淺談封頭條形筋在防滑技術(shù)中的應(yīng)用

文/王洪斌·中車(chē)齊齊哈爾車(chē)輛有限公司

一般來(lái)說(shuō)，條形筋在集裝箱上比較常見(jiàn)，它的用途主要是利用其結(jié)構(gòu)與梁柱結(jié)合形成低成本的剛性結(jié)構(gòu)，同時(shí)承擔(dān)人員踩踏、有防范滑倒的作用。目前，市場(chǎng)的制造工藝比較成熟可靠。

在鐵路用裝備制造業(yè)中，載人結(jié)構(gòu)的安全和結(jié)構(gòu)要求是很高的，傳統(tǒng)的方法是采用扁豆花紋鋼板鋪設(shè)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(jìn)速度時(shí)快時(shí)慢，轉(zhuǎn)彎、上下坡等情況，使得人在地板上的安全性無(wú)比堪憂(yōu)。

現(xiàn)狀

目前，市場(chǎng)上有很多的地板防滑結(jié)構(gòu)。比如，魚(yú)鱗網(wǎng)口防滑結(jié)構(gòu)、鱷魚(yú)嘴防滑結(jié)構(gòu)（市場(chǎng)上叫鱷魚(yú)嘴沖孔防滑板，見(jiàn)圖1）、圓孔正反翻邊防滑結(jié)構(gòu)（市場(chǎng)上叫圓孔沖孔防滑板、魚(yú)鱗圓孔起鼓沖孔板）等等。如圖2 所示，這些防滑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)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(lái)達(dá)到防滑的目的，但是也存在一定的缺點(diǎn)，就是犧牲了一部分的剛度，為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，又在防滑板長(zhǎng)邊側(cè)設(shè)計(jì)了雙彎結(jié)構(gòu)，在短邊處焊接立板，形成箱形結(jié)構(gòu)以提高整體剛度，這又帶來(lái)新的問(wèn)題，那就是尺寸都是特制的，沒(méi)有了低成本優(yōu)勢(shì)。

圖1 鱷魚(yú)嘴沖孔防滑板

圖2 圓孔沖孔防滑板

地板防滑技術(shù)的應(yīng)用

在鐵路用裝備制造業(yè)中，要求的是既有實(shí)用性又有安全性的裝備，裝備供應(yīng)商要滿(mǎn)足客戶(hù)的需要又要解決成本投入問(wèn)題。那么，什么樣防滑板具有以上優(yōu)點(diǎn)呢？有人嘗試過(guò)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(yú)鱗網(wǎng)下面加鋼板，這種改良對(duì)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(jīng)過(guò)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(yīng)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(duì)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(xù)生產(chǎn)，防滑效果略低于鱷魚(yú)嘴沖孔防滑板，安全性和實(shí)用性均滿(mǎn)足客戶(hù)需要。

封頭條形筋的制造工藝過(guò)程

條形筋應(yīng)用范圍比較廣泛，常常是應(yīng)用在集裝箱外包裝、鐵路裝備的側(cè)墻和工具箱蓋上。一般情況下，并不封口，均勻排列后也被稱(chēng)為波紋板。其制造工藝相對(duì)成熟可靠。但是因?yàn)槠洳⒉环饪?，所以在焊接組對(duì)上有一定難度。將其開(kāi)口封閉也就是簡(jiǎn)化焊接難度減低成本的過(guò)程。我們根據(jù)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(chǎng)上應(yīng)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?rùn)C(jī)和級(jí)進(jìn)模具壓制通長(zhǎng)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?？偣残枰焦に嚵鞒蹋褂萌N設(shè)備和兩套模具。這種工藝方法材料浪費(fèi)最少，設(shè)備能耗較高，模具投入較多，級(jí)進(jìn)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)和沖床，對(duì)于條形筋筋形淺的也可直接采用沖床。采用兩種設(shè)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(shè)備和兩套模具。這種工藝方法材料浪費(fèi)較多，設(shè)備能耗略低。采用一種設(shè)備的工藝方法是將其整體壓形和落料分離統(tǒng)一在一個(gè)復(fù)合模具上，采用一步工藝流程，使用一種設(shè)備和一套模具。這種工藝方法材料浪費(fèi)較多，設(shè)備能耗低，模具投入較少，其邊緣平面尺寸有一定的調(diào)整范圍，但筋形尺寸受限。

制造原理與分析

通長(zhǎng)筋形（圖3）采用單筋模具級(jí)進(jìn)壓形（圖4），有檔位控制和數(shù)控機(jī)構(gòu)控制，具體采用哪種取決于投入的成本多少。在成形時(shí)，因?yàn)椴牧狭鲃?dòng)均勻，質(zhì)量狀態(tài)非常好，應(yīng)用最為廣泛。

圖3 通長(zhǎng)筋

圖4 檔位單筋級(jí)進(jìn)模具實(shí)物圖

在熱壓封頭階段，由于是局部加熱母材，使得該區(qū)域的原材料在變形過(guò)程中阻力變小流動(dòng)性良好，成形過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小。新產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，主要是在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生。由于硬化狀態(tài)不可控，往往需要機(jī)械加工來(lái)去除多余原材料。由于成本投入相對(duì)較大，目前市場(chǎng)占有率最低。

當(dāng)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(dòng)的不均衡性會(huì)造成一定的扭曲和褶皺，需要在后續(xù)通過(guò)整形進(jìn)行處理，平面度不理想，但考慮到成本投入小，目前市場(chǎng)的占有率可觀。

圖5 封頭筋

如圖6 所示，對(duì)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(zhì)量好，但也存在整體扭曲的現(xiàn)象，這就需要在模具設(shè)計(jì)前進(jìn)行有限元數(shù)值模擬仿真分析。目前市場(chǎng)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(shì)和是否會(huì)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(jì)算出板材的展開(kāi)圖，模擬出實(shí)際工況，調(diào)整虛擬設(shè)備的壓力以及壓邊力，包括模具的前進(jìn)方向等參數(shù)。還需要?jiǎng)澏ê侠淼木W(wǎng)格，網(wǎng)格疏密程度對(duì)結(jié)論影響較大，越密集準(zhǔn)確度越高，同時(shí)所需要的計(jì)算時(shí)間也就越長(zhǎng)。

我們需要研究壓形后的各類(lèi)圖形報(bào)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(xiàn)出變形的趨勢(shì)，而破裂圖能體現(xiàn)出是否在壓形終了時(shí)零件完好。有限元分析破裂的減薄率極限的默認(rèn)數(shù)值高達(dá)30%，而實(shí)際上不同的材料其不同的厚度對(duì)應(yīng)臨界值也不同，我們一般對(duì)于3mm 厚度以?xún)?nèi)的設(shè)置為8%～10%，大于3mm 的設(shè)置為12%～20%。這樣可以更加精準(zhǔn)的判定該設(shè)計(jì)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(jié) 束 語(yǔ)

封頭條形筋在防滑板市場(chǎng)上有一定的優(yōu)勢(shì)，其制造難度相對(duì)較低，投入成本相對(duì)較少，適用范圍比較廣泛，組對(duì)焊接的方式簡(jiǎn)單，尺寸范圍限制優(yōu)于其他產(chǎn)品，在實(shí)用效果上，其自身剛度大，有較強(qiáng)的防滑效果是它的優(yōu)點(diǎn)。市場(chǎng)上對(duì)其制造的各種技術(shù)方法也趨于完善，有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。