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鋁型材擠壓變形過程中溫度變化控制工藝
鋁型材正擠壓與反擠壓工藝的變形熱控制:
鋁型材擠壓生產(chǎn)過程中,擠壓溫度對鋁型材的組織、性能影響很大。而影響擠壓溫度的因素除了鑄錠在擠壓前的加熱溫度外,金屬在變形過程中,由于外界施加的力,使得金屬發(fā)生塑性變形時的變形能中的極小部分消耗在金屬原子點陣發(fā)生畸變,使內(nèi)能增加外,絕大部分將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋?a href="http://0369jjj.com/class/view?id=117" target="_blank">鋁型材擠壓生產(chǎn)時,金屬與工具的摩擦,包括??撞糠趾蛿D壓筒部分的摩擦,產(chǎn)生摩擦熱。也就是說,擠壓做功時大部分都轉(zhuǎn)變成了熱能,這些熱能使變形金屬的溫度升高,也可能使相關(guān)工、模具的溫度有所上升。
將擠壓時做功所產(chǎn)生的熱量分為3部分:
Q?-------包括外力Rs、Tz做功時除發(fā)生點陣畸變外所產(chǎn)生的熱量;
Q?-------金屬與擠壓筒壁摩擦即Tt做功所產(chǎn)生的熱量;
Q?------金屬與擠壓模壁摩擦即Td做功所產(chǎn)生的熱量。
Q?=(Rs+Tz)(Lo-L*)
Q?=ˉTt(Lo-L*)
ˉTt=(Tmax-Tmin)/2
Q?=Td(Lo-L*)
擠壓做功產(chǎn)生的總熱量為:
Q=Q?+Q?+Q?=[Rs+Tz+T(max-Tmin)/2](Lo-L*)
其熱量引起的溫升為:?t=kQ/cVp
式中,k---提高鋁型材晶體點陣能所消耗的功的系數(shù),k=0.9-1.0;
ˉTt---鋁型材與擠壓筒壁之間的平均摩擦力,N;
Tmax---鋁型材與擠壓筒壁之間的最大摩擦力,N;
Tmin---鋁型材與擠壓笥壁之間撮小摩擦力,N,Tmin=0;
C---金屬的比熱容 ,kJ(kg·℃);
V---變形物體的體積,cm3;
ρ---密度,g/cm3;
Lo---鐓粗后的鑄錠長度,cm;
L*---殘料長度,cm;
計算在上述同等擠壓條件下產(chǎn)生的溫升,取k=0.9,則正擠壓,Lo-L*=65.89:
?t=(0.9×347958.04×65.89)/(1.063×103010.8×2.7)=69.8℃
反擠壓:
?t=(0.9×326602.85×71.39)/(1.063×103010.8×2.7)=71.0℃
上述計算結(jié)果表明,擠壓2A12鋁型材,擠壓筒直徑?420mm,擠壓溫度400℃,鐓粗后鑄錠長度為743.9mm,正擠壓殘料長度85mm,反擠壓殘料長度30mm,其溫升沒有明顯差異。
在生產(chǎn)實踐中測得反向擠壓2A11鋁棒材擠出的鋁型材前端溫度比鑄錠的實際溫度高20-50℃,尾端溫度比前端高5-10℃,即擠壓2A11合金引起的溫升為?t=20-60℃,比2A12合金計算的結(jié)果略低,但其變形抗力也比2A12鋁型材低。可見計算結(jié)果與實際溫升基本上也是吻合的。當(dāng)然隨著擠壓過程中條件的變化,溫升也隨之產(chǎn)生波動,實際溫升波動較大是正?,F(xiàn)象。
但是,有幾個問題需要說明 :
(1).計算時忽略了鐓粗變形產(chǎn)生的形變熱。
(2)取系數(shù)k=0.9,未再考慮鋁型材與擠壓筒壁之間的熱傳導(dǎo)。
(3)正、反擠壓鑄錠長度相同,但殘料長度不一致,正擠壓為85mm,反擠壓為30mm。若反擠壓所留殘料與正擠壓相同,則反擠壓計算的溫升為65.5℃,比正擠壓低4.3℃。
(4)無論是正擠壓還是反擠壓,提高擠壓速度會使溫升迅速增高。當(dāng)速度提高到一定程度時,可能形成一絕熱過程,引起某些低熔點物質(zhì)熔化,產(chǎn)生嚴(yán)重裂紋,甚至引起部分鋁型材熔化。