初探不同挤压速度对铝型材挤压过程的影响

初探不同挤压速度对铝型材挤压过程的影响
摘要：在实际操作过程中，作为铝型材挤压过程中的重点工艺条件之一，挤压速度的不同往往会直接影响到铝型材挤压产品的质量、模型的使用时间、生产的效率以及挤压力等，而挤压过程中的相关工艺参数是决定挤压工艺成功或失败的重要条件，也是铝型材挤压过程的重要影响因素。

本文主要分析了挤压过程中因挤压速度不同，而导致的温度、模具荷载、材料流动等因素对铝型材挤压的影响，并总结出一定的规律。

关键词：挤压速度温度模具荷载材料流动铝型材挤压过程
1引言
因为具有耐腐蚀性强、质地轻、强度高、外表美观等优点，铝型材被广泛应用于建筑、机械等方面，铝型材挤压工艺需要严格按照相关的理论指导，才能使铝型材的设计更加符合标准，满足市场需求，已占据更大的市场份额。

铝型材的挤压工艺是重要的设计内容，对于铝型材的挤压工艺的相关参数的选择更是决定挤压工艺成功率的重要因素，不同的挤压速度使得铝型材挤压产品的质量、模型的使用时间、生产的效率以及挤压力也不同，是挤压工艺中的一项重要参考因素。

挤压过程中因挤压速度不同，而导致的温度、模具荷载、材料流动等因素对铝型材挤压的影响，其中，不同挤压速度下，不同挤压部
位的温度是相对来说比较难以控制和准确测量的一个因素，因此在挤压过程中采用数值模拟技术来克服这项困难。

现阶段，限元法被广泛的应用于铝型材挤压过程中的相关参数的模拟数值的研究。

然而，由于铝型材在挤压过程中容易发生形变而且变形程度也比较大，往往挤压比会达到甚至超过一百，所以在研究和计算过程中，通常会采用使用有限元法对铝型材挤压过程的数值模拟与使用只局限于简单的挤压形状和较小的挤压比。

也因为这样，许多国家的相关研究人员都会选择有限体积法来模拟铝型材的挤压过程的相关参数，并获得了一定的成果。

本文就有限体积法来模拟铝型材挤压过程中的相关参数的方法进行了简单的分析，重点分析了不同挤压速度下对铝型材温度分布、挤压力以及材料流速分布等因素的规律性影响，以求有助于今后铝型材的挤压设计的优化。

2不同挤压速度对铝型材的影响规律
挤压速度是铝型材挤压过程中的重要工艺，挤压速度的不同往往会直接影响到铝型材挤压产品的质量、模型的使用时间、生产的效率以及挤压力等。

在铝型材的挤压过程中，因挤压速度不同，而导致的温度、模具荷载、挤压力、材料流动等因素对铝型材挤压的影响是具有一定的规律性的。

而这些因素的影响规律的研究对于将来铝型材挤压过程设计的优化与完善具有重要意义。

2.1挤压速度对温度的影响
铝型材的产品品质以及磨具使用时间的长短都会受到挤压过程中温度变化的影响。

对产品来说，铝型材内部金相的构成情况在很大程度上会受到出口温度的影响，而且在铝型材的冷却过程中，常常会发生铝型材形状和尺寸测量的准确度；对模具来说，铝型材由于出口温度的变化会导致模具的磨损以及工作带的形变，最终使得产品的形状和尺寸受到难以恢复的影响。

在挤压过程的设计之初，采用温度较高的胚料对于降低流动应力很有帮助，使铝型材的形变易于发生，但是，因为挤压过程中的材料温度太高而发生了过烧现象，导致最大挤压速度减小，使得生产效率降低。

所以说，在铝型材的挤压过程中，要认真分析挤压时各部件的温度变化规律，使挤压过程中温度的变化相对稳定，才能有助于使铝型材在不同温度、不同挤压速度下能够保证挤压产品的质量、模具以及模具工作带的较长的使用寿命和较高的产品生产效率。

例如，当挤压速度为15mm/s时，在对铝型材进行挤压时，挤压部件内部的温度会随着不同摩擦因子下挤压量的不同而发生变化，而挤压筒、模具与挤压材料之间的摩擦对于挤压部件的内部温度变化的影响并不是很显著，因为，挤压过程中，摩擦产生的热能可以通过热传递的形式通过模具得以散发，所以，铝型材在挤压过程中与模具和环境之间的热交换以及铝型材的热变形是引起挤压材料内部温度变化的主要原因。

若选定摩擦因子为0.9，以三种不同的加压速度挤压铝型材，经分析可得出挤压部件内部的温度随挤压速度的改变呈现规律性变化，即随着挤压速度的增大，挤压部件的内部温度
随之不断升高；若定模具下压量为30mm，仍以三种不同的速度挤压铝型材，进分析可知，模具的最高温度随挤压速度的变化而呈规律性变化，即挤压速度越大，模具的最高温度越小。

在铝型材的摩擦系数为零时，若此时的挤压速度为10㎜/s，挤压量为10㎜时，挤压部件的最高温度出现在挤压部件的中心部位，以挤压部件的轴向和径向向两端呈现梯度的温度下降，同时，温度最高的地方也是形变最大的地方，温度相对起始温度超出11.3℃，温度最低的部位为挤压件表面，最低温度低于起始温度约6.2℃，温度的辐动范围大于为17.5℃。

挤压速度不同对铝型材挤压过程中模具温度变化产生的影响规律有两个方面，一方面是铝型材变形区的热量随挤压速度的增大而增大；第二方面是，随着挤压速度的不断增大，产生的热量越来越多，热传导所占用的时间越少，使得挤压部件变形产生的热量不能及时的扩散，最终导致挤压部件内的温度升高而模具表面的温度降低，所以，为了使挤压部件内的温度保持稳定，在铝型材的挤压过程中要尽可能的降低挤压的速度，以确保挤压部件内部温度的相对稳定。

2.2挤压速度对模具载荷的影响
挤压过程中，不同的挤压速度下进行数值模拟，下模载荷的变化情况基本没有太大的不同。

例如，在挤压速度为15㎜/s，摩擦因子为0.3时，对下模载荷变化进行检测，可以根据相应的曲线图可知，当挤压量为9㎜时，出现载荷变化的最大值，此时挤压材料的头部已经离开模具工作带，与此同时，挤压材料的形变程度达到最大，这以
后，伴随着材料的流出，形变差基本不发生改变。

但是，胚料会因为体积以及摩擦面的减少而抗变形力、摩擦力降低，磨具的受力也降低，又因为其他因素的影响逐渐达到稳定状态。

在挤压的最后阶段，胚料的抗变形力和挤压力由于末端的形变而有所提高。

一般来说，挤压力受挤压速度的变化影响不是很大，在铝型材的挤压过程中，挤压速度增大，随之温度升高加快，材料的流动应力降低，从而使铝型材的抗形变力不会随挤压变形速度的改变而改变。

与此同时，伴随着挤压速度对铝型材挤压过程中的温度影响，因速度不同而导致的摩擦力的改变也会影响温度的变化。

不同速度下摩擦因子不断增加时，下模载荷也会随之变化，基本上为线性变化趋势，比如，在挤压速度为15mm/s 时，在随着摩擦因子由纯粘状态即摩擦系数为1，到纯滑动状态即摩擦系数为0的变化过程中，下模载荷增加了约24%左右。

所以说，模具的载荷也可以随着模具表面粗糙或润滑状态的变化而变化，可以采用增大模具表面的重量来使挤压力得到显著的降低，从而使得模具不易发生磨损和开裂等缺陷和损坏，达到了延长模具使用寿命的工艺目的。

2.3挤压速度对材料流动速度的影响
在研究挤压速度不同对铝型材流动速度的影响时，要选取模具工作出口处的铝型材表层上带特定的一点为研究点，得到挤压量为30㎜时，流动速度与挤压速度的变化关系，通常来说挤压速度越大，摩擦力越大，铝型材的流动速度会随着摩擦因子的增大而减小。

在挤压
速度很大时，挤压筒内的压力会升高，模具、胚料以及挤压筒之间互相粘在一起，使得铝型材表面的接触摩擦力增大，从而阻碍其在工作带上的流动。

所以，在设计过程中，可以通过改变模具工作带的长度，或者改变模具表面的粗糙程度以及润滑状况都会因此而改变铝型材出口的材料流动速度。

此外，对于形状比较复杂多样的铝型材模具挤压设计过程中，也可以采用上述方法来改变材料不同部位的流动速度，从而使得铝型材截面处的质点匀速流动，以确保铝型材内部流动应力的减小和各端面的平整。

3铝型材挤压过程中的注意事项
从以上不同挤压速度对铝型材挤压过程的影响可知，在铝型材的挤压过程中应注意的事项有：首先要认真分析挤压时各部件的温度变化规律，使挤压过程中温度的变化相对稳定，才能有助于使铝型材在不同温度、不同挤压速度下能够保证挤压产品的质量、模具以及模具工作带的较长的使用寿命和较高的产品生产效率；其次，在铝型材的挤压过程中要尽可能的降低挤压的速度，以确保挤压部件内部温度的相对稳定。

最后，在设计过程中可以通过改变模具工作带的长度，或者改变模具表面的粗糙程度以及润滑状况都会因此而改变铝型材出口的材料流动速度，然而，对于形状比较复杂多样的铝型材模具挤压设计过程中，也可采用同样方法来改变材料不同部位的流动速度，从而使得铝型材截面处的质点匀速流动，以确保铝型材内部流动应力的减小和各端面的平整。

4总结
综上所述，铝型材的挤压过程中，挤压速度的不同会影响到挤压部件的各部位温度的变化，挤压速度越大，挤压过程中部件内部的温度升高越快；对于铝型材的模具载荷而言，挤压速度的不同对模具的受力影响一般不是很大；对于挤压过程中模具的流动速度会因为挤压速度增大导致摩擦力增大而最终影响到铝型材的流动速度；对于形状复杂的铝型材可通过一系列方法来调整各个部位材料的流动速度，以确保铝型材内部流动应力的减小，保证翘曲变形的减少以及各端面的平整。

参考文献
[1]庞祖高，张银意，唐志强．挤压速度对铝型材分流模寿命影响的模拟分析．锻压技术,2010年1期.
[2]陈彪彪.广东工业大学：材料加工工程.铝型材挤压的数值模拟及工艺研究,2012.
[3]郭加林,项胜前,李旭,周春荣.挤压温度和速度对6063铝型材组织条纹的影响．Lw2010第四届铝型材技术(国际)论坛,2010.
[4]何钊,王赫男,王孟君.复杂铝型材挤压过程的模拟与试模.中国有色金属学报（英文版）,2012年7期.。