基于Dynaform的小彎梁成形分析

■ 中車唐山機車車輛有限公司 （河北 063035） 張 勇 張 杰 萬景元 桑弘鵬

鈑金件沖壓成形技術(shù)在軌道交通、汽車和航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。鈑金件成形過程與材料性能、工件形狀、壓邊力、凹凸模間隙及沖壓速度等許多因素有關(guān)，對于普通的折彎、彎曲、沖裁和剪切等沖壓工藝，鈑金件的坯料尺寸可以通過理論展開等方法得出，但對于復(fù)雜曲面零件，板料的毛坯尺寸難以通過經(jīng)驗及理論計算得出，往往需要多次反復(fù)試驗最終確定，造成材料浪費的同時生產(chǎn)周期較長。隨著計算機有限元模擬軟件的發(fā)展，板料塑性成形有限元模擬技術(shù)在鈑金加工中得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)鈑金沖壓成形中容易出現(xiàn)拉裂、起皺及回彈等缺陷，影響產(chǎn)品質(zhì)量；Dynaform軟件可以進行鈑金件的坯料尺寸計算及排樣，預(yù)測成形過程中可能出現(xiàn)的缺陷，優(yōu)化沖壓模具和工藝設(shè)計，有效地縮短新產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高沖壓成形質(zhì)量。

本文對軌道客車新產(chǎn)品中小彎梁進行數(shù)值模擬，分析零件成形工藝，通過Dynaform軟件BSE模塊對零件進行坯料尺寸計算，按展開尺寸進行下料壓型，小彎梁成形后滿足使用要求。

1. 零件工藝性分析

某軌道客車新產(chǎn)品中車頂小彎梁結(jié)構(gòu)如圖1所示，截面為帽型且存在兩個直徑11mm的圓孔，材料為Q310NQL2TB/T1979-2014，板厚2mm。為保證組裝焊接精度要求，小彎梁成形后A面與樣板間隙應(yīng)＜0.5mm，小彎梁兩端頭B面與樣板間隙＜1mm，翼面上翹下垂≤1 m m。直徑11mm拉鉚孔不得出現(xiàn)嚴(yán)重變形而影響鉚螺母組裝。

圖1 小彎梁

對零件分析后，為保證小彎梁成形尺寸，需按展開尺寸切割后一次沖壓成形，兩個直徑11mm的拉鉚孔在壓型前激光切割，一次成形保證該單件的加工效率。加工工藝為：激光切割→壓型。坯料展開尺寸決定B面與樣板間隙，若坯料尺寸稍有出入，將會出現(xiàn)成形后彎梁兩端尺寸與樣板間隙超差，影響后續(xù)組裝焊接間隙，因此必須得到準(zhǔn)確的展開圖，方可保證小彎梁單件精度。

2. 坯料尺寸計算及驗證

Dynaform的BSE模塊是基于全增量理論，假定整個坯料的成形過程是比例加載的，僅僅考慮最初的坯料形狀和變形完成后的最終形態(tài)，而不去分析中間的變形狀態(tài)，采用一步加載。由于此方法計算時間短、需要建立的分析模型相對簡單。坯料尺寸計算流程如圖2所示。

按照二維圖樣在Creo中建立小彎梁的三維模型，如圖3所示，之后另存為igs格式導(dǎo)入Dynaform中。

對零件展開計算時，應(yīng)該取零件的上表面、下表面或中間曲面，在BSE預(yù)處理模塊中取零件中間曲面，檢查完有無重疊曲面后，對曲面進行網(wǎng)格劃分。

為保證零件展開更準(zhǔn)確，設(shè)置托料板、壓邊圈并進行網(wǎng)格劃分，劃分后零件有限元模型如圖4所示。

利用有限元模型對零件進行展開尺寸計算，得到零件初始坯料尺寸，導(dǎo)出到CAD中，對零件展開圖進行適當(dāng)修邊，激光切割機按照展開圖進行切割零件，之后在壓力機上使用小彎梁壓型模具進行壓型，與檢測樣板進行比對，結(jié)果如圖5所示。彎梁端部與樣板間隙超差，且直徑11mm孔徑變形較大，無法安裝拉鉚螺母，依據(jù)比對結(jié)果對坯料尺寸進行調(diào)整，適當(dāng)增大拉鉚孔為11.5mm，之后進行激光切割下料，再進行壓型試驗并比對，結(jié)果如圖6所示。

圖2 坯料尺寸計算流程

圖3 小彎梁三維模型

圖4 數(shù)值模擬模型

圖5 與樣板比對結(jié)果

圖6 小彎梁最終壓型尺寸

圖7 小彎梁坯料尺寸

由圖6可知，對Dynaform展開的初始尺寸進行修整后，零件壓型兩端及弧度尺寸與樣板基本密貼，符合組焊要求，拉鉚孔也符合拉鉚螺母安裝要求。確定最終生產(chǎn)坯料尺寸如圖7所示。

3. 結(jié)語

本文利用Dynaform對某新產(chǎn)品的異型零件小彎梁進行坯料尺寸估算，通過試壓型得到了最終生產(chǎn)坯料尺寸，有效解決了復(fù)雜零件坯料尺寸確定困難的問題，縮短了新產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及競爭力。

[1] 張華. 沖壓工藝與模具設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.