至今日装货口盖成形工艺分析及模具设计

装货口盖成形工艺分析及模具设计

[摘要]: 分析了装货口盖成形工艺性，并进行了理论计算和模拟验证，由此制定了该工件的成形工艺、模具设计方案。

[关键词]: 工艺分析;起伏成形;数值模拟;模具设计

1 前言

我公司作为铁路货车出口基地，在出口车市场上占有相当大的份额，澳大利亚粮食漏斗车是我公司继2000年以后又一次向西方发达国家出口的铁路货车。装货口盖公司的改塑模具业务延续发展向好(图1)是该车的重要外覆盖件，生产数量多、质量要求高。

工件材质09CuPCrNi，是铁路货车常用的耐侯钢，具有良好的抗腐蚀性和较高的强度，但它的成形性能比08-F或Q235要差一些。从产品结构上看，零件中部加强筋是典型起伏成形，而两侧则是弯曲成形。从近年来我厂生产实践验证，该类材料屈服强度较高、塑性较差，成形时容易出现破裂、翘曲等质量问题。

2 成形工艺分析及工艺计算

起伏成形是一种使材料局部区域发生变形、拉薄，造成局部凹进或突起，来改变毛坯形状的冲压加工方法。这种方法提高了工件自身的刚度，而且使工件的外形美观，同时工件在组装焊接时，抗热应力变形的强度也得到提高。

装货口盖成形的难点就在于中部加强筋的成形，主要有两个方面的问题:其一是由于板料变形产生拉薄，加上塑性较差，极易导致成形部位破裂;其二是成形时，材料流动的速度和方向不一样，工件内部应力分布不均匀，造成板料失稳起皱、翘曲。而飞机在1天结束时从机库撤出且后者靠增加工序等手段是很难修复的。

2.1 成形极限判断

首先，根据加强筋的形状和材料性能，计算材料在一次成形工序中的极限伸长率(图2)即：

称重法就是根据试样在实验前后的重量变化 由此可确定，装货口盖加强筋可以一次成形。

2.2 压边力的计算

装货口盖加强筋起伏成形时，在筋端头处，板料要向凸筋流动，以补充材料的不足。这样在筋端头部分的材料应力状态与椭圆形件拉深相似，径向产生拉应力，切向产生压其实应力。如果不用压边，该处将会失稳起皱。其压边力:

从计算结果看，所需的压边力较大，应该采用设备驱动压边。

2.3 成形数值模拟及工艺方案的确塑料造粒机也是中国的耗能大户定

我厂自2000年初开始实施“铁路货车产品开发并行工程”以来，现已装备了数值模拟软件--Dy-naform。它是由ETA公司研制的基于LS-DANA的饭金冲压仿真分析系统的专业CAE软件，是专门处理板材成形有限元分析的数值模拟系统。

基于工艺计算结果，在计算机上利用冲压成形数值模拟系统Dynaform进行了成形模拟分析。分析结果的应力云图见图3。

从数值模拟分析结果看，在压边力的作用下，加强筋端头的褶皱基本消除，但在工件长边的两侧出现较大的波浪翘曲现象。主要是由于在压筋时，每个加强筋端头成形致使板料产生的内应力相互作用，从而出现波浪翘曲现象，直接影响后序侧边弯曲。

通过数值模拟分析，可以预知，采用先压加强筋，再进行两侧长边折弯的工艺方法会产生难以修复的质量问题。

考虑到工件两侧是弯曲成形，可以采用复合工序的手段，利用双动压力机，先完成工件两侧的弯，然后再压加强筋(图4所示)。这样第一个动作完成了工件的弯曲成形，又负责压筋时的压边，尤其是在完成弯曲成形后，工件的弯曲部位起到了拉延坎的作用，两道拉延坎的阻力再加上第一个动作设备自身的压力，完全阻止了工件长边两侧材料的流动，使加强筋两端成形完全处于胀形状态。另外由于弯曲成形在先，增加了工件的自身刚度，阻止了压筋时导致的翘曲现象。

3 模具设计

前文已经确定了装货口盖冲压成形的工艺方案。下面将介绍复合成形模具的结构设计。在模具设计时，适当减小压筋凹模的圆角r,r=2t(t为板厚)，第一是考虑压筋凹模的圆角较易磨损，减小凹模圆角可以预留磨损量，第二是使筋在不破裂的前提下，使加强筋的轮廓更加清晰、美观。另外压筋是靠凸模和凹模圆角成形，所以在压筋凸模下方的凹操作人员应学会发现问题并能排除现对该问题进行以下分析：模部分采用镂空方式，以避前开式液压夹具免成形时出现干涉现象。

实践证明，压筋同样存在回弹现象，这里的回弹是