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随着航空航天、汽车、高速列车等行业的快速发展，零件大型化、集成化趋势明显，大轮廓零件的使用日益增多。作为主要制造工艺之一的拉弯成形也越来越受到重视。型材截面形状种类多、差异大，不同形状和弯曲尺寸的型材拉弯过程中出现的问题也不尽相同。除了起皱、拉裂和回弹等与板料成形相同的缺陷外，还存在截面畸变和纵向畸变等特殊问题，使得质量控制更加困难。

在拉弯成形过程中，空心截面较大的异形型材由于其空心、薄壁、不对称的特点，容易出现截面畸变、外缘开裂、卸载回弹和回弹后扭转等现象，成形精度难以保证。有限元模拟作为一种先进的成形工艺优化技术，已经广泛应用于生产实践中，可以有效缩短生产周期，降低试错法生产成本，提高加工精度。利用数值模拟技术分析型材拉弯成形过程，可以优化加载方式、加载速度等工艺参数，减少和防止截面畸变等缺陷，为实际生产中制定成形工艺规范提供可靠依据。

针对航空航天工业用大尺寸开口型材零件成形中存在的问题，设计了合适的模具，并增加了内置填充物的成形方法。利用ABAQUS软件对拉弯过程进行了数值模拟，优化了工艺参数，有效地减小了截面畸变。根据数值模拟结果，提出了合理的加载成形方法，以指导生产实践。

研究型材拉弯的现状，就是在施加切向拉力的同时弯曲型材，以克服内侧的起皱，发送截面上的应力分布，减少回弹，提高成形精度。拉伸成形可分为力控制的拉伸成形和位移控制的拉伸成形。从使用的设备来看，力控制拉弯成型通常可以分为三种方式：直板拉弯成型、旋臂拉弯成型(图1)和转盘拉弯成型。

图1旋转臂拉伸和弯曲的过程

实践中经常采用拉-弯和拉-弯-拉的加载方式。拉-弯-拉加载方式的优点是回弹小，可以消除材料的初始变形，残余应力小，收边时可以有效防止腹板屈曲起皱。缺点是拉伸过程受摩擦影响，材料受力不均匀造成变形不均匀，增加了截面畸变。

拉弯法还可以消除材料的初始变形，有效防止翘曲和起皱，同时操作更简单，不受摩擦影响。缺点是反弹量大。

目前对拉弯的研究主要采用解析计算、实验分析和数值模拟三种方法。由于型材拉弯的复杂性，在理论分析中需要做很多假设，这些假设不涉及截面形状的变化。因此，理论分析方法具有一定的局限性，不足以指导实际生产。然而，纯实验研究费用昂贵，周期长。利用数值模拟来模拟工艺过程，可以缩短生产周期，降低试错的生产成本，提高加工精度。

有限元模型剖面力学性质的确定

所用材料为铝合金型材2A12-O，实际生产中是在退火状态下成型的。预拉伸和弯曲后，对其进行淬火和热处理，然后在新的淬火状态下再次拉伸。初始退火状态的材料可以通过单拉伸试验获得，单拉伸试样可以通过型材上的WEDM直接获得。E=7.1729104MPa，=0.367，0.2=153.52MPa，b=256.28MPa，u=23.5%，r0=0.66763，K=329.105，n=0.1445。

在空心型材的成型过程中，截面变形、局部下沉、翘曲

本文研究了两种横截面，分别如图2和图3所示。所用零件为半径R=2598.5mm的半圆弧，均为大尺寸开口非对称薄壁型材。材料原始轴向尺寸较大(约8m，按对称1/2模型计算，考虑夹紧端预留长度，材料长度达到4.5m)。

模具设计和处理

大型开口薄壁型材在弯曲过程中截面畸变严重。为了防止上边缘塌陷，模具的设计如图4所示。

图2具有开放横截面的大尺寸轮廓零件

图3具有特殊截面的大尺寸型材零件

图4模具设计

机械和位移边界条件

在Abaqus中，采用了位移和角度控制。在预拉伸阶段，控制夹具运动以使型材沿长度方向伸长。在拉伸阶段，弯曲角度恒定，控制夹具沿夹持端切线方向拉伸。加载速度为400mm/s，位移加载曲线采用分步定义平滑步长的方法。在弯曲阶段，夹紧端施加的载荷为f= s，夹具旋转的角速度为0.803 r/s。

成型缺陷的定义

对于本文研究的两种横截面形状，横截面变形和回弹的定义如图5所示。

有限元模拟结果及分析开口薄壁型材成形过程中最大的成形缺陷之一是上缘塌陷，导致截面严重变形。图6显示了有或没有填充物的模拟结果的比较。图7显示了内部填充物在拉伸和弯曲时的最大应力和应变。其中Mises应力为216.9MPa，塑性应变为5.58%，均在材料成形极限范围内，因此该方法可行。