深U型槽類零件折彎成型工藝研究

(中車株洲電力機(jī)車有限公司，湖南 株洲 412001)

0 引言

對于深U型槽類零件，一般會因?yàn)槟＞吒缮鎲栴}不能直接折彎成型。在實(shí)際生產(chǎn)過程過一般采用專用模具直接油壓成型，但專用模具成本較高，制作周期較長，在生產(chǎn)任務(wù)緊急，需求量不大的情況下，這種方法不能迎合制造成本及周期的預(yù)算需求。探索新的折彎成型工藝，以改善的眼光優(yōu)化此類產(chǎn)品的折彎成型，提升生產(chǎn)效率的同時更好地服務(wù)于生產(chǎn)經(jīng)營。

1 產(chǎn)品及現(xiàn)場模具分析

以產(chǎn)品為例，雙源制調(diào)車機(jī)車為試制車型，搖頭止擋板(右)(AB01029284A)和搖頭止擋板(左)(AB01029597A)如圖1所示，分析折彎上下模選擇。

圖1 搖頭止擋板(右)三視圖

板厚為10，依據(jù)《折彎成型工藝守則》(JT-40-058-2)經(jīng)驗(yàn)公式V>8 t，因此，下模應(yīng)>80；折彎線到端部的距離>0.7 V，實(shí)際搭邊距離d綜合考慮兩邊折彎線到端部的距離d=1/2(斜D=略大于140)，因此，得到V<100；綜合上述，80

2 ABAQUS仿真分析

2.1 仿真概述

有限元法自提出以來，廣泛應(yīng)用于熱力學(xué)分析、電磁場分析、流體分析等各個領(lǐng)域。ABAQUS作為通用型有限元分析軟件的代表作，被認(rèn)為是功能最強(qiáng)的有限元軟件，可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)。

針對深U型槽類零件，需要通過多次折彎才能成型，在仿真過程中，將前一個仿真模型的仿真結(jié)果作為后一個仿真模型的輸入，這樣既能保證仿真的延續(xù)性，同時能精確定位折彎位置，保證結(jié)果的可靠性。

2.2 問題分析

2.2.1 建立仿真模型

折彎成型屬于典型的動態(tài)分析問題，首先進(jìn)行前處理，建立深U型槽類零件的仿真模型、賦予材料屬性、確定邊界條件和加載劃分網(wǎng)格。

圖2 折彎前處理步驟

2.2.2 仿真結(jié)果

深U槽類零件折彎分為兩步，從圖3可以看出，由于邊高過高，折彎線之間距離過短，導(dǎo)致在第二次折彎時零件與模具發(fā)生干涉，致使成型過程無法繼續(xù)。

2.2.3 問題分析

從圖3可知，在第二次折彎時零件與模具發(fā)生干涉，如果能先將折彎線之間的板件進(jìn)行預(yù)折彎，可以使得兩邊繞預(yù)折彎線發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而增大兩邊的距離，較好地解決上述問題。

圖3 折彎成型干涉圖

2.3 工藝攻關(guān)

2.3.1 預(yù)折彎

根據(jù)2.2.3節(jié)提出的解決方案，但預(yù)折彎的角度無法確定，所以首先建立預(yù)折彎的仿真模型，以便能獲得一系列不同的預(yù)折彎角度，仿真模型和結(jié)果見圖4。

圖4 不同預(yù)折彎角度模型(預(yù)折彎、160°、140°、120°)

2.3.2 預(yù)折彎角度160°、120°

當(dāng)板件的預(yù)折彎角度為160°、120°時，其仿真模型和結(jié)果如下：從圖5、圖6中可以看出，當(dāng)預(yù)折彎角度為160°時，折彎過程依然會發(fā)生干涉，致使過程折彎無法完成，預(yù)折彎角度為120°時，折彎順利完成。

圖5 折彎角度160°模型

圖6 折彎角度120°模型

仿真結(jié)果驗(yàn)證了預(yù)彎-折彎工藝的可行性，早在2006年就提出過預(yù)彎的思想[1]，但預(yù)彎角度的選取無法確定，極大的增加了勞動強(qiáng)度，作業(yè)效能比較低下，尋找深U型折彎件各尺寸之間的關(guān)系，從理論上尋找最佳的預(yù)彎角度。

3 預(yù)彎角度理論計(jì)算

3.1 尋找臨界點(diǎn)

深U型零件折彎在什么情況下會產(chǎn)生干涉，我們利用理論計(jì)算來確定深U型零件折彎會產(chǎn)生干涉的臨界點(diǎn)，如圖7所示。

A1為上模右邊緣與U型件內(nèi)側(cè)交點(diǎn)，若先折彎角Q1可得：

A2點(diǎn)向上模引垂線，可將三角形A1A2A3分為兩個直角三角形，可知

3.2 計(jì)算預(yù)折彎角度

對于任意產(chǎn)品將其預(yù)彎展示為圖8所示，不防假設(shè)先折彎角Q1：

圖8 預(yù)彎角度計(jì)算示意圖

2)計(jì)算角度P1=∠B3B2B4：

4)計(jì)算角度P2=∠B1B2B4:cosP2=

最終得到預(yù)彎角度為：P=360-P1-P2，若先折彎Q2可以得到相似的結(jié)果，簡單的寫成一個MATLAB函數(shù)functionPR(d，D，h1，w，Q1，Q2)，如圖9，圖10所示。

圖9 預(yù)彎角度計(jì)算MATLAB函數(shù)

4 驗(yàn)證

4.1 理論計(jì)算預(yù)彎角度

在選擇合適的磨具下，以搖頭止擋板為例，函數(shù)function(10，20，245，118，84.5，95.5)=158.95°，function(10，20，231.5，118，95.5，84.5)=153.22°，所以預(yù)彎160°會產(chǎn)生干涉，120°則完全可以折彎成型出合格產(chǎn)品。

4.2 關(guān)鍵尺寸驗(yàn)證

選擇仿真中選用的的參數(shù)及模具進(jìn)行折彎，檢查實(shí)際產(chǎn)品的折彎成型質(zhì)量，做好產(chǎn)品關(guān)鍵尺寸記錄，從表1可以看出產(chǎn)品的長寬尺寸均符合圖紙要求。

表1 預(yù)折彎完成產(chǎn)品檢測尺寸

圖10 預(yù)彎后折彎成型產(chǎn)品尺寸

5 結(jié)語

本文主要是解決現(xiàn)場生產(chǎn)中的實(shí)際問題，通過預(yù)彎-折彎-壓平預(yù)彎的工藝攻關(guān)，生產(chǎn)出原壓型干涉的深U型槽類產(chǎn)品，并從理論上計(jì)算出任意深U型槽類產(chǎn)品壓型產(chǎn)生干涉的最佳預(yù)彎角度。需注意的是雖然深U型產(chǎn)品都能通過此方法成型，但預(yù)彎角度必須在母材預(yù)彎壓平后滿足原材料的鋼性，對于特定的產(chǎn)品預(yù)彎角度不宜過大。此方法解決了在無專用模下成型該類產(chǎn)品的另一種途徑，避免了生產(chǎn)過程中不斷去嘗試預(yù)彎角度的繁雜步驟，極大的提升制造生產(chǎn)效率。