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[摘 要]以大连202延长线不锈钢车体的顶棚弯梁为例，对其材料进行了拉伸试验，获得了准确的材料参数。应用PS2F软件对拉弯过程进行了数值模拟，对拉弯程序进行少量调整后获得了满足生产要求的工件。
[关键词]不锈钢型材；拉弯成形；数值模拟
中图分类号：TS914.1+2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）39-0001-01
引言
近年来，不锈钢材料被广泛应用于轨道车辆车体的制造。由于不锈钢车体多采用表面不涂装工艺，对车体制造精度要求很高，因此对车体结构件的成形精度要求更高。车顶弯梁长度大，拉弯过程中截面形状变化明显，对夹头及拉弯胎型面的设计均制造了很大的困难，同时成形过程中很容易出现起皱、截面形状畸变、轮廓形状因回弹而无法满足使用要求等缺陷。如何采用PS2F软件对车顶弯梁拉弯过程进行了数值模拟，保证弯梁成型精度就成为急需解决的问题。
1.拉弯工艺原理
型材拉弯是一种较为常见的冷弯曲成形方法，其工艺原理是在型材两端施加切向拉力，使之边拉伸边弯曲。当任何一种刚性材料被弯曲时，存在一条沿零件纵向没有发生变形的假想直线，称为中性轴。在没有“预拉伸”的情况下与零件的几何中心线一致。在弯曲之前，所有的纤维具有相同的长度。但是发生弯曲后，由于零件具有一定的厚度，不同厚度处的纤维将具有不同的长度。中性轴以外的纤维长度会增加，而以内的纤维长度会缩短。
卸载后材料将保持和模具轮廓相似的外形，而由于内部纤维残余应力的存在使材料有恢复初始形状的趋势，因此模具两端有一定的回弹存在。回弹是其整个成形过程的累积效应，与模具几何形状、材料性能参数、摩擦接触状态、加载方式等众多因素密切相关，对其有效预测与控制是提高型材弯曲件精度的关键。
2.拉弯成形工艺模拟软件
数值模拟技术是拉弯成形工艺研究的有效手段。通过数值模拟技术，可以分析拉弯成形过程的材料变形机理和流动规律，预测可能出现的成形缺陷，优化成形工艺。
PS2F软件是一种基于解析算法的专门用于拉弯成形工艺模拟的高性能专用模拟软件。该软件由两部分组成，即PS2F的概念模块和机器模块。前者的主要功能是进行成形工艺参数的模拟优化、计算坯料尺寸和模具设计，后者主要用于生成驱动数控拉弯机的数控程序。PS2F软件能够对型材张臂式拉弯过程进行仿真，对型材拉弯的可行性进行判断，根据型材零件的形状特点和摩擦接触状态来自动优化夹钳加载轨迹，能够计算回弹量，并对模具型面进行相应的补偿。根据仿真优化的结果及具体的型材拉弯设备，PS2F软件能够自动生成相应的数控代码，从而驱动机构的可靠运动，避免了仅凭个人经验及通过试验确定加工参数的困难。
3.材料参数的确定
拉弯成形前需要对材料进行拉伸试验，以确定数值模拟所需的材料参数，最终测试结果如表1所示。
4.车顶弯梁拉弯工艺研究
4.1 数值模拟结果分析
采用PS2F软件对大连202延长线不锈钢车体车顶弯梁进行了数值模拟。该零件材质为SUS301L-ST，总长2552mm，其结构如图1所示。工艺要求卡样板检查两端圆弧处间隙≤0.5mm，且不允許有起皱等缺陷存在。为了保证弯梁弧面更好的贴合样板，模拟时将包覆系数由默认1.0加大到1.6，此时模拟结果显示，最大回弹量为6.148，在模具型面生成过程中对该回弹自动进行相应补偿。图2为应变沿长度方向上分布状况的模拟结果，可见在r处最小应变为拉应变，表明此处材料受拉应力，因此一般不会出现起皱现象。材料的最大应变发生在小r处受拉应力一侧，没有超过材料的极限应变。
4.2 试验结果对照
利用上述数值模拟结果加工了拉弯模具，并生成了拉弯数控程序，在美国Cyril Bath生产的数控拉弯机V-80上进行了拉弯试验。初始程序拉弯后回弹较大，因此在两侧小圆弧处加大位移及包覆角度，经过调试后，弯梁弧面与样板贴合良好，在工件r处没有起皱现象发生，与数值模拟结果相吻合，同时截面形状也没有发生大的畸变，完全可以满足使用要求。目前，该工件已投入批量生产。
5.结论
型材拉弯模拟软件PS2F在实际生产中的应用表明其在优化拉弯工艺、设计拉弯模具及生成拉弯程序方面具有很高的实用价值。利用模拟结果可大大减少修模次数，同时可以保证拉弯件的高质量要求及拉弯操作过程中的安全性，大幅提高生产效率，降低生产成本。
参考文献
[1] 金朝海，周贤斌.基于PS2F的铝型材拉弯回弹研究[J].
[2] ACB公司PS2F软件用户手册[M].
[3] 王锋，谷诤巍，刘玉梅，刘志泰，赵亚夫.轨道车辆不锈钢车顶弯梁拉弯成形技术[J].
[关键词]不锈钢型材；拉弯成形；数值模拟
中图分类号：TS914.1+2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）39-0001-01
引言
近年来，不锈钢材料被广泛应用于轨道车辆车体的制造。由于不锈钢车体多采用表面不涂装工艺，对车体制造精度要求很高，因此对车体结构件的成形精度要求更高。车顶弯梁长度大，拉弯过程中截面形状变化明显，对夹头及拉弯胎型面的设计均制造了很大的困难，同时成形过程中很容易出现起皱、截面形状畸变、轮廓形状因回弹而无法满足使用要求等缺陷。如何采用PS2F软件对车顶弯梁拉弯过程进行了数值模拟，保证弯梁成型精度就成为急需解决的问题。
1.拉弯工艺原理
型材拉弯是一种较为常见的冷弯曲成形方法，其工艺原理是在型材两端施加切向拉力，使之边拉伸边弯曲。当任何一种刚性材料被弯曲时，存在一条沿零件纵向没有发生变形的假想直线，称为中性轴。在没有“预拉伸”的情况下与零件的几何中心线一致。在弯曲之前，所有的纤维具有相同的长度。但是发生弯曲后，由于零件具有一定的厚度，不同厚度处的纤维将具有不同的长度。中性轴以外的纤维长度会增加，而以内的纤维长度会缩短。
卸载后材料将保持和模具轮廓相似的外形，而由于内部纤维残余应力的存在使材料有恢复初始形状的趋势，因此模具两端有一定的回弹存在。回弹是其整个成形过程的累积效应，与模具几何形状、材料性能参数、摩擦接触状态、加载方式等众多因素密切相关，对其有效预测与控制是提高型材弯曲件精度的关键。
2.拉弯成形工艺模拟软件
数值模拟技术是拉弯成形工艺研究的有效手段。通过数值模拟技术，可以分析拉弯成形过程的材料变形机理和流动规律，预测可能出现的成形缺陷，优化成形工艺。
PS2F软件是一种基于解析算法的专门用于拉弯成形工艺模拟的高性能专用模拟软件。该软件由两部分组成，即PS2F的概念模块和机器模块。前者的主要功能是进行成形工艺参数的模拟优化、计算坯料尺寸和模具设计，后者主要用于生成驱动数控拉弯机的数控程序。PS2F软件能够对型材张臂式拉弯过程进行仿真，对型材拉弯的可行性进行判断，根据型材零件的形状特点和摩擦接触状态来自动优化夹钳加载轨迹，能够计算回弹量，并对模具型面进行相应的补偿。根据仿真优化的结果及具体的型材拉弯设备，PS2F软件能够自动生成相应的数控代码，从而驱动机构的可靠运动，避免了仅凭个人经验及通过试验确定加工参数的困难。
3.材料参数的确定
拉弯成形前需要对材料进行拉伸试验，以确定数值模拟所需的材料参数，最终测试结果如表1所示。
4.车顶弯梁拉弯工艺研究
4.1 数值模拟结果分析
采用PS2F软件对大连202延长线不锈钢车体车顶弯梁进行了数值模拟。该零件材质为SUS301L-ST，总长2552mm，其结构如图1所示。工艺要求卡样板检查两端圆弧处间隙≤0.5mm，且不允許有起皱等缺陷存在。为了保证弯梁弧面更好的贴合样板，模拟时将包覆系数由默认1.0加大到1.6，此时模拟结果显示，最大回弹量为6.148，在模具型面生成过程中对该回弹自动进行相应补偿。图2为应变沿长度方向上分布状况的模拟结果，可见在r处最小应变为拉应变，表明此处材料受拉应力，因此一般不会出现起皱现象。材料的最大应变发生在小r处受拉应力一侧，没有超过材料的极限应变。
4.2 试验结果对照
利用上述数值模拟结果加工了拉弯模具，并生成了拉弯数控程序，在美国Cyril Bath生产的数控拉弯机V-80上进行了拉弯试验。初始程序拉弯后回弹较大，因此在两侧小圆弧处加大位移及包覆角度，经过调试后，弯梁弧面与样板贴合良好，在工件r处没有起皱现象发生，与数值模拟结果相吻合，同时截面形状也没有发生大的畸变，完全可以满足使用要求。目前，该工件已投入批量生产。
5.结论
型材拉弯模拟软件PS2F在实际生产中的应用表明其在优化拉弯工艺、设计拉弯模具及生成拉弯程序方面具有很高的实用价值。利用模拟结果可大大减少修模次数，同时可以保证拉弯件的高质量要求及拉弯操作过程中的安全性，大幅提高生产效率，降低生产成本。
参考文献
[1] 金朝海，周贤斌.基于PS2F的铝型材拉弯回弹研究[J].
[2] ACB公司PS2F软件用户手册[M].
[3] 王锋，谷诤巍，刘玉梅，刘志泰，赵亚夫.轨道车辆不锈钢车顶弯梁拉弯成形技术[J].