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
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。
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
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
B