淺談封頭條形筋在防滑技術中的應用

文/王洪斌·中車齊齊哈爾車輛有限公司

一般來說，條形筋在集裝箱上比較常見，它的用途主要是利用其結構與梁柱結合形成低成本的剛性結構，同時承擔人員踩踏、有防范滑倒的作用。目前，市場的制造工藝比較成熟可靠。

在鐵路用裝備制造業中，載人結構的安全和結構要求是很高的，傳統的方法是采用扁豆花紋鋼板鋪設在小型鋼梁上，留下一些不起眼的漏水孔，但在雨雪天氣下，再加上行進速度時快時慢，轉彎、上下坡等情況，使得人在地板上的安全性無比堪憂。

現狀

目前，市場上有很多的地板防滑結構。比如，魚鱗網口防滑結構、鱷魚嘴防滑結構（市場上叫鱷魚嘴沖孔防滑板，見圖1）、圓孔正反翻邊防滑結構（市場上叫圓孔沖孔防滑板、魚鱗圓孔起鼓沖孔板）等等。如圖2 所示，這些防滑結構的特點是利用增加表面的摩擦力和接觸面積以及方便排水的方式來達到防滑的目的，但是也存在一定的缺點，就是犧牲了一部分的剛度，為了彌補這一缺點，又在防滑板長邊側設計了雙彎結構，在短邊處焊接立板，形成箱形結構以提高整體剛度，這又帶來新的問題，那就是尺寸都是特制的，沒有了低成本優勢。

圖1 鱷魚嘴沖孔防滑板

圖2 圓孔沖孔防滑板

地板防滑技術的應用

在鐵路用裝備制造業中，要求的是既有實用性又有安全性的裝備，裝備供應商要滿足客戶的需要又要解決成本投入問題。那么，什么樣防滑板具有以上優點呢？有人嘗試過改良扁豆花紋板的花紋，這種改良在鋼廠軋鋼線上的投入大。有人在魚鱗網下面加鋼板，這種改良對焊接要求高、難度大。有人干脆利用不銹鋼板上下插接的方式在周邊焊接一圈角鋼，這種改良也需要訂制，且成本不低。經過不斷嘗試，有人在集裝箱上找到了答案，那就是淺成形的封頭條形筋。

封頭條形筋一般應用在揭蓋式集裝箱的頂部蓋板上，其剛性大，邊緣平直，便于組對焊接、彎曲、切口等操作。成形采用模具壓制，一次性投入，低成本持續生產，防滑效果略低于鱷魚嘴沖孔防滑板，安全性和實用性均滿足客戶需要。

封頭條形筋的制造工藝過程

條形筋應用范圍比較廣泛，常常是應用在集裝箱外包裝、鐵路裝備的側墻和工具箱蓋上。一般情況下，并不封口，均勻排列后也被稱為波紋板。其制造工藝相對成熟可靠。但是因為其并不封口，所以在焊接組對上有一定難度。將其開口封閉也就是簡化焊接難度減低成本的過程。我們根據圖紙的具體情況將封頭條形筋的制造工藝分成兩種。第一種，是市場上應用較為廣泛的工藝方法，即板材逐筋壓制后熱壓封頭，再加工掉端頭的多余材料。另一種，就是將板材整體壓形后利用落料模具整體落料去除多余材料。

條形筋熱封頭工藝

條形筋熱封頭工藝主要是采用折彎機和級進模具壓制通長筋形，然后將端頭局部加熱后利用熱壓封頭模具壓形，待筋形冷卻后再加工掉多余材料。總共需要三步工藝流程，使用三種設備和兩套模具。這種工藝方法材料浪費最少，設備能耗較高，模具投入較多，級進機構簡單。

條形筋整體壓形工藝

條形筋整體壓形工藝主要是采用油壓機和沖床，對于條形筋筋形淺的也可直接采用沖床。采用兩種設備的工藝方法是將其整體壓形和整體落料分離，采用兩步工藝流程，使用兩種設備和兩套模具。這種工藝方法材料浪費較多，設備能耗略低。采用一種設備的工藝方法是將其整體壓形和落料分離統一在一個復合模具上，采用一步工藝流程，使用一種設備和一套模具。這種工藝方法材料浪費較多，設備能耗低，模具投入較少，其邊緣平面尺寸有一定的調整范圍，但筋形尺寸受限。

制造原理與分析

通長筋形（圖3）采用單筋模具級進壓形（圖4），有檔位控制和數控機構控制，具體采用哪種取決于投入的成本多少。在成形時，因為材料流動均勻，質量狀態非常好，應用最為廣泛。

圖3 通長筋

圖4 檔位單筋級進模具實物圖

在熱壓封頭階段，由于是局部加熱母材，使得該區域的原材料在變形過程中阻力變小流動性良好，成形過程中產生的內應力小。新產生的內應力，主要是在冷卻過程中產生。由于硬化狀態不可控，往往需要機械加工來去除多余原材料。由于成本投入相對較大，目前市場占有率最低。

當然，一體冷壓淺成形封頭筋（圖5）也是可行的，但由于封頭部位材料流動的不均衡性會造成一定的扭曲和褶皺，需要在后續通過整形進行處理，平面度不理想，但考慮到成本投入小，目前市場的占有率可觀。

圖5 封頭筋

如圖6 所示，對于條形筋整體壓形，采用整體模具一次性壓制，筋形的成形質量好，但也存在整體扭曲的現象，這就需要在模具設計前進行有限元數值模擬仿真分析。目前市場上的仿真分析軟件很多，我們需要它能夠分析出整體扭曲的趨勢和是否會破裂。

圖6 條形筋整體壓形模具下半部分模具圖

有限元分析前，需要計算出板材的展開圖，模擬出實際工況，調整虛擬設備的壓力以及壓邊力，包括模具的前進方向等參數。還需要劃定合理的網格，網格疏密程度對結論影響較大，越密集準確度越高，同時所需要的計算時間也就越長。

我們需要研究壓形后的各類圖形報告，這里主要查看的是厚度分布圖（圖7）和破裂圖（圖8）。厚度分布圖能夠體現出變形的趨勢，而破裂圖能體現出是否在壓形終了時零件完好。有限元分析破裂的減薄率極限的默認數值高達30%，而實際上不同的材料其不同的厚度對應臨界值也不同，我們一般對于3mm 厚度以內的設置為8%～10%，大于3mm 的設置為12%～20%。這樣可以更加精準的判定該設計尺寸是否可以整體壓制成功。

圖7 板材厚度分布圖

圖8 破裂圖

結 束 語

封頭條形筋在防滑板市場上有一定的優勢，其制造難度相對較低，投入成本相對較少，適用范圍比較廣泛，組對焊接的方式簡單，尺寸范圍限制優于其他產品，在實用效果上，其自身剛度大，有較強的防滑效果是它的優點。市場上對其制造的各種技術方法也趨于完善，有較強的應用價值。