拉弯成形数值仿照
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图1 端梁几何模型
图2 拉弯成形有限元模型
模型某轨道车辆车体端梁几何模型如图1所示，该构件由铝合金型材拉弯成形。基于几何模型，构建拉弯成形有限元模型如图2所示，模型由型材、夹钳和拉弯胎构成，个中拉弯胎和夹钳为不可变形壳体，型材为可变形壳体。为提高打算效率，夹钳简化为平面，型材端部通过绑定关系与夹钳连接。型材采取S4R单元进行网格划分，拉弯胎和夹钳采取R3D4单元进行网格划分。型材的本构模型选取Krupkowsky准则，屈从准则选取Mises准则。摩擦模型选取Coulomb模型，摩擦因数设置为0.1。拉弯过程中，拉弯模固定不动，夹钳的移动和迁徙改变带动型材包绕拉弯胎波折成形。
仿照结果剖析
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01
截面变形影响成分研究
（a）拉伸量6%
（b）拉伸量8%
（c）拉伸量10%
（d）拉伸量12%
图3 不同拉伸量时波折件截面变形情形
不同拉伸量时波折件截面变形情形如图3所示。由图3（c）可知，车体构件波折程度较大的B区域发生了明显的腹板塌陷和立边波折，截面畸变毛病显著；波折程度较小的C区域和直线段A区域截面畸变程度较小。此外当拉伸量为6%和8%型材长度时，波折件A、B、C3个区域内截面变形情形良好，无明显截面畸变；当拉伸量为10%型材长度时，波折件的B区域发生了明显的腹板塌陷和立边波折毛病，截面畸变严重，而A和C区域截面变形程度较小，未发生明显截面畸变；当拉伸量为12%型材长度时，波折件B区域截面畸变程度更加严重，且A和C区域也发生了明显的立边波折征象，截面发生畸变。因此随着拉伸量增加，截面畸变毛病更加严重。对车体构件当拉伸量小于8%时，波折件截面变形情形良好。
02
轮廓精度影响成分研究
图4 回弹量随拉伸量的变革曲线
拉弯过程中，型材拉伸量对成形件的回弹情形影响最为显著。波折件回弹量随拉伸量变革的曲线如图4所示。由图4可以看出，一定范围内，随着拉伸量的增加，回弹量减小，有利于轮廓精度的提高。然而，拉伸量对回弹的影响浸染有限，且拉伸量过大随意马虎导致截面畸变毛病。可采取基于回弹对模具零件型面进行改动的方法来掌握轮廓精度，初始模型中模具零件型面外皮曲线为理论件外皮轮廓曲线等距偏移料厚所得，初始模型中成形件的回弹量即为成形件与理论件之间的轮廓间隙。基于零件不同位置的轮廓间隙，在模具零件型面曲线上相应位置处罚别进行不同倍数的反向改动，然后分别利用改动后的模具拉弯成形，比较成形件卸载后轮廓曲线与理论件轮廓曲线之间的差值，得出最佳的模具零件型面改动量。相对理论件，零件回弹后其尺寸和波折角度均发生了变革，终极综合反响在回弹件与理论件之间的轮廓间隙，因此基于回弹件轮廓间隙进行模具型面改动方法的同时考虑了回弹件尺寸和角度的变革。当拉伸量为8%型材长度时，成形件轮廓精度随模具零件型面改动量的变革曲线如图5所示。由图5可以看出，当改动量为1.3倍回弹量时，成形件轮廓精度明显提高，达到了利用哀求。
图5 轮廓精度随模具零件型面改动量的变革曲线
拉弯成形试验
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图6 毛病件
由以上剖析可知，增大拉伸量可减小回弹量，有利于轮廓精度的提高；然而，拉伸量过大易导致截面畸变、腹板塌陷，如图6所示。综合考虑，对车体构件合理的拉伸量为8%型材长度，基于该拉伸量，在V-75数控拉弯机上进行了拉弯成形试验，如图7所示，并改动了拉弯胎型面，终极得到了合格的波折件（见图8），目前该车体构件已成功运用于轨道车辆铝合金车体中。
图7 拉弯成形机
图8 合格试验件
（1）端梁构件拉弯成形过程中随意马虎涌现腹板塌陷和立边波折截面畸变毛病，波折程度较大区域的截面畸变程度更严重。
（2）截面畸变程度随着拉伸量的增大而增大。对车体构件当拉伸量小于8%型材长度时，波折件截面变形情形良好。
（3）增大拉伸量一定程度上能够减小回弹，有利于提高轮廓精度；基于回弹对模具零件型面进行改动能够有效掌握轮廓精度。对车体构件当拉伸量为8%型材长度时，合理的模具零件型面改动量为1.3倍回弹量。
▍原文作者：王立东
▍作者单位：中国中车长春轨道客车株式会社
