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轉發（fā）自（zì）：製造技（jì）術/工藝裝備（bèi） 現代製造工程（Modern Manufacturing Engineering) 2013年第11期

作者：謝秉順1，朱健（jiàn）軍1，魯萬（wàn）彪1，唐晶晶1，艾（ài）國（guó）平2，盧文壯2 （1南車（chē）南京浦鎮車輛有限公司工業化部，南京210031；2南京航空（kōng）航（háng）天（tiān）大學機電學院，南京210016）

摘要：彎梁是城市軌道車輛上的重要零/部件，彎梁板材在衝（chōng）壓成形過程中受到多重非線（xiàn）性因素影響，成形機理複雜，成形質量難以控製。

利用有限元數值模擬對（duì）彎梁板材（cái）衝壓成形過程進行仿真研究，得到了彎（wān）梁板材成形極限圖、厚度減薄率分布圖、應力及應變（biàn）分布圖，研究結果為彎梁板材衝壓工藝設計提供指導。關鍵詞：彎梁；衝壓成形；數值模擬中圖分類號：TG356，11文獻標誌碼：A文章編號：1671一3133（2013）11 085．）4

Simulation and process improvement for sheet stamping forming Of curved steel girder

Xie Bingshunl，Zhu Jianjunl，Lu Wanbiaol，Tang Jingjing，Ai Guoping，Lu Wenzhuang2

（1 Department of Industrialization，CSR Nanjing Puzhen Co. Ltd.，Nanjing 210031，China；

2 College of Mechanical and Electrical Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016 China）

Abstract：Curved steel girder is one of the most important part in railway carnage. The forming mechanism Of curved steel girder forming is very complex because Of the nonlinear factors during the sheet stamping forming process which will reduce the quality of product. The finite element analysis was used to simulate the sheet stamping forming Of curved steel girder. The stamping form mg performance Of curved steel girder was analysed using finite element method. The forming limit diagram，cross-sectional thickness distributlon，stress distribution and strain distribution were obtained. The results can be used for design Of curved steel girder forming process.

Key words：curved steel girder；sheet stamping forming；simulation

彎梁（liáng）是（shì）城（chéng）市軌道（dào）車輛上（shàng）的重要零/部件，批量生產時采用模具衝壓成形的方式。由於彎梁結構複雜（zá），模具衝壓成形中（zhōng）容易產（chǎn）生起皺、破裂和回彈等問題，其成形質量難以控製。有限元方法能夠對板材成形過程進行模擬，得到板材成形過程中每個時刻的位移、應變和應力分布，並能預（yù）測（cè）板材的成（chéng）形情況 本文利用有限元數值模擬對彎梁板材衝壓成形（xíng）過程進行（háng）仿真研（yán）究（jiū），以期獲得彎梁（liáng）板材衝壓成形特性，為彎梁板材衝壓工（gōng）藝設計提（tí）供（gòng）指導。 1幾何模型及有限元模型

1. 1彎梁的幾何模型

彎（wān）梁的（de）零件圖如圖1所示。本文根據板（bǎn）材圖樣尺（chǐ）寸進行幾何建模，模具包括凸（tū）模和凹模。板（bǎn）材的尺（chǐ）一寸根據彎梁的零件（jiàn）圖采用Dynaform有限元（yuán）逆算法展開獲得。在Pro/E中建立彎梁成形過程分析的幾（jǐ）何模型（xíng）如圖2所示，板材厚度為2mm。彎梁的成形過程為：先成形彎梁的上圓弧曲麵；然後拉伸成形彎梁的兩側邊，拉伸（shēn）成形的同時對兩邊的下圓弧曲麵（miàn）以及（jí）壓延邊進行約束；最後成形彎梁的下圓弧曲（qǔ）麵。考慮到彎梁成形分析（xī）的算法（fǎ）需求，在幾何模型中，凹、凸模及板材均以麵或殼模型建立。

1. 2彎梁的有限（xiàn）元模型

彎梁成形（xíng）材料為05CuPCrNi高耐侯結構鋼板材，其彈性模量：2 · 07 × 105MPa，泊鬆比“：0 · 28，屈服強度：355MPa，抗拉強度：550MPa，強（qiáng）化係數 ：330，硬化指數：0 · 195，應變率參數c：40，p：5。將Pro/E中建（jiàn）立的彎梁幾何模型導人有限元分析軟件 Dynaform，建立彎梁（liáng）的有限（xiàn）元分析（xī）模型。有限元模型中彎梁的材料屬性參（cān）照05CuPCrNi材料的（de）屬性進行定

2013年第I l期 現代製造工程（Modern Manufacturing Engineering)

274．5

小A旋轉 94

圖1彎梁的零件圖

凸模

圖2彎梁成形過程分析的幾何（hé）模型

義，彎梁板材采用（yòng）BelytSChko-Wong-Chiang薄殼單元2，將凹、凸模和壓邊圈定義為剛體，采用* MATRIGID定義其平動和轉動約束，凸（tū）模、凹模以及壓邊圈與彎梁板（bǎn）材之間（jiān）的接觸均采（cǎi）用* CONTACT-FORMING-ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE進行定（dìng）義，摩擦因數設定為（wéi）0．巧。為了減少衝壓分析過程中各單元之間應（yīng）力的間斷性，綜合考慮計算精度和計算時間，彎梁板材（cái）采用精細的（de）網格劃分（fèn），網格（gé）大小為（wéi）Imm, 衝（chōng）壓模具采用剛體材料（liào）模型，其網格劃分（fèn）采用細密網格，網格大小為3mm。網（wǎng）格（gé）劃分後的彎（wān）梁成形過（guò）程分析的有限元模型如圖3所示。

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圖3彎（wān）梁成形過程分（fèn）析的有限元模型

2結果與討論

2，1成形極限（xiàn）圖

成形（xíng）極限圖也稱為（wéi）成形極限曲線，它表示金屬薄板變形過程（chéng）中（zhōng），在金屬（shǔ）薄板平麵內的兩個主（zhǔ）應變、 2聯合作用下（xià），某一（yī）區域發生減薄時，可以獲（huò）得的最大應變量。成形極限圖分（fèn）為（wéi）安（ān）全區、臨界區、破裂區和（hé）褶皺區四個部（bù）分（fèn），是（shì）判斷薄板成形性最有效的一種方法[ 。34] 通過衝壓成（chéng）形數值模擬得到的彎（wān）梁板材成（chéng）形分布情況如圖4所示（shì）。

從圖4a中（zhōng）可以看出，總體上彎梁成形處於安全區內，彎梁能（néng）夠順利（lì）成形。圖4b所示反映出彎梁板材成形分布不均勻，彎梁的上圓弧曲麵和下圓弧曲麵部分區域都有褶皺趨勢，主要是由於（yú）彎梁板材在（zài）塑性變形過程中，會受到複雜的應力狀態的作用，板材處於徑（jìng）向受拉、環向受壓的應力狀態，從而（ér）導致起皺趨勢。

在模具設計時可通過設置拉延筋等方法，將材料（liào）流動阻力引人（rén）起皺區，抵消部分壓應力的影響，從（cóng）而消除起皺現象（xiàng）。

破裂區

a)成形極限（xiàn）(主應變82)圖

b)成形狀態區域分布圖

圖4彎梁板材成形分布情況（kuàng）

謝秉順，等：彎梁板材（cái）衝壓成形仿真分析（xī）及工藝改進 2013年第11期

2．2等效應力應變

彎梁衝壓成形過程中彎梁（liáng）板材與模具相互作用，應力分布規律非常複雜（zá），其中（zhōng）等效應力、應變是衡量板材是否拉裂的一個重要依（yī）據4，如果超過材料（liào）臨界值，在成形過（guò）程中板材有可（kě）能被破壞。

應用Dynaform 軟件仿（fǎng）真得到的彎梁板材成形等效應力分布圖和彎梁板材成形等效應變分布圖分別如圖5和圖6所示 從圖5和圖6中可以看出，等效應力、應變分（fèn）布（bù）不均勻，等效應力最大值為632園MPa，等效應變最（zuì）大值為 4，346 × 10 5，最小值為3，402 × 10一5等效應力與應變在分布規律上具有一致性，它們的最大值主要分布在壓延（yán）邊與側麵筋板交界位置。該位置如果有直口，將會出現拉裂現象。采（cǎi）用（yòng）工藝圓角可有效避免直口（kǒu）產生（shēng）的應力集中，避（bì）免在壓延邊與側麵筋板交（jiāo）界位置被（bèi）拉裂