材料力学理论在铝型材深加工中的应用探讨
材料力学源于人们的生产经验，是生产经验的提炼和浓缩，同时形成理论后又应用于指导生产实践和工程设计，可以说人类的历史有多久，力学的历史就有多久。但是形成文字的理论记载，我国研究材料力学可以追溯到公元1103年，宋代李诫写的《营造法式》。本文从研究较为深入的材料力学理论——材料机械性能入手，分别对其主要内容及在铝型材加工科学中的应用进行了分析和探讨。
关键词：材料力学理论 材料加工科学 应用探讨
1 材料力学中机械性能研究的内容
一种材料的机械性能是指其对载荷的特定反应。这些性能主要分为五大类：强度、硬度、 弹性、塑性以及韧性。
强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度属性通常指的是抗拉强度，抗弯强度，抗压强度，抗扭强度，抗剪强度及抗疲劳强度。
抗拉强度指抵抗能拉断金属的作用力的属性。它是金属改革中最重要的因素之一。
抗弯强度是指抵抗引起零件弯曲或偏离载荷作用方向的力的属性。实际上，弯曲应力是拉应力和压应力的结合。
抗压强度是指材料抵抗撞击的能力，多数的金属都有很高的抗压强度。
抗扭强度是指金属抵抗引起零件扭转的力的能力。
抗剪强度是指材料抵抗各种快速交替变换的应力的属性。例如，一根活塞杆或一根轴承受完整的拉压交变应力。来回反复的弯曲一根铁丝直到其断裂也是抗剪强度的另一个例子。
抗疲劳强度是指金属材料在无限多次的交变载荷作用下，一致引起破裂的最大应力。它是评定抗疲劳失效的性能指标。对于钢铁材料，达106～107uqw时仍然不发生疲劳断裂的最大应力值就是疲劳强度。对于有色金属，一般规定应力循环次数为108或更多次数，才能确定其疲劳强度。
硬度是衡量金属材料软硬程度的指标，是指金属材料抵抗冲压和穿透的属性。硬度通常依据在标准载荷下，一个特殊的球造成的压痕区域面积或在特殊载荷下一个特殊压头造成的深度来表示的。常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）等方法。
弹性是指材料回弹到原始形状的能力。汽车保险杠和所有的弹簧都应具有这种能力。
塑性是指材料承受永久变形而不破坏的能力。现在，深压成形的汽车躯干和挡板，及其它冲压成形的产品都应具有这种能力。
韧性是指金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力称为冲击韧性，简称韧性。强度和塑性决定一种材料的韧性。在汽车轴承、锤子、铁轨和类似产品中都需要韧性。
2 材料力学理论在铝型材深加工中的应用
2.1硬度与抗拉强度关系在实际生产中的应用
对于了解金属机械性能的人来说，硬度试验是一种最为简便的力学性能测试手段，它不仅测试方法简单，操作容易，试验快捷，而且对被测物件的损伤很小，因此在实际工作中得到广泛的应用。用测量的硬度来换算金属材料的抗拉强度，在实际应用中具有简便、迅速的优点，通过常用牌号6063铝合金实验得出以下结论：
（1）6063铝合金型材的维氏硬度与抗拉强度具有密切的一元线性相关性，线性回归方程关系式σb≈2.17HV+55.63，回归方程的误差S=6.68MPa。
（2）6063铝合金型材的线性回归方程适用于其不同热处理状态下的型材。
铝合金深加工过程中涉及到的成型部份，如果材料抗拉强度太大，冲压深加工过程材料容易拉裂，在试验测算出拉裂的极限抗拉强度后，利用线性回归方程式，生产工场可通过简单的硬度测试来测算抗拉强度，通过检测硬度就能快速了解材料的力学性能状况，不仅提高了检测效率，而且还大大减少了力学性能检测的成本。
2.2 弹性和塑性的性能指标的使用
当应力低于σe 时，应力与试样的应变成正比，应力去除，变形消失，即试样处于弹性变形阶段，σe 为材料的弹性极限，它表示材料保持完全弹性变形的最大应力。当应力超过σe 后，应力与应变之间的直线关系被破坏。如果卸载，试样的变形只能部分恢复，而保留一部分残余变形，即塑性变形，这说明铝合金的变形进入弹塑性变形阶段。σs称为材料的屈服强度或屈服点，对于无明显屈服的金属材料，规定以产生0.2%残余变形的应力值为其屈服极限。当应力超过σs后，试样发生明显而均匀的塑性变形，若使试样的应变增大，则必须增加应力值，这种随着塑性变形的增大，塑性变形抗力不断增加的现象称为加工硬化或形变强化。当应力达到σb时试样的均匀变形阶段即告终止，此最大应力σb称为材料的强度极限或抗拉强度，它表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。
在σb值之后，试样开始发生不均匀塑性变形并形成缩颈，应力下降，最后试样断裂。
对于铝型材平面度要求高的产品，在防止铝型材变形方面，依据以上的分析，我们可以确定一些指标以确保型材在生产周转及运输过程受到外力作用时能够最大限度保证铝型材不变形，从图1来看，当材料应力达到σe时，应力与应变成线性关系，只要外力形成的应力不超过σe，材料的变形就可以完全得到恢复，当外力形成的应力处于σe～σs时，部分变形可以恢复。从以上分析来看，为了防止材料变形，我们可以通过提高材料的σs值，当材料受到外力时，σs值人提高说明需要增加更大的外力才可能使材料发生塑性变形，材料发生塑性变形的概率就能够得到最大程度的控制。σs增加时应变也会相应得到提高，可恢复的变形程度的增加也同样可以最大程度降低金属材料发生塑性变形的概率，获得平面度较高的优质材料。
参考文献
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