺寸遍布是平稳的。而挤压速率场的速度差别越大，BB'和CC'中间金属材料的挤压量将愈来愈多，BC段金属材料保持原先的平稳的挤压产生的压地应力σp越来越大，一样AB、CD段的拉应力σd也越来越大。因而，因为速率差别造成的铝合金型材边界层上的地应力最高值若仍低于铝合金型材各边界层的平稳临界值荷载σcritical，则铝合金型材长期保持成型。若其地应力最高值超出了临界值荷载σcritical，则在应力场超出临界值荷载的铝合金型材边界层，很有可能产生失衡的状况，即造成波浪纹、弯折的缺点。而针对金属薄板预制构件的可靠性难题，构造中的压地应力是危害预制构件可靠性的关键要素，预制构件中的拉应力通常不容易造成系统软件的失衡、皱曲。因而，挤压铝合金型材平稳的标准应描述为：
σpmax ≤ σcritical(8)
综合性式(7)、式(8)，能够发觉铝合金型材金属薄板的曲屈与铝合金型材的厚度t、铝合金型材边界层的总宽L有紧密的关联。铝合金型材的厚度t越大，铝合金型材边界层的总宽L越钟头，相匹配边界层的平稳临界值荷载越大。
4.结果
在F. Halvorsen和T. Aukrust对挤压成型成型曲屈造成原理的科学研究上开展了更加深入一步的科学研究，融合塑性变形曲屈基础理论，以临界值地应力估计式做为曲屈荷载的判断公式计算，明确提出了挤压铝合金型材平稳的标准。铝合金型材的厚度t越大，铝合金型材边界层的总宽L越钟头，相匹配边界层的平稳临界值荷载越大。(1) 构造中的压地应力是危害预制构件可靠性的关键要素，预制构件中的拉应力通常不容易造成系统软件的失衡、皱曲。
(2) 铝合金型材金属薄板的曲屈与铝合金型材的厚度t、铝合金型材边界层的总宽L有紧密的关联。铝合金型材的厚度t越大，铝合金型材边界层的总宽L越钟头，相匹配边界层的平稳临界值荷载越大。
