地铁车辆侧梁上盖板模具的模拟成型设计研究

王金金 史丽萍 马冬莉 徐志强 张海燕

(中车唐山机车车辆有限公司制造技术中心 河北 唐山 063035)

地铁车辆侧梁上盖板模具的模拟成型设计研究

王金金 史丽萍 马冬莉 徐志强 张海燕

(中车唐山机车车辆有限公司制造技术中心 河北 唐山 063035)

详细介绍了地铁车辆侧梁上盖板成型所用模具的设计过程，通过仿真设计软件Dynaform进行凸、凹模成型仿真模拟,设计出带有回弹补偿的凸、凹模模面。模具制成后进行了实验验证，成功压型出该工件，证明了此种工艺的可行性。

侧梁；上盖板；压型；工艺

侧梁上盖板是某地铁车辆转向架上的重要工件(见图1)，该工件属于左右对称结构，内侧与外侧折弯位置相距179 mm，折弯半径R334 mm、R200 mm，料厚16 mm，该工件制造难点在于内外折弯处高度尺寸相对折弯半径太近，折弯机无法折相邻的第2个弯，只能考虑模具成型。而该工件属于厚料成型，回弹特别难控制，如何计算工件的回弹，成为设计此模具的关键，对于此种厚板成型的工件，以往都是根据设计者的经验进行模具设计，模具制成后，需要进行板料压型实验，通过测量实验压型工件的数据来反复修改模具的凸、凹模刃口角度，大大延长了模具的制造周期，增加了模具的制造成本。近期中车唐山机车车辆有限公司引进了Dynaform仿真设计软件，在本次模具设计中，结合该软件进行凸、凹模仿真设计。

图1 侧梁上盖板工件

1 压型设备的选用

工件弯曲力的计算[1]：工件折弯处料宽度b=230 mm，工件厚度为t=16 mm，耐候钢材料的抗拉强度δS=340 MPa～370 MPa，取δS=370 MPa[2]。

工件在成型过程中底部有托板，属于约束弯曲，所需弯曲力P=2C4PA，PA=(C1/3)δSbt，所以P=2C4(C1/3)δSbt=408.48 t。

式中：PA为自由弯曲时的弯曲力，t；C4为系数(当工件折弯底部平整，并解决回弹，此时系数一般取3)；C1为系数，一般为1.0～2.0，折弯半径值小时取大值，本工件折弯半径为R200 mm和R300 mm，属于较大半径，C1取1.5；b为板料宽度，mm；t为板料厚度，mm。

通过对工件中性层展开件进行计算，得出工件展开长度L工件=3 408 mm，公司现有的800 t压力机工作台面满足L机>L工件，弯曲力P机>P，满足使用要求。

2 利用Dynaform进行凸、凹模仿真设计

Dynaform软件是一种模具成型辅助设计软件，可以通过工件产品的外形，假设凸、凹模模面，通过设定压型条件(如压力、对称性、设备单双动、板料材质、厚度等)，模拟出工件被压型后及产生回弹后的压型结果，通过多次设定回弹补偿，重新生成凸、凹模模面，比较回弹前及回弹后工件重合度，最终确定回弹补偿后的凸、凹模模面。

压型参数：设定压力为410 t，工件设定为中心线左右对称(本次模拟以工件左侧为例)，压型过程中设备运动方向为由上向下只向一个方向运动，所以工序设置为单动，板料材质为SPFC590Y.36(此材质在材料库中为日系标准的材料，其力学性能与本工件的耐候钢的力学性能相似，所以以此代替)；厚度为16 mm。

通过工件的产品外形尺寸，分离出凸、凹模模面(见图2、图3)。提交软件运行后，计算出回弹后的工件外形(见图4)，从图中可量出在工件边缘处的回弹值大概为+27.5 mm。

图2 模拟凸模刚接触板料时状态

图3 模拟凸、凹模闭合时状态

图4 回弹后工件模拟(上侧)与标准工件(下侧)外形比较图

板料在成型后各部位的减薄情况如图5所示，板料压型前为16 mm，模拟压型后最厚处为15.998 mm(下侧),最薄处为15.949 mm(上侧)，满足工件的厚度尺寸要求。

图5 板料减薄情况分布图

在多次设定回弹补偿后，将工件回弹后图像与标准工件图像相对比，发现两者在工件边缘处的回弹量减小到2 mm左右(见图6)，对于料厚16 mm的工件来说，满足公差要求。继而得出有回弹补偿的凸、凹模模面(见图7)，最终测定的凸、凹模模面边缘的回弹补偿值为15.7 mm。

图6 回弹补偿后压型工件模拟与标准工件比较图

图7 侧梁上盖板模具图

3 结语

根据侧梁上盖板的工件三维图设计了有回弹补偿的凸、凹模模面，从而设计出压型模具。板料下料后，用该模具成型，通过对多个成型工件的数据进行测量，实际工件回弹值为(-1.3～+2.5)mm，满足工件的公差要求，此模具不需要修改模具的凸、凹模刃口角度，大大缩短了模具的制造周期，减少了制造成本。证明通过该软件模拟的压型数值可信，为以后类似工件的制造工艺提供了有价值的参考。

目前该模具已投入使用，生产的工件实际回弹值在(-1.4～+3.0)mm之间，解决了转向架侧梁上盖板的生产关键。

[1] 万站胜，顾圣岩，庞 锐.冲压模具设计[M].北京：中国铁道出版社，1983.

[2] 张志禄,谷维忠.耐候钢冲压加工技术手册[M].北京：中国铁道出版社，1993.□

(编辑：缪 媚)

2095-5251(2016)02-0028-02

2015-07-20

王金金(1983-)，女，本科学历，工程师，从事轨道车辆工装设计工作。

U270.6

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