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    。材料流动的极度不均
    匀导致了产品质量的极其不稳定。而特殊的构件截面使得在变形过程中,金属脱离工
    作带后经常发生翘曲, 严重影响了产品的平整性[3]
    。同时,在铝型材挤压过程中,型
    材截面上的各部分金属在挤出模孔时如果以不同的速度流出,就会造成型材的扭拧、
    波浪、弯曲及裂纹等缺陷而报废,甚至损坏模具[4]

    挤压成形工艺是实现铝型材生产的关键技术, 其工艺水平决定着型材制品的质量
    和模具的使用寿命[5]
    。在实际生产中,挤压模具的设计和工艺参数的确定更多依赖设
    计师的经验,模具质量难以保证,需要多次试模和修模才能生产出合格产品。而采用
    数值模拟实际挤压过程,可以实时跟踪描述金属的流动行为,揭示金属的真实流动规
    律,获得速度、温度、应力、应变等实验现场难以测量的物理量,预测型材在挤压过
    程中可能出现的缺陷,并及时对模具结构及工艺参数进行调整,有效减少了试模修模
    次数,不仅能够提高挤压型材质量,同时也可降低生产成本,缩短模具生产周期[5]

    近年来,对铝型材的挤压成形过程的数值模拟已获得大量的进展,为生产实践提
    供了很好的指引方向。
    1.1 挤压技术及其发展概况
    挤压成形实际上是塑性成形中体积成形的一种方式[6]
    。1.1.1 挤压基本原理
    挤压成形是对挤压筒内的金属坯料施加外力,使之从特定的模孔中流出,从而获
    得所需断面形状和尺寸的产品一种塑性加工方法[7]。
    挤压工艺是一种少、无切削的机械加工方法,同时也是金属塑性成形技术的一个重要分支[8]
    。它主要用于棒材、管材以及其它型材的生产[8]。有色金属,特别是铝合
    金是采用挤压成形的常见材料,大部分变形铝合金都可采用挤压成形[9]。挤压过程如
    图1.1 所示。坯料在封闭的模腔内受到三向不均匀压应力的作用,从模具的孔口或者
    缝隙挤出,从而减小了横截面积,最终形成所需挤压制品[6]。1.1.2 挤压分类
    挤压类型可分为许多种。
    若按金属流动及变形特征分类,可以分为热挤压有正挤压、反挤压、侧向挤压、
    连续挤压和特殊挤压[10]
    。其中特种挤压包括静液挤压、有效摩擦挤压、扩展挤压和半固态挤压等[10]。
    在以上分类中,正挤压和反挤压是最基本的挤压方法[6]。正挤压时,金属的流动
    方向与挤压杆的运动方向相同,其最主要的特征是坯料与挤压筒内壁有相对滑动, 因
    而存在很大的外摩擦[11]
    。反挤压时,金属的流动方向与挤压杆的运动方向相反,其特
    点是坯料与挤压筒内壁间无相对运动,因而没有外摩擦[11]。而一部分金属的流动方向
    与挤压杆相同,一部分相反,这样的变形方式成为复合挤压[6]。
    若按成形温度分类,挤压成形可以分为热挤压、温挤压和冷挤压三类[6]
    。大型钢
    锭主要依靠热挤压,可获得较长的棒材或者是各种型材的半成品。小型坯料主要采用温挤压和冷挤压, 从而得到成品零件或者只需进行少量机加工的半成品 。 也可以说,
    在冶金工业系统主要应用热挤压,在机械工业主要应用冷挤压和温挤压。
    1.1.3 挤压发展概况
    挤压作为一种古老的工艺,通过数值模拟对其进行分析和研究已经有很多年了,
    一些著名的学者在研究金属成形的原理和实验时常采用挤压工艺[7]

    在 1870 年,Tresca 通过挤压实验来建立了著名材料塑性屈服准则[12]
    。在 20 世
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