铁路货车侧门冲压工艺与模具设计

陈志广

摘要：铁路货车的下侧门是典型的中厚板冲压件，容易产生裂纹、薄、刮、皱和反弹等与质量有关的现象。在生产过程中，这种零件的工艺设计仍然采用类比法，它依赖于定性分析、物理模拟和实验验证，存在理论分析严重滞后的情况。本文应用Dynaform软件对设计和工艺方案进行优化分析，在下文中介绍了成型模的结构工艺和模具设计的主要部分。

关键词：铁路货车；侧门冲压工艺；模具设计

1前言

铁路货车的主要覆盖零件基本上都是成型零件，在产品外观质量要求越来越高的情况下，以及在车辆自重系数越来越少的情况下，板料成为铁路货车冲压钣金的加工和技术难点。车门采用钢板厚5毫米（09型）轧制成型的耐温性，除了高强度、刚度和尺寸精度要求外，还要求表面平整，脊线清晰，无褶皱，如波浪和爆裂等缺陷。为了确定合理的冲压工艺方案，设计可靠的模具结构是保证零件质量的重要因素，下文讨论了以下两个问题。

2冲压工艺设计

2.1冲压工艺性分析

从产品结构上看，货车围绕着中心侧门进行浅拉伸和滚压成型，使材料局部发生变形，易产生薄料，加之材料成型性能较差，易导致成型零件爆裂；物体流动速度和方向不同，工件内部应力分布不均匀，易造成薄板失稳起皱，变形，所以变形和起皱成形工艺及模具设计的缺陷必须严格控制，他们的主要影响因素有三个方面，即模具几何参数、润滑条件和边界条件，特别是压边力的大小对起皱的影响是最大的。

2.2理论工艺方案

从成形特性方面来看，宽缘浅拉深零件轧制成形有两种特性，其中覆盖部分形成的起伏是最好能够一次就完成，否则会因为定位不准不均匀，物料流动和润滑不当，使得模具表面质量低，对零件的表面质量造成严重的影响。是否可以一次完成起伏成形，可根据以下公式计算：

在上述公式中：L0、L1为变形前、后的材料长度；为材料的延伸率。

通过进行计算了，发现计算结果符合上述条件的要求，所以可以一次成形。在上述理论计算结果的基础上，设计了下面2套成形工艺方法：

（1）在形成内滑块后，使用冲裁复合模完成冲裁。该方案广泛应用于铁路货车的冲压板加工，具有高效率、低成本的特点，但模具结构十分复杂，且从以往的经验来看，难以保证较高的平整度要求，需要后续的塑料加工。

（2）冲压工艺由两套模具完成，第一对模具完成一次成型，第二套模具进行落料。由于成形过程复杂，成形力大，材料流动大，需要边缘力来改善边界条件。只注意经济节约的方案，而忽略了对产品质量的考虑，但随着制造业水平的快速发展，企业要立于不败之地，产品质量是关键，需要牺牲短期的利润空间，获得可持续发展的更大空间。

2.3优化工艺方案

1.在确定了各种工艺方案后，传统的选择方法是根据经验判断或快速模具冲压的使用来达到一定比例的小块的结果。在CAE分析软件（如Dynaform）的帮助下，相对高度和平面分析可以大大提高设计效率，减少设计误差，减少试模调整工作量。

2.根据数据所需进行计算，形成一个冲裁成形轧制成形力，在拉拔力和压边力分别为18、200kn，3、430kn，1、200kn（都是极限力），数值和材料性能参数分析输入分析软件，发现模具外部周边平坦和折叠最大值为5.6毫米，如图2所示。平面和褶皱的原因是压力线圈只能在外缘上设置，压力面面积不足，弹性元件不能满足压边力的要求，因此，压边力的实际影响只有600kN，如果增加压边力需要增加模具空间和空白大小，成本将大大提高。

3.通过计算，使用成型、落料2副模具，所需成形力和压边力分别是22000kn以及1200kn，分别使用软件分析平面度，分析图如图3所示，图3显示最多1.2毫米的平面度，和预期的效果相符合，因此该方案是可行的。经过分析和比较，方案2是一套以上的冲裁模，增加了一定的成本，但产品的质量有了很大的提高，这是长期的最佳选择。

3模具设计

3.1模具结构

图四是成形模的总装图，在对其进行设计的过程中综合考虑了很多种的因素。它的结构特点体现在以下几个方面：

（1）模具结构采用新型箱式分体结构，主体浇铸部分为螺栓连接，安装内部弹性元件和支撑件。模具铸造件在满足结构稳定性的前提下，可以减少壁厚，不仅降低了模具的质量，降低了成本，而且有利于提升和加工紧固，安装零件等。

（2）上、下模采用导柱20、导框19引导，提高导件的使用寿命和导引精度，导柱和导架的工作部件安装有耐磨板17、18、19。

（3）分析发现，材料流动变形主要发生在外缘区域，因此无压边装置。外压边环采用聚氨酯橡胶8，不仅增加了压边力，满足成型工艺要求，而且节省了模具结构空间，降低了模具成本。

（4）坯料的进料和制作是机械手操作，既降低了工人的劳动强度，又提高了工作效率。机械手送进去的毛坯由模具的末端和侧面粗略地定位（不需要精确定位）。

3.2模具工作零件设计

4结束语

使用Dynaform软件对铁路货车门进行CAE分析，取得了较好的试验分析结果。在冲压过程中，优化设计和仿真结果直观地表达了不同成形工艺的成形质量，为以后的模具设计和制造提供了科学性的指导建议，改变了传统的依靠经验或重复测试模式，极大地提高了设计系统的可靠性，缩短了开发周期，提高了经济效益。合理的模具结构是实现工艺过程的关键，这个模具采用箱式模体，选用聚氨酯橡胶代替传统的弹性元件，具有安装的空间小，压边力大的特点，能够达到平整度要求，为以后的生产提供了有力的保证。

参考文献：

罗益旋.最新冲压新工艺新技术及模具设计实用手册[K].北京：银声音像出版社，2004.