鼓型車側(cè)墻立柱成型工藝研究

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1 背景介紹

隨著現(xiàn)在軌道車輛行業(yè)發(fā)展迅速，大鐵路車型也在不斷更新中，160KM動力集中型動車組車型在制造約兩年時間后，中國中車在此基礎(chǔ)上研發(fā)出新的車型160KM動力集中型動車組鼓形車，以提高車輛承載能力，減小風(fēng)阻系數(shù)，增加乘客的乘坐舒適性，將車體兩邊側(cè)墻設(shè)計(jì)為鼓型，上窄下寬，加大車體地板的寬度，從而增加座椅的空間和間距，乘客的乘坐空間增大。鼓形車側(cè)墻立柱是軌道車輛側(cè)墻中的重要部件，是側(cè)墻、車頂構(gòu)件的主要承載件，其外輪廓精度是決定鼓形車外形質(zhì)量的基礎(chǔ)。因?yàn)閭?cè)墻板預(yù)先不做成型，當(dāng)側(cè)墻板與側(cè)墻立柱焊接后，整面?zhèn)葔κ且詡?cè)墻立柱的輪廓作為基準(zhǔn)，如果各立柱弧度、角度、弧圓心位置偏差過大，則焊后的側(cè)墻偏差就會更大。為了保證側(cè)墻立柱成型的穩(wěn)定性、一致性，提高生產(chǎn)效率，對此工藝進(jìn)行研究，最終設(shè)計(jì)開發(fā)出生產(chǎn)側(cè)墻立柱的成型模具。成型時可以快速組裝定位、節(jié)省人工、操作簡單、生產(chǎn)效率極高[1]。

2 成型工藝

2.1 產(chǎn)品參數(shù)

鼓形車側(cè)墻立柱為3mm后耐候鋼板，材質(zhì)為Q350EWR1，形狀成乙型，立柱上有多個減重腰孔、鑰匙孔和穿線孔。成型后角度為173.3°，長度為2441mm，側(cè)柱直線度要求≤1mm/m，全長直線度要求≤2mm；扭轉(zhuǎn)度要求≤1mm/m，全長扭轉(zhuǎn)要求≤2mm；輪廓度≤1mm。形狀如下圖1。

圖1 立柱

2.2 成型工藝的選擇

根據(jù)立柱的形狀，通常的成型工藝為滾彎和壓彎兩種。首先如果選擇滾彎工藝，立柱的工藝路線將為：激光下料→折彎→滾彎→調(diào)型→配切和開孔。一般的滾彎工藝在成型后，因立柱上的孔有大量腰孔和鑰匙孔，滾彎后開孔工序最為煩瑣且精準(zhǔn)度會大大受到影響，費(fèi)時費(fèi)力。滾彎原理見圖2。

圖2 滾彎原理圖

通過分析，最終選擇壓彎工藝。本次工藝采用的機(jī)械設(shè)備為四柱壓力機(jī)，如圖3。

圖3 四柱壓力機(jī)

立柱為乙型立柱，由此可選擇一次成型兩件立柱，并且是左右對稱件各一件同時成型，成型時受力均勻。根據(jù)以上思路，通過三維建模，模擬出成型模具的上下模（凸模和凹模）的輪廓，從而設(shè)計(jì)出整套成型模具[2]。

2.3 模具的設(shè)計(jì)

根據(jù)以往有限元模擬技術(shù)分析的經(jīng)驗(yàn)，在理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上考慮成型后的材料反彈量，扭曲變形量，對上下模進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)處理。而后設(shè)計(jì)出以下模具，如圖4（上模）、圖5（下模）。

圖4 上模

圖5 下模

2.4 模具的修磨

不論是通過軟件計(jì)算的模具，還是以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)出的模具，在實(shí)際生產(chǎn)中，都會對模具進(jìn)行試模和修模，以此來滿足模具最終的使用要求。

準(zhǔn)備適當(dāng)數(shù)量的試模料，分別為左、右件數(shù)量相同，試模料比正式產(chǎn)品的長度長200mm。成品產(chǎn)品的外輪廓樣板，樣板長度為2441mm，完全模擬成品尺寸和角度。試模后用輪廓樣板、平臺和試模料進(jìn)行對比，記錄偏差，然后修磨模具。通過反復(fù)試模修模，已可以保證立柱的角度和扭曲度。同時在試模過程中計(jì)算出立柱圓弧的切點(diǎn)，采用端頭止擋定位，得出定位尺寸L=510mm。如圖6。

圖6 彎梁定位圖

2.5 立柱的下料尺寸確認(rèn)

為了滿足成型后長度2441mm，在試模時已計(jì)算出產(chǎn)品的下料長度2450.6mm。根據(jù)立柱的兩個面上的孔位制作出孔位樣板，見圖7。樣板采用1mm

薄板制作，當(dāng)樣件成型完成后，將兩個樣板分別對應(yīng)相應(yīng)位置檢測樣板，從而得出孔位便宜的尺寸，進(jìn)而調(diào)整下料圖上孔位，下料尺寸確認(rèn)完成。

圖7 樣板

2.6 成型時的關(guān)鍵要素

在一對立柱裝入模具中定位完成時，使用成型的輔助部件，輔助部件為簡單的兩段管件，管件的長度大于立柱與立柱之間間隙2mm，預(yù)先做出反變形。其次是壓力機(jī)下壓完成后需保壓約30秒鐘。如圖8。

圖8 輔助部件定位圖

3 成型結(jié)果

鼓型車側(cè)墻立柱通過本工藝成型，成型后立柱角度、弧度與整體樣板間隙≤0.7mm，側(cè)面平面度≤1.2mm，翼面與立面垂直度≤0.5mm，無起皺、扭曲現(xiàn)象，能滿足后工序組裝需求。目前，此工藝已應(yīng)用于在160KM動力集中型動車組鼓形車項(xiàng)目生產(chǎn)制造中，取得了十分明顯的效果。

4 結(jié)束語

從工藝開發(fā)到模具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)、模具修模調(diào)試、樣件試模直到成品，都是一個探索的過程，軟件不能精準(zhǔn)計(jì)算出模具的形狀和產(chǎn)品的下料圖形，包括壓型時立柱的定位尺寸。本文闡述了側(cè)墻立柱的成型工藝，過程控制和工藝流程，制作的樣板、簡單的模具加上不多的試驗(yàn)次數(shù)完成了對鼓型車側(cè)墻立柱的成型模具的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)出了成型時的定位尺寸和立柱的下料圖形。