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[6]。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 纪 50 年代 Hill 第一次应用了平面应变滑移线理论来研究挤压工艺中的金属流动问题

[12]。Seweryn[13]，Wang[14]和 Chitkara 等[15]也应用滑移线理论分析了一些挤压工艺问题。

另一种传统的数值分析方法——上限元法也被应用到挤压工艺的分析中[16-18]。这些解 析方法对于理解挤压工艺中的金属流动问题很有帮助，能够进行简单的计算，在发展 塑性加工力学及其应用上起到了重要的作用[17]。但是，这些早期的研究方法只局限于 一般性的金属流动分析，特别是二维的平面应变或轴对称分析上，而且只能求解静态 问题[18]。现代社会的需求强烈要求技术革新，所以有限元法应运而生，为金属塑性加 工提供了一个有力的工具。

1.2 铝型材挤压技术及其数值模拟发展

1.2.1 铝型材挤压原理与特点

铝型材挤压成形是一个复杂的高温、高压条件下金属塑性变形过程，属于三维流 动、非线性、大变形问题[19]。在挤压成形过程中，会不断的产生新的自由表面、产生 新的热量，发生温度传递、大变形、复杂几何形体变化等各种交叉祸合现象[19]。整个 挤压过程可以分为非稳态开始、稳态成形、非稳态结束三个阶段，其材料的本构模型 也非常复杂[20]。同时，在高温状态下材料的粘度性能不符合常粘度定律，材料的应变 速率及温度也对变形有影响[20]。

与其它加工工艺相比，铝型材挤压成形工艺具有下列特点： (1)在挤压成形过程中，被挤压的金属材料在变形区内能获得比轧制或锻造成形

更为强烈和均匀的三向压缩应力状态，可以充分发挥被加工金属本身的塑性[21]。 (2)不但可以生产断面形状较简单的管、棒、型、线产品，而且可生产其它压力

加工方法难以生产的断面变化、形状复杂的型材和管材。如阶段变断面型材、带异形

加强助的整体壁板型材、形状极其复杂的空心型材和变截面管材、多孔管材等[21]。 (3)加工灵活性大，只需要更换模具等挤压工具即可在一台设备上生产不同形状、