弯曲铝合金型材通常采用先挤出直型材后二次弯曲成型,但二次弯曲成型会引起回弹、起皱和弯弧不稳等影响产品精度的问题。型材自弯曲挤压工艺是通过改变模具结构因子,使模具内部金属发生变形协调,进而有规律地挤出自然弯曲型材的成型工艺。本文围绕铝型材自弯曲挤压工艺已有研究,进一步采用有限元仿真方法,对铝型材自弯曲挤压成形过程中金属流动规律以及挤出型材曲率半径控制进行了深入且系统的研究。采用建模、有限元仿真分析与实验研究相结合的方法,探究了自弯曲挤压过程中模具内部金属流动变化和焊合质量规律;总结了空心管材和实心板材在不同焊合室结构模具中的焊合质量规律;确立了不同分流桥高度和不同断面分流比减少的百分比两种情况下对挤出型材半径影响的规律模型。论文的主要研究工作和结论如下:室温挤压装置及其配套工具的设计制作。根据工厂挤压过程中的操作步骤以及温度处理,设计并制作了通过电脑端操控的挤压装置和配套的挤压筒与模架,并为配套模具和坯料选取了适合的制作原材料。模具由灰白色耐高温树脂经过SLA光固化技术制作;坯料由具有极高质密度的中等硬度的精雕油泥来制作。针对空心型材焊合质量的研究。以空心方管为例,采用从工作带开始,向分流桥设计的思路,降低了模具设计的经验性,设计了垂直型焊合室分流模具和对称流线型焊合室分流模具;对两种模具进行挤压实验,得到流线型焊合室内死区体积明显减小,金属塑性流动更加流畅,产生的应变能减小,挤压载荷降低,金属挤压过程更加平稳,挤出型材更加均匀,并通过实验进行了验证;通过焊合质量K准则对两种模具在不同挤压速度下的有限元仿真结果进行焊合K值计算,得到在不同挤压速度下,流线型焊合室分流模具的焊合质量均高于垂直型焊合室分流模具。针对实心型材焊合质量的研究。以实心板材为例,设计了垂直型焊合室分流模具、对称流线型焊合室分流模具和扭通道流线型焊合室分流模具;通过对不同模具进行相同速度下的有限元仿真与挤压实验,对比了坯料在焊合室内部的流动变化,对挤压结果使用焊合质量J准则进行数据处理,得到扭通道自弯曲分流模具的焊合质量优于对称流线型分流模具的焊合质量更优于垂直型分流模具的焊合质量;对模具进行不同挤压速度下的仿真,对挤压数据进行J值处理,得到挤压速度越大,模具内部稳定焊缝生成距离范围越短,焊合质量越差。针对分流桥高度与挤压速度对挤出型材弯曲半径的影响研究。以实心板材为研究对象,设计了不同分流桥高度的分流模具,对各模具进行有限元仿真与实验挤压对比,两种挤压结果中的模具内部坯料流线相似度高,且挤出型材形状重合度高。随着分流桥高度的增加,分流模的焊合起点位置高度逐渐降低,焊缝位置逐渐由右向左偏移,焊合空间缩小,焊合过程的剧烈程度增强,焊缝的等效应变影响区扩大,对焊合质量的影响程度加大;对不同分流桥高度模具挤压结果进行挤压载荷与焊合质量J值分析,得到当分流桥高度为57 mm～67 mm时,挤压载荷最低且焊合质量最好。最后得到了分流桥高度和挤压速度双因素影响下的挤出型材弯曲半径控制模型。针对分流腔截面与挤压速度对挤出型材弯曲半径的影响研究。以异型材挤压为例,提出了差分比自弯曲挤压工艺,以断面分流比减少的百分比为研究对象,进行不同挤压速度和差分比的有限元仿真,进行模具出口速度提取并半径计算,最终得到断面分流比减少的百分比与挤压速度对挤出型材弯曲半径的影响规律模型;对焊缝位置进行分析,差分比的增加促使纵向焊缝向型材弯曲内侧偏移,型材弯曲曲率也随之减小;模腔流动应力的最大值点主要集中在工作带成形区附近且高达39.36 MPa,流动应力最小值点主要集中在焊合室的拐角处且低至2.90 MPa。