擠壓輪轉(zhuǎn)速對(duì)鋁護(hù)套連續(xù)擠壓包覆過程的影響

吳斌++王如見++杜春雷

摘 要：基于Deform-3D模擬分析鋁護(hù)套連續(xù)包覆成形過程，擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加不利于導(dǎo)流模處金屬流動(dòng)的均勻性，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的提高，可能會(huì)造成模腔的失效，不考慮其它因素下，提高擠壓輪的轉(zhuǎn)速有利于連續(xù)擠壓包覆生產(chǎn)率的提高。綜合考慮連續(xù)擠壓包覆工模具的使用壽命和生產(chǎn)效率的提高，擠壓輪的轉(zhuǎn)速為4～6 rpm較為合適。

關(guān)鍵詞：鋁護(hù)套 連續(xù)擠壓包覆 擠壓輪轉(zhuǎn)速

中圖分類號(hào)：TG376 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（b）-0069-02

連續(xù)擠壓包覆技術(shù)（Continuous Extrusion Cladding）是在連續(xù)擠壓技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型塑性加工技術(shù)，廣泛應(yīng)用于雙金屬?gòu)?fù)合導(dǎo)線、電纜護(hù)套、光纜護(hù)套等的生產(chǎn)上[1]。但是連續(xù)包覆成形是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，首先其擠壓輪槽為擴(kuò)展型，極易出現(xiàn)拱起現(xiàn)象使坯料與輪槽脫離接觸，摩擦驅(qū)動(dòng)力降低，再者坯料進(jìn)入模腔后溫度急劇升高，高于純鋁再結(jié)晶溫度使坯料與模腔內(nèi)壁的粘著現(xiàn)象出現(xiàn)，坯料與模腔摩擦力急劇升高，兩者同時(shí)作用使純鋁坯料流動(dòng)速度急劇降低，在實(shí)際生產(chǎn)出現(xiàn)堵模和卷曲現(xiàn)象，所以通過有限元數(shù)值模擬分析鋁護(hù)套生產(chǎn)金屬流動(dòng)過程有十分重要的意義。

1 有限元模型建立

鋁護(hù)套連續(xù)包覆成形過程采用有限元數(shù)值模擬軟件Deform-3D進(jìn)行模擬分析，連續(xù)包覆過程中坯料塑性變形劇烈，彈性變形對(duì)整個(gè)變形過程影響很小，則可以采用剛-粘塑性有限元法。連續(xù)包覆鋁護(hù)套生產(chǎn)采用單輪雙槽式結(jié)構(gòu)，模型具有對(duì)稱性，為提高有限元模擬計(jì)算速度，取其一半作為研究對(duì)象，如圖1所示。根據(jù)連續(xù)擠壓包覆變形的特點(diǎn)，以Φ9.5 mm的1100鋁為原料，只分析擠壓輪速對(duì)金屬變形的影響，選取擠壓輪轉(zhuǎn)速為2 rpm、4 rpm、6 rpm和8 rpm四種情況下擠出外徑為16 mm，壁厚為1 mm的電纜鋁護(hù)套進(jìn)行模擬分析。

連續(xù)包覆過程中的摩擦是一個(gè)較為復(fù)雜的摩擦過程，摩擦是在變壓力、變溫度作用下產(chǎn)生的，而且連續(xù)包覆中的摩擦是伴隨著工件塑性變形，摩擦因子應(yīng)為速度、溫度和變形量的函數(shù)[2]，但在應(yīng)用DEFORM-3D有限元軟件模擬加工時(shí)，根據(jù)其提供的常摩擦因子模型，只能采用假定變形體與同一接觸體之間為一個(gè)不變量。各摩擦因子和其它初始條件設(shè)置如表1[3]所示。但在實(shí)際當(dāng)中，由于摩擦的狀態(tài)在不斷發(fā)生變化，因此摩擦問題總是最終影響計(jì)算結(jié)果偏差較大的一個(gè)關(guān)鍵原因之一[4]。

2 數(shù)值模擬結(jié)果與分析

2.1 金屬流動(dòng)速度分布

圖2為在不同擠壓輪轉(zhuǎn)速下連續(xù)擠壓包覆模腔內(nèi)坯料的速度分布圖。

從圖2中速度分布來看，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的不同，模腔內(nèi)金屬的流度也不同。金屬的流動(dòng)速度的增加倍數(shù)與擠壓輪轉(zhuǎn)速增加的倍數(shù)大致相當(dāng)。這主要是由于擠壓輪的轉(zhuǎn)動(dòng)是整個(gè)連續(xù)擠壓包覆過程中一切金屬變形的動(dòng)力源，擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加后，模腔內(nèi)金屬坯料也會(huì)相應(yīng)增加。由圖2的四個(gè)不同擠壓輪轉(zhuǎn)速下連續(xù)擠壓包覆模腔中金屬坯料的流動(dòng)速度可以看出，擠壓輪轉(zhuǎn)速的變化不能改變導(dǎo)流模上下兩部分金屬流動(dòng)速度差，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加，導(dǎo)流模上下兩部分金屬流動(dòng)的最高速度與最低速度的比值大致保持在3～4，沒有太大變化，但是由于整個(gè)模腔內(nèi)金屬流動(dòng)速度的增加，則導(dǎo)流模上下兩部分金屬流動(dòng)速度差的絕對(duì)值隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加逐漸增大。因此，擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加不利于連續(xù)擠壓包覆模腔內(nèi)導(dǎo)流模金屬流動(dòng)的均勻性。

2.2 坯料最高溫度

圖3為在連續(xù)擠壓包覆過程中擠壓輪的轉(zhuǎn)速與金屬坯料最高溫度的關(guān)系曲線，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加，金屬坯料的最高溫度也相應(yīng)升高，這主要是因?yàn)閿D壓輪轉(zhuǎn)動(dòng)是整個(gè)連續(xù)擠壓包覆過程的動(dòng)力源，擠壓輪的轉(zhuǎn)速增加，則單位時(shí)間內(nèi)金屬與擠壓輪接觸面的摩擦熱和塑性變形熱增大。隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的提高，則擠壓速度也相應(yīng)提高，擠壓包覆過程中熱量不易散失，坯料的最高溫度也相應(yīng)升高。在整個(gè)連續(xù)擠壓包覆過程中，當(dāng)擠壓速度為2 rpm時(shí)，坯料的最高溫度出現(xiàn)在連續(xù)擠壓包覆模腔中，而當(dāng)擠壓輪轉(zhuǎn)速?gòu)? rpm增加到8 rpm時(shí)，金屬坯料的最高溫度在堵頭處。這主要是因?yàn)閿D壓輪轉(zhuǎn)速很小時(shí)，進(jìn)入模腔前金屬坯料的溫度不是很高，而模腔的預(yù)熱溫度為450 ℃，模腔內(nèi)的金屬坯料受到模腔的熱傳導(dǎo)，溫度繼續(xù)升高。另外，當(dāng)擠壓輪轉(zhuǎn)速為8 rpm時(shí)，堵頭與模口之間的臺(tái)階處，坯料的溫度上升到647 ℃，此處為金屬變形死區(qū)，應(yīng)力非常集中，而模具材料為H13鋼，溫度超過600 ℃時(shí)，性能急劇降低，可能會(huì)造成模腔的失效。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，擠壓輪的轉(zhuǎn)速采用4 rpm和6 rpm較為合適。

2.3 擠壓輪扭矩

圖4為在連續(xù)擠壓包覆過程中擠壓輪的轉(zhuǎn)速與擠壓輪扭矩的關(guān)系曲線，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加，擠壓輪扭矩先減小后增大，擠壓輪轉(zhuǎn)速為6 rpm時(shí)是扭矩變化的拐點(diǎn)。

而擠壓輪的驅(qū)動(dòng)功率W（KW）為：

（1）

式中：M為擠壓輪扭矩；n為擠壓輪轉(zhuǎn)速。

表2所示為利用式（1）計(jì)算得到擠壓輪的驅(qū)動(dòng)功率。由表2可以看出，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加，擠壓輪的驅(qū)動(dòng)功率也相應(yīng)增加。因此，在連續(xù)擠壓包覆過程中，不考慮其它因素下，提高擠壓輪的轉(zhuǎn)速有利于連續(xù)擠壓包覆生產(chǎn)率的提高。

3 結(jié)論

（1）擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加不利于連續(xù)擠壓包覆模腔內(nèi)導(dǎo)流模金屬流動(dòng)的均勻性。

（2）隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的提高，則擠壓速度也相應(yīng)提高，擠壓包覆過程中熱量不易散失，坯料的最高溫度也相應(yīng)升高，可能會(huì)造成模腔的失效。

（3）在連續(xù)擠壓包覆過程中，不考慮其它因素下，提高擠壓輪的轉(zhuǎn)速有利于連續(xù)擠壓包覆生產(chǎn)率的提高。在綜合考慮了連續(xù)擠壓包覆工模具的使用壽命和生產(chǎn)效率的提高后，擠壓輪的轉(zhuǎn)速為4～6rpm較為合適。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋寶韞，樊志新，劉元文，等.銅、鋁連續(xù)擠壓技術(shù)特點(diǎn)及工業(yè)應(yīng)用[J].稀有金屬，2004（1）：28：257.

[2] JR Cho，H S Jeong. Parametric investigation on the curling phenomenon in CONFORM process by thress-dimensional finite element analysis [J].Journal of Materials Processing Technology，2001，110：53-60.

[3] 儲(chǔ)燦東，彭穎紅，阮雪榆.連續(xù)擠壓成形過程仿真中的摩擦模型[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，35（7）：993-997.

[4] 朱偉，張質(zhì)良.有限元數(shù)值模擬的若干關(guān)鍵技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)仿真，2004，22（3）：88-91.endprint

摘 要：基于Deform-3D模擬分析鋁護(hù)套連續(xù)包覆成形過程，擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加不利于導(dǎo)流模處金屬流動(dòng)的均勻性，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的提高，可能會(huì)造成模腔的失效，不考慮其它因素下，提高擠壓輪的轉(zhuǎn)速有利于連續(xù)擠壓包覆生產(chǎn)率的提高。綜合考慮連續(xù)擠壓包覆工模具的使用壽命和生產(chǎn)效率的提高，擠壓輪的轉(zhuǎn)速為4～6 rpm較為合適。

關(guān)鍵詞：鋁護(hù)套 連續(xù)擠壓包覆 擠壓輪轉(zhuǎn)速

中圖分類號(hào)：TG376 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（b）-0069-02

連續(xù)擠壓包覆技術(shù)（Continuous Extrusion Cladding）是在連續(xù)擠壓技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型塑性加工技術(shù)，廣泛應(yīng)用于雙金屬?gòu)?fù)合導(dǎo)線、電纜護(hù)套、光纜護(hù)套等的生產(chǎn)上[1]。但是連續(xù)包覆成形是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，首先其擠壓輪槽為擴(kuò)展型，極易出現(xiàn)拱起現(xiàn)象使坯料與輪槽脫離接觸，摩擦驅(qū)動(dòng)力降低，再者坯料進(jìn)入模腔后溫度急劇升高，高于純鋁再結(jié)晶溫度使坯料與模腔內(nèi)壁的粘著現(xiàn)象出現(xiàn)，坯料與模腔摩擦力急劇升高，兩者同時(shí)作用使純鋁坯料流動(dòng)速度急劇降低，在實(shí)際生產(chǎn)出現(xiàn)堵模和卷曲現(xiàn)象，所以通過有限元數(shù)值模擬分析鋁護(hù)套生產(chǎn)金屬流動(dòng)過程有十分重要的意義。

1 有限元模型建立

鋁護(hù)套連續(xù)包覆成形過程采用有限元數(shù)值模擬軟件Deform-3D進(jìn)行模擬分析，連續(xù)包覆過程中坯料塑性變形劇烈，彈性變形對(duì)整個(gè)變形過程影響很小，則可以采用剛-粘塑性有限元法。連續(xù)包覆鋁護(hù)套生產(chǎn)采用單輪雙槽式結(jié)構(gòu)，模型具有對(duì)稱性，為提高有限元模擬計(jì)算速度，取其一半作為研究對(duì)象，如圖1所示。根據(jù)連續(xù)擠壓包覆變形的特點(diǎn)，以Φ9.5 mm的1100鋁為原料，只分析擠壓輪速對(duì)金屬變形的影響，選取擠壓輪轉(zhuǎn)速為2 rpm、4 rpm、6 rpm和8 rpm四種情況下擠出外徑為16 mm，壁厚為1 mm的電纜鋁護(hù)套進(jìn)行模擬分析。

連續(xù)包覆過程中的摩擦是一個(gè)較為復(fù)雜的摩擦過程，摩擦是在變壓力、變溫度作用下產(chǎn)生的，而且連續(xù)包覆中的摩擦是伴隨著工件塑性變形，摩擦因子應(yīng)為速度、溫度和變形量的函數(shù)[2]，但在應(yīng)用DEFORM-3D有限元軟件模擬加工時(shí)，根據(jù)其提供的常摩擦因子模型，只能采用假定變形體與同一接觸體之間為一個(gè)不變量。各摩擦因子和其它初始條件設(shè)置如表1[3]所示。但在實(shí)際當(dāng)中，由于摩擦的狀態(tài)在不斷發(fā)生變化，因此摩擦問題總是最終影響計(jì)算結(jié)果偏差較大的一個(gè)關(guān)鍵原因之一[4]。

2 數(shù)值模擬結(jié)果與分析

2.1 金屬流動(dòng)速度分布

圖2為在不同擠壓輪轉(zhuǎn)速下連續(xù)擠壓包覆模腔內(nèi)坯料的速度分布圖。

從圖2中速度分布來看，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的不同，模腔內(nèi)金屬的流度也不同。金屬的流動(dòng)速度的增加倍數(shù)與擠壓輪轉(zhuǎn)速增加的倍數(shù)大致相當(dāng)。這主要是由于擠壓輪的轉(zhuǎn)動(dòng)是整個(gè)連續(xù)擠壓包覆過程中一切金屬變形的動(dòng)力源，擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加后，模腔內(nèi)金屬坯料也會(huì)相應(yīng)增加。由圖2的四個(gè)不同擠壓輪轉(zhuǎn)速下連續(xù)擠壓包覆模腔中金屬坯料的流動(dòng)速度可以看出，擠壓輪轉(zhuǎn)速的變化不能改變導(dǎo)流模上下兩部分金屬流動(dòng)速度差，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加，導(dǎo)流模上下兩部分金屬流動(dòng)的最高速度與最低速度的比值大致保持在3～4，沒有太大變化，但是由于整個(gè)模腔內(nèi)金屬流動(dòng)速度的增加，則導(dǎo)流模上下兩部分金屬流動(dòng)速度差的絕對(duì)值隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加逐漸增大。因此，擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加不利于連續(xù)擠壓包覆模腔內(nèi)導(dǎo)流模金屬流動(dòng)的均勻性。

2.2 坯料最高溫度

圖3為在連續(xù)擠壓包覆過程中擠壓輪的轉(zhuǎn)速與金屬坯料最高溫度的關(guān)系曲線，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加，金屬坯料的最高溫度也相應(yīng)升高，這主要是因?yàn)閿D壓輪轉(zhuǎn)動(dòng)是整個(gè)連續(xù)擠壓包覆過程的動(dòng)力源，擠壓輪的轉(zhuǎn)速增加，則單位時(shí)間內(nèi)金屬與擠壓輪接觸面的摩擦熱和塑性變形熱增大。隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的提高，則擠壓速度也相應(yīng)提高，擠壓包覆過程中熱量不易散失，坯料的最高溫度也相應(yīng)升高。在整個(gè)連續(xù)擠壓包覆過程中，當(dāng)擠壓速度為2 rpm時(shí)，坯料的最高溫度出現(xiàn)在連續(xù)擠壓包覆模腔中，而當(dāng)擠壓輪轉(zhuǎn)速?gòu)? rpm增加到8 rpm時(shí)，金屬坯料的最高溫度在堵頭處。這主要是因?yàn)閿D壓輪轉(zhuǎn)速很小時(shí)，進(jìn)入模腔前金屬坯料的溫度不是很高，而模腔的預(yù)熱溫度為450 ℃，模腔內(nèi)的金屬坯料受到模腔的熱傳導(dǎo)，溫度繼續(xù)升高。另外，當(dāng)擠壓輪轉(zhuǎn)速為8 rpm時(shí)，堵頭與?？谥g的臺(tái)階處，坯料的溫度上升到647 ℃，此處為金屬變形死區(qū)，應(yīng)力非常集中，而模具材料為H13鋼，溫度超過600 ℃時(shí)，性能急劇降低，可能會(huì)造成模腔的失效。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，擠壓輪的轉(zhuǎn)速采用4 rpm和6 rpm較為合適。

2.3 擠壓輪扭矩

圖4為在連續(xù)擠壓包覆過程中擠壓輪的轉(zhuǎn)速與擠壓輪扭矩的關(guān)系曲線，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加，擠壓輪扭矩先減小后增大，擠壓輪轉(zhuǎn)速為6 rpm時(shí)是扭矩變化的拐點(diǎn)。

而擠壓輪的驅(qū)動(dòng)功率W（KW）為：

（1）

式中：M為擠壓輪扭矩；n為擠壓輪轉(zhuǎn)速。

表2所示為利用式（1）計(jì)算得到擠壓輪的驅(qū)動(dòng)功率。由表2可以看出，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加，擠壓輪的驅(qū)動(dòng)功率也相應(yīng)增加。因此，在連續(xù)擠壓包覆過程中，不考慮其它因素下，提高擠壓輪的轉(zhuǎn)速有利于連續(xù)擠壓包覆生產(chǎn)率的提高。

3 結(jié)論

（1）擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加不利于連續(xù)擠壓包覆模腔內(nèi)導(dǎo)流模金屬流動(dòng)的均勻性。

（2）隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的提高，則擠壓速度也相應(yīng)提高，擠壓包覆過程中熱量不易散失，坯料的最高溫度也相應(yīng)升高，可能會(huì)造成模腔的失效。

（3）在連續(xù)擠壓包覆過程中，不考慮其它因素下，提高擠壓輪的轉(zhuǎn)速有利于連續(xù)擠壓包覆生產(chǎn)率的提高。在綜合考慮了連續(xù)擠壓包覆工模具的使用壽命和生產(chǎn)效率的提高后，擠壓輪的轉(zhuǎn)速為4～6rpm較為合適。

參考文獻(xiàn)

[1] 宋寶韞，樊志新，劉元文，等.銅、鋁連續(xù)擠壓技術(shù)特點(diǎn)及工業(yè)應(yīng)用[J].稀有金屬，2004（1）：28：257.

[2] JR Cho，H S Jeong. Parametric investigation on the curling phenomenon in CONFORM process by thress-dimensional finite element analysis [J].Journal of Materials Processing Technology，2001，110：53-60.

[3] 儲(chǔ)燦東，彭穎紅，阮雪榆.連續(xù)擠壓成形過程仿真中的摩擦模型[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，35（7）：993-997.

[4] 朱偉，張質(zhì)良.有限元數(shù)值模擬的若干關(guān)鍵技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)仿真，2004，22（3）：88-91.endprint

摘 要：基于Deform-3D模擬分析鋁護(hù)套連續(xù)包覆成形過程，擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加不利于導(dǎo)流模處金屬流動(dòng)的均勻性，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的提高，可能會(huì)造成模腔的失效，不考慮其它因素下，提高擠壓輪的轉(zhuǎn)速有利于連續(xù)擠壓包覆生產(chǎn)率的提高。綜合考慮連續(xù)擠壓包覆工模具的使用壽命和生產(chǎn)效率的提高，擠壓輪的轉(zhuǎn)速為4～6 rpm較為合適。

關(guān)鍵詞：鋁護(hù)套 連續(xù)擠壓包覆 擠壓輪轉(zhuǎn)速

中圖分類號(hào)：TG376 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（b）-0069-02

連續(xù)擠壓包覆技術(shù)（Continuous Extrusion Cladding）是在連續(xù)擠壓技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型塑性加工技術(shù)，廣泛應(yīng)用于雙金屬?gòu)?fù)合導(dǎo)線、電纜護(hù)套、光纜護(hù)套等的生產(chǎn)上[1]。但是連續(xù)包覆成形是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，首先其擠壓輪槽為擴(kuò)展型，極易出現(xiàn)拱起現(xiàn)象使坯料與輪槽脫離接觸，摩擦驅(qū)動(dòng)力降低，再者坯料進(jìn)入模腔后溫度急劇升高，高于純鋁再結(jié)晶溫度使坯料與模腔內(nèi)壁的粘著現(xiàn)象出現(xiàn)，坯料與模腔摩擦力急劇升高，兩者同時(shí)作用使純鋁坯料流動(dòng)速度急劇降低，在實(shí)際生產(chǎn)出現(xiàn)堵模和卷曲現(xiàn)象，所以通過有限元數(shù)值模擬分析鋁護(hù)套生產(chǎn)金屬流動(dòng)過程有十分重要的意義。

1 有限元模型建立

鋁護(hù)套連續(xù)包覆成形過程采用有限元數(shù)值模擬軟件Deform-3D進(jìn)行模擬分析，連續(xù)包覆過程中坯料塑性變形劇烈，彈性變形對(duì)整個(gè)變形過程影響很小，則可以采用剛-粘塑性有限元法。連續(xù)包覆鋁護(hù)套生產(chǎn)采用單輪雙槽式結(jié)構(gòu)，模型具有對(duì)稱性，為提高有限元模擬計(jì)算速度，取其一半作為研究對(duì)象，如圖1所示。根據(jù)連續(xù)擠壓包覆變形的特點(diǎn)，以Φ9.5 mm的1100鋁為原料，只分析擠壓輪速對(duì)金屬變形的影響，選取擠壓輪轉(zhuǎn)速為2 rpm、4 rpm、6 rpm和8 rpm四種情況下擠出外徑為16 mm，壁厚為1 mm的電纜鋁護(hù)套進(jìn)行模擬分析。

連續(xù)包覆過程中的摩擦是一個(gè)較為復(fù)雜的摩擦過程，摩擦是在變壓力、變溫度作用下產(chǎn)生的，而且連續(xù)包覆中的摩擦是伴隨著工件塑性變形，摩擦因子應(yīng)為速度、溫度和變形量的函數(shù)[2]，但在應(yīng)用DEFORM-3D有限元軟件模擬加工時(shí)，根據(jù)其提供的常摩擦因子模型，只能采用假定變形體與同一接觸體之間為一個(gè)不變量。各摩擦因子和其它初始條件設(shè)置如表1[3]所示。但在實(shí)際當(dāng)中，由于摩擦的狀態(tài)在不斷發(fā)生變化，因此摩擦問題總是最終影響計(jì)算結(jié)果偏差較大的一個(gè)關(guān)鍵原因之一[4]。

2 數(shù)值模擬結(jié)果與分析

2.1 金屬流動(dòng)速度分布

圖2為在不同擠壓輪轉(zhuǎn)速下連續(xù)擠壓包覆模腔內(nèi)坯料的速度分布圖。

從圖2中速度分布來看，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的不同，模腔內(nèi)金屬的流度也不同。金屬的流動(dòng)速度的增加倍數(shù)與擠壓輪轉(zhuǎn)速增加的倍數(shù)大致相當(dāng)。這主要是由于擠壓輪的轉(zhuǎn)動(dòng)是整個(gè)連續(xù)擠壓包覆過程中一切金屬變形的動(dòng)力源，擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加后，模腔內(nèi)金屬坯料也會(huì)相應(yīng)增加。由圖2的四個(gè)不同擠壓輪轉(zhuǎn)速下連續(xù)擠壓包覆模腔中金屬坯料的流動(dòng)速度可以看出，擠壓輪轉(zhuǎn)速的變化不能改變導(dǎo)流模上下兩部分金屬流動(dòng)速度差，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加，導(dǎo)流模上下兩部分金屬流動(dòng)的最高速度與最低速度的比值大致保持在3～4，沒有太大變化，但是由于整個(gè)模腔內(nèi)金屬流動(dòng)速度的增加，則導(dǎo)流模上下兩部分金屬流動(dòng)速度差的絕對(duì)值隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加逐漸增大。因此，擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加不利于連續(xù)擠壓包覆模腔內(nèi)導(dǎo)流模金屬流動(dòng)的均勻性。

2.2 坯料最高溫度

圖3為在連續(xù)擠壓包覆過程中擠壓輪的轉(zhuǎn)速與金屬坯料最高溫度的關(guān)系曲線，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加，金屬坯料的最高溫度也相應(yīng)升高，這主要是因?yàn)閿D壓輪轉(zhuǎn)動(dòng)是整個(gè)連續(xù)擠壓包覆過程的動(dòng)力源，擠壓輪的轉(zhuǎn)速增加，則單位時(shí)間內(nèi)金屬與擠壓輪接觸面的摩擦熱和塑性變形熱增大。隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的提高，則擠壓速度也相應(yīng)提高，擠壓包覆過程中熱量不易散失，坯料的最高溫度也相應(yīng)升高。在整個(gè)連續(xù)擠壓包覆過程中，當(dāng)擠壓速度為2 rpm時(shí)，坯料的最高溫度出現(xiàn)在連續(xù)擠壓包覆模腔中，而當(dāng)擠壓輪轉(zhuǎn)速?gòu)? rpm增加到8 rpm時(shí)，金屬坯料的最高溫度在堵頭處。這主要是因?yàn)閿D壓輪轉(zhuǎn)速很小時(shí)，進(jìn)入模腔前金屬坯料的溫度不是很高，而模腔的預(yù)熱溫度為450 ℃，模腔內(nèi)的金屬坯料受到模腔的熱傳導(dǎo)，溫度繼續(xù)升高。另外，當(dāng)擠壓輪轉(zhuǎn)速為8 rpm時(shí)，堵頭與?？谥g的臺(tái)階處，坯料的溫度上升到647 ℃，此處為金屬變形死區(qū)，應(yīng)力非常集中，而模具材料為H13鋼，溫度超過600 ℃時(shí)，性能急劇降低，可能會(huì)造成模腔的失效。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，擠壓輪的轉(zhuǎn)速采用4 rpm和6 rpm較為合適。

2.3 擠壓輪扭矩

圖4為在連續(xù)擠壓包覆過程中擠壓輪的轉(zhuǎn)速與擠壓輪扭矩的關(guān)系曲線，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加，擠壓輪扭矩先減小后增大，擠壓輪轉(zhuǎn)速為6 rpm時(shí)是扭矩變化的拐點(diǎn)。

而擠壓輪的驅(qū)動(dòng)功率W（KW）為：

（1）

式中：M為擠壓輪扭矩；n為擠壓輪轉(zhuǎn)速。

表2所示為利用式（1）計(jì)算得到擠壓輪的驅(qū)動(dòng)功率。由表2可以看出，隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加，擠壓輪的驅(qū)動(dòng)功率也相應(yīng)增加。因此，在連續(xù)擠壓包覆過程中，不考慮其它因素下，提高擠壓輪的轉(zhuǎn)速有利于連續(xù)擠壓包覆生產(chǎn)率的提高。

3 結(jié)論

（1）擠壓輪轉(zhuǎn)速的增加不利于連續(xù)擠壓包覆模腔內(nèi)導(dǎo)流模金屬流動(dòng)的均勻性。

（2）隨著擠壓輪轉(zhuǎn)速的提高，則擠壓速度也相應(yīng)提高，擠壓包覆過程中熱量不易散失，坯料的最高溫度也相應(yīng)升高，可能會(huì)造成模腔的失效。

（3）在連續(xù)擠壓包覆過程中，不考慮其它因素下，提高擠壓輪的轉(zhuǎn)速有利于連續(xù)擠壓包覆生產(chǎn)率的提高。在綜合考慮了連續(xù)擠壓包覆工模具的使用壽命和生產(chǎn)效率的提高后，擠壓輪的轉(zhuǎn)速為4～6rpm較為合適。

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