复杂大断面宽体薄壁铝型材挤压变形机理及其流动规律研究

针对我国现代轨道交通等领域内的宽体薄壁型材新产品开发过程中存在的工艺模具设计风险大、成形困难和产品质量难以控制等问题，本项目以复杂大断面宽体薄壁铝型材为研究对象，开展铝合金型材挤压变形机理及其材料流动规律的研究，重点研究剧烈大变形挤压过程中的材料变形机理、本构关系、流动规律、工艺模具参数的影响规律和参数多目标优化设计方法等，为断面形状复杂、宽厚比大、挤压比大的宽体薄壁铝型材产品开发中的分流孔、焊合室、工作带等关键模具结构设计，挤压速度、挤压温度等关键工艺参数选择以及模孔出口材料流动速度均匀性控制策略等关键设计方案的制定提供理论指导，促进大型铝型材挤压成形理论的发展和提高对生产实际的指导作用。项目的开展将有助于减少大断面宽体薄壁铝型材产品开发风险，降低制造成本，提高型材产品质量。

铝合金型材产品因其重量轻、比强度高、耐腐蚀性好、导电导热性好、外形美观、密封性好、易于回收等特点，在石油化工、机械制造、家用电器、车辆、船舶、飞机、通讯等领域取得了非常广泛的应用。针对目前我国铝型材开发过程中存在的问题，本项目开展了对复杂大断面宽体薄壁铝型材挤压变形机理及其流动规律研究。.　　(1) 研究了6N01和5086铝合金材料的热流变行为，建立了材料本构模型，并确定了模型的材料参数，为铝型材挤压过程数值模拟提供了数据基础。.　　(2) 研究了模具结构参数（分流孔数量及布局、模孔布局、二级焊合室结构、阻流块结构）对空心型材挤压过程的影响，获得了剧烈大变形挤压过程中分流、焊合等阶段材料的流动规律，为优化模具结构和合理选择工艺参数提供了理论参考。.　　(3) 采用数值模拟，结合Taguchi试验法、信噪比和变异数分析方法，确定了工艺参数的最优组合，并研究棒料直径、挤压速度、挤压温度等挤压工艺参数对挤压过程的影响。.　　(4) 建立了以型材截面速度均方差、最大挤压力和型材截面最高温度为多目标的优化模型，研究了型材挤压质量与挤压工艺参数与模具结构参数之间的内在联系及其规律，并利用粒子群算法优化了模具结构参数，实现了集有限元模拟技术与人工智能算法相结合的挤压模具参数的优化设计。.　　(5) 建立了高速列车车体用复杂大断面铝型材挤压成形过程数值模拟模型，研究了大型挤压模具在成形载荷作用下的应力及变形分布，总结了大型挤压模具的优化设计方法，为指导轨道交通等领域复杂大断面型材的开发及生产提供了理论支持。