2  鋁型材擠壓成形特點 

鋁型材擠壓成形工藝過程可以看作是一種特殊的、復雜的流體運動過程，屬

于三維流動、非線性、大變形問題。在擠壓成形過程中，會不斷的產生新的自由

表面、產生新的熱量，發生溫度傳遞、大變形、復雜幾何形體變化等各種交叉藕

合現象；整個擠壓過程可以分為非穩態開始、穩態成形、非穩態結束三個階段，

在非穩態的擠壓變形階段，彈性變形由于遠遠小于金屬的塑性變形而可以被忽

略；但是在穩態變形階段，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，其材料本構模型也非常復雜；同時，在高溫狀態下材料的粘度性能

不符合常粘度定律，材料的應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，是決定鋁型材產品質量的先決條件之

一。鋁型材擠壓導流模的形狀和尺寸、分流腔的數量和分布、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，

進而影響型材擠出的質量。鋁型材制品尺寸越大、形狀越復雜，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 

目前，鋁型材擠壓仿真所采用的技術主要有兩種，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點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、本構方程、屈服準則、體積不可壓縮條件、力和速度

邊界條件。 

用有限元方法進行鋁型材擠壓成形仿真的優點是， 在計算過程中節點的位置

隨著成形的進行而不斷發生變化，單元的形狀也隨之發生變形，因而，節點與單

元瞬態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

復雜邊界問題，而且能跟蹤材料變形節點，記憶材料變形的歷史，非常適合分析

瞬態成形問題。 

用有限元方法方法進行鋁型材擠壓成形仿真的缺點是， 計算過程中網格會經

常發生畸變，導致體積損失過大，甚至出現網格無法生成的情況，必須對畸變后

的網格進行重新劃分，而這種方式既浪費計算時間，又降低了計算的精度，變形

程度大時甚至無法進行下去。