機械專業外文文獻翻譯-外文翻譯--板材的的等徑角擠壓 中文版

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                                              材的的等徑角擠壓  摘要  本文介紹的是不同寬厚比（ W/T）的長矩形坯料的等徑角擠壓的問題。并對內部塑性變形區和進出口通道進行了應力分析，他們是有接觸擦力和板材的幾何形狀確定的。同時，對及加工進行優化設計，制定了設計工具的工藝方案?？梢钥闯觯敯宀牡?W/T>>1時，這為大規模冶金中處理龐大的平板狀批料和技術商業化提供了重要的技術優點。  關鍵詞： 等 徑 角擠壓 ;優化處理 ;板材 ;大規模商品化  1、導言  材料結構在劇烈塑性變形（ 影響下帶來重要的科學和實際利益。這個方案的一個重要優點是可以用一個高效益的方法使大 量的不同金屬或合金坯料的晶粒結構細化到亞微米級。 這種超 細 晶 粒 結構，通常在從幾微米至 同時具有 高 的 強度和良好的延展 性， 因此廣泛 應用 于結構材料 。 隨著（ 商業化 的應用，相關的成行技術也得到 實質性進展，關鍵因素是變形 方案 和加工特點 的優化 。不論 加工目的 ， 材料性質， 溫度 — 應變速率條件 如何 ， 有大而統一的應變，簡單剪切變形和低應力變形。在 幾個較著名 已知的方法，等徑角擠壓（  ，是目前被 認 為最 應用最多 的。然而，等徑角擠壓的發展并不完善 。盡管 在這一領域應用 廣泛， 但 絕大多數的   以 細長坯料 的應用為主，如文獻 [1]。這些棒 狀 坯料 會 限制材料，特點和等徑角擠壓 的特點和進一步的加工 。 他們和少應用于半成 品 。目前也沒有商業化的報道。 相比之下， 板材的等徑角擠壓 出現在 軋制 后 ， 第一次出現在文獻 [ 2 ] 。  再加上其他 的技術 優 點 ，等徑角擠壓 工藝有 很大 現實意義 。 目前 細長坯料 的 等徑角擠壓 已經有了很好的研究和開發 ， 板材 的等徑角擠壓 的特點還不清楚， 在 僅有的幾個 相關出版物 [ 3也沒有論述  。本文 板材的 等徑角擠壓 為例，講述一下板材的 等徑角擠壓 的一些重要細節 。  2 、機 加工 我們可以認為矩形坯的 等徑角擠壓 就是 （圖一 ）厚 度 T， 寬度 的坯料 通過角度 為 90度的通道 。 在圖一中，坯料的初末位置（ 1， 2）分別用點畫線和實線表示。由于坯料寬度不變，坯料作為一個剛體移動時，圖 [ 6 ]表 明 ，應力應變狀態 和塑變                                               的范圍取決于進 口通道 1和出 口通 道 2所施加的 邊界條件。因此，應 對相應 的條件加以分析。  氣通道  等徑角擠壓開始時，將坯料潤滑并放置在模具入口。實際摩擦力取決于工件和刀具之間的接觸面積和正壓力。假設管道內的應力類似于線形塑性壓縮，正壓力   σn  ～ (p ? Y )其中， Y 是材料的流動應力，如 果 p ～ Y，正壓力 σn ～ 0 ，對于      L/T ＞＞ 1 的長坯料來說，塑性接觸主要由有橫向屈曲形成。這種不規則的原始接觸僅提供很小的摩擦力。如果 p > 2Y，正壓力 σn > Y  ，塑性區接觸面積大約等于坯料和管道的接觸面積。在這種情況下，沿管道軸向相同潤滑下將會產生一個大的摩擦力和一個明顯的壓力差△ P。因此原始壓力 =  △  驗表明，△ 設有效的變形摩擦力均勻分布，△ ?? 1?                 （ 1）  某一特定條件下 ,? 已知，圖 2矩形通道的四個摩擦面上的原始壓力的最大增量為：  m )(1)(12( 1?????               （ 2）  參數 n=L/T , m=W/T,限定了坯料的長度和寬度。特殊情況下， m=1對應于正常情況下的長棒狀坯料， m＞＞ 1指的是板狀坯料， m＜＜ 1 指的是條狀坯料。公式（ 1）（ 2）表明，原始壓力 于 m、  即使在校摩擦力狀態，原始壓應力可能比材料的流動應力明顯大。  降低摩擦力，增加刀具使用壽命和沖壓穩定性的有效方法是通過移動管道面 (圖 7)一圖一、長方形坯料的等徑角擠壓                                                 可能的方法（圖 2b，詳見圖 7）是用固定模具和隨坯料 1運動的矩形槽滑桿 2 形成進口管道。這樣，就消除了三個管道面上的摩擦，原始壓力的最大增量為    ))(1( 1???    （ 3）   另一種情況（圖 2）進口通道有兩個滑桿 2， 3組成。因此模具的前后面固定。相應增量為          ))(12( 1???     (4) 對比公式 (2)-(4)可得出結論：在所有情況下，原始壓力都隨長厚比的增加而增大。為了有效加工，長厚比應足夠大。但實際長厚比一般取為 4～ 8。圖 2 p/的兩倍對于固定通道（圖 2a）原始壓力也取決于寬厚比 m。但是這個比率不影響原始壓力在滑動渠道這兩種情況下的大小。圖 3示以 n=6 時，計算結果三種狀態已給出：   2 3  很摩擦在進口的分布范圍：（一）工作面不動；（ b）三面活動的工作面；（ c）二面活動的工作面 . 圖⒊  寬厚比 L / T = 6,1T / Y= （ 1）工作面不動；（２）三面活動的工作面；（３）二面活動的工作面。                                                 然，長形坯料特別是條形坯料在固定通道下會增大 ? p/Y。在這些情況中，只有在大壓力下的移動渠道模具才能對大坯料和硬質合金坯料進行等徑角擠壓。然而，對于板材來說，兩滑動面對原始壓力的減小作用甚小。因此，大多數大板材可以在固定進口渠道和常壓下使用簡單模具。  2與進口渠道相反，出口渠道的潤滑是個難題。由于方向改變巨大，即使是用最好的潤滑劑，也會出現底部壓力過大，產生沿底部 接觸面 現滑移，還會出現摩擦        。這話導致擠壓力太大，坯料表面質量差，模具磨損加劇。在底部渠道里用一個滑桿就可以解決這個問題（圖 4b）。  這樣材料和模具間的彈性摩擦被滑桿    和導軌之間的摩擦所代替。在擠壓過程中，滑桿    處于自由狀態，為克服滑桿和導軌之間的摩擦力，須沿坯料接觸表面 生一剪切力 2? 。2? f     指的是接觸面 面積， ?  是摩擦因數。通常情況下，滑桿速度接近擠壓速度。由于摩擦并不穩定，可以觀擦到滑桿運動中的一些偏差。如果 2? 大于滑桿與毛坯的彈性摩擦力，則流動類似于固定模具。在出口渠道的相應的邊界條件不能提供高效加工所需要的塑性區和簡單的剪切變形。因此， ? 應該非常小。  2內外渠道為塑性區限定了摩擦的邊界條件 1? 和 2? （圖 5為 1? ＞ 2? 時滑移情況）                      圖⒋固定的出口控制（ a）和出口控制同活動的下板（ b）。                                                 設材料處于理想塑性狀態?；凭€ 心區，混合邊界 不變區 1O 影區 的中心角 : ???? ??? 211  21,?? 可由此公式算出 . ],2 )/([ 11 ?? ?? ],2 )/([ 22 ?? ??  3 是指材料的流動剪切應力。圖 6考慮了 1? 、 2? 在特殊情況下的解決方法。  現在我們做一下總結，概括一下等徑角擠壓工藝的優化方案。首先，注意到固定的出口渠道總是出現的潤滑 問題。在 ,2 K?? 01 ?? 的極限條件下，經滑移線分析，進口處全部壓力 ?這將會使坯料和渠道全部接觸，在 1/ ??狹長渠道和有限摩擦力 1? ＞0的實際情況下會產生大的擠壓力 實際上，一、已出版的資料顯示：擠壓了可高達 7 （圖9）  由于大多數材料處于低加工溫度下都不允許 如此大的壓力。因此，盡管簡便出口固定渠道圖⒌不同通道摩擦狀態下的滑移線。                                                 工業應用中也不實用。  出口渠道底面有一適當滑移面，摩擦力 2? 和摩擦系數 ? 都較小。在這種情況下圖 5 的滑移區域可被看作當 1? = 2? =? =? =0 和塑性區是單滑移線 ， “零方案”的小變動。然后用滑移線波動省略中間結果  ，精確到第二位  ，可得到公式 2? ～ ? Y， ? ～ k Y)( 1 ?? ? 在進口  內部  總壓力為    )2211(32 1 ??? ??Y  與 如果擠壓里增量 p? 變化不明顯。在摩擦力下，坯料和進口渠道 1? 和 ? 能足以形成接觸面的 口渠道可以是固定的（圖 2a），也可以是有兩個滑移面（ 2c）如前所述，簡單固定渠道對于長厚比 4?板材比較有效，然而對于長坯料和帶狀坯料，則適合用滑動軌道。因此僅有第一種情況要進一步考慮多段加工。  3本路線  為了集聚大的剪切應變，控制變形，需要要在每段之后繞坯料的 x、 y、 于板材來說，旋轉的基本系 統或路線可為 :   旋轉     軸旋轉    90 與軸旋轉   中，長寬相等的方坯料最受歡迎，因為不論怎樣旋轉它們都可在一相同模具中加工。無數可能的旋轉組合產生不同結構，組織。盡管這個基本路線最簡便，但其它路線可能在一些特例中更有利。其中一些方法在后面將被提到。  圖 . 6.                                                料的變形  由于兩渠道中接觸摩擦力較小，塑性區的中心角 ? 小。在這種 情況下，通過塑性區的材料拉力重要包括邊界 種集中剪切大致與 z?? 的沿 0?? 時相對應的“ 0 方案”的滑移線 面剪切相平衡。圖 6 顯示了在剪切力 ? 作用下，正方形 變成平行四邊形 1111 以看出，隨著剪切力變成流動方向，通過把 進口渠道原始位置 90 到出口到內部 1111 置。就可達到相同的變形。這種流動方法有益于計算多段等傾角變形。因為對于板材來說，所有變形都發生在坯料的平面上。通過保留出口道內部材料的位置和在不同路線段應用連續剪切力?？梢院喕@個過程。因為短暫作用不影響元素變形，可以認為 11于 i? 作用在坯料平行面上，底部被修整，頂部11漸過渡。最后的位移是所有先前剪切作用的總和。圖 7、 8顯示了基本路線中的四段的相應位移和相對于原坐標 x、 y、 長坯料中 ,A,似地， C 和 D 分別在每 2 和 4 到次程序后提供材料恢復所需的循環載荷。路線 A 可觀察到隨長度增加 大變形量的變化情況。路線  倍，在無數Ⅰ段后它們都位于偏離 Y ?45 方向。  圖  7.  組織的移動路線 A (a), B (b), C (c), 和 D (d). 圖 . 8.  在四途徑經由路線 A, B, C 和   D. 之后，工件的變形 。                                                 切帶  機加工考慮的因素是簡單剪切變形模式和每段中剪切帶角度。剪切帶在多端等傾角變形中起重要作用。在第一段，使用小角度，晶核強烈組織了沿 向長度變形。在以下的工序中。剪切帶內部的微觀流動取代了連續的塑性流動，它們朝同一剪切方向 盡管 有無數試驗可以斷定 了對于不同材料和加工條件（溫度、應變率）在等徑角擠壓過程中，剪切帶占據新角度晶界的最大部分。是晶粒細化到亞微米和納米尺寸的其他方法包括剪切帶的交匯以及剪切帶與晶界所組成的材料的旋轉。因此重新細化的強度和細化為結構形態取決于加工剪切帶的進展。和材料的大晶界角。在每個工序中，微觀剪切帶隨相應的宏觀     增加。在隨后的工序中，剪切帶依然是穩定形狀，他雖材料一塊流動，隨坐標改變方向。任何工序中剪切帶位置由下一個工序的變形決定。例如板材為旋轉的第 +1個工序，剪切帶的變形由第 N+1剪切引起但是板材旋轉 ?90 時，N+1不影響 而，在板材的多段加工中，有兩個與 x、  圖 10顯示經過四個路線后，剪切帶的位置 1、 2、 3、 4分別與剪切帶的一、二、三、四段對應。  對于 A、 [7]。 A、 切帶逐漸旋轉到積壓方向。隨著Ⅰ段增加，剪切帶愈加難以辨認。通過旋轉細分，內截面結構將很薄而且很長。對于來說，在各個階段中，剪切帶與剪切面一致?？梢灶A計在這種情況下，多種循環會使變形恢復及等量變形旋轉。但是微觀結構比 A、 類似的，在經過第四道 料便行為 0，剪切帶與剪切面及循環載荷旋轉一致 B 和 D 提供了兩相互交匯的剪切帶。有助于三維立體結構的發展。然而，對于 個多雨的剪切帶可得到更精細的結構。應當指出板材經過 的等徑角擠壓，剪切帶方向不同，可能細化效果比不上相同路徑的長坯料的等徑角擠壓。這個分析不能應用于大接觸摩擦或者帶有寬塑性帶 ? ＞＞ 0 的遠角渠道。在這些情況下，沿圓弧滑移線的簡單剪切應力起重要作用，剪切帶沿 x、                                                 6示。這是在有高效潤滑劑典型坯料固定出口 道的等徑角擠壓加工過程。  3它加工路線  基本路線包括僅繞 些路線不提供近直角剪切帶的三維系統。它對于細長軸結構發展是必需的。在這些情況下，坯料的上下表面不變，多段加工積累非均勻應變和殘余應力。同樣，特殊表面缺陷也可能在坯料表面上出現。通過使用一種增加 x、  E 這樣的路線包括 8 段。前 4 段是像路線 D 一樣，繞 90 到與下一步同向。在這個階段，拌料沒有變形，有兩個剪切帶和大晶界交匯區。接著坯料繞 y或 180 ，這樣改變了剪切帶的方向。也將坯料上下邊面交換。后 4步經過 第一個剪切帶方向產生兩個新的交匯區。因此 結構重新細化及性能同化提供了理想路線。  圖 . 11. 沖床印記在坯料頂端表面路線 D ( a)和 F ( b) 另一種加工路線 F，消除了坯料上表面如沖床痕跡等個別不規則結構。這些痕跡是由于流動方向大角度形成的痕跡。多段加工通過 D 和 B，交匯成奇異的 A 區，此處塑性流動轉換成三個方向，導致強度 減弱和微裂紋。路線 F 包括第二次繞 Z 軸旋轉 ?90 ，每段之后轉換方向。這樣在坯料反面產生印記，不相交，因而變形和剪切帶方向仍然與普通路線  在特殊情況下，也可使用其它路線。特別是，可以明顯看出， B 的兩種改動路線與 E、  4、技術應用  任何技術發展的最終目標都是實際應用。等徑角擠壓的商業化。在 [7,14,15]中已經討論了，的主要特點是對簡單幾何形狀坯料的成型。這種方法適于半成品的加工。這種半成                                               可在競爭成本下簡單轉化成成品。從上述中可看出，等徑角擠壓可能應用 于大規模冶金中。然而長坯料的等徑角擠壓仍存在一些問題有效加工長坯料需要一個復雜工具將一個移動墻轉化成兩個。非常長的  的坯料比相同截面的普通擠壓坯料長度要大的多。在這種情況下，選擇設備的標準是擠壓力，而不是承載能力。這樣對于特長坯件，就需要用大擠壓力和昂貴的工具。同樣也難以消除各段中及將長坯料轉化成成品中出現的坯料修剪，改造及預熱等操作。  板材的等徑角擠壓解決了其中的大部分問題，對于相同長度和 L/材的重量同壓力的長坯料重 4 這些參數與擠壓的特性相符，它提供了          。載荷的優化應 用。這顯著降低了壓力和工具尺寸的要求，在現有設備基礎上為  大規模冶金坯料的成型提供了條件，另外，可以使用帶有一個滑動面出口渠道的工具。  5、結論  接觸摩擦力是等徑角擠壓加工中的關鍵因素。對于矩形坯料這取決于鋼坯的比例。即使材料較軟，用好的潤滑劑，即壓力也不允許太高。對于 L/T〉 4的進口渠道，適當的擠壓力  （ Y>1 的坯料來說這種影響不顯著，可以應用簡單固定進口渠道。  板材的基本加工路線會導致像長方坯料的材料變形。然而，伴有空間塑性流動的路線不如長坯料效果好。其它的加工路線，類似可在特殊情況下應用。  參考文獻  [1] 1974. 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