2  鋁型材擠壓成形特點(diǎn) 

鋁型材擠壓成形工藝過程可以看作是一種特殊的、復(fù)雜的流體運(yùn)動過程，屬

于三維流動、非線性、大變形問題。在擠壓成形過程中，會不斷的產(chǎn)生新的自由

表面、產(chǎn)生新的熱量，發(fā)生溫度傳遞、大變形、復(fù)雜幾何形體變化等各種交叉藕

合現(xiàn)象；整個擠壓過程可以分為非穩(wěn)態(tài)開始、穩(wěn)態(tài)成形、非穩(wěn)態(tài)結(jié)束三個階段，

在非穩(wěn)態(tài)的擠壓變形階段，彈性變形由于遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于金屬的塑性變形而可以被忽

略；但是在穩(wěn)態(tài)變形階段，塑性變形不再劇烈的條件下，則必須考慮彈性變形的

影響，因此，其材料本構(gòu)模型也非常復(fù)雜；同時(shí)，在高溫狀態(tài)下材料的粘度性能

不符合常粘度定律，材料的應(yīng)變速率及溫度對變形的影響不可忽視。 

模具是鋁型材擠壓成形的重要裝備，是決定鋁型材產(chǎn)品質(zhì)量的先決條件之

一。鋁型材擠壓導(dǎo)流模的形狀和尺寸、分流腔的數(shù)量和分布、焊合室的形狀和深

度、定徑帶的長度、模具表面的光潔度等都會影響鋁合金在成形中的流動狀態(tài)，

進(jìn)而影響型材擠出的質(zhì)量。鋁型材制品尺寸越大、形狀越復(fù)雜，其變形的不均勻

性就越顯著，截面卜各部分的金屬在擠出?？讜r(shí)的速度差異就越大，就越容易造

成型材的扭擰、波浪、彎曲及裂紋等缺陷[1]

。 

3  鋁型材擠壓仿真技術(shù) 

目前，鋁型材擠壓仿真所采用的技術(shù)主要有兩種，第一種是基于 Lagrange

格式的有限元方法（Finite Element Method , FEM ) ，第二種是基于 Euler

格式的有限體積法（Finite Volume Method , FVM )[2～3]

 。 

3.1 有限元方法(FEM)  

FEM 的基本思想是將材料的整個求解域離散為一系列相互連接的單元體（如

三角形、四邊形或六面體等單元），通過求解各單元和節(jié)點(diǎn)在每一加載步上的物

理場量，來描述材料在成形過程中的變形情況。有限元方法必須滿足的基本方程

包括平衡方程、幾何方程、本構(gòu)方程、屈服準(zhǔn)則、體積不可壓縮條件、力和速度

邊界條件。 

用有限元方法進(jìn)行鋁型材擠壓成形仿真的優(yōu)點(diǎn)是， 在計(jì)算過程中節(jié)點(diǎn)的位置

隨著成形的進(jìn)行而不斷發(fā)生變化，單元的形狀也隨之發(fā)生變形，因而，節(jié)點(diǎn)與單

元瞬態(tài)的物理場量可以很好地描述成形體的變形情況。 這種方法不僅能很好處理

復(fù)雜邊界問題，而且能跟蹤材料變形節(jié)點(diǎn)，記憶材料變形的歷史，非常適合分析

瞬態(tài)成形問題。 

用有限元方法方法進(jìn)行鋁型材擠壓成形仿真的缺點(diǎn)是， 計(jì)算過程中網(wǎng)格會經(jīng)

常發(fā)生畸變，導(dǎo)致體積損失過大，甚至出現(xiàn)網(wǎng)格無法生成的情況，必須對畸變后

的網(wǎng)格進(jìn)行重新劃分，而這種方式既浪費(fèi)計(jì)算時(shí)間，又降低了計(jì)算的精度，變形

程度大時(shí)甚至無法進(jìn)行下去。