為鐵路貨車裝貨口蓋成形工藝及模具設計

1、為鐵路貨車裝貨口蓋成形工藝及模具設計作者：齊齊哈爾鐵路車輛集團 高廣軍摘要：分析了裝貨口蓋成形工藝性，并進行了理論計算和模擬驗證，由此制定了該工件的成形工藝、模具設計方案。 關(guān)鍵詞：工藝分析；起伏成形；數(shù)值模擬；模具設計 1 前言 我公司作為鐵路貨車出口基地，在出口車市場上占有相當大的份額，澳大利亞糧食漏斗車是我公司繼2000年以后又一次向西方發(fā)達國家出口的鐵路貨車。裝貨口蓋(圖1)是該車的重要外覆蓋件，生產(chǎn)數(shù)量多、質(zhì)量要求高。 工件材質(zhì)09CuPCrNi，是鐵路貨車常用的耐侯鋼，具有良好的抗腐蝕性和較高的強度，但它的成形性能比08-F或Q235要差一些。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上看，零件中部加強筋是典型起

2、伏成形，而兩側(cè)則是彎曲成形。從近年來我廠生產(chǎn)實踐驗證，該類材料屈服強度較高、塑性較差，成形時容易出現(xiàn)破裂、翹曲等質(zhì)量問題。 2 成形工藝分析及工藝計算 起伏成形是一種使材料局部區(qū)域發(fā)生變形、拉薄，造成局部凹進或突起，來改變毛坯形狀的沖壓加工方法。這種方法提高了工件自身的剛度，而且使工件的外形美觀，同時工件在組裝焊接時，抗熱應力變形的強度也得到提高。 裝貨口蓋成形的難點就在于中部加強筋的成形，主要有兩個方面的問題：其一是由于板料變形產(chǎn)生拉薄，加上塑性較差，極易導致成形部位破裂；其二是成形時，材料流動的速度和方向不一樣，工件內(nèi)部應力分布不均勻，造成板料失穩(wěn)起皺、翹曲。而且后者靠增加工序等手段是很難

3、修復的。 2.1 成形極限判斷 首先，根據(jù)加強筋的形狀和材料性能，計算材料在一次成形工序中的極限伸長率(圖2)即： 由此可確定，裝貨口蓋加強筋可以一次成形。 2.2 壓邊力的計算 裝貨口蓋加強筋起伏成形時，在筋端頭處，板料要向凸筋流動，以補充材料的不足。這樣在筋端頭部分的材料應力狀態(tài)與橢圓形件拉深相似，徑向產(chǎn)生拉應力，切向產(chǎn)生壓應力。如果不用壓邊，該處將會失穩(wěn)起皺。其壓邊力： 從計算結(jié)果看，所需的壓邊力較大，應該采用設備驅(qū)動壓邊。 2.3 成形數(shù)值模擬及工藝方案的確定 我廠自2000年初開始實施“鐵路貨車產(chǎn)品開發(fā)并行工程”以來，現(xiàn)已裝備了數(shù)值模擬軟件-Dy-naform。它是由ETA公司研制的

4、基于LS-DANA的飯金沖壓仿真分析系統(tǒng)的專業(yè)CAE軟件，是專門處理板材成形有限元分析的數(shù)值模擬系統(tǒng)。 基于工藝計算結(jié)果，在計算機上利用沖壓成形數(shù)值模擬系統(tǒng)Dynaform進行了成形模擬分析。分析結(jié)果的應力云圖見圖3。 從數(shù)值模擬分析結(jié)果看，在壓邊力的作用下，加強筋端頭的褶皺基本消除，但在工件長邊的兩側(cè)出現(xiàn)較大的波浪翹曲現(xiàn)象。主要是由于在壓筋時，每個加強筋端頭成形致使板料產(chǎn)生的內(nèi)應力相互作用，從而出現(xiàn)波浪翹曲現(xiàn)象，直接影響后序側(cè)邊彎曲。 通過數(shù)值模擬分析，可以預知，采用先壓加強筋，再進行兩側(cè)長邊折彎的工藝方法會產(chǎn)生難以修復的質(zhì)量問題。 考慮到工件兩側(cè)是彎曲成形，可以采用復合工序的手段，利用雙動

5、壓力機，先完成工件兩側(cè)的彎，然后再壓加強筋(圖4所示)。這樣第一個動作完成了工件的彎曲成形，又負責壓筋時的壓邊，尤其是在完成彎曲成形后，工件的彎曲部位起到了拉延坎的作用，兩道拉延坎的阻力再加上第一個動作設備自身的壓力，完全阻止了工件長邊兩側(cè)材料的流動，使加強筋兩端成形完全處于脹形狀態(tài)。另外由于彎曲成形在先，增加了工件的自身剛度，阻止了壓筋時導致的翹曲現(xiàn)象。 3 模具設計 前文已經(jīng)確定了裝貨口蓋沖壓成形的工藝方案。下面將介紹復合成形模具的結(jié)構(gòu)設計。在模具設計時，適當減小壓筋凹模的圓角r,r=2t(t為板厚)，第一是考慮壓筋凹模的圓角較易磨損，減小凹模圓角可以預留磨損量，第二是使筋在不破裂的前提下

6、，使加強筋的輪廓更加清晰、美觀。另外壓筋是靠凸模和凹模圓角成形，所以在壓筋凸模下方的凹模部分采用鏤空方式，以避免成形時出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。 實踐證明，壓筋同樣存在回彈現(xiàn)象，這里的回彈是指壓形后加強筋的實際高度值，要比設計凸模高度值小。為了保證筋的尺寸，壓筋凸模高度取16mm。 在第一個動作彎曲成形時，為了提高成形平面度、減小彎曲回彈，采用彈性壓料，彈性壓料裝置在全部成形終了時，兼作卸件器。壓筋凹模鑲在壓料板上。 模具主要結(jié)構(gòu)見圖5。模具工作過程如下： 彎曲上模下行，接觸板料，并在壓料板的作用下壓緊板料，彎曲七模繼續(xù)下行，完成彎曲成形后負責壓緊坯件。壓筋上模下行，壓筋凸模接觸坯件，壓筋上模繼續(xù)下行，完成加強筋脹形。壓筋上模上行，彎曲上模上行，壓料板在彈簧力的作用下將工件頂出彎曲凹模。至此，完成工件的全部成形。 4 結(jié)束語 通過對裝貨口蓋成形工藝分析，對可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題作了預測，找到了較為可靠的復合工藝方法，利用彎曲成形來抑制或改善壓筋的質(zhì)量缺陷，同時也簡化了工藝過程，提高了生產(chǎn)效率。