铁路货车门板冲压问题分析与对策

2020-11-12陈新力

模具工业 2020年11期

陈新力，张军

（马鞍山钢铁股份有限公司技术中心，安徽马鞍山 243000）

0 引言

高速重型铁路货车对于国家运输行业的发展有着重要意义，为了提高铁路货车的运输效率及节能效果，重型铁路货车的轻量化越来越重要，将高强度的钢板应用于铁路货车门板是轻量化的方式之一。为节约制造成本采用高强度钢板后，利用原有模具冲压成形门板，会因材料与模具零件的不匹配导致成形制件出现各种缺陷，为解决成形制件的缺陷，一般由钳工对模具零件进行反复修整，这种处理方式效率低、成本高、周期长。

现应用ATOS I 350&TRITOP三维光学测绘仪与AutoForm有限元软件相结合的方法，分析某铁路货车门板成形缺陷问题，找出其产生原因，提出优化方案，完成模具零件整改，使成形的制件满足质量要求。

1 货车门板冲压问题

1.1 货车门板及材料参数

重型铁路货车门板的外形尺寸为980 mm×2 059 mm×50 mm，厚度为5 mm，凸台高度为50 mm，原坯料尺寸为2 170 mm×1 115 mm，如图1所示。

因货车轻量化升级，门板材料更换为强度更高的耐候钢S450AW，性能参数如表1所示。

表1 材料性能参数

图1 货车门板

1.2 货车门板新材料冲压问题

采用高强度耐候钢S450AW在成形原货车门板模具上进行冲压，结果显示成形的制件回弹大，用专用检具测量，最终成形的制件4个拐角处凸槽高度不够50 mm，制件不合格，如图2所示。

图2 新材料冲压后检测凸槽高度不满足要求

2 门板模具光学扫描与建模

2.1 原制件设计数据分析模型建立

CAD软件建立制件的三维模型如图3所示，将三维模型导入有限元软件AutoForm中，结合制件生产工艺，建立全工序成形分析模型，如图4所示，成形工艺为：拉深成形→修边→整形。

图3 门板零件三维模型

图4 门板冲压成形工序设置

2.2 模具零件型面数据分析模型建立

因模具使用多年并对其进行多次维修，模具零件型面结构与制件原始数据相差较大，影响成形分析结果，需要获得精确的实际模具零件型面数据进行分析。采用ATOS I 350&TRITOP三维扫描设备对成形门板上、下模零件型面进行扫描，获得实际的点云数据。

将成形门板模具的上、下模打开平放至地面，扫描前喷涂显影剂的模具零件型面如图5所示，再用ATOS设备进行逆向扫描。由于扫描的零件尺寸较大，为了保证测量精度，需采用TRITOP系统进行空间定位，扫描过程为：观察被测物体表面反射情况→清理测量表面油污杂物→喷涂显影剂→粘贴参考点→ATOS I 350&TRITOP三维扫描→点云数据处理、输出。

图5 扫描前喷涂显影剂的模具零件型面

通过光学扫描采集模具零件型面点云数据，再对点云数据进行处理，导入AutoForm软件中生成实际模具零件型面数据分析模型，如图6所示。

图6 扫描数据处理后得到的模具零件型面3D模型

3 成形缺陷原因分析

将成形制件3D数据制作分析模型进行全工序模拟，分析结果显示凸槽高度能满足要求，制件整体存在回弹趋势，但无实际冲压制件表现的翘曲异常现象。按扫描的实际型面3D数据制作分析模型进行全工序模拟，分析结果显示，成形制件出现了与实际冲压制件类似的翘曲异常现象，且凸槽高度与实际冲压的制件凸槽高度一致，不能满足使用要求。

通过对比2种数据的差异，比较2种模型分析的成形过程，总结引起成形制件翘曲异常及凸槽高度不够的问题有以下2个主要原因。

（1）模具零件局部型面尺寸异常。通过对模具零件型面与成形制件的数据差异进行对比，A1-A1、A2-A2、B1-B1、B2-B2侧凸槽处模具零件型面与成形制件一致，4个拐角处模具零件型面与成形制件相差较大，如图7中C2-C2、C3-C3剖面结构所示。模具零件型面拐角处与成形制件型面相差较大，导致成形后制件出现翘曲现象。

（2）成形时模具零件未完全闭合到位。图8所示为AutoForm采用实际模具零件型面数据模拟的门板成形过程。从图8可以看出，拉深结束时，A处上下模已经闭合，但B处压边圈还有2 mm未到位，导致成形的制件未成形到位。检查模具上模A处型面发现，凹槽A处安装有补丁条，如图9所示。该补丁条是模具在使用过程中整改时增加的，经测量对比，补丁条型面比模具零件正常型面高约2 mm，补丁条型面高出模具零件型面是导致A处较压边圈提前闭合的原因。