地鐵車輛側梁上蓋板模具的模擬成型設計研究

王金金 史麗萍 馬冬莉 徐志強 張海燕

(中車唐山機車車輛有限公司制造技術中心 河北 唐山 063035)

地鐵車輛側梁上蓋板模具的模擬成型設計研究

王金金 史麗萍 馬冬莉 徐志強 張海燕

(中車唐山機車車輛有限公司制造技術中心 河北 唐山 063035)

詳細介紹了地鐵車輛側梁上蓋板成型所用模具的設計過程，通過仿真設計軟件Dynaform進行凸、凹模成型仿真模擬,設計出帶有回彈補償的凸、凹模模面。模具制成后進行了實驗驗證，成功壓型出該工件，證明了此種工藝的可行性。

側梁；上蓋板；壓型；工藝

側梁上蓋板是某地鐵車輛轉向架上的重要工件(見圖1)，該工件屬于左右對稱結構，內側與外側折彎位置相距179 mm，折彎半徑R334 mm、R200 mm，料厚16 mm，該工件制造難點在于內外折彎處高度尺寸相對折彎半徑太近，折彎機無法折相鄰的第2個彎，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，如何計算工件的回彈，成為設計此模具的關鍵，對于此種厚板成型的工件，以往都是根據設計者的經驗進行模具設計，模具制成后，需要進行板料壓型實驗，通過測量實驗壓型工件的數據來反復修改模具的凸、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。近期中車唐山機車車輛有限公司引進了Dynaform仿真設計軟件，在本次模具設計中，結合該軟件進行凸、凹模仿真設計。

圖1 側梁上蓋板工件

1 壓型設備的選用

工件彎曲力的計算[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為自由彎曲時的彎曲力，t；C4為系數(當工件折彎底部平整，并解決回彈，此時系數一般取3)；C1為系數，一般為1.0～2.0，折彎半徑值小時取大值，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行計算，得出工件展開長度L工件=3 408 mm，公司現有的800 t壓力機工作臺面滿足L機>L工件，彎曲力P機>P，滿足使用要求。

2 利用Dynaform進行凸、凹模仿真設計

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

壓型參數：設定壓力為410 t，工件設定為中心線左右對稱(本次模擬以工件左側為例)，壓型過程中設備運動方向為由上向下只向一個方向運動，所以工序設置為單動，板料材質為SPFC590Y.36(此材質在材料庫中為日系標準的材料，其力學性能與本工件的耐候鋼的力學性能相似，所以以此代替)；厚度為16 mm。

通過工件的產品外形尺寸，分離出凸、凹模模面(見圖2、圖3)。提交軟件運行后，計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狀態(tài)

圖3 模擬凸、凹模閉合時狀態(tài)

圖4 回彈后工件模擬(上側)與標準工件(下側)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),最薄處為15.949 mm(上側)，滿足工件的厚度尺寸要求。

圖5 板料減薄情況分布圖

在多次設定回彈補償后，將工件回彈后圖像與標準工件圖像相對比，發(fā)現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。繼而得出有回彈補償的凸、凹模模面(見圖7)，最終測定的凸、凹模模面邊緣的回彈補償值為15.7 mm。

圖6 回彈補償后壓型工件模擬與標準工件比較圖

圖7 側梁上蓋板模具圖

3 結語

根據側梁上蓋板的工件三維圖設計了有回彈補償的凸、凹模模面，從而設計出壓型模具。板料下料后，用該模具成型，通過對多個成型工件的數據進行測量，實際工件回彈值為(-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值可信，為以后類似工件的制造工藝提供了有價值的參考。

目前該模具已投入使用，生產的工件實際回彈值在(-1.4～+3.0)mm之間，解決了轉向架側梁上蓋板的生產關鍵。

[1] 萬站勝，顧圣巖，龐 銳.沖壓模具設計[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，本科學歷，工程師，從事軌道車輛工裝設計工作。

U270.6

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