一種中卡汽車縱梁折彎模具的研發(fā)應(yīng)用

祝興民，莫云霞，何清月，于學(xué)軍

（國機(jī)鑄鍛機(jī)械有限公司，山東 濟(jì)南 250306）

1 引言

商用車車架大梁加工工藝主要有兩種生產(chǎn)方式：一種為傳統(tǒng)的整體折彎成形工藝，采用大型壓力機(jī)或組合模具進(jìn)行生產(chǎn)。這種工藝采用固定形狀的模具，柔性差，因折彎后彈性回復(fù)量不同造成折彎工藝調(diào)試過程復(fù)雜，且模具修復(fù)、調(diào)整困難；另一種為輥壓成形工藝，其流程為分條—輥壓—三面沖孔—切割—折彎—鉚接工藝；前者主要使用于異型大梁的生產(chǎn)，在輕卡中較為普遍使用。輥壓成形工藝相對(duì)于整體折彎成形工藝，更加柔性。一些商用車中卡汽車大梁配件廠商提出先采用輥壓成形、然后折彎的生產(chǎn)方式。在此背景下，研發(fā)出了適用于中卡汽車大梁的折彎機(jī)及折彎模具。

生產(chǎn)工藝流程的相近，加工設(shè)備的功能也相似，中卡大梁折彎模具借鑒了部分重卡大梁折彎模具成功的經(jīng)驗(yàn)，大大提高新研發(fā)的中卡大梁折彎模具成功的概率。

2 汽車大梁數(shù)據(jù)對(duì)比分析

如表1 所示為重卡和中卡汽車大梁所有材料對(duì)比。

表1 重、中卡汽車大梁材料對(duì)比

如表所示，中卡和重卡汽車大梁所用的材料、板材厚度、梁翼面寬度、最大腹面寬度都相同，則折彎所許用的折彎力相同，折彎模具零件的強(qiáng)度不能減弱；重卡折彎梁的最小腹面寬度是200mm，而中卡折彎梁最小腹面寬度為140mm，則意味著模具中間支撐和夾緊部分要比原來的小60mm。

3 模具結(jié)構(gòu)的分析

如圖1 所示，重卡折彎模具大部分采用平板結(jié)構(gòu)，對(duì)重卡大梁彎折彎模具的主要支撐件、夾緊板等加載最大載荷進(jìn)行有限元分析，發(fā)現(xiàn)折彎模具部分的內(nèi)夾緊板是受力薄弱環(huán)節(jié)，其應(yīng)力如圖2 所示，其剛性強(qiáng)度剛剛能滿足CrWMn 最大承載要求。

圖1 重卡折彎模具結(jié)構(gòu)截面剖視圖

圖2 折彎側(cè)內(nèi)夾緊板應(yīng)力圖

中卡折彎模具的最大折彎力和夾緊力相對(duì)重卡大梁折彎機(jī)來說沒有變化。按材料750L、δ10mm 厚度，腹面寬度360mm，翼面高度110mm 計(jì)算，最大折彎力1100kN，夾緊力最大150kN。

重卡折彎模具的兩內(nèi)夾緊板和中間支撐板的總厚為190mm，中卡需要折彎的最大梁與重卡需要彎折彎的最大梁的尺寸數(shù)據(jù)是相同的，故折彎模具所需承載的最大折彎力和夾緊力是相同的；而中卡最小折彎梁的腹面內(nèi)寬度是140，故中卡的折彎模具的兩內(nèi)夾緊板和支撐板寬度為130，按比例縮小，內(nèi)夾緊板的剛性和強(qiáng)度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到折彎最大梁的承載要求。

4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

通過建立多種數(shù)值模型，然后加載極限最大載荷進(jìn)行有限元分析，進(jìn)行數(shù)值模擬。如圖3 所示，內(nèi)夾緊板和中間支撐板采用空間凹凸結(jié)構(gòu)。

圖3 中卡折彎模具結(jié)構(gòu)截面剖視圖

建立固定部分內(nèi)側(cè)夾緊板的數(shù)值模型，加載最大承載，產(chǎn)生的應(yīng)力圖如圖4 所示，產(chǎn)生的最大應(yīng)力為3.5×108N/m2，小于屈服力7.5×108N/m2，其剛性強(qiáng)度滿足最大承載要求，故固定側(cè)折彎模具采用空間凹凸的雙導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)，是可以采用的。

圖4 固定部分內(nèi)夾緊板應(yīng)力圖

建立折彎部分內(nèi)夾緊板的數(shù)值模型，加載最大承載，產(chǎn)生的應(yīng)力圖如圖5 所示，通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)側(cè)導(dǎo)向柱處，產(chǎn)生的應(yīng)力為7.53×108N/m2，大于材料的屈服力7.5×108N/m2，故折彎側(cè)模具的雙導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)存在著損壞的大概率風(fēng)險(xiǎn)，需要結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

圖5 內(nèi)夾緊板應(yīng)力圖

建立多種折彎側(cè)模具的數(shù)值模型，進(jìn)行嘗試；采用導(dǎo)向柱+T 型槽塊導(dǎo)向的空間凹凸結(jié)構(gòu)，能滿足最大承載要求，優(yōu)化后結(jié)構(gòu)應(yīng)力圖如圖6 所示。

圖6 內(nèi)夾緊板應(yīng)力圖

通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)側(cè)R 角處是產(chǎn)生應(yīng)力最大處，應(yīng)力為6.2×108N/m2，小于材料的屈服力7.5×108N/m2，故折彎側(cè)模具的采用導(dǎo)向柱+T 型槽塊導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)是行得通的。

故固定部分采用雙導(dǎo)向柱+空間凹凸結(jié)構(gòu)，折彎側(cè)模具采用單導(dǎo)向柱+T 型槽塊導(dǎo)向的空間凹凸結(jié)構(gòu)，新研發(fā)的折彎模具是能滿足中卡汽車大梁折彎的需求的。

5 結(jié)論

通過對(duì)折彎模具的有限元數(shù)值模擬，可以比較容易地得到模具在工作過程中的應(yīng)力分布情況，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，進(jìn)而根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)模具設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，得到較好的設(shè)計(jì)結(jié)果。