• 張勇  張杰  萬景元  桑弘鵬

• 中車唐山機車車輛有限公司

• 《金屬加工（冷加工）》2018年收錄
  

鈑金件沖壓成形技術在軌道交通、汽車和航空航天等領域應用十分廣泛。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，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，但對于復雜曲面零件，板料的毛坯尺寸難以通過經驗及理論計算得出，往往需要多次反復試驗最終確定，造成材料浪費的同時生產周期較長。

隨著計算機有限元模擬軟件的發展，板料塑性成形有限元模擬技術在鈑金加工中得到了廣泛應用。傳統鈑金沖壓成形中容易出現拉裂、起皺及回彈等缺陷，影響產品質量；Dynaform軟件可以進行鈑金件的坯料尺寸計算及排樣，預測成形過程中可能出現的缺陷，優化沖壓模具和工藝設計，有效地縮短新產品生產周期，提高沖壓成形質量。

本文對軌道客車新產品中小彎梁進行數值模擬，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。

一、零件工藝性分析

某軌道客車新產品中車頂小彎梁結構如圖1所示，截面為帽型且存在兩個直徑11mm的圓孔，材料為Q310NQL2\TB/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＜0.5mm，小彎梁兩端頭B面與樣板間隙＜1mm，翼面上翹下垂≤1mm。直徑11mm拉鉚孔不得出現嚴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，將會出現成形后彎梁兩端尺寸與樣板間隙超差，影響后續組裝焊接間隙，因此必須得到準確的展開圖，方可保證小彎梁單件精度。

二、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，而不去分析中間的變形狀態，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。

                           

圖2  坯料尺寸計算流程

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格式導入Dynaform中。

圖3  小彎梁三維模型

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

為保證零件展開更準確，設置托料板、壓邊圈并進行網格劃分，劃分后零件有限元模型如圖4所示。

圖4  數值模擬模型

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，導出到CAD中，對零件展開圖進行適當修邊，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，依據比對結果對坯料尺寸進行調整，適當增大拉鉚孔為11.5mm，之后進行激光切割下料，再進行壓型試驗并比對，結果如圖6所示。

  

圖5  與樣板比對結果

圖6  小彎梁最終壓型尺寸

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。確定最終生產坯料尺寸如圖7所示。

圖7  小彎梁坯料尺寸