角部雨檐新型成形工藝與模具設(shè)計(jì)

趙亞夫

（中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062）

角部雨檐新型成形工藝與模具設(shè)計(jì)

趙亞夫

（中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130062）

角部雨檐是鐵路客車車體關(guān)鍵零部件，由于板料成形各處變形相差較大，制件成形后產(chǎn)生翹曲和邊線參差不齊等諸多質(zhì)量問題。本文全面分析了角部雨檐原有成形工藝及成形需要克服的難點(diǎn)，提出了一種全新的成形工藝和模具結(jié)構(gòu)，并應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)際中，取得良好效果。

角部雨檐；鐵路客車；新型工藝；模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

角部雨檐是鐵道客車的防雨零件之一，位于客車側(cè)墻與端墻交匯轉(zhuǎn)角處的車頂下沿，并與客車端墻與側(cè)墻的直雨檐相連接，既是結(jié)構(gòu)件，又是表面裝飾件，故對其形狀尺寸和表面質(zhì)量的要求較高。材料為冷軋耐候鋼板（09CuPCrNi-A），料厚2.0mm，抗拉強(qiáng)度σb=451MPa；屈服強(qiáng)度σs=314MPa；延伸率δ=26%。其形狀如圖1所示。

1 成形工藝分析與工藝方案的確定

從零件圖可見，該零件相對壁厚較小，精度IT7級，是一個(gè)由復(fù)雜曲面組成的回轉(zhuǎn)體制件。從斷面可見，回轉(zhuǎn)體的母線是由多段直線和圓弧相切而成的復(fù)雜曲線，母線上各點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑相差較大。在板料水平放置時(shí)沖壓方向與回轉(zhuǎn)體方向成一定角度。通過對產(chǎn)品工藝性分析可知，該零件可采用兩種沖壓工藝方法成形：

圖1 角部雨檐零件圖

（1）傳統(tǒng)工藝方法。成形工序?yàn)椋撼尚巍S向修邊→徑向修邊→整形。由于工件母線各點(diǎn)回轉(zhuǎn)半徑相差較大，因此工件在成形過程中各回轉(zhuǎn)面變形量相差較大，毛坯板料成形時(shí)走料不規(guī)則，成形后工件各邊參差不齊，必須分別對成形后的工件進(jìn)行軸向修邊和徑向修邊，保證工件的尺寸精度。采用這種方案，由于工序多，所需模具數(shù)量較多，因此效率較低。由于模具需采用型面定位和斜楔切斷等結(jié)構(gòu)，造成模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，模具使用壽命低，維修難度大。

（2）落料→成形法。這種方法的關(guān)鍵是要根據(jù)工件各部位變形量的不同，首先通過工藝計(jì)算和成形試驗(yàn)，準(zhǔn)確確定展開料形狀尺寸，按照槽回轉(zhuǎn)體各個(gè)回轉(zhuǎn)輪廓展開尺寸和延伸比率，將頂面面工藝補(bǔ)充量減小，底面不足部分按缺少量增加，以獲得垂直的端頭；其次在成形工序中采用在曲面上傾斜放料的方式，保證沖壓方向和制件回轉(zhuǎn)體軸線方向垂直；最后確定定位尺寸，通過三維模擬在模具上擺放調(diào)整料件位置，確定彈性定位銷的前后和左右位置，使毛坯成形后直接達(dá)到工件尺寸要求，從而減少徑向修邊和軸向修邊工序。該工藝方法工序少，特別是模具結(jié)構(gòu)簡單，使生產(chǎn)效率大為提高。

綜合以上分析，采用第二種沖壓工藝方案。其沖壓工藝如圖2所示。

2 毛坯展開料尺寸和成形定位尺寸的確定

圖2 沖壓工藝示意圖

在實(shí)際設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程中，工件的形狀尺寸是確定的，因此先設(shè)計(jì)制造角部雨檐成形模具。經(jīng)分析計(jì)算，用三維軟件初步確定展開料尺寸，通過激光下料進(jìn)行成形工藝試驗(yàn)和修正，最終確定展開料尺寸。通過三維虛擬裝配確定定位銷在成形模具中的定位尺寸。

3 成形模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

成形制件的好壞與模具設(shè)計(jì)質(zhì)量密切相關(guān)，合理的模具結(jié)構(gòu)是加工合格制件的關(guān)鍵。在模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）根據(jù)最后試驗(yàn)確定的毛坯展開料尺寸設(shè)計(jì)落料模具；

（2）根據(jù)雨檐零件形狀、尺寸、材料性能設(shè)計(jì)成形模具。首先應(yīng)考慮工件成形后的回彈，由于工件成形后塑變較大，因此回彈較小，沿徑向方向角度回彈約1°；其次應(yīng)考慮毛坯在成形時(shí)沖壓方向和定位問題。在雨檐成形時(shí)選擇垂直回轉(zhuǎn)軸方向作為沖壓方向，使模具設(shè)計(jì)制造得到簡化，并有利于金屬成形時(shí)的流動，但對定位要求較高。采用彈性定位銷定位，保證工件在傾斜放料時(shí)的穩(wěn)定性。

如圖3所示為角部雨檐壓形模具結(jié)構(gòu)圖。

4 實(shí)際生產(chǎn)過程和生產(chǎn)制件

在500t機(jī)械壓力機(jī)上采用本文設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行角部雨檐成形。工件成形過程示例如圖4所示，最終制件如圖5所示?？梢钥闯觯捎帽疚脑O(shè)計(jì)的新型模具結(jié)構(gòu)，可以解決模具輪廓不清晰和各邊參差不齊的質(zhì)量問題。

5 結(jié)束語

圖3 角部雨檐模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

圖4 實(shí)際生產(chǎn)過程圖

圖5 最終制件圖

在長客公司25G型碳鋼車生產(chǎn)實(shí)際中，通過采用上述工藝和新的模具，零件一次成形，尺寸穩(wěn)定，外形美觀，成形精度高，直接應(yīng)用于車體生產(chǎn)中，完全滿足質(zhì)量要求。新工藝和新模具達(dá)到了簡化工藝和模具結(jié)構(gòu)，降低沖壓生產(chǎn)周期和成本，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的目的，實(shí)踐效果很好。此項(xiàng)工藝技術(shù)的成功開發(fā)也為類似產(chǎn)品的工藝分析和模具設(shè)計(jì)提供很好的借鑒和指導(dǎo)作用。

[1]王孝培.沖壓設(shè)計(jì)資料[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

[2]姜奎華.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986.

[3]丁松聚.冷沖模設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[4]沖模設(shè)計(jì)手冊編寫組.沖模設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

[5]肖景容，姜奎華.沖壓工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[6]賈玉申.沖壓模具設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1996.

A new forming technique and tool design for the corner rain eaves

ZHAO Yafu
（CRRC Changchun Railway Vehicles Company Limited,Changchun 130062,Jilin China）

The former forming process of corner rain eaves and the difficulties to be overcome have been analyzed in the text.A new forming technology and tool structure have been put forward,and applied into the practical production.It achieves good effect.

Corner rain eaves;Railway carriage;New forming technique;Tool structure design

TG386

A

10.16316/j.issn.1672-0121.2017.04.025

1672-0121（2017）04-0086-03

2017-03-24；

2017-05-11

趙亞夫（1973-），男，高工，沖壓B類專家，主要從事沖壓工藝、設(shè)備、模具及新技術(shù)開發(fā)研究。E-mail：zhaoyafu@cccar.com.cn