■ 張勇，李寶旺，桑弘鵬，張杰

鈑金件成形技術(shù)在軌道交通、汽車(chē)、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，鈑金件成形過(guò)程與材料性能、工件形狀、壓邊力、凹凸模間隙、成形速度等許多因素有關(guān)，對(duì)于普通折彎、彎曲、沖裁、剪切等工藝，鈑金件坯料尺寸可以通過(guò)理論展開(kāi)等方法得出，但對(duì)于復(fù)雜曲面零件，板料毛坯尺寸難以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)及理論計(jì)算得出，往往需要多次反復(fù)試驗(yàn)最終確定，造成材料浪費(fèi)同時(shí)生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。隨著計(jì)算機(jī)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、回彈等缺陷影響產(chǎn)品質(zhì)量，Dynaform軟件可以進(jìn)行鈑金件的坯料尺寸計(jì)算及排樣，預(yù)測(cè)成形過(guò)程中可能出現(xiàn)的缺陷，優(yōu)化沖壓模具與工藝設(shè)計(jì)，有效縮短新產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高沖壓成形質(zhì)量。

1. 零件工藝性分析

某軌道客車(chē)新產(chǎn)品中車(chē)頂小彎梁結(jié)構(gòu)如圖1所示，截面為帽形且存在兩個(gè)直徑11m m的圓孔，材料為Q310NQL2TBT1979-2014，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)小于0.5mm，小彎梁兩端頭B面與樣板間隙小于1mm，翼面上翹下垂不大于1mm。直徑11mm拉鉚孔不得出現(xiàn)嚴(yán)重變形影響鉚螺母組裝。

對(duì)零件分析后，為保證小彎梁成形尺寸，需按展開(kāi)尺寸切割后一次沖壓成形，兩個(gè)直徑11mm拉鉚孔在壓形前激光切割，一次成形保證該單件的加工效率。

加工工藝為：激光切割→壓形。坯料展開(kāi)尺寸決定B面與樣板間隙，若坯料尺寸稍有出入會(huì)到時(shí)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(kāi)圖，方可保證小彎梁?jiǎn)渭取?/p>

2. 坯料尺寸計(jì)算及驗(yàn)證

Dynaform BSE模塊是基于全增量理論，假定整個(gè)坯料成形過(guò)程是比例加載的，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(jì)算時(shí)間短、需要建立的分析模型相對(duì)簡(jiǎn)單，坯料尺寸計(jì)算流程如圖2所示。

圖1 小彎梁

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i g s格式導(dǎo)入Dynaform中。

對(duì)零件展開(kāi)計(jì)算時(shí)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(wú)重疊曲面后對(duì)曲面進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

為保證零件展開(kāi)更準(zhǔn)確，設(shè)置托料板、壓邊圈并進(jìn)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(duì)零件進(jìn)行展開(kāi)尺寸計(jì)算，得到零件初始坯料尺寸，導(dǎo)入到CAD中，對(duì)零件展開(kāi)圖進(jìn)行適當(dāng)修邊，激光切割機(jī)按照展開(kāi)圖進(jìn)行切割零件，之后在壓力機(jī)上使用小彎梁壓形模具進(jìn)行壓形，與檢測(cè)樣板進(jìn)行比對(duì)，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(wú)法安裝拉鉚螺母，依據(jù)比對(duì)結(jié)果對(duì)坯料尺寸進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)增大拉鉚孔為11.5mm，之后進(jìn)行激光切割下料，再進(jìn)行壓形試驗(yàn)并比對(duì)，結(jié)果如圖6所示 。

由圖6可知，對(duì)Dynaform展開(kāi)的初始尺寸進(jìn)行修整后，零件壓形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。

利用Dynaform對(duì)某新產(chǎn)品的異型零件小彎梁進(jìn)行坯料尺寸估算，通過(guò)試壓形得到了最終生產(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(wèn)題，縮短新產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及競(jìng)爭(zhēng)力。

圖2 坯料尺寸計(jì)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(duì)結(jié)果

圖6 小彎梁最終壓形尺寸

圖7 小彎梁坯料尺寸

3. 結(jié)語(yǔ)

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