基于ANSYS 仿真的軌道交通側(cè)柱沖壓成形回彈研究及參數(shù)優(yōu)化

中車唐山機(jī)車車輛有限公司□勾 波 周永杰 王 惠 韓紅穎

近年來， 隨著軌道裝備技術(shù)的發(fā)展， 軌道交通用沖壓結(jié)構(gòu)部件的復(fù)雜程度日益增加， 這也帶來了更加突出的回彈問題， 它直接影響沖壓部件的尺寸和形狀精度， 導(dǎo)致裝配困難， 甚至影響后續(xù)的部件焊接質(zhì)量。 為了降低生產(chǎn)成本、 提高效率， 減少試模及修模的時(shí)間， 基于ANSYS 仿真的回彈結(jié)果預(yù)測(cè)及控制參數(shù)優(yōu)化已成為影響軌道交通裝備產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

1 方案簡介

軌道交通用側(cè)柱為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)， 由于單體側(cè)柱型鋼在沖壓成形中， 始終很難消除加載時(shí)轉(zhuǎn)移于極慣性軸的附加扭矩， 而產(chǎn)生的不均勻剪切變形及其成形中的翹曲問題， 導(dǎo)致無法滿足側(cè)柱成形的質(zhì)量技術(shù)要求。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

（1） 建立側(cè)柱模型

依據(jù)沖壓型鋼剖面（如圖1 所示）， 建立單體側(cè)柱型鋼模型， 其長度為2438mm， 仿真與設(shè)計(jì)目的將其進(jìn)行壓模成型為如圖2 所示。

圖1 沖壓型鋼剖面圖

圖2 側(cè)柱成品圖

（2） 型鋼材料屬性

側(cè)柱材料為耐熱鋼板， 材料的屬性見表1。

表1 型鋼屬性

應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖3 所示。

圖3 應(yīng)力應(yīng)變曲線

（3） 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及約束點(diǎn)設(shè)置

按照側(cè)柱沖壓技術(shù)要求， 設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 沖壓模具設(shè)計(jì)

在SOLIDWORKS 中對(duì)模具進(jìn)行裝配， 并進(jìn)行約束設(shè)置， 設(shè)置單體側(cè)柱彎曲圓弧段與彎曲直線之間交點(diǎn)為約束點(diǎn)， 并將約束點(diǎn)設(shè)在B 點(diǎn)，約束為X、 Y 方向， 如圖5 所示。

圖5 約束點(diǎn)設(shè)置

（4） 仿真分析

將實(shí)體模型、 材料屬性及約束點(diǎn)設(shè)置導(dǎo)入ANSYS 中， 進(jìn)行接觸設(shè)置及網(wǎng)格劃分。 將上下模具設(shè)置為剛性體， 側(cè)柱面為接觸面設(shè)置， 模具接觸面設(shè)置為目標(biāo)面； 接觸類型調(diào)整為摩擦金屬接觸， 摩擦系數(shù)設(shè)置為0.2。

為了保證仿真成形計(jì)算精度， 網(wǎng)格尺寸設(shè)為10mm； 網(wǎng)格采用六面體單元， 并使用網(wǎng)格劃分過渡平滑功能， 如圖6 所示。

圖6 網(wǎng)格劃分

成形仿真分析如圖7 所示。

圖7 成形仿真分析結(jié)果

3 結(jié)論

將模型導(dǎo)入SOLIDWORKS， 分析其底面彎曲角度， 仍有1.3°的回彈角度， 變形過程中存在彈復(fù)。 建議后續(xù)通過參數(shù)優(yōu)化采用多道次模壓，或增大模具彎曲域的角度， 以達(dá)到滿足產(chǎn)品成形的技術(shù)要求。