规格和品种的制品，更换挤压工具的操作简便快捷，费时少，效率高[21]。 (4)生产产品精度高，表面质量好。大大减少了总工作量，简化了后续工序，同

时也提高了被挤压金属材料的综合利用率和成品率[21]。 (5)提高了金属的力学性能，特别是对某些具有挤压效应的铝合金来说，其挤压

制品在淬火时效后，纵向强度远高于其它方法加工的产品[21]。 (6)工艺流程简短，生产操作方便，一次挤压即可获得比热模锻或轧制等方法面

积更大的整体结构部件，而且设备投资少，模具费用低，经济效益高[21]。

1.2.2 铝型材挤压技术发展概况

铝型材挤压技术已经经过了很多年的发展。

Y.M.Huang 模拟了铝棒材挤压成形。H.G. Mori 仿真了管材挤压成形。另外科普、 道森、汤姆森、齐恩基威西等人，用有限元法，采用不同网格尺寸，对各种铝型材挤 压过程进行了不同层次的模拟，获得了力、应变、应变、温度等各类信息[22]。

应用有限元技术，国内外市场出现了很多有限元仿真软件，例如美国 SFTC 公司 的 Deform2D、3D 软件等[23]。这些商品化软件在全世界的金属塑性加工行业得到广泛 应用，在铝型材挤压成形的理论研究方面发挥了很大作用[23]。而在国内，上海交通大 学模具中心开发了 S-FORM2D、S-FORM3D 软件，山东大学模具中心赵国群教授和他的 研究小组用有限元方法开发了 CASFORM 软件。并且，许多国内学者利用现有的有限元 仿真软件，对铝型材挤压过程进行了有限元分析与计算，得出了挤压过程中铝合金的 应力、应变、温度以及流动速度的分布和变化[24]。

于沪平等[22]采用塑性成形模拟软件 Deform，用刚粘塑性有限元函数法对平面分 流模的挤压变形进行了模拟，刘汉武等应用 ANSYS 软件对分流组合模挤压铝型材进行 了有限元分析与计算。上海交通大学的周飞等对铝型材挤压过程进行了有限元数值模 拟[26]。

2 有限元数值模拟

影响金属塑性成形的因素有很多，如何合理设置这些影响因素就显得比较重要。 比如模具设计以及工艺方案的制定可能会直接影响塑性加工结果[23]。

传统的方法是根据个人经验以及工具手册制定，难免会出现各种误差，而反复试 验会增加成本。计算机技术的不断发展使得模拟设计得到了广泛应用。在计算机上设 定模具以及各种参数，通过不断的模拟计算可以制定出合理的工艺参数，这样可以大 幅度降低成本并且极大地提高效率。因此，采用有限元法是不错的选择[24]。

2.1 有限元法的基本思想

有限元法是一种常用的结构分析方法，其基本思想是把连续的求解区域离散为一 组由有限个单元组成并按一定方式相互连接在一起的单元组合体来加以分析[25]。

它的基础是变分原理和加权余量法[25]。也就是将计算域划分为有限个互不重叠的 单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的 变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助 于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解[26,27]。

因此，有限元法体现了将有限与无限统一、应用已知求解未知、并且将这两种思 想结合起来化作实际具体的解决方法的思想[25]。