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轉發自：制造技術/工藝裝備 現代制造工程（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，盧文壯2 （1南車南京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，彎梁板材在沖壓成形過程中受到多重非線性因素影響，成形機理復雜，成形質量難以控制。利用有限元數值模擬對彎梁板材沖壓成形過程進行仿真研究，得到了彎梁板材成形極限圖、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沖壓工藝設計提供指導。關鍵詞：彎梁；沖壓成形；數值模擬中圖分類號：TG356，11文獻標志碼：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沖壓成形的方式。由于彎梁結構復雜，模具沖壓成形中容易產生起皺、破裂和回彈等問題，其成形質量難以控制。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，并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沖壓成形過程進行仿真研究，以期獲得彎梁板材沖壓成形特性，為彎梁板材沖壓工藝設計提供指導。 1幾何模型及有限元模型

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有限元逆算法展開獲得。在Pro/E中建立彎梁成形過程分析的幾何模型如圖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面；然后拉伸成形彎梁的兩側邊，拉伸成形的同時對兩邊的下圓弧曲面以及壓延邊進行約束；最后成形彎梁的下圓弧曲面。考慮到彎梁成形分析的算法需求，在幾何模型中，凹、凸模及板材均以面或殼模型建立。

1. 2彎梁的有限元模型

彎梁成形材料為05CuPCrNi高耐侯結構鋼板材，其彈性模量：2 · 07 × 105MPa，泊松比“：0 · 28，屈服強度：355MPa，抗拉強度：550MPa，強化系數 ：330，硬化指數：0 · 195，應變率參數c：40，p：5。將Pro/E中建立的彎梁幾何模型導人有限元分析軟件 Dynaform，建立彎梁的有限元分析模型。有限元模型中彎梁的材料屬性參照05CuPCrNi材料的屬性進行定

2013年第I l期 現代制造工程（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定義其平動和轉動約束，凸模、凹模以及壓邊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。為了減少沖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, 沖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。網格劃分后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限曲線，它表示金屬薄板變形過程中，在金屬薄板平面內的兩個主應變、 2聯合作用下，某一區域發生減薄時，可以獲得的最大應變量。成形極限圖分為安全區、臨界區、破裂區和褶皺區四個部分，是判斷薄板成形性最有效的一種方法[ 。34] 通過沖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。從圖4a中可以看出，總體上彎梁成形處于安全區內，彎梁能夠順利成形。圖4b所示反映出彎梁板材成形分布不均勻，彎梁的上圓弧曲面和下圓弧曲面部分區域都有褶皺趨勢，主要是由于彎梁板材在塑性變形過程中，會受到復雜的應力狀態的作用，板材處于徑向受拉、環向受壓的應力狀態，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，將材料流動阻力引人起皺區，抵消部分壓應力的影響，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