随着高速列车、航天航空、舰船兵器、机械制造工业的快速发展,金属挤压制品向大型化、整体化、尺寸高精度化、断面形状复杂化发展的同时,也给挤压模具的设计带来了较大挑战。挤压模具不等长工作带是平衡挤出型材断面各部位金属流速,获得高表面质量、高尺寸精度制品的关键。大型铝合金实心型材挤压模具不等长工作带结构复杂、尺寸变化大,设计难度大。依靠源于工程类比的传统设计方法,很难对不等长工作带结构尺寸进行合理的设计。以数值模拟方法取代部分实验,已成为研究复杂构件成形过程金属流变控制的最有效手段,采用有限元法对不等长工作带结构尺寸进行模拟分析,获得不等长工作带对金属流变行为、温变行为的影响规律,预测产品成形质量,提高模具设计效率,降低生产成本。为此本文以小断面矩形型材为例,采用数值模拟结合均方差法研究了不等长工作带结构尺寸对型材断面金属流速及温度的影响,获得了不等长工作带长度对金属流速的阻碍规律,建立了工作带长度与金属流速之间的比例关系。研究结果表明,工作带长度L增加1mm,型材断面最大流度降低0.9mm/s。当采用工作带长度L为5~6mm设计时,型材断面SDV值为0.2,金属流速分布均匀,型材外形较好。此时的工作带面积配置比SL/SR取值为1.00~1.05。当L为6mm时型材头部弯曲偏移量取得最小值:0.19mm,0.57mm,此时型材非常接近外形平直的型材轮廓,有效改善了左侧刀弯现象。工作带长度的变化对型材表面的温度分布影响较小,温升仅为2oC,但对应力分布影响较大,应力值改变约50MPa。在此基础上,基于将模具和工作带设为两个独立的几何实体的分体式几何建模,同时在挤压筒内壁、模具表面和变形体之间选用剪切摩擦模型,变形体和工作带表面之间选用库仑摩擦模型,针对企业实际挤压大型铝型材时产生的刀弯缺陷,采用数值模拟方法分析了大型铝合金实心型材挤压过程中,不等长工作带结构尺寸对金属流动行为及成形质量的影响,通过对不同部位工作带结构尺寸优化设计,有效的提高了型材断面金属流动的均匀性,改善了型材表面应力集中现象,获得了挤出型材断面温度场分布规律。研究结果表明,将流速最慢部位工作带长度由5mm减少到2mm,金属流速由2.1mm/s增加到2.3mm/s,将流速最快部位工作带长度由19mm增加到25mm,金属流速由3.9mm/s减少到2.2mm/s,优化后的型材断面最大流速与最小流速之差为0.72mm/s,断面流速分布较均匀,挤出型材较平直;工作带最长部位的型材表面温度最高,工作带最短部位温度最低;无应力集中现象。