轉發自：製造（zào）技術/工藝裝備 現代製造工程（Modern Manufacturing Engineering) 2013年第11期

作者：謝秉順1，朱健軍1，魯萬彪1，唐晶晶1，艾國平2，盧文（wén）壯2 （1南車南京（jīng）浦鎮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，彎梁板材在衝壓成形過程中受到多重非（fēi）線性因素影響，成形機理複（fù）雜，成形質量難（nán）以（yǐ）控製。利用有限元數值模擬對彎梁板材衝壓成形過程進行仿真研究，得到了彎梁板材成形極限（xiàn）圖、厚度減薄率分布圖、應力及應變分布圖，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（zhí）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，批量生產時采用模具衝壓成形的方式（shì）。由於彎梁結（jié）構複（fù）雜，模具（jù）衝壓成形（xíng）中容易產生起皺、破裂和回（huí）彈等問（wèn）題，其（qí）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（bǎn）材成形過程中每個時刻的位移、應（yīng）變和應力分布，並（bìng）能預測板材的成形情況（kuàng） 本文利用有限元數值模擬對彎梁板材衝壓（yā）成形過程進行仿真（zhēn）研究，以期（qī）獲得彎梁板材衝（chōng）壓成形特性，為彎梁板材衝壓工藝設計（jì）提供指導。 1幾何模型及有限元模型

1. 1彎梁的幾何模型（xíng）

彎梁的零（líng）件圖如圖1所（suǒ）示。本文根據板材圖樣尺寸進行幾何建模，模具包括凸模和凹模。板材的尺一寸根據彎梁的零件圖采用Dynaform有限元逆算法（fǎ）展開獲得。在Pro/E中建（jiàn）立彎梁成形過程分析的幾何模型如圖2所（suǒ）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（xíng）彎梁的（de）兩側邊，拉伸成形的（de）同時對兩邊的（de）下圓弧曲麵（miàn）以及壓延邊進行（háng）約束（shù）；最後成形彎梁（liáng）的（de）下（xià）圓弧曲（qǔ）麵。考慮到彎梁成形分析的算法需求，在（zài）幾何模型中，凹、凸模（mó）及板材均以麵或殼模型建立。

1. 2彎梁的（de）有限元（yuán）模型

彎梁成形材料為05CuPCrNi高（gāo）耐侯結構（gòu）鋼板材，其彈性（xìng）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（yìng）化指數：0 · 195，應變率參數c：40，p：5。將Pro/E中建立的彎梁幾何模（mó）型導人（rén）有限元（yuán）分析軟件 Dynaform，建立彎梁的有限元分（fèn）析模型。有（yǒu）限元模（mó）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（xiàn）代製造工程（chéng）（Modern Manufacturing Engineering)

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小A旋轉 94

圖1彎梁的零件圖

凸模

圖2彎梁成形（xíng）過（guò）程分析的幾何模型

義，彎梁板材采用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（dòng）約束，凸模、凹（āo）模以（yǐ）及壓（yā）邊圈與彎梁板材之（zhī）間的接觸均采用* CONTACT-FORMING-ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE進行定（dìng）義，摩擦因數設定為0．巧。為了減少衝壓分析過程中各單元之間應力的間斷性，綜合考慮計算精度和計算時間，彎梁板材采用精細的網格劃分，網格大小為Imm, 衝壓模具采用剛體材料模型，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（fèn）析的有限元模型如圖3所示。

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圖3彎梁成形過（guò）程分析的有限元模型

2結果與（yǔ）討論

2，1成形極限（xiàn）圖

成（chéng）形極限圖也稱為成形極限曲線，它表示金屬薄板變形過程中，在金（jīn）屬薄板平麵內的兩個主應變、 2聯合作用下，某一（yī）區域發生減薄時（shí），可以（yǐ）獲得的最大應變量。成形極限圖分為安全區（qū）、臨界（jiè）區、破裂區和褶皺區四個部分，是（shì）判斷薄板成形性最有效的一種方法[ 。34] 通過衝壓成形數值模擬得到的彎梁板材成形分布情況如圖4所示。從（cóng）圖4a中可以（yǐ）看出，總體上（shàng）彎梁成形處於安全（quán）區內，彎梁能夠順利成形。圖4b所示反映出（chū）彎（wān）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（yào）是（shì）由於彎梁板材在塑性變形過程中（zhōng），會受到複雜的應力狀態的作用，板（bǎn）材處於徑向受拉、環向受壓的應力（lì）狀態，從而導致起皺趨勢。在模具設計時可通過設置拉延筋等方法，將材料流動（dòng）阻力引人起皺區，抵消部分（fèn）壓應力的影響，從而消除起（qǐ）皺現象。

1.0

破裂區（qū）

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（xíng）極限(主應變（biàn）82)圖

b)成形狀態區域分布圖

圖（tú）4彎梁板材成形分（fèn）布情況

謝秉順，等：彎梁板材衝壓成形仿真分析及工藝改進 2013年（nián）第11期

2．2等效應力應變（biàn）

彎梁衝壓成形過程中彎梁板材與模具相互作用，應力分布規（guī）律非常（cháng）複雜，其中等效應力、應變是衡量板材是否拉裂的一個重要依據4，如果超過材料臨界值，在成形過（guò）程中板（bǎn）材有可能被（bèi）破壞。應用Dynaform 軟件仿真得（dé）到的彎梁板材成形等效應力分布圖（tú）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