一、鋁型材擠壓過程中的溫度變化

    擠壓溫度和擠壓速度是擠壓過程中的兩個基本參數(shù)。塑性變形區(qū)的溫度必須與金屬塑性最好的溫度范圍相適應(yīng)。
    塑性變形區(qū)的溫度取決于坯料和工具的加熱溫度、變形熱以及被周圍介質(zhì)所吸收的熱量。擠壓速度或金屬流動速度越大，被周圍介質(zhì)吸收的熱量就越小，則塑性變形區(qū)的溫度就越高，反之亦然。在一定的變形程度下，或者是選擇合適的預(yù)熱溫度，或者是選擇合適的變形速度，都可以使塑性變形區(qū)的溫度保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，當(dāng)變形速度較小時，必須提高預(yù)熱溫度。而變形速度較大時，則必須降低預(yù)熱溫度。因此，利用“錐形”加熱和冷卻模具的方法可獲得較高的擠壓速度。
    隨著擠壓條件的變化，擠壓過程中的擠壓溫度和擠壓速度是不斷變化的。
    在擠壓鋁合金時，擠壓溫度較低(400～500℃)，擠壓速度很慢(≤25 mm/s)，而且鋁合金的導(dǎo)熱很高，所以在計算塑變區(qū)的溫度場時必須考慮由于擠壓金屬的熱傳導(dǎo)和金屬與擠壓工具之間的熱交換而引起的溫度變化。
為了計算擠壓時的溫升，前蘇聯(lián)學(xué)者ЮII．斯捷爾尼克(CTepUrIK)提出了如下公式：


圖為某鋁廠擠壓生產(chǎn)線

式中  △t——擠壓時的溫升/℃；   
      A——熱功當(dāng)量；
      P₀——在塑變區(qū)中計算溫度變化斷面上的單位擠壓力；   
      C——擠壓金屬的比熱；
      ρ——擠壓金屬的密度；
      △t₀——毛坯和擠壓筒的初始溫度差/℃；
      b₁、b₂——分別為擠壓筒和毛坯金屬的蓄熱系數(shù)；   
      γ——取決于P₀和叼值的系數(shù)(見圖3—1—19)；   
      η——擠壓軸行程長度與擠壓筒內(nèi)徑的比例，η=h/D；
      P_e——彼克列(FIKRe)準(zhǔn)數(shù)，P_eu·D/α；   
      v——擠壓速度/mm·s^-1；
      D——擠壓筒內(nèi)徑/mm；
      h——擠壓軸行程長度/mm；   
      α——溫度傳導(dǎo)系數(shù)/m²·s^-1。   
    把擠壓金屬和工具材料的熱力學(xué)物理常數(shù)值代入(3—1—1)中，可大大簡化計算過程。例如，對硬鋁型合金，式(3—1—1)可簡化為：

    在1.44～10.5 mm/s的速度范圍內(nèi)擠壓棒材時，在各個擠壓階段中，毛坯表面溫度的計算值和試驗值基本符合(見圖3—1—20)，說明上述公式在工程計算中是適用的。
    在擠壓過程中的溫升對工具的溫度和擠壓力的大小都有一定的影響，因此，在設(shè)計和使用擠壓工模具時均應(yīng)充分考慮這一因素。

二、鋁型材擠壓時的溫度條件

    在確定擠壓的溫度制度時，應(yīng)該考慮以下一些因素：
    1)合金的塑性圖與狀態(tài)圖，了解合金最佳塑性溫度范圍和相變情況，避免在多相和相變溫度下變形；
    2)擠壓過程溫度條件的特點，影響溫度條件變化的因素和調(diào)節(jié)方法以及溫升情況；   
    3)盡可能地降低變形抗力，減小擠壓力和作用在工模具上的載荷；
    4)保證擠壓制品中的溫度分布均勻；   
    5)保證最大的流出速度；
    6)保持溫度不超過該合金的臨界溫度，以免塑性降低產(chǎn)生裂紋；   
    7)保證擠壓時金屬不粘結(jié)工具，惡化制品表面品質(zhì)；
    8)保證制品的組織均一和力學(xué)性能最佳；   
    9)保證制品的尺寸精度。
    在確定擠壓時的最佳溫度制度時，還應(yīng)該考慮鑄錠的冶金學(xué)特點：   
    1)結(jié)晶組織的特點；
    2)合金化學(xué)成分的波動；   
    3)金屬問化合物的特點；   
    4)疏松程度、氣體和其他的非金屬雜質(zhì)的含量等。
    常用鋁合金擠壓時錠坯的加熱溫度(見表3—1—5)，可供制訂工藝和設(shè)計模具時參考。

表3—1—5常用鋁合金擠壓時的溫度一速度規(guī)程

三、鋁型材擠壓時的速度條件

    擠壓時的速度有三種：擠壓速度v_j——表示擠壓機(jī)主柱塞、擠壓軸和擠壓墊的移動速度；金屬流出速度v_L——金屬流出模孔時的速度；v_Lλ·v_j；變形速度ε.，亦稱變形速率，即單位時間內(nèi)變形量變化的大?。?br />     在生產(chǎn)中，最常用的是擠壓速度u_j和流出速度u_L。了解擠壓速度便于正確控制擠壓時的擠壓軸前進(jìn)速度。流出速度反映合金可擠壓性的高低。
    擠壓時的速度與溫度是聯(lián)系在一起的。一般來說，提高擠壓速度則必須降低錠坯的加熱溫度；反之，提高了擠壓溫度則必須降低擠壓速度。
    擠壓力是被擠壓合金變形抗力的函數(shù)。熱加工的目的，是為了利用金屬材料在高溫下屈服應(yīng)力下降這一現(xiàn)象來實現(xiàn)大的變形量。具有高變形抗力的合金必須加熱到很高的變形溫度。但是，如果錠坯原始溫度和擠壓速度導(dǎo)致制品出口溫度非常接近該合金的固相線溫度時，則表面將產(chǎn)生裂紋、粗糙、質(zhì)量變壞。圖3—1—21為最大速度和出口溫度之間的關(guān)系曲線。圖中給出了兩條極限曲線；一條表示設(shè)備能力的最大擠壓力曲線，超過它不可能實現(xiàn)擠壓；另一條表示合金制品開始開裂的冶金學(xué)極限。兩條曲線之間的面積提供了該合金擠壓時所有的加工工藝參數(shù)，特別是在交點上提供了理論上最大速度和相應(yīng)的最佳出口溫度。應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是這個最佳值只是從擠壓速度角度出發(fā)，不一定能滿足制品的物理一冶金性能要求。

    在確定常規(guī)擠壓時的實際金屬流出速度時，可在已知擠壓溫度的基礎(chǔ)上綜合考慮材料與工藝參數(shù)(如金屬變形抗力與塑性、擠壓系數(shù)、流動不均勻的特性工模具結(jié)構(gòu)形式及預(yù)熱條件)以及設(shè)備條件的影響。

    表3—1—5給出了常用一些鋁合金擠壓各種型材時的錠坯、擠壓筒加熱溫度和平均的流出速度。