軌道車輛的車體大量使用鋁合金材料,既減輕車身自重,又能夠保證車輛機動能力,為旅客創造舒適安全的乘車環境。拉彎機工藝具有成形精度高、回彈量較少等優勢,被廣泛應用在軌道車輛結構件成形中?,F研究的軌道車輛鋁合金端梁具有尺寸大和截面復雜等特點,成形精度要求高,拉彎機成形過程難以控制,是軌道車輛車身成形的一大技術難題。
1 數值模擬
1.1 零件特征
某軌道車輛車體端梁結構如圖1所示,材料為60051A鋁合金,立邊厚度為4 mm,力學性能參數如表1所示。由圖1可以看出,該端梁尺寸較大,截面比較復雜,左右不對稱,其簡化后截面形狀如圖1所示。在實際生產中經常出現截面畸變嚴重,輪廓精度低的現象,影響整車的裝配。
1.2 模型建立
基于零件的特征,在ABAQUS/CAE軟件中進行建模,模型包括型材、拉彎模和夾鉗。型材具有長度大,截面復雜的特點,因此可以簡化其截面形狀,簡化一些對整體成形影響不大的圓角和倒角,并選取模型殼體(Shell)進行研究。拉彎模根據型材的簡化也簡化了一些小的倒角,由于夾鉗在拉彎過程中僅起到夾持和施加拉力的作用,可以在模型中簡化為平面。全局網格尺寸為25 mm,部分區域細化網格為1 mm,在完成模型建立后,需要把分散的型材、拉彎模、夾鉗等按照拉彎成形位置裝配
1.3 加載軌跡確定
夾鉗軌跡決定數值模擬的最終形態,但是夾鉗軌跡并不是由單一因素決定,而是由預拉伸量、包覆拉伸量、補拉伸量三者共同決定。拉伸量不足,型材會發生起皺缺陷;拉伸過量,型材會存在拉裂風險,成形性差。
實際拉彎成形過程中,預拉應力通常會略大于型材的屈服應力,按照經驗,預拉伸量的設置約為總拉伸量的0.7%~1%,而且拉伸軌跡為直線。補拉伸量要確保型材不會出現開裂風險,其拉伸軌跡也為直線。包覆拉伸是型材拉彎的重要階段,夾鉗軌跡為曲線,夾鉗的運動一方面要拉伸型材,另一方面要保證型材彎曲。研究的夾鉗運行軌跡基于位移移動原理控制'