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轉（zhuǎn）發自：製造技術/工藝裝備 現代製造工程（Modern Manufacturing Engineering) 2013年第11期（qī）

作（zuò）者：謝秉順1，朱健軍（jun1）1，魯萬（wàn）彪1，唐晶晶1，艾國平2，盧文壯2 （1南車南京浦（pǔ）鎮（zhèn）車輛有限公司工業化部，南京210031；2南京航空航天大學機電學（xué）院，南京210016）

摘要：彎梁是城市軌道車輛（liàng）上的重（chóng）要零/部件，彎梁板材在衝壓成（chéng）形過程中受到多（duō）重非線性因素影響，成形機理複雜，成形質量難以控製（zhì）。利用（yòng）有限元數值（zhí）模擬對彎梁板材衝壓成形過程進行（háng）仿真研究（jiū），得到了彎梁板材成形（xíng）極限圖、厚（hòu）度減薄率分布圖、應力（lì）及應（yīng）變分布圖（tú），研究結果為彎梁（liáng）板材衝壓工（gōng）藝設計提供指導（dǎo）。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

彎梁是城市軌道車輛上的重要零/部件，批量生產時采用（yòng）模具（jù）衝壓成形的方式。由於彎梁結構複（fù）雜，模具衝壓成形中容易產生起皺、破裂（liè）和回彈等問題，其成形（xíng）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（dé）到板（bǎn）材成形過程中每個時（shí）刻的位移、應變和應力分布，並能預測板材的成形情況 本文利用有限元數值模擬對彎梁板材衝壓成形過程進（jìn）行仿真（zhēn）研究（jiū），以期獲得彎梁板材（cái）衝壓（yā）成形特性，為彎梁板材衝壓（yā）工（gōng）藝設計提供指導。 1幾何模型（xíng）及有限元模型

1. 1彎梁的幾何模型

彎梁的零件圖如圖1所示。本文根據板材圖樣尺寸進行（háng）幾何建模，模具（jù）包括凸模和凹模（mó）。板材的尺一寸根（gēn）據彎梁的零件圖采用（yòng）Dynaform有限元（yuán）逆算法展開獲（huò）得。在Pro/E中建立彎梁成形過程分析的幾何模型如（rú）圖2所示（shì），板材厚度為2mm。彎梁的成形過程為：先成形彎梁的上圓弧（hú）曲麵；然（rán）後拉伸成形彎梁的兩側邊，拉伸（shēn）成形的同時對兩邊（biān）的（de）下圓弧曲麵（miàn）以及（jí）壓延邊進行約束；最後（hòu）成形（xíng）彎梁（liáng）的下圓弧曲（qǔ）麵。考慮到彎梁成形分（fèn）析的算法需（xū）求，在（zài）幾何模型中，凹、凸模及板材均以麵或殼模型建立。

1. 2彎梁（liáng）的有（yǒu）限元模型

彎梁成形材料為05CuPCrNi高耐侯結（jié）構鋼板材，其彈性模量：2 · 07 × 105MPa，泊（bó）鬆比“：0 · 28，屈服強度：355MPa，抗拉強度：550MPa，強化係數 ：330，硬化指數：0 · 195，應變率參（cān）數c：40，p：5。將Pro/E中建立的彎梁幾（jǐ）何模型導人有限元分析軟件 Dynaform，建立彎梁的有限元（yuán）分析模型。有限（xiàn）元模型中（zhōng）彎梁的材料屬性參照05CuPCrNi材料的屬性（xìng）進行定

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

274．5

小（xiǎo）A旋轉（zhuǎn） 94

圖1彎梁的零件圖

凸模（mó）

圖2彎梁成形（xíng）過程分析（xī）的幾何模型

義，彎梁板材采用BelytSChko-Wong-Chiang薄殼（ké）單元2，將凹、凸模和壓邊圈定義為剛（gāng）體，采用* MATRIGID定義其平動和轉動約束，凸模（mó）、凹模以及壓邊（biān）圈與彎梁板材之間的接觸均采用* CONTACT-FORMING-ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE進行定義，摩擦因數設定為0．巧。為了減少（shǎo）衝壓分析過程中各單元之間應力的（de）間斷性，綜合考（kǎo）慮計算精度和計算時（shí）間，彎梁板材（cái）采用精細的網格劃分，網格大小為Imm, 衝壓模具采用（yòng）剛體材料模型，其網格劃分采用細密網格，網格大小為3mm。網格劃分後的彎梁成形過程分析的有限元模型如圖3所示。

86

圖3彎梁成形過程分析的有限元（yuán）模型

2結果與討論

2，1成形極限圖

成形極限圖也稱為成形極（jí）限曲線，它（tā）表示金屬薄板變（biàn）形過程中，在金屬薄板平麵內的兩個主應（yīng）變、 2聯合作用下，某一區域發生（shēng）減薄時，可以獲得的最（zuì）大應變量。成形極限圖分為安全區（qū）、臨（lín）界區、破裂（liè）區和褶皺區四個部分，是判斷薄板成形性最有效的一（yī）種方法（fǎ）[ 。34] 通（tōng）過衝壓（yā）成形數值模擬得到的彎梁板材成形分布情（qíng）況如圖4所示。從圖（tú）4a中可以看出，總體上彎梁成形處於安全區內，彎梁能夠順（shùn）利成（chéng）形。圖4b所示反映出彎梁板材成形分（fèn）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（zhě）皺趨勢，主要（yào）是由（yóu）於彎梁板材在塑性變形過程中，會受到複雜的應力狀態的作用，板材（cái）處於徑向（xiàng）受拉（lā）、環向（xiàng）受壓的應力狀態，從而導致起皺趨勢。在模具設計（jì）時可通過設置拉延筋等方法，將材料流動（dòng）阻力引人起皺區，抵消部分壓（yā）應力的影響，從而消除起皺現象。

1.0

破裂區

o 、8

o 、6臨界區

o ，4

o ．2

0

、0，50一0．30一0．10 0彐0 0．30 住50

a)成形極限(主應（yīng）變82)圖

b)成形狀態區域分布圖

圖4彎梁板材成（chéng）形分布情況