地铁不锈钢车车顶弯梁拉弯成型工艺

地铁不锈钢车车顶弯梁拉弯成型工艺

王景苑 沈岚 郑纯平 李跃生（首都航天机械公司，北京 100076）

摘 要 地铁不锈钢车车顶弯梁拉弯成型工艺的完成，解决了不锈钢板弯型材不同曲率半径、不对称截面零件的拉弯成型难题，并且还应用到军用、民用产业中许多需要拉弯成型的型材、板材产品上，有着非常广泛的市场前景。

关键词 地铁，车顶弯梁，板弯型材拉弯成型

1 引 言

近年来，随着我国改革开放的深入和经济水平的提高，北京市的城市轨道交通建设取得了突飞猛进的发展。在地铁车辆中，原有老式的碳钢车辆，由于技术比较落后，在环保、节能、安全、美观、舒适度等方面，均已无法满足北京市城市轨道交通发展的要求。随着北京市多条地铁新线的建设和完成，更多新型的技术先进、环保、低能耗的轻型不锈钢车辆正在大量投入到北京地铁的运营中。

地铁不锈钢车车顶结构为拱形，车顶结构中含有多项零件需要采用拉弯成型的工艺方法来完成，如车顶弯梁、端弯梁、端顶弯梁等零件。由于需拉弯成型的零件多为非对称截面，轮廓形状为多种曲率半径相交，使得零件拉弯成型工艺变得复杂而难以掌握。

了不锈钢折弯型材不同曲率半径、不对称截面零件的拉弯成型，以及在拉弯过程中，由于材料本身难变形、回弹量大，而且型材长、大、壁薄、刚度小、易失稳等所产生的问题；完成了运行于北京地铁2号线、房山线、9号线、15号线的3种车型294辆不锈钢车车顶弯梁、端角柱、端扣角铁等拉弯成型零件的生产。2 对拉弯成型挤压型材的分析

2.1 传统的拉弯成型技术挤压型材拉弯成型

北京地铁车辆装备有限公司在研制和生产新型不锈钢车车体钢结构过程中，完成了多项拉弯成型零件的任务。以往生产军品零件拉弯成型中都为铝合金挤压型材单一曲率半径的拉弯，而不锈钢薄板折弯件多曲率半径零件的拉弯成型成为一个全新的课题。

传统的拉弯成型技术是挤压型材拉弯成型。由于挤压地铁不锈钢车车顶弯梁拉弯成型工艺的完成，解决

型材截面一致性比较好，材料内部应力比较稳定，在拉弯成型过程中，应力释放比较均匀、成型的零件稳定性比较好、回弹量较小、型材截面不易产生变形，并且拉弯工艺比较简单。而对于板材折弯件，特别是不锈钢薄板，零件上有多种曲率相交半径，非对称截面的零件拉弯成型，受到折弯精度的，在拉弯成型过程中会产生失稳，发生起皱、扭曲、截面形状变形等诸多问题，使得拉弯成型过程不易控制，成型工艺要复杂的多。2.2 车顶弯梁

车顶弯梁是不锈钢车体车顶钢结构中的关键件，由多项截面和厚度不同的板材折弯件拉弯成R6000与R350曲率半径相交的零件。如图1、图2所示：

000图1 车顶弯梁轮廓形状

761003811R158520401.5383865357100608850502.5135048图2 各种车顶弯梁的截面形状

车顶弯梁材料为SUS301L-ST，零件长度超过2500mm，轮廓形状精度要求非常高，形面样板在2500mm长度内误差要求小于0.5mm， 而且不允许有起皱、扭曲等缺陷出现。工艺分析表明，此类拉弯件多为非对称开口截面，截面高度较大，薄壁（最小1mm），且轮廓形状曲率

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6531.525半径中间为R6000，两端R350，这种零件在拉弯成型过程中很容易在小弯曲半径R350处下底面出现起皱现象，同时，如果模具设计不够准确，轴向拉力、弯角等拉弯工艺参数控制不好，就会产生扭曲变形，而且会出现很大的回弹量，不仅很难满足轮廓形状精度要求，而且可能会造成过大的截面畸变量。2.3 模具设计及成型工艺

由于模具设计及成型工艺不完善、拉弯参数不准确等方面的原因，造成零件的成型质量很差，轮廓形状精度误差大于5mm，R6000与R350交接处过渡不圆滑，且在R350处由于曲率半径过小出现了严重的起皱现象，同时零件扭曲严重，截面畸变很大。生产出的零件由于精度严重超差，达不到设计精度要求，不能用于车体的装配。3 找出问题

（1）板材折弯件的精度不够，与模具的贴合度或紧或松，导致拉弯件回弹量不一致，影响了轮廓形状精度。

（2）夹钳设计不合理使得零件在拉弯过程中受力不均匀，导致拉弯件失稳，产生扭曲变形。

（3）R6000与R350交接处，拉力不均，导致过渡区内难于圆滑过渡。

（4）在R350处受到的拉应力的作用低于受压应力的作用，引发了材料失稳，产生起皱现象。4 解决问题

上述原因找到后，即对原有的工艺方案进行了改进，对工艺控制参数进行优化。具体方案如下：

（1）模具设计为分段可调节。由于零件曲率半径不同，在拉弯成型过程中会产生不同的回弹量，因此，可以将模具分为3段，中间段为大R，两端为小r，便于模具的修整。

（2）调整零件夹钳方式。不同截面零件使用不同的夹钳方式，使零件在拉弯成型过程中受力均匀，减小扭曲变形。

（3）控制板材折弯件的折弯精度。采用数控激光下料，数控折弯成型，控制截面精度在±0.2mm以内，保证折弯件的一致性。

（4）控制拉弯参数。在不同曲率半径的零件的拉弯成型过程中，对于拉力和伸长量的控制尤为重要，因此，在拉弯成型过程中，对大R和小r采用了不同拉力特别是在r350处在拉弯成型过程中采用了多次“拉-弯-补拉”的过程，提高拉应力作用、降低受压应力的作用，防止零件起皱的发生。5 工程验证

新方案实施后，由于对零件拉弯成型的整个过程进行了合理有效地控制，拉弯成型的零件轮廓形状误差小于0.5mm、无发生起皱现象、截面变形量很小，完全满足了设计要求，实现了零件的高精度成型（图3为已经批量生产

Scientific & Technical Paper合格的多项车顶弯梁零件）。对不锈钢折弯型材不同曲率半径、非对称截面零件的拉弯成型，以及在拉弯过程中，由于材料本身难变形，回弹量大，而且型材长、大、壁薄、刚度小、易失稳等所产生的问题，提供了有效的工艺解决办法。

（1）填补了本公司在不锈钢型材、不同曲率相交半径方面拉弯成型技术的空白。

（2）此项工艺技术的完成，对军品各型号生产任务在拉弯成型技术方面、多曲率半径型材拉弯上有很好的借鉴作用。如型号产品零件板材框的原加工工艺是滚弯成型，成型后需要校形，既费时又费力，年产在1000多根；在采用了拉弯加工工艺后，减少了成型后的校形工作量，即达到设计图纸的技术要求，又节省了加工时间的成本。目前，该产品月产达到500多根，满足了高密度发射的需要。

图3 多项车顶弯梁零件

6 结束语

从2007年至今，北京地铁装备有限公司用此项拉弯成型工艺方法生产在了北京地铁2号线、房山线、9号线、15号线运行的3种车型294辆不锈钢车车顶弯梁、端角柱、端扣角铁等零件万余件。更加新型的北京地铁6号线不锈钢车车顶弯梁拉弯成型工艺试验也已经完成，进入了批量生产阶段。随着今后几年内多条北京地铁线路的建成，以及原有旧车逐渐被淘汰，将有大量的新车投入生产。而不锈钢车车顶弯梁拉弯成型工艺将运用到今后大量的新车生产中去，为任务的完成作出很大贡献。另外，此项工艺技术在民用产业应用上，如在许多需要拉弯成型型材、板材产品的加工方面，有着非常广泛的前景。 参考文献

1 裴广勇.拉弯成形过程的有限元模拟；西北工业大学， 2003年

2 童宏永.U形件弯曲回弹的数值模拟；河北工业大学， 2006年

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