近年來(lái)，隨著軌道交通事業(yè)的飛速發(fā)展和軌道車輛制造水平的提高，一些高性能金屬材料如不銹鋼等被用于軌道車輛車體的制造。與傳統(tǒng)的碳鋼車體相比，不銹鋼車體具有重量輕、抗腐蝕性好、使用壽命高、外形美觀、易于維修、降低能耗等突出優(yōu)點(diǎn)，特別適合于以綠色環(huán)保為主題的城市軌道交通的發(fā)展要求，因此具有極好的發(fā)展前景。采用不銹鋼車體已成為未來(lái)城市軌道車輛生產(chǎn)制造的發(fā)展趨勢(shì)。

　　不銹鋼車體制造的關(guān)鍵技術(shù)之一是車體不銹鋼結(jié)構(gòu)件的拉彎成形技術(shù)。這些結(jié)構(gòu)件如車頂彎梁、立柱等都由不銹鋼板型材經(jīng)拉彎工藝彎曲成形，具有長(zhǎng)度大、壁厚小、截面形狀變化大等特點(diǎn)，成形工藝復(fù)雜，成形難度很大，成形過(guò)程中很容易出現(xiàn)起皺、截面形狀畸變、輪廓形狀精度因回彈而超差等缺陷，而且目前不銹鋼車體采用表面不涂裝工藝，對(duì)車體制造精度要求很高，因此對(duì)這些車體PS2FPS2F概念模塊機(jī)器模塊離散化，轉(zhuǎn)化為GDO文件，輸入PS2F概念模塊，同時(shí)輸入成形方向、工藝數(shù)據(jù)以及材料的性能數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行拉彎工藝模擬計(jì)算模擬結(jié)果可以給出應(yīng)變分布狀況、成形力和延伸率隨彎曲角度的變化狀況、回彈預(yù)測(cè)結(jié)果等數(shù)據(jù)，同時(shí)可以計(jì)算出型材坯料尺寸、拉彎模具型面輪廓線的幾何數(shù)據(jù)等。實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)工藝參數(shù)優(yōu)化，以消除可能出現(xiàn)的起皺、回彈量大等缺陷。

    獲得最佳工藝方案后，便可輸出坯料長(zhǎng)度以及截面尺寸以指導(dǎo)下料，輸出模具型面各輪廓線的GDO幾何數(shù)據(jù)，將GDO數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成CAD文件后便可進(jìn)行模具的數(shù)控加工。PS2F的機(jī)器模塊的計(jì)算首先需要調(diào)入PS2F概念模塊下生成的模擬結(jié)果的PSF文件，然后再輸入拉彎?rùn)C(jī)信息、模具位置和坯料夾持等相關(guān)信息，經(jīng)計(jì)算后便可生成直接用于驅(qū)動(dòng)數(shù)控拉彎?rùn)C(jī)進(jìn)行拉彎成形的數(shù)控程序。該軟件集成了數(shù)量龐大的拉彎成形經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，模擬預(yù)測(cè)精度高，而且計(jì)算速度快，諸如軌道客車車頂彎梁等大型構(gòu)件的拉彎成形模擬，從幾何建模到最后生成數(shù)控拉彎程序的全過(guò)程耗時(shí)不足1h，非常適合于工業(yè)生產(chǎn)需要，是專門(mén)為拉彎成形工藝開(kāi)發(fā)的專業(yè)模擬編程軟件。

　　拉彎成形工藝數(shù)值模擬采用PS2F軟件對(duì)北京地鐵5號(hào)線不銹鋼車體的車頂彎梁的拉彎成形進(jìn)行模擬研究。是該構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖。該構(gòu)件材質(zhì)為不銹鋼，長(zhǎng)度超過(guò)2 500mm輪廓形狀精度要求非常局，誤差在2000mm長(zhǎng)度內(nèi)要小于0. 5mm而且不允許有起皺等缺陷出現(xiàn)。初步工藝分析表明，該構(gòu)件截面為開(kāi)口截面，形狀對(duì)稱，截面高度H較大，而且截面壁厚很小，這種結(jié)構(gòu)件在拉彎過(guò)程中很容易在小彎曲半徑r處下底面出現(xiàn)起皺現(xiàn)象。另外，如果軸向拉力、彎角等拉彎工藝參數(shù)控制不好，就會(huì)出現(xiàn)很大的回彈量，很難滿足輪廓形狀精度要求。為此采用PS2F軟件對(duì)該構(gòu)件的拉彎成形進(jìn)行了模擬。是應(yīng)變沿型材長(zhǎng)度方向上分布狀況的模擬結(jié)果，可見(jiàn)最小應(yīng)變出現(xiàn)在小r處，而且為負(fù)值，表明該處仍然受壓，會(huì)出現(xiàn)起皺缺陷。因此必須調(diào)整工藝參數(shù)進(jìn)行工藝優(yōu)化，是工藝優(yōu)化后應(yīng)變沿長(zhǎng)度方向上遙拉彎件結(jié)構(gòu)示意圖長(zhǎng)度/mm況的模擬結(jié)果，在r處最小應(yīng)變?yōu)?.45，表明該處是拉應(yīng)變，因此不會(huì)出現(xiàn)起皺現(xiàn)象。最大應(yīng)變也沒(méi)有超過(guò)材料的拉伸極限應(yīng)變，預(yù)測(cè)回彈量的最大值是3.947，這個(gè)量將在模具設(shè)計(jì)階段模具型面輪廓線GDO文件生成環(huán)節(jié)中給予修改補(bǔ)償。

　　拉彎成形工藝試制試驗(yàn)利用上述模擬優(yōu)化后的結(jié)果加工了拉彎模具（見(jiàn)）并生成了拉彎?rùn)C(jī)數(shù)控程序，在美國(guó)Cyril Bath公司生產(chǎn)的數(shù)控拉彎?rùn)C(jī)V-75進(jìn)行了拉彎試驗(yàn)。是成形件。測(cè)量結(jié)果表明拉彎件的最大輪廓形狀誤差出現(xiàn)在r弧段中圓圈標(biāo)識(shí)處，其值在03~0.5mm而且在r處沒(méi)有起皺現(xiàn)象發(fā)生，截面變形量也非常小，完全滿足設(shè)計(jì)精度要求，因此可取消該構(gòu)件后續(xù)調(diào)修工序，實(shí)現(xiàn)無(wú)調(diào)修作業(yè)，真正實(shí)現(xiàn)了該構(gòu)件的高質(zhì)量高精度拉彎成形。目前，該構(gòu)件已經(jīng)投入了批量生產(chǎn)。

　　不銹鋼型材拉彎成形工藝是一項(xiàng)復(fù)雜的成形技術(shù)數(shù)值模擬技術(shù)是該工藝研究的有效手段。作為拉彎成形工藝模擬的專業(yè)軟件，PS2F軟件可以模擬優(yōu)化拉彎成形工藝，設(shè)計(jì)拉彎模具，并能自動(dòng)生成拉彎成形數(shù)控程序，直接驅(qū)動(dòng)數(shù)控拉彎?rùn)C(jī)進(jìn)行拉彎成形。利用該軟件對(duì)不銹鋼型材的拉彎成形工藝進(jìn)行模擬研究，并利用其生成的拉彎數(shù)控程序在數(shù)控拉彎?rùn)C(jī)能夠加工出高質(zhì)量、高精度的不銹鋼型材拉彎件。

    這表明，利用該軟件的模擬優(yōu)化數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)諸如車頂彎梁等不銹鋼車體構(gòu)件的高精度成形，既可以大大減少傳統(tǒng)工藝方法中的修模試模次數(shù)，又能大幅度削減甚至消除對(duì)拉彎成形構(gòu)件的調(diào)修量，從而大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。研究結(jié)果表明，PS2F軟件是型材拉彎模擬領(lǐng)域中一項(xiàng)非常有實(shí)用價(jià)值的高性能軟件，是型材拉彎成形工藝研究的有利工具，也是進(jìn)一步提高型材拉彎成形制品精度和質(zhì)量的可靠保障。