轨道车辆车体顶端板拉延成形工艺模拟研究

【摘要】随着城市化进程的发展以及交通、能源、环境等因素的限制，汽车已无法适应经济活动和人民日常生活产生的日益增长的运力需求。而轨道交通具有多重优点：用地省、运能大、运行时间稳定、环保无污染、噪音低、安全性能高，能够快速的实现人员的区域流动，非常适合城市人群人员流动区域性、时段性、快节奏的特点。因此大力发展以轨道交通为骨干，常规公交为主体的公共交通体系，成为国内外大中型城市交通规划的发展方向。本文以某轨道客车顶端板缺陷件为研究对象，分析缺陷原因，利用AUTOFORM软件对其回弹情况进行数值模拟。针对顶端板结构特点，提出工艺改进方案，并对影响回弹的相关参数进行了系统的分析，具体工作如下：(1)分析顶端板结构特征以及拉延成形过程中应力状态：顶端板由大平面端壁和不同曲率半径圆弧段相切形成的半弧形拱顶组成；根据顶端板成形特点，对现阶段拉延件存在的缺陷进行原因分析。缺陷包括：拱顶回弹、端壁翘曲、拱顶端部翘曲，端壁翘曲回弹是主要缺陷。拱顶在拉延成形时，变形程度小，塑性变形不足。不同曲率半径圆弧段受拉伸程度不同，板料切向收缩程度不同，导致内应力分布不均匀，成形结束后产生弹性回复，出现回弹翘曲；对所用材料耐候钢的性能以及特点作了分析；利用AUTOFORM软件对现拉延方案进行回弹数值模拟，验证了缺陷的产生；(2)针对拉延成形时压边面积较小以及单侧不对称压边方式导致的板料塑性变形不足，整体应力分布极度不均匀的特点，优化板料形状，同时提出工艺改进方案。将板料圆弧段外扩，增大压边面积，同时增加翼边并对翼边进行弯曲拉延来缓解拱顶圆弧部分应力集中的问题，增加局部板料的塑性变形，抑制端壁两侧的翘曲回弹。翼边和多余板料可以在后续修边工序中除去；(3)利用AUTOFORM软件分别进行正向和反向拉延改进方案的模拟并进行结果分析。结果表明通过对翼边的弯曲拉延，能够有效地降低端壁平面的翘曲回弹，翼边反向拉延回弹效果要好于正向拉延；(4)在改进工艺方案基础上，对影响顶端板成形的相关参数进行系统分析。采用反向拉延方案，利用单因素法，借助AUTOFORM软件得出各个参数对顶端板翘曲回弹的一般规律：a较小的模具圆角能有效减小顶端板翘曲回弹，但对模具的磨损较大，降低了模具寿命，同时会使板料减薄严重，工件表面质量下降，需根据实际要求合理选取；b翼边顶料板圆角应在4~8mm范围内选取，此时回弹较小；凸凹模间隙和翼边拉延间隙对回弹的影响较小，选择间隙在2~2.2mm范围即可，间隙过小则会导致板料减薄严重，影响零件表面质量甚至拉裂；c压边力越大回弹越小，但压边力过大会导致板料减薄甚至拉裂，因此应根据实际情况选择合适压边力。翼边压边力应小于300KN，此时板料翘曲较小。通过对顶端板成形拉延方案以及影响参数的研究，为实际生产提供理论参考。
【作者】仝晓辉；
【导师】徐虹；
【作者基本信息】吉林大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】冲压成形分析；轨道客车；顶端板；翘曲回弹；数值模拟；

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