王金金 史麗萍 馬冬莉 徐志強(qiáng) 張海燕

(中車唐山機(jī)車車輛有限公司制造技術(shù)中心 河北 唐山 063035)

地鐵車輛側(cè)梁上蓋板模具的模擬成型設(shè)計(jì)研究

王金金 史麗萍 馬冬莉 徐志強(qiáng) 張海燕

(中車唐山機(jī)車車輛有限公司制造技術(shù)中心 河北 唐山 063035)

詳細(xì)介紹了地鐵車輛側(cè)梁上蓋板成型所用模具的設(shè)計(jì)過程，通過仿真設(shè)計(jì)軟件Dynaform進(jìn)行凸、凹模成型仿真模擬,設(shè)計(jì)出帶有回彈補(bǔ)償?shù)耐?、凹模模面。模具制成后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，成功壓型出該工件，證明了此種工藝的可行性。

側(cè)梁；上蓋板；壓型；工藝

側(cè)梁上蓋板是某地鐵車輛轉(zhuǎn)向架上的重要工件(見圖1)，該工件屬于左右對稱結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)與外側(cè)折彎位置相距179 mm，折彎半徑R334 mm、R200 mm，料厚16 mm，該工件制造難點(diǎn)在于內(nèi)外折彎處高度尺寸相對折彎半徑太近，折彎機(jī)無法折相鄰的第2個(gè)彎，只能考慮模具成型。而該工件屬于厚料成型，回彈特別難控制，如何計(jì)算工件的回彈，成為設(shè)計(jì)此模具的關(guān)鍵，對于此種厚板成型的工件，以往都是根據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，模具制成后，需要進(jìn)行板料壓型實(shí)驗(yàn)，通過測量實(shí)驗(yàn)壓型工件的數(shù)據(jù)來反復(fù)修改模具的凸、凹模刃口角度，大大延長了模具的制造周期，增加了模具的制造成本。近期中車唐山機(jī)車車輛有限公司引進(jìn)了Dynaform仿真設(shè)計(jì)軟件，在本次模具設(shè)計(jì)中，結(jié)合該軟件進(jìn)行凸、凹模仿真設(shè)計(jì)。

圖1 側(cè)梁上蓋板工件

1 壓型設(shè)備的選用

工件彎曲力的計(jì)算[1]：工件折彎處料寬度b=230 mm，工件厚度為t=16 mm，耐候鋼材料的抗拉強(qiáng)度δS=340 MPa～370 MPa，取δS=370 MPa[2]。

工件在成型過程中底部有托板，屬于約束彎曲，所需彎曲力P=2C4PA，PA=(C1/3)δSbt，所以P=2C4(C1/3)δSbt=408.48 t。

式中：PA為自由彎曲時(shí)的彎曲力，t；C4為系數(shù)(當(dāng)工件折彎底部平整，并解決回彈，此時(shí)系數(shù)一般取3)；C1為系數(shù)，一般為1.0～2.0，折彎半徑值小時(shí)取大值，本工件折彎半徑為R200 mm和R300 mm，屬于較大半徑，C1取1.5；b為板料寬度，mm；t為板料厚度，mm。

通過對工件中性層展開件進(jìn)行計(jì)算，得出工件展開長度L工件=3 408 mm，公司現(xiàn)有的800 t壓力機(jī)工作臺面滿足L機(jī)>L工件，彎曲力P機(jī)>P，滿足使用要求。

2 利用Dynaform進(jìn)行凸、凹模仿真設(shè)計(jì)

Dynaform軟件是一種模具成型輔助設(shè)計(jì)軟件，可以通過工件產(chǎn)品的外形，假設(shè)凸、凹模模面，通過設(shè)定壓型條件(如壓力、對稱性、設(shè)備單雙動(dòng)、板料材質(zhì)、厚度等)，模擬出工件被壓型后及產(chǎn)生回彈后的壓型結(jié)果，通過多次設(shè)定回彈補(bǔ)償，重新生成凸、凹模模面，比較回彈前及回彈后工件重合度，最終確定回彈補(bǔ)償后的凸、凹模模面。

壓型參數(shù)：設(shè)定壓力為410 t，工件設(shè)定為中心線左右對稱(本次模擬以工件左側(cè)為例)，壓型過程中設(shè)備運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橛缮舷蛳轮幌蛞粋€(gè)方向運(yùn)動(dòng)，所以工序設(shè)置為單動(dòng)，板料材質(zhì)為SPFC590Y.36(此材質(zhì)在材料庫中為日系標(biāo)準(zhǔn)的材料，其力學(xué)性能與本工件的耐候鋼的力學(xué)性能相似，所以以此代替)；厚度為16 mm。

通過工件的產(chǎn)品外形尺寸，分離出凸、凹模模面(見圖2、圖3)。提交軟件運(yùn)行后，計(jì)算出回彈后的工件外形(見圖4)，從圖中可量出在工件邊緣處的回彈值大概為+27.5 mm。

圖2 模擬凸模剛接觸板料時(shí)狀態(tài)

圖3 模擬凸、凹模閉合時(shí)狀態(tài)

圖4 回彈后工件模擬(上側(cè))與標(biāo)準(zhǔn)工件(下側(cè))外形比較圖

板料在成型后各部位的減薄情況如圖5所示，板料壓型前為16 mm，模擬壓型后最厚處為15.998 mm(下側(cè)),最薄處為15.949 mm(上側(cè))，滿足工件的厚度尺寸要求。

圖5 板料減薄情況分布圖

在多次設(shè)定回彈補(bǔ)償后，將工件回彈后圖像與標(biāo)準(zhǔn)工件圖像相對比，發(fā)現(xiàn)兩者在工件邊緣處的回彈量減小到2 mm左右(見圖6)，對于料厚16 mm的工件來說，滿足公差要求。繼而得出有回彈補(bǔ)償?shù)耐?、凹模模?見圖7)，最終測定的凸、凹模模面邊緣的回彈補(bǔ)償值為15.7 mm。

圖6 回彈補(bǔ)償后壓型工件模擬與標(biāo)準(zhǔn)工件比較圖

圖7 側(cè)梁上蓋板模具圖

3 結(jié)語

根據(jù)側(cè)梁上蓋板的工件三維圖設(shè)計(jì)了有回彈補(bǔ)償?shù)耐?、凹模模面，從而設(shè)計(jì)出壓型模具。板料下料后，用該模具成型，通過對多個(gè)成型工件的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，實(shí)際工件回彈值為(-1.3～+2.5)mm，滿足工件的公差要求，此模具不需要修改模具的凸、凹模刃口角度，大大縮短了模具的制造周期，減少了制造成本。證明通過該軟件模擬的壓型數(shù)值可信，為以后類似工件的制造工藝提供了有價(jià)值的參考。

目前該模具已投入使用，生產(chǎn)的工件實(shí)際回彈值在(-1.4～+3.0)mm之間，解決了轉(zhuǎn)向架側(cè)梁上蓋板的生產(chǎn)關(guān)鍵。

[1] 萬站勝，顧圣巖，龐 銳.沖壓模具設(shè)計(jì)[M].北京：中國鐵道出版社，1983.

[2] 張志祿,谷維忠.耐候鋼沖壓加工技術(shù)手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1993.□

(編輯：繆 媚)

2095-5251(2016)02-0028-02

2015-07-20

王金金(1983-)，女，本科學(xué)歷，工程師，從事軌道車輛工裝設(shè)計(jì)工作。

U270.6

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