鐵路貨車金屬冷沖壓件彎曲工藝研究

魯金葉

(中車沈陽機車車輛有限公司，沈陽 110142)

1 鐵路貨車金屬冷沖件的設(shè)計要求

我國使用的鐵路貨車主要采用新結(jié)構(gòu)樣式，對沖壓件的要求更為嚴(yán)格，需要嚴(yán)格規(guī)范其制造工藝，對加工質(zhì)量也提出更高的要求。鐵路貨車的制造主要以車身加工為主，包括車身、車柱和梁的主要結(jié)構(gòu)，設(shè)計時主要考慮減輕車身的重量，優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)，減少不必要的制造結(jié)構(gòu)，最大程度地節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，提高科技附加值。這些要求說明在設(shè)計彎曲成形件時，要充分改變傳統(tǒng)部件的不合理因素，更新新型產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的科技含量，為鐵路貨車提供良好的新型產(chǎn)品。本研究所指的彎曲是將各種板料和型材利用壓力原理使其下彎至所需要的角度，制成產(chǎn)品的方法就是彎曲工藝。在設(shè)計鐵路貨車沖壓彎曲工藝時，按照金屬的材料區(qū)分，可將其分為型鋼和板材。按照彎曲的方式區(qū)分，將其分為型鋼的彎曲方式是滾彎和拉彎。而板材分為壓形、折彎和卷曲。在設(shè)計彎曲件的結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該考慮工藝性的設(shè)計程度，認(rèn)真分析判斷彎曲成形的程度和制作沖壓方案。

2 加工金屬彎曲件的主要類型和生產(chǎn)工藝

目前，我國使用的鐵路貨車都是用金屬材料制成的，其配件的部分結(jié)構(gòu)主要使用壓力機、折彎機和冷彎線設(shè)備進(jìn)行處理。

2.1 彎曲件的加工方式

模具的彎曲加工中，簡單的彎曲件如V形件、z形件、U形件都是利用折彎機加工處理的。比較復(fù)雜的彎曲件需要在模具上加工，有些圓弧偏大的彎曲件需要進(jìn)行特殊加工。對于較大的圓弧，如鐵路的貨運列車、油罐車和特殊運輸車箱身側(cè)板都是采用覆蓋件與C80合金車底板進(jìn)行加工的，可以使用滾壓工藝進(jìn)行處理，使板料的軸輥在壓力作用下產(chǎn)生彎曲，結(jié)合實際需求確定彎曲半徑的長度。要根據(jù)各軸輥之間的長度確定距離。在實際生產(chǎn)中，可以使用多次滾壓彎曲方式進(jìn)行處理，達(dá)到工件的設(shè)計要求。滾壓圓弧的制作工作原理如圖l所示。

圖1 滾壓圓弧工作原理Fig.1 Working principle of rolling arc

型鋼彎曲就是利用型鋼滾彎的工作原理進(jìn)行工作。型鋼滾彎是運用反復(fù)滾動進(jìn)行收縮，使之出現(xiàn)塑性形變。

2.2 提高加工彎曲件的質(zhì)量

在加工過程中，合理控制回彈的措施主要表現(xiàn)在彎曲區(qū)安裝壓制加強筋，提高零件的使用強度，有利于抑制回彈的作用。也可以使用彈性模數(shù)較大、屈服能力小、性能穩(wěn)定的材質(zhì)作為材料，減少彎曲的回彈效果，如圖2所示。

圖2 壓制加強筋Fig.2 Pressed stiffener

在條件允許的情況下，可以利用加熱彎曲辦法保證產(chǎn)品的質(zhì)量，同時注意工件的尺寸。如果尺寸過大，會限制加熱彎曲制作。如果設(shè)備能力充足，可以采用增加校正力的措施進(jìn)行處理，使校正力全部集中在彎角處，最大程度地消除彈性形變。對于一些彎曲半徑偏大的工件，要使用拉彎工藝進(jìn)行處理，使毛坯始終處于拉應(yīng)力的作用下，方便卸料時的彈性不變形，保持方向的一致性，避免工件產(chǎn)生回彈效果。

2.3 防止裂紋的辦法

車身的板料加工要經(jīng)過數(shù)次壓軋加工制成，材料的力學(xué)性能具有方向性。要綜合考慮技術(shù)因素，使工件的彎曲線與軋制方向保持垂直方向，使彎曲半徑最小。當(dāng)與軋制方向平行時，就會加大彎曲半徑值。需要處理較小的彎曲件，保持彎曲線的垂直方向，即使零件的多個彎曲線相互之間呈垂直狀態(tài)，也可以使彎曲線與軋制方向保持45°的夾角，如圖3所示。

圖3 彎曲線的優(yōu)化方向Fig.3 Optimization direction of bending curve

3 金屬冷沖彎曲件工序加工順序

3.1 形狀比較簡單的彎曲件

如果是V形、U形、Z形加工件，就要采取一次彎曲加工操作，保證彎曲加工件的操作準(zhǔn)確。對于形狀較為復(fù)雜的彎曲件，制作時就要進(jìn)行多次彎曲加工，這樣才能保證使用效果。如果遇到數(shù)量較大、且尺寸小的彎曲件，可以使用連續(xù)模或復(fù)合模，可以最大限度地提高工人的生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。如果需要多次彎曲時，應(yīng)該采取先彎兩側(cè)后彎中間的操作程序，不至于影響操作質(zhì)量。彎曲件在加工時遇到幾何形狀不對稱，就要使用成對彎曲辦法進(jìn)行分切加工。

3.2 彎曲件模具的設(shè)計加工

進(jìn)行彎曲模具加工時，應(yīng)該綜合考慮結(jié)構(gòu)的設(shè)計。要嚴(yán)格控制彎曲件的形狀和制作的精準(zhǔn)程度。對模具進(jìn)行加工時應(yīng)該注意以下幾方面：第一，應(yīng)該將部件放置在模具上，并且保證正確的定位，才能準(zhǔn)確地定位在孔上。生產(chǎn)過程中，盡量用其作為定位孔，如果工件上沒有孔，就要在設(shè)計的毛坯上制作一個孔。如果工件上不能有孔，可以利用定位板對毛坯進(jìn)行定位。使用多重制造工序進(jìn)行彎曲加工時，應(yīng)該使用同一定位基準(zhǔn)，以提高設(shè)計的準(zhǔn)確性。對于有彎曲模的定位，應(yīng)該更加準(zhǔn)確地設(shè)計和建造結(jié)構(gòu)，不能有任何轉(zhuǎn)動現(xiàn)象。第二，對于彈性材料的回彈值，應(yīng)該進(jìn)行準(zhǔn)確試模，只有這樣，才能進(jìn)行準(zhǔn)確的修正，這樣的模具更適合拆卸。在設(shè)計彎曲模具時，應(yīng)該充分考慮到將凸模的圓角半徑制作成最小的尺寸，并根據(jù)實際情況進(jìn)行修整擴(kuò)大。制作過程中，應(yīng)該盡量減少工件拉長和變薄現(xiàn)象的發(fā)生。如果在彎曲過程中，作用力發(fā)生在側(cè)向模具上時，應(yīng)該使用向力平衡擋塊，進(jìn)行有效的平衡。遇到凹模的側(cè)向力作用時，不要使用定位銷承受側(cè)向力，這樣才能使凹模嵌入下模。第三，如果零件是鋁合金或不銹鋼材料，會對材料表面質(zhì)量有很高的要求。為了最大程度地避免表面有壓痕跡象，應(yīng)使用圓角模具的銅鋁合金材料。