工业铝型材挤压金属流动特征及影响

1.接触摩擦与润滑的影响

工业铝型材挤压时流动的金属与工具间存在接触摩擦力，其中以挤压筒壁上的摩擦力对金属流动的影响最大。当挤压筒内壁上的摩擦力很小时，变形区范围小且集中在模孔附近，金属流动比较均匀，而当摩擦力很大时，变形区压缩锥和死区的高度增大，金属流动则很不均匀，以至促使锭坯外层金属过早地向中心流动形成较长的缩尾。可见，接触摩擦力对金属的流动均匀性产生不衣的影响。但是，在某些情况下，可以有效地利用金属与工具之间接触摩擦和冷却作用来改善金属的流动，如在挤压工业铝型材时，锭坯中心部分的金属受到穿孔针摩擦作和和冷却作用，而使其流速减缓，从而使金属流动变得较为均匀，减少产生缩尾的长度；在挤压断面壁厚变化急剧的复杂异形铝型材时，在设计模孔时利用不同的工作带长度对金属产生不同的摩擦作用来调节铝型材断面上各部分的流速，从而减少工业铝型材的扭拧、变曲度，提高产品的精度；近年来发展起来的“有效摩擦挤压”，则是利用摩擦力作为一种推动力来实现挤压过程。

2.工业铝型材基材本性的影响

金属及工业铝型材的强度与塑性对流动景象也有很大的影响，一般来说，强度越高，黏性越小；挤压温度越低则金属流动性越均匀。对于同一种金属或铝合金来说，其铸锭在挤压前加热条件对金属流动性也有一定的影响。当锭坯加热不均匀时会影响其横断面上变形抗力的均匀性，从而导致金属流动不均匀。

3.工业铝型材挤压方法的影响

一般来说，反向挤压比正向挤压流动均匀，润滑挤压比不润滑挤压流动均匀，冷挤压比热挤压流动均匀，有效摩擦挤压比其他挤压方法流动均匀。

在润滑挤压筒表面和穿孔针的条件下，用空心锭挤压铝管材和空心铝型材时，其金属流动类似于润滑挤压实心工业铝型材时的金属流动，即变形集中模孔附近。在不润滑挤压筒表面的条件下，表面层产生强烈的剪切变形，而且塑性变形扩展到锭坯的整个体积内，这类似于不润滑挤压实心型材时的情况。用穿孔针挤压时，由于穿孔针占据了锭坯的中心部分和穿孔针表面上的摩擦力的作用，减少了金属中心层的超前运动，因而减少了变形的不均匀性，而且可避免中心缩尾的形成。

用组合模挤压空心铝型材时，其金属流动景象无本质上的区别。金属进入焊合室以前，其流动情况类似于用多孔模挤压圆棒时的情况。多股金属流焊合时，其金属流动相当于用穿孔针挤压管材时的情况。当挤压过程继续进行时，实际上形成了稳定的弹性区，开始稳定流动阶段，在这一阶段中，锭坯表面上的各种缺陷很难进入焊合区。在挤压过程的最后阶段，当挤压垫片接近模桥时，围绕模桥的中心层金属，沿挤压垫片移动较慢，而径向上的金属流动速度较快，锭坯表面层金属可能流入焊合腔，因此为了保证产品的焊合质量，应留足够长的挤压残料。

在有效摩擦挤压时，利用金属与挤压筒间的摩擦力使金属流入模孔。当金属进入塑变区之前，坐标网格的横线就发生了与正向挤压时所观察到的相反方向的弯曲。锭坯周边层的金属比中心层流动得快，在挤压时金属流迅速地向工业铝型材的中心部分移动，同时锭坯接触层也流入模孔，产生附加压缩，增大中心层的变形。在有效摩擦挤压时，难变形区仅分布在挤压筒与平面模连接处以及挤压垫片的中心处。当用锥形模挤压时，则不产生前端难变形区。沿工业铝型材挤压长度方向的变形分布比较均匀，其前端变形量不足的长度比正挤压时大约减小50-75%，而在整个过程中，每一层的变形量实际上是不变的，沿工业铝型材横断面上变形的不均匀性不超过8%。

有效摩擦挤压时，其工业铝型材产品的组织与力学性能的分布情况与反向挤压时相似，而锭坯周边层在塑变区压缩部分产生附加拉应力比反挤压时要小，这就有可能显著地提高金属的流动速度。