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[摘 要]本文主要思考了挤压速度和摩擦状态对铝型材挤压过程的影响，探讨了整个过程中比较关键的一些因素，以及如何将这些因素进行有效研究和总结，供参考和借鉴。
[关键词]挤压速度，摩擦状态，铝型材，影响
中图分类号：TG379 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）41-0113-01
前言
在长期研究的过程中，发现挤压速度和摩擦状态对铝型材挤压过程的影响是存在的，所以，我们有必要进一步深入分析其影响的具体情况，提出更好的影响分析方法。
1、挤压过程的分类
从工艺可能性和实现条件的多样性上看，挤压工艺在各种金属压力加工过程中位于第一位。在对挤压过程进行分类时，毛坯变形图和毛坯变形条件的多样性、工艺常数数值及其变化规律的差异性，应该在理论上被反映出来，并在制定零件制造工艺时考虑进去。国内外在不同时期，提出了一些分类法，在相应的时期起了有益的作用。
與此相关，随着近年来挤压过程理论的发展及其实际应用领域的不断拓宽，需要结合新的研究成果，对挤压过程深入研究。
挤压的概念可以这样定义：挤压就是这样一种金属压力加工过程，该过程借助变形体整体或其一部分体积各个方向不均匀的压缩，将毛坯材料挤入模具工作零件形成的空间（开式的或封闭的）。此定义反映了挤压过程与其他过程的本质差别。术语“挤压”及给出的概念定义适应于过程的各种类型。
有学者将挤压过程分类组合成五大类十三种。这种分类的基础是挤压过程的最本质的特征，其中的每一个特征都反映了影响毛坯材料应力-应变状态，进而影响工艺常数数值的某一方面的过程的本质特性。
这种分类包括了挤压过程的所有类型：挤入半无限体（其中包括硬度实验）；挤入有限尺寸的物体中；制造机器、仪器和工具零件时所采用的各种挤压类型；在冶金领域中生产各种半成品（型材）所采用的各种挤压类型。
2、挤压件的温度变化影响
挤压件的温度变化影响产品质量和模具寿命。在产品方面，型材出口温度影响型材内部金相组织，冷却过程会影响型材形状尺寸精度；在模具方面，型材出口温度会影响模具工作带的变形及模具磨损，反过来又对产品形状和尺寸产生影响。对挤压过程而言，较高的坯料温度有利于流动应力降低，使材料变形更容易，但同时，由于材料温度太高又会导致过烧现象，使得允许的最大挤压速度降低，进而降低生产效率。分析铝型材挤压过程中挤压件温度变化，维持挤压过程温度的稳定，对保证挤压件质量、模具寿命及提高生产效率具有重要作用。在铝型材挤压过程中，热的坯料在加热的挤压筒和模具中被迫通过具有较小截面面积的模具工作带。施加到材料上的功一部分被克服变形阻力所消耗；一部分用于克服模具与材料间的摩擦、摩擦和变形产生的热而保留在变形的金属中；一部分被传递到挤压筒和模具；还有一部分被传递到尚未变形的坯料。加热的坯料和挤压筒之间以及挤压筒、挤压材料与环境间存在热交换平衡。当挤压件的变形热和摩擦热超过热散失时，挤压件温度升高，反之则降低。挤压坯料与挤压筒及模具间的摩擦状态对挤压件内部温度影响不大，摩擦热完全可以通过模具散失，挤压件内部温度的变化主要是由于材料变形热以及挤压材料与模具及环境间的热交换引起。挤压件内最高温度随速度增加而升高，速度越大，溫升越大。
模具最高温度随着挤压速度的增加而减少。这是因为，一方面，挤压速度越高，变形区产生的热量越多；另一方面，挤压速度越高，热传导需要的时间越少，导致大量变形热来不及扩散，使挤压件温升增高，而模具温升减低。所以，为了保证挤压件内部组织均匀稳定，需要采用较低的挤压速度，以维持挤压件温度的相对恒定。
温度最高点在挤压件内中心部位，沿着径向和轴向两侧均呈梯度下降，变形程度最大处温度最高，最高温度比初始温度高11.3℃，挤压件表面温度最低，最低温度比初始温度低6.3℃，温差范围是17.6℃。由于模具初始温度比坯料初始温度低30℃，使得加热坯料和挤压件产生的热量可以向模具传递，从而使挤压件的温度不致升高太大。模具与坯料接触的表面温度最高，外表面温度最低，说明模具接受了材料的热量传递，同时向环境散失热量。最高温度高于初始温度6.6℃，最低温度低于初始温度4.3℃。
3、模具载荷的影响分析
模拟结果显示，在不同摩擦因子和挤压速度条件下进行数值模拟，得到的下模载荷曲线的形状基本相同。峰值产生于压下量为6mm，即挤压材料前端已流出工作带的时刻。这时材料变形程度达到最大；此后，材料不断从工作带流出，变形区不再变化，但坯料的体积和摩擦面积逐渐减小，变形抗力和摩擦力都随之减小，所以模具受力会逐渐降低，后受多种因素如温度等的影响，使载荷趋于稳定；挤压末期，坯料末端参与变形时，变形抗力增加，挤压力再次升高。随着摩擦因子的增加，下模载荷基本呈线性增加，挤压速度为10mm/s时，在纯粘着状态（m=1）比纯滑动状态（m=0），下模负荷增加幅度约为16%。说明，改变模具表面粗糙度或润滑状态，可以明显改变模具载荷，可以通过提高模具表面质量来显著降低挤压力，降低模具开裂和磨损等缺陷产生的机率，延长模具寿命。另外，还可看出，挤压速度对挤压力变化影响不大。因为挤压速度越大，温升越高，降低挤压材料的流动应力，抵消了由于变形速度增加带来的对变形抗力的影响。
4、流动速度的影响
为比较不同摩擦因子对材料流速的影响，质点速度随着摩擦因子的增加而降低，m=1时比m=0时的速度降低11.6%，这是因为在挤压筒内很高的压力下，挤压筒、模具与坯料粘着在一起，接触表面的摩擦力阻碍材料的流动，说明通过改变模具表面粗糙度、润滑状况，或者局部改变工作带长度都可以明显影响型材出口流动速度。因此，在复杂形状铝型材挤压模具设计中，可以通过上述方法调整不同部位材料流速，达到型材截面上质点流速的均匀性，保证型材端面齐整和减少内应力。
5、结论
5.1 不同摩擦因子对挤压件温度变化影响不大，挤压件内部温度变化主要受变形程度影响。挤压速度越高，挤压件内温升越大。
5.2 在材料流出工作带时，模具受力达到最大值，模具载荷随着摩擦因子增加而增大，而与速度大小关系不大。
5.3 随着摩擦因子增加，材料流动阻力增加，型材出口流速降低。
5.4 在复杂形状铝型材挤压模具设计中，可以通过特征质点速度的跟踪方法，确定模具及工艺参数设计，达到调整不同部位材料流速的目的，从而改善型材截面上质点流速的均匀性，保证型材端面齐整，减少型材的内应力和翘曲变形。
结束语
综上所述，在挤压速度和摩擦状态对铝型材挤压过程的影响的分析过程中，本文总结了一些比较关键的影响因素，可以为今后的相关研究提供参考和借鉴，进而提高研究效果。
参考文献
[1] 徐卫红，葛玮，邹珺.基于ANSYS的空心铝合金型材挤压过程数值模拟及优化设计研究[J].热加工工艺，2015，07：172-175+178.
[2] 纵荣荣，郝秋红，李俊鹏，王京海，程仁策，程仁寨.轨道车辆用超宽幅薄壁铝型材的挤压速度仿真优化[J].锻压技术，2015，07：141-145.
[3] 高亚云，倪正顺，黄庄泉，邹立军，宋焘.工艺参数对铝型材挤压模具模芯变形的影响研究[J].湖南工业大学学报，2015，04：26-29.
[4] 钟建华，袁志燕，刘艳霞.基于AltairHyperXtrude的空心铝型材挤压成型仿真模拟[J].上海有色金属，2015，04：167-172.
[关键词]挤压速度，摩擦状态，铝型材，影响
中图分类号：TG379 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）41-0113-01
前言
在长期研究的过程中，发现挤压速度和摩擦状态对铝型材挤压过程的影响是存在的，所以，我们有必要进一步深入分析其影响的具体情况，提出更好的影响分析方法。
1、挤压过程的分类
从工艺可能性和实现条件的多样性上看，挤压工艺在各种金属压力加工过程中位于第一位。在对挤压过程进行分类时，毛坯变形图和毛坯变形条件的多样性、工艺常数数值及其变化规律的差异性，应该在理论上被反映出来，并在制定零件制造工艺时考虑进去。国内外在不同时期，提出了一些分类法，在相应的时期起了有益的作用。
與此相关，随着近年来挤压过程理论的发展及其实际应用领域的不断拓宽，需要结合新的研究成果，对挤压过程深入研究。
挤压的概念可以这样定义：挤压就是这样一种金属压力加工过程，该过程借助变形体整体或其一部分体积各个方向不均匀的压缩，将毛坯材料挤入模具工作零件形成的空间（开式的或封闭的）。此定义反映了挤压过程与其他过程的本质差别。术语“挤压”及给出的概念定义适应于过程的各种类型。
有学者将挤压过程分类组合成五大类十三种。这种分类的基础是挤压过程的最本质的特征，其中的每一个特征都反映了影响毛坯材料应力-应变状态，进而影响工艺常数数值的某一方面的过程的本质特性。
这种分类包括了挤压过程的所有类型：挤入半无限体（其中包括硬度实验）；挤入有限尺寸的物体中；制造机器、仪器和工具零件时所采用的各种挤压类型；在冶金领域中生产各种半成品（型材）所采用的各种挤压类型。
2、挤压件的温度变化影响
挤压件的温度变化影响产品质量和模具寿命。在产品方面，型材出口温度影响型材内部金相组织，冷却过程会影响型材形状尺寸精度；在模具方面，型材出口温度会影响模具工作带的变形及模具磨损，反过来又对产品形状和尺寸产生影响。对挤压过程而言，较高的坯料温度有利于流动应力降低，使材料变形更容易，但同时，由于材料温度太高又会导致过烧现象，使得允许的最大挤压速度降低，进而降低生产效率。分析铝型材挤压过程中挤压件温度变化，维持挤压过程温度的稳定，对保证挤压件质量、模具寿命及提高生产效率具有重要作用。在铝型材挤压过程中，热的坯料在加热的挤压筒和模具中被迫通过具有较小截面面积的模具工作带。施加到材料上的功一部分被克服变形阻力所消耗；一部分用于克服模具与材料间的摩擦、摩擦和变形产生的热而保留在变形的金属中；一部分被传递到挤压筒和模具；还有一部分被传递到尚未变形的坯料。加热的坯料和挤压筒之间以及挤压筒、挤压材料与环境间存在热交换平衡。当挤压件的变形热和摩擦热超过热散失时，挤压件温度升高，反之则降低。挤压坯料与挤压筒及模具间的摩擦状态对挤压件内部温度影响不大，摩擦热完全可以通过模具散失，挤压件内部温度的变化主要是由于材料变形热以及挤压材料与模具及环境间的热交换引起。挤压件内最高温度随速度增加而升高，速度越大，溫升越大。
模具最高温度随着挤压速度的增加而减少。这是因为，一方面，挤压速度越高，变形区产生的热量越多；另一方面，挤压速度越高，热传导需要的时间越少，导致大量变形热来不及扩散，使挤压件温升增高，而模具温升减低。所以，为了保证挤压件内部组织均匀稳定，需要采用较低的挤压速度，以维持挤压件温度的相对恒定。
温度最高点在挤压件内中心部位，沿着径向和轴向两侧均呈梯度下降，变形程度最大处温度最高，最高温度比初始温度高11.3℃，挤压件表面温度最低，最低温度比初始温度低6.3℃，温差范围是17.6℃。由于模具初始温度比坯料初始温度低30℃，使得加热坯料和挤压件产生的热量可以向模具传递，从而使挤压件的温度不致升高太大。模具与坯料接触的表面温度最高，外表面温度最低，说明模具接受了材料的热量传递，同时向环境散失热量。最高温度高于初始温度6.6℃，最低温度低于初始温度4.3℃。
3、模具载荷的影响分析
模拟结果显示，在不同摩擦因子和挤压速度条件下进行数值模拟，得到的下模载荷曲线的形状基本相同。峰值产生于压下量为6mm，即挤压材料前端已流出工作带的时刻。这时材料变形程度达到最大；此后，材料不断从工作带流出，变形区不再变化，但坯料的体积和摩擦面积逐渐减小，变形抗力和摩擦力都随之减小，所以模具受力会逐渐降低，后受多种因素如温度等的影响，使载荷趋于稳定；挤压末期，坯料末端参与变形时，变形抗力增加，挤压力再次升高。随着摩擦因子的增加，下模载荷基本呈线性增加，挤压速度为10mm/s时，在纯粘着状态（m=1）比纯滑动状态（m=0），下模负荷增加幅度约为16%。说明，改变模具表面粗糙度或润滑状态，可以明显改变模具载荷，可以通过提高模具表面质量来显著降低挤压力，降低模具开裂和磨损等缺陷产生的机率，延长模具寿命。另外，还可看出，挤压速度对挤压力变化影响不大。因为挤压速度越大，温升越高，降低挤压材料的流动应力，抵消了由于变形速度增加带来的对变形抗力的影响。
4、流动速度的影响
为比较不同摩擦因子对材料流速的影响，质点速度随着摩擦因子的增加而降低，m=1时比m=0时的速度降低11.6%，这是因为在挤压筒内很高的压力下，挤压筒、模具与坯料粘着在一起，接触表面的摩擦力阻碍材料的流动，说明通过改变模具表面粗糙度、润滑状况，或者局部改变工作带长度都可以明显影响型材出口流动速度。因此，在复杂形状铝型材挤压模具设计中，可以通过上述方法调整不同部位材料流速，达到型材截面上质点流速的均匀性，保证型材端面齐整和减少内应力。
5、结论
5.1 不同摩擦因子对挤压件温度变化影响不大，挤压件内部温度变化主要受变形程度影响。挤压速度越高，挤压件内温升越大。
5.2 在材料流出工作带时，模具受力达到最大值，模具载荷随着摩擦因子增加而增大，而与速度大小关系不大。
5.3 随着摩擦因子增加，材料流动阻力增加，型材出口流速降低。
5.4 在复杂形状铝型材挤压模具设计中，可以通过特征质点速度的跟踪方法，确定模具及工艺参数设计，达到调整不同部位材料流速的目的，从而改善型材截面上质点流速的均匀性，保证型材端面齐整，减少型材的内应力和翘曲变形。
结束语
综上所述，在挤压速度和摩擦状态对铝型材挤压过程的影响的分析过程中，本文总结了一些比较关键的影响因素，可以为今后的相关研究提供参考和借鉴，进而提高研究效果。
参考文献
[1] 徐卫红，葛玮，邹珺.基于ANSYS的空心铝合金型材挤压过程数值模拟及优化设计研究[J].热加工工艺，2015，07：172-175+178.
[2] 纵荣荣，郝秋红，李俊鹏，王京海，程仁策，程仁寨.轨道车辆用超宽幅薄壁铝型材的挤压速度仿真优化[J].锻压技术，2015，07：141-145.
[3] 高亚云，倪正顺，黄庄泉，邹立军，宋焘.工艺参数对铝型材挤压模具模芯变形的影响研究[J].湖南工业大学学报，2015，04：26-29.
[4] 钟建华，袁志燕，刘艳霞.基于AltairHyperXtrude的空心铝型材挤压成型仿真模拟[J].上海有色金属，2015，04：167-172.