■ 張勇，李寶旺，桑弘鵬，張杰

鈑金件成形技術在軌道交通、汽車、航空航天等領域應用十分廣泛，鈑金件成形過程與材料性能、工件形狀、壓邊力、凹凸模間隙、成形速度等許多因素有關，對于普通折彎、彎曲、沖裁、剪切等工藝，鈑金件坯料尺寸可以通過理論展開等方法得出，但對于復雜曲面零件，板料毛坯尺寸難以通過經驗及理論計算得出，往往需要多次反復試驗最終確定，造成材料浪費同時生產周期較長。隨著計算機有限元模擬軟件的發(fā)展，板料塑性成形有限元模擬技術在鈑金加工中得到了廣泛應用。傳統(tǒng)鈑金沖壓成形中容易出現拉裂、起皺、回彈等缺陷影響產品質量，Dynaform軟件可以進行鈑金件的坯料尺寸計算及排樣，預測成形過程中可能出現的缺陷，優(yōu)化沖壓模具與工藝設計，有效縮短新產品生產周期，提高沖壓成形質量。

1. 零件工藝性分析

某軌道客車新產品中車頂小彎梁結構如圖1所示，截面為帽形且存在兩個直徑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拉鉚孔不得出現嚴重變形影響鉚螺母組裝。

對零件分析后，為保證小彎梁成形尺寸，需按展開尺寸切割后一次沖壓成形，兩個直徑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。坯料展開尺寸決定B面與樣板間隙，若坯料尺寸稍有出入會到時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，因此必須得到準確的展開圖，方可保證小彎梁單件精度。

2. 坯料尺寸計算及驗證

Dynaform BSE模塊是基于全增量理論，假定整個坯料成形過程是比例加載的，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。由于此方法計算時間短、需要建立的分析模型相對簡單，坯料尺寸計算流程如圖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格式導入Dynaform中。

對零件展開計算時應該取零件的上表面、下表面或中間曲面，在BSE預處理模塊中取零件中間曲面，檢查完有無重疊曲面后對曲面進行網格劃分。

為保證零件展開更準確，設置托料板、壓邊圈并進行網格劃分，劃分后零件有限元模型如圖4所示。

利用有限元模型對零件進行展開尺寸計算，得到零件初始坯料尺寸，導入到CAD中，對零件展開圖進行適當修邊，激光切割機按照展開圖進行切割零件，之后在壓力機上使用小彎梁壓形模具進行壓形，與檢測樣板進行比對，結果如圖5所示。彎梁端部與樣板間隙超差，且直徑11mm孔徑變形較大，無法安裝拉鉚螺母，依據比對結果對坯料尺寸進行調整，適當增大拉鉚孔為11.5mm，之后進行激光切割下料，再進行壓形試驗并比對，結果如圖6所示 。

由圖6可知，對Dynaform展開的初始尺寸進行修整后，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，確定最終生產坯料尺寸如圖7所示。

利用Dynaform對某新產品的異型零件小彎梁進行坯料尺寸估算，通過試壓形得到了最終生產坯料尺寸，有效解決了復雜零件坯料尺寸確定困難的問題，縮短新產品生產周期，提高了產品質量及競爭力。

圖2 坯料尺寸計算流程

圖3 小彎梁三維模型

圖4 數值模擬模型

圖5 與樣板比對結果

圖6 小彎梁最終壓形尺寸

圖7 小彎梁坯料尺寸

3. 結語

[1] 張華. 沖壓工藝與模具設計[M]. 北京：清華大學出版社，2009.

[2] 欒小東，李希勇，孫廷檢. 基于ABAQUS的彎梁成形工藝研究[J]. 鍛壓技術，2012，37(4)：27-30.

[3] 張明賀，張翼，盧鵬. 基于Dynaform的中心軸托架沖壓成形數值模擬研究[J]. 熱加工工藝，2012，42(19)：100-102.

[4] 原政軍，安升，白生武. 基于DYNAFORM的汽車大燈燈殼工藝及模具設計[J]. 金屬鑄鍛焊技術，2012，41(09)：222-224.