铁路货车棚布护铁冲压工艺优化

铁路货车棚布护铁冲压工艺优化

如图1所示，涂层防护铁是c6铁路车辆的主要部件。用于支撑和保护倾斜车辆的上、下、左、右支撑。其形状直接影响列车覆盖层的固定质量和使用寿命。篷布护铁采用厚度6mm的普通碳素钢(Q215-A)起伏成形,除具有较高的强度、刚度和尺寸精度外,还要求B面对C面的垂直度在200mm长度内不得大于2mm,棱线清晰,无皱褶和破裂等缺陷。确定合理的冷冲压工艺方案,设计安全、合理的模具结构是保证制件质量的重要因素,下面就这两个问题展开讨论。1压延工艺设计1.1压件成形的特点普通碳素钢(Q215-A)是铁路货车制造中常用的材料,其抗拉强度为340～420MPa,延伸率为26%～31%,具有良好的塑性。从产品结构上看,货车用篷布护铁冲压件为压缩类平面翻边和角部两侧起伏成形。压缩类平面翻边的应力状态和变形状态的特点和拉深完全相同,区别在于翻边是沿不封闭的曲线边缘进行的局部非轴对称的拉深变形,极限变形程度主要受毛坯变形区失稳起皱条件的限制;起伏成形依靠材料的拉深在变形区内产生局部变形,并依靠附近区域材料的拉薄;工件的极限成形高度与毛坯尺寸不再有关,而与材料的塑性有关,在变形过程中极易产生拉裂、拉薄。所以,拉裂、拉薄、起皱是成形工艺和模具设计要控制的缺陷,影响它们的因素主要有模具的几何参数、润滑条件,特别是凸凹模圆角成形件质量影响很大。1.2次起伏成形从产品成形方面来看,制件有压缩类平面翻边和起伏成形两种特征,最好的方案是两种特征一次完成。否则,无论是先成形那一种特征,都存在定位不准、材料流动不均匀等不利的因素严重影响工件的外观质量。起伏成形能否一次完成,按下式计算:[(L1-L)/L]×100<(0.7～0.75)δ(1)式中:L1为变形区压筋后沿截面的材料长度(mm);L为变形区压筋前材料长度(mm);δ为允许的相对延伸率。计算结果为16.9%<(0.7～0.75)δ,符合上述条件,可以一次起伏成形。该工件的压缩平面翻边特征类似于不用压边圈的无凸缘矩形盒状浅拉深件,应力状态和变形状态完全相同,翻边许用变形强度值为38%,翻边变形程度可用下式计算表示:K=RR+b=6060+200=0.23<0.38Κ=RR+b=6060+200=0.23<0.38(2)式中:R为翻边线的曲率半径(mm);b为翻边部分的毛坯高度(mm)。计算结果符合压缩类强度翻边计算。以上两项特征均符合条件,可以一次成形。基于理论计算结果,设计了如下两套工艺方案。(1)减少回弹引起的起排液第1副模具落料(每次行程落料1件);第2副模具成形(每次行程成形1件)。第2副模具设计时需要考虑该件翻边是沿不封闭的曲线边缘进行的局部非轴对称的拉深变形,加大凹模圆弧角半径减少产生起皱。为防止由于翻边回弹引起的制件在凸缘两端附近产生扭曲,需要施加强力压边以压紧冲件本体的表面,才能保证B面对C面的垂直度在200mm长度内不得大于2mm。对于起伏成形特征来说,强压边力情况下会使材料流入速度很慢,影响凸缘部分的材料产生径向流动转移到冲件的侧壁,过强的压边力冲件将会产生拉薄和局部拉裂,压边力不足将会使冲件产生起皱、翘曲缺陷,还需要后期整形处理。此方案的优点是模具投入的成本较低,缺点是冲件的成形质量较差,且不稳定。(2)无凸缘矩形冲件成形第1副模具落料(每次行程落料2件);第2副模具成形、切断。第2副模具设计时考虑成形过程中材料径向流动的均匀性,采用同时成形2件,形成无凸缘矩形盒状浅拉深件和起伏成形2种特征,无需施加压边力,成形和切断分离同时完成。该方案优点是冲件成形质量好,符合产品设计要求,缺点是模具成本投入大,是方案1的2倍。经过两种方案的对比,虽然方案2模具投入上增加了一定成本,但冲件的质量明显得到了保证,从企业的发展和长远经济利益来讲,显然应该优先选择方案2。2工艺和工作流2.1下模的制作图2为成形切断模的组装图,设计过程综合考虑了诸多因素,其结构特点如下。(1)为了防止由于两块成形凸模的高度间有误差而造成冲件毛坯料产生窜动,两块成形凸模制作成一体,切断上模由固定板与成形凸模固定。固定板除固定切断上模外,也是成形凸模的一部分。(2)下模组成时,为了便于调整上、下切断刀片间隙,使成形凹模通过下模外框与下模板连接。而成形切断下模直接安装在下模板上。成形切断下模即是切断部分的下刀也是起伏成形和压缩翻边的凹模。(3)调整间隙时,可去掉下外框和成形凹模。但调整过程需要作假凸模进行调试,以保证起伏成形和切断的间隙。(4)为了使工件从模腔中方便取出,设有下顶出装置。(5)上、下模导向采用中间两导柱滑动导向。2.2压力机冲件成形断序模具安装在630t机械压力机上,工作过程如下。毛坯送入凹模并定好位,上模随压力机的上滑块下行,在成形凸模作用下,毛坯沿凹模圆角向下流动,当凸模下降至下死点之前4mm时,成形和切断同时进行,成形结束时两块冲件完全切断分离。成形凸模随压力机上滑块上升,顶杆在弹簧的作用下,将冲件顶起,切断的废料落到托料板上,取出冲件后便可进行下一个冲件的成形切断工序。另外,篷布护铁在车间630t压力机上冲制,由于压力机的速度快,凸模和凹模在成形时其表面产生很高的温度,不能连续冲裁,需要每次冲程停顿一下,每成形切断一