214 工程科学学报，第42卷，第2期 (a) 10 坯料 模具 垫片 挤压筒 分流面 (b) 123436T89I0 图9棒材挤压(a)与圆环压缩(b)时表面流动示意图 Fig.9 Diagram of surface flow during rod extrusion(a)and ring compression(b) 90F 滑剂所受的压应力分别在900MPa与700MPa 50 左右，圆环压缩时润滑剂所受的压应力在400MPa 10 左右，远小于棒材挤压时润滑剂所受压应力 此外，在Deform-3D后处理中还可以得到模具 附近的润滑剂所受压应力由进模口处的1000MPa 0.1 到出模口处的300MPa逐渐降低，模面上的大部 0 分润滑剂所受压应力仍大于圆环压缩时的压应 0.01 0 ·圆环压缩 力.正是棒材挤压过程中润滑剂所受压应力要大 ■棒材挤压 0.001 的多，导致了润滑剂黏度的升高使摩擦因子增大 3 5 9 编号 综上，由于剪切速率、压应力的叠加影响，造 图10棒材与圆环表面各点与模具的相对运动速度 成了实际挤压时的平均摩擦因子大于圆环压缩法 Fig.10 Relative motion velocity of bar and ring surface with die 测得的摩擦因子.最主要的原因是实际挤压过程 中剪切速率要比圆环压缩实验大得多，本文认为 棒材挤压位移mm 挤压-模拟法测得的摩擦因子更接近Zr-4合金实 10 20 30 40 50 际挤压时的真实值，而圆环压缩法测得的摩擦因 1000 子更适用于如普通锻造这种坯料表面剪切速率较 小的热加工方式 800 4结论 600 (1)通过圆环压缩实验，在模具（砧面）粗糙度 400 0--0--0-- 0 0-0-0--0--0 Ra=0.6um、实验温度700~800℃的条件下，测得 ▲一挤压垫片附近 涂覆润滑剂的Zr-4合金与模具的摩擦因子为0.18~ 200 一■一挤压筒附近 -。-圆环表面 0.27,摩擦因子随实验温度的升高而增大 4 5 (2)采用挤压-模拟法，确定了在挤压温度 圆环压缩位移mm 750℃时Zr-4合金热挤压平均摩擦因子近似为0.35 图11圆环压缩与棒材挤压时坯料表面压应力 (3)在750℃时，挤压-模拟法测得的Zr-4合 Fig.11 Compressive stress on ingot surface during ring compression and bar extrusion 金热挤压平均摩擦因子大于圆环压缩法测得的摩 擦因子，其主要原因是实际挤压过程润滑剂的剪 材时的行程，横坐标下轴表示圆环压缩时的行程 切速率较圆环压缩实验大得多，并且实际挤压过 可以看出，棒材挤压时挤压垫片、挤压筒附近的润 程中润滑剂所受压应力约为圆环压缩实验中的两材时的行程，横坐标下轴表示圆环压缩时的行程. 可以看出，棒材挤压时挤压垫片、挤压筒附近的润 滑剂所受的压应力分别 在 900  MPa 与 700  MPa 左右，圆环压缩时润滑剂所受的压应力在 400 MPa 左右，远小于棒材挤压时润滑剂所受压应力. 此外，在 Deform-3D 后处理中还可以得到模具 附近的润滑剂所受压应力由进模口处的 1000 MPa 到出模口处的 300 MPa 逐渐降低，模面上的大部 分润滑剂所受压应力仍大于圆环压缩时的压应 力. 正是棒材挤压过程中润滑剂所受压应力要大 的多，导致了润滑剂黏度的升高使摩擦因子增大. 综上，由于剪切速率、压应力的叠加影响，造 成了实际挤压时的平均摩擦因子大于圆环压缩法 测得的摩擦因子. 最主要的原因是实际挤压过程 中剪切速率要比圆环压缩实验大得多，本文认为 挤压–模拟法测得的摩擦因子更接近 Zr-4 合金实 际挤压时的真实值，而圆环压缩法测得的摩擦因 子更适用于如普通锻造这种坯料表面剪切速率较 小的热加工方式. 4    结论 （1）通过圆环压缩实验，在模具（砧面）粗糙度 Ra = 0.6 μm、实验温度 700～800 ℃ 的条件下，测得 涂覆润滑剂的 Zr-4 合金与模具的摩擦因子为 0.18～ 0.27，摩擦因子随实验温度的升高而增大. （ 2）采用挤压–模拟法 ，确定了在挤压温度 750 ℃ 时 Zr-4 合金热挤压平均摩擦因子近似为 0.35. （3）在 750 ℃ 时，挤压–模拟法测得的 Zr-4 合 金热挤压平均摩擦因子大于圆环压缩法测得的摩 擦因子，其主要原因是实际挤压过程润滑剂的剪 切速率较圆环压缩实验大得多，并且实际挤压过 程中润滑剂所受压应力约为圆环压缩实验中的两 (b) 圆环 分流面 A B C 123 4 5 6 7 8 9 10 模具 挤压筒 垫片 4 3 2 1 5 6 7 8 10 9 坯料 (a) B A C 图 9    棒材挤压 （a）与圆环压缩（b）时表面流动示意图 Fig.9    Diagram of surface flow during rod extrusion (a) and ring compression (b) 1 3 5 7 9 圆环压缩 棒材挤压 相对运动速度/(mm·s−1 ) 编号 0.001 0.01 0.1 1 10 50 90 图 10    棒材与圆环表面各点与模具的相对运动速度 Fig.10    Relative motion velocity of bar and ring surface with die 1 2 3 4 5 200 400 600 800 1 000 压应力/MPa 圆环压缩位移/mm 挤压垫片附近 挤压筒附近 圆环表面 10 20 30 40 50 棒材挤压位移/mm 图 11    圆环压缩与棒材挤压时坯料表面压应力 Fig.11     Compressive  stress  on  ingot  surface  during  ring  compression and bar extrusion · 214 · 工程科学学报，第 42 卷，第 2 期