摘要：针对目前超硬铝合金无缝管材挤压成型工艺应用过程存在的问题，文章从实践角度出发，分析了工艺参数对铝合金管材挤压成型的影响，并以实验方法提出了成形工艺参数控制的策略，其目的是为相关建设者提供一些理论依据。
关键词：超硬铝合金；无缝管材；挤压成形工艺；有限元分析
0引言：
科技水平的不断进步，使得市场环境对大型无缝管材的使用量需求越来越大。然而，受市场环境多元化、技术应用局限以及工艺参数确定不合理等问题影响，使得大型铝合金无缝管材的成形工艺控制效果并不理想。为此，相关建设人员应从实践角度出发，即在明确工艺参数与铝合金管材挤压成型影响的情况下，找出实验控制得方法策略。如此，超硬的铝合金无缝管材就能以高稳定性与高可靠性状态，作用于实践，以服务于现代化经济建设的全面发展进程。
1研究超硬铝合金无缝管材挤压成型工艺的现实意义
当前阶段，工业市场环境的多元化发展，使得传统铝型材生产模式难以满足产品成型的工艺需求。为此，相关建设人员应将现有的科学技术水平充分利用起来，以提高工艺制定与模具设计的质量效果。具体来说，就是将有限元模拟与铝型材成型理论充分结合起来，以解决铝型材挤压成形技术应用的落后问题，进而改善装备的运行控制水平，以提升铝型材生产加工的工作效率。然而，当前许多研究仅服务于常规尺寸的挤压制品成型缺陷，或是组织性能控制，鲜少有研究针对大型无缝管材的挤压成型。这种情况，就降低了铝型材生产建设的效率，进而对涉及行业带来的了一定的发展阻碍影响。基于此，相关建设人员应从实践角度出发，即通过研究工艺参数对铝合金管材挤压成型的影响，来确定超硬铝合金无缝管材的挤压成形工艺控制方案。这样一来，就能使大型无缝管材作用于当前的市场环境，进而促进所处行业的快速稳定发展[1]。
2工艺参数对铝合金管材挤压成型的影响
以刚塑性材料的挤压成型过程为例，由于其塑性变形的物理过程十分复杂，因此，需通过一些假设进行有限元分析。具体来说，当工艺参数对铝合金管材挤压成型影响的有限元分析，忽略了变形材料中的弹性变形、材料体积、体力与惯性力，材料本构的方程应表示为：Levy-Mises。当刚塑性材料发生变形时。应采用以下方程组进行分析计算：
即平衡微分方程：
具体刚塑性有限元分析原理为：利用Markov变分原理，对变形体的数值进行求解，以获取既能满足速度边界条件，又能满足边界条件速度场较容易获得的需求。此过程，研究人员应利用Lagrange罚函数法或是乘子法，将体积以不可压缩条件引入泛函中，进而得到新的泛函。此过程，对于二维问题的求解，可通过罚函数的未知数与方程组降低节点数与单元总数的计算，进而节省内存与计算时间。
在上述分析计算基础上，相关人员应采用有限元软件DEFORMTM-2D对无缝管的挤压过程进行分析研究。基于对对称性的考虑，要想减少单元的划分数量、控制计算时间以及提升计算速度，需通过简化轴对称模型，来进行胚料的离散控制。此过程，相关人员应将取胚料子午面的一半作为研究对象。
模型建立确定的实验材料为：超硬铝合金7075，其内外径分别设计为：120mm、280mm以及高为200mm的环形胚料。其中挤出的管材外径尺寸为130mm，挤压比应为25.6。具体采用的模型为常剪切摩擦模型，即通过圆环热压缩试验测出摩擦因子，0.4。实际计算过程中，要根据网格畸变的设计情况进行自适应重划分，且网格形状也会发生相应的变化，以确保计算控制的收敛性与精度[2]。
在高温塑性成形的过程重，为控制温度与速度的影响，应采用经刚塑性有限元扩展得到的刚塑性有限元法。这样一来，不仅提高了挤压成型计算的精度，还降低了有限元列式与求解的难度。此外，对于热压缩实验来说，其会在Gleeble-1500的热模拟机上进行，以计算出在不同条件下的材料应变数据。值得注意的是，试样两端与试验机的压头间摩擦会给应力-应变曲线带来一定的误差影响，因此，有限元分析人员应采用古布金公式对测得的流动应力进行摩擦修正。
这样一来，将所得信息按照模拟程序中的材料库所规定文本格式进行编辑，以获得模拟分析所需的材料本构关系模型。如此，就可着手分析挤压温度对附加应力与塑性变形的影响，以及挤压速度对荷载与温度峰值的影响[3]。
3超硬铝合金无缝钢材挤压成型工艺实验分析
3.1实验参数确定
经对挤压温度对附加应力影响的分析，金属流动会很不均匀，且制品表层会受附加拉应力影响。当温度增至一定数值后，材料表面就会出现裂纹。经分析，当冲头压下量为24mm时，不同温度条件下挤压模出口断面上与轴心不同距离点的轴向应力对比结果。
从图中可以看出，当温度上升至370℃，靠近轴心处点的轴向应力为-31.6MPa。因此，温度越高越容易材料的挤压成型，故，综合多方面因素，应将挤压温度设置为430℃[4]。
基于挤压速度对载荷的影响，当挤压速度为2mm/s时，位移-载荷曲线所示内容为：当冲头位移增加，挤压载荷会迅速增加，当达到峰值后，就会随着胚料完成挤出成型。当挤压载荷缓慢下降，就会处于一种稳定的状态。因此，综合多方面因素，如设备载荷增加，生产效率与设备选择的变化情况，应将挤压的速度确定为2mm/s，以进行工艺实验的分析计算。
3.2挤压成形工艺实验
实验采用的设备为：某公司生产的2000t卧式水压机；实验材料为：超硬铝合金7075；挤压速度为2mm/s；胚料温度为430℃。经热挤压工艺生产后的铝合金无缝关键，其成形后的制品质量高，无裂痕且尺寸精度与组织性能与设计使用要求一致。经对挤压变形前后的组织分析可以看出，挤压后管材组织会沿着变形方向形成一条条细线，即纤维组织。对于基体中存在的较大颗粒析出的空间形状，保持为：点状，且细化趋势明显。为此，可判断，大型铝合金无缝挤压管材的一次性成形工艺参数条件下，获得制品内部的组织细化、性能以及质量，均能满足市场环境的使用需求[5]。
4结束语：
综上所述，超硬铝合金无缝管材挤压成形工艺的控制效果，应采用有限元分析法，将科学合理的工艺参数作用于实际生产，以提高管材成形的质量、效率。事实证明，只有将现有的科学技术手段，作用于成形工艺控制过程，才能使无缝管材的作用质量得到保证。故，相关建设人员应将上述研究成果更多地作用于实践，以促进行业的快速稳定发展。
参考文献：
[1]苗景国,张玉波,沈钰,王新颖,李志宏. 超硬铝合金微弧氧化陶瓷膜层的耐磨性能[J]. 轻合金加工技术,2015,43(08):45-48-54.
[2]康凤,闫峰,陈强,胡传凯,舒大禹,宁海青. 7A04超硬铝合金复杂构件等温成形技术研究[J]. 热加工工艺,2015,44(05):157-159-162.
[3]岑华. 超硬铝合金在瞬态热冲击环境下的力学性能分析[J]. 铸造技术,2014,35(04):641-643.
[4]李峰,林俊峰,李超,刘晓晶. 超硬铝合金无缝管材挤压成形工艺优化[J]. 中南大学学报(自然科学版),2011,42(10):3020-3025.
[5]吴大方,潘兵,王岳武,赵寿根,杨洪源,黄良. 瞬态热冲击环境下超硬铝合金7A04的力学性能[J]. 金属学报,2011,47(06):755-760.
论文作者:李营
论文发表刊物:《防护工程》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/3
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