轨道客车车体常用的材料有碳素钢、不锈钢和铝合金材料3种，其中铝合金材料因密度低、比强度高、易于成形等优点，能够在减少型材质量的同时保障型材的强度，有利于轨道客车轻量化，因此在实际应用中的占比不断提高。弯曲件在铝合金型材中占有较大比重，而弯曲工艺的选择对型材的成形较重要。型材的弯曲工艺有压弯、拉弯、辊弯等，其中拉弯法在工业中的应用最为广泛，优点是工序简单且回弹较小，由于弯曲过程中始终存在拉伸力，使型材外层发生内凹，对型材的弯曲质量有一定影响。与之相比，辊弯法虽然能够通过调节辊与辊之间的高度和距离来节约生产时间和成本，但无法对靠近型材两端的部分进行弯曲。对于某些长度较短、不宜于在拉弯机或滚弯机上成形的零件可以使用压弯成形，并且压弯成形能够实现一次性弯曲稍微复杂形状的零件，压弯成形与上述弯曲工艺相比工序更为简单。
为研究铝型材弯曲成形中材料的流动规律及微观组织演变，现选取横截面为封闭四边形的6005A铝合金闭口型材，将型材通过压弯工艺成形为闭口弯梁零件，并比较分析了不同热处理状态下材料的性能特点。为了得到更好的压弯效果，研究采用聚氨酯块填充闭口型材内部，聚氨酯块具有优良的弹性、伸长率和压缩强度，属于性能优良的缓冲材料。通过向薄壁梁结构内部填充聚氨酯块，可以使薄壁梁横截面的承载能力和吸能性能得到提升，并提高梁结构截面在受压状态下的稳定性，因而改善填充后的型材起皱等成形缺陷，使零件成形精度和成形质量均有提高。
1型材压弯有限元分析
1.1 有限元模型
经压弯成形后的闭口弯梁零件几何造型及轮廓尺寸如图1所示，铝合金闭口型材的材料牌号为6005A，T4热处理状态，壁厚为3.5 mm，将压弯成形过程简化成图2所示的有限元模型。
图1 铝合金车顶连接梁构件
图2 压弯成形的有限元模型
1.2 材料对应力分布的影响
6005A铝合金的T4热处理状态为固溶处理后自然时效至性能基本稳定，硬度较低，变形性较好。而T6热处理状态为固溶处理后进行人工时效，能获得更高的硬度。在试验中选用的6005A铝合金出厂状态为T4态，将原T4态试样自然时效12 h后重新人工时效处理8 h，得到符合标准的T6态铝合金。
6005A铝合金的T4和T6两种热处理工艺的应力应变曲线如图3所示，表1所示为T4与T6态的力学性能。由表1可知，T6态铝合金的抗拉强度、屈服强度、硬度均高于T4态，但T4态的伸长率高于T6态，说明T4态的韧性更好，相比之下T6态由于变形抗力较大而不适宜压弯成形，使用T4态能减少压弯过程中缺陷的产生。现分别对使用2种热处理状态铝合金的型材进行有限元模拟压弯成形，应力分布如图3所示。经对比发现弯曲段T6态铝合金型材经压弯后应力集中现象更严重，上、下表面承受的应力更大，较T4态更易产生起皱缺陷，以下将T4态铝合金作为研究对象。
图3 T4态与T6态材料应力分布
表1 T4与T6态力学性能
