论挤压毛刺的形成原因.doc

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1、表面毛刺的形成：挤压速度极限图中的新极限A.J.denBakker,NedalAluminum,Utrecht,TheNetherlands(荷兰)X.Ma,M2iMaterialsInnovationInstitute,Delft,TheNetherlands(荷兰)R.W.Werkhoven,TNOScience&Industry,TheNetherlands（荷兰）M.B.deRooij,UniversityofTwente,Enschede,TheNetherlands（荷兰）摘要：铝挤压材的表面质量

2、常由不希望出现的产品缺陷特性所制约，如毛刺。毛刺形成的关键区域在模具的工作带，在此处可分出粘性区和滑移区。滑移区的长度可根据工作带的压力分布及摩擦行为进行计算。在滑移区内，挤压制品上的铝会转移至模具表面。基于毛刺的形成机理，创建了一种描述铝挤压产品表面质量的模型。该模型计算了工作带表面铝瘤的形成，生长以及脱落。其中重要的参数是工作带的微观几何形貌，铝合金特定行为，工作带上的压力分布，以及挤压参数，如挤出速度和挤压材的表面温度。从AA6063实验室规模试验测量的结果表明：实际情况同模型符合性很好。以表面质量图表

3、的形式介绍了计算结果，而且还介绍了毛刺数的归一化计算曲线。结合传统的挤压极限图，这些表面质量图表开启了一扇改进实际操作工艺的观察窗口。简介：挤压极限图（见图解1）是表示无缺陷挤压安全操作边界的规定。该工艺窗口一边由压力和达到适当的机械性能的限制线包围，另一边由表面缺陷开始产生的限制线包围，如模线多、撕裂等由热问题引起的缺陷。在极限区内，可以避免这些缺陷。从产品质量和生产效率考虑，最佳的操作条件的区域位于直线图中的“最高点”。图1.挤压极限图的图解说明表面毛刺的产生是同挤压制品质量要求相关的主要问题之一，但不是

4、由现有的挤压极限图确定的一个缺陷特征。毛刺的形成主要由挤压模工作带区域决定的。以前的文献区分工作带区间的描述是：在工作带上，滑移区位于工作带进口处，粘性区位于工作带出口处。粘性区和滑移区的分界点是，由挤压材同工作带之间界面处的剪切强度同铝的剪切强度之比控制。当这个比例高时，工作带同挤压材界面处的滑移受到阻碍。粘性摩擦是表面质量的主要因素。如果工作带上的压力分布和摩擦系数已知，那么可以计算工作带上滑移区的长度。在滑移区内，工作带和挤压制品表面之间局部粘附性铝的转移，能在挤压材表面形成毛刺。毛刺以断续撕裂痕的形貌

5、在铝挤压材表面出现，常常以一种高出表面几百微米的突出金属瘤状物终止。挤压材表面毛刺的图解说明见图2：挤压方向图2.挤压材上典型毛刺的图解说明金属瘤的形成模型：表面毛刺形成过程可以概括为发生在工作带上滑移区的四个连续的阶段，见图3：1.起始阶段：模具钢和铝之间产生摩擦，发生了铝转移到模具工作带表面的现象。此过程发生在滑移区，起始点发生在硬质模具粗糙的部位。2.生长阶段：在这个阶段，随着铝的不断转移至模具工作带上，起始点（后称金属瘤）将会逐步长大。铝不断地增加到铝瘤上，形成一种多层结构。在此生长步骤中，因为金属瘤

6、之中存在“竞争”现象，在其他大多数金属瘤长大后，可能有些粘附在模具上的金属瘤已经首先失去接触。此时，通过接触和接着合并其他许多小金属瘤，金属瘤将会长大至100μm左右。3.脱附阶段：有些临界大小的金属瘤，由于在金属瘤和移动的挤压材之间存在高速摩擦，导致金属瘤产生翻转，最终从工作带上脱附。但，金属瘤顶端还同工作带表面接触，这样使得金属瘤沿着挤压方向弯曲。（见图2顺时针方向）4.拖尾形成阶段：在此阶段，脱附的金属瘤粘附在模具工作带的缝隙中，，直到金属瘤的底部和顶部同工作带及挤压材表面接触，但金属瘤同模具工作带的摩

7、擦力阻止了金属瘤同挤压材一起移动，结果在移动的挤压材表面形成了一个拖伤的印痕。为了评估毛刺在表面形成的程度，假设脱附的金属瘤的数量代表挤压材表面毛刺形成的程度。根据以前的文献描述，建立了一种能计算从模具工作带上脱附的毛刺数量的数学模型。此数学模型是基于以前的数学模型基础上发展的，主要针对的是工作带和挤压材的接触及金属瘤的生长。模型中重要的输入参数是接触条件，如界面上的温度，挤压速度，接触压力，模具工作带表面的微观几何结构，界面剪切强度（гint），以及挤压材的剪切强度（k）。界面的剪切强度（гint）反映了模

8、具工作带和挤压材之间的粘性程度。界面的剪切强度取决于一系列的因素，包括润滑状态，局部接触条件，化学成分等，。对于干性接触，剪切强度达到1，处于上限。在铝挤压过程中工作带区域的接触条件是伴随少量氧化的干性接触，因此，在面处形成一种粘附性连接块。对于这种情况的一种无量纲剪切强度表达式见公式1（1）在此公式中，LH是融化潜热（J/Kg）,ρ是密度（Kg/m3）v是速度（m/s）,并且ρf是屈服应力（MPa