深U型槽类零件折弯成型工艺研究

(中车株洲电力机车有限公司，湖南 株洲 412001)

0 引言

对于深U型槽类零件，一般会因为模具干涉问题不能直接折弯成型。在实际生产过程过一般采用专用模具直接油压成型，但专用模具成本较高，制作周期较长，在生产任务紧急，需求量不大的情况下，这种方法不能迎合制造成本及周期的预算需求。探索新的折弯成型工艺，以改善的眼光优化此类产品的折弯成型，提升生产效率的同时更好地服务于生产经营。

1 产品及现场模具分析

以产品为例，双源制调车机车为试制车型，摇头止挡板(右)(AB01029284A)和摇头止挡板(左)(AB01029597A)如图1所示，分析折弯上下模选择。

图1 摇头止挡板(右)三视图

板厚为10，依据《折弯成型工艺守则》(JT-40-058-2)经验公式V>8 t，因此，下模应>80；折弯线到端部的距离>0.7 V，实际搭边距离d综合考虑两边折弯线到端部的距离d=1/2(斜D=略大于140)，因此，得到V<100；综合上述，80

2 ABAQUS仿真分析

2.1 仿真概述

有限元法自提出以来，广泛应用于热力学分析、电磁场分析、流体分析等各个领域。ABAQUS作为通用型有限元分析软件的代表作，被认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学、结构力学。

针对深U型槽类零件，需要通过多次折弯才能成型，在仿真过程中，将前一个仿真模型的仿真结果作为后一个仿真模型的输入，这样既能保证仿真的延续性，同时能精确定位折弯位置，保证结果的可靠性。

2.2 问题分析

2.2.1 建立仿真模型

折弯成型属于典型的动态分析问题，首先进行前处理，建立深U型槽类零件的仿真模型、赋予材料属性、确定边界条件和加载划分网格。

图2 折弯前处理步骤

2.2.2 仿真结果

深U槽类零件折弯分为两步，从图3可以看出，由于边高过高，折弯线之间距离过短，导致在第二次折弯时零件与模具发生干涉，致使成型过程无法继续。

2.2.3 问题分析

从图3可知，在第二次折弯时零件与模具发生干涉，如果能先将折弯线之间的板件进行预折弯，可以使得两边绕预折弯线发生旋转，从而增大两边的距离，较好地解决上述问题。

图3 折弯成型干涉图

2.3 工艺攻关

2.3.1 预折弯

根据2.2.3节提出的解决方案，但预折弯的角度无法确定，所以首先建立预折弯的仿真模型，以便能获得一系列不同的预折弯角度，仿真模型和结果见图4。

图4 不同预折弯角度模型(预折弯、160°、140°、120°)

2.3.2 预折弯角度160°、120°

当板件的预折弯角度为160°、120°时，其仿真模型和结果如下：从图5、图6中可以看出，当预折弯角度为160°时，折弯过程依然会发生干涉，致使过程折弯无法完成，预折弯角度为120°时，折弯顺利完成。

图5 折弯角度160°模型

图6 折弯角度120°模型

仿真结果验证了预弯-折弯工艺的可行性，早在2006年就提出过预弯的思想[1]，但预弯角度的选取无法确定，极大的增加了劳动强度，作业效能比较低下，寻找深U型折弯件各尺寸之间的关系，从理论上寻找最佳的预弯角度。

3 预弯角度理论计算

3.1 寻找临界点

深U型零件折弯在什么情况下会产生干涉，我们利用理论计算来确定深U型零件折弯会产生干涉的临界点，如图7所示。

A1为上模右边缘与U型件内侧交点，若先折弯角Q1可得：

A2点向上模引垂线，可将三角形A1A2A3分为两个直角三角形，可知

3.2 计算预折弯角度

对于任意产品将其预弯展示为图8所示，不防假设先折弯角Q1：

图8 预弯角度计算示意图

2)计算角度P1=∠B3B2B4：

4)计算角度P2=∠B1B2B4:cosP2=

最终得到预弯角度为：P=360-P1-P2，若先折弯Q2可以得到相似的结果，简单的写成一个MATLAB函数functionPR(d，D，h1，w，Q1，Q2)，如图9，图10所示。

图9 预弯角度计算MATLAB函数

4 验证

4.1 理论计算预弯角度

在选择合适的磨具下，以摇头止挡板为例，函数function(10，20，245，118，84.5，95.5)=158.95°，function(10，20，231.5，118，95.5，84.5)=153.22°，所以预弯160°会产生干涉，120°则完全可以折弯成型出合格产品。

4.2 关键尺寸验证

选择仿真中选用的的参数及模具进行折弯，检查实际产品的折弯成型质量，做好产品关键尺寸记录，从表1可以看出产品的长宽尺寸均符合图纸要求。

表1 预折弯完成产品检测尺寸

图10 预弯后折弯成型产品尺寸

5 结语

本文主要是解决现场生产中的实际问题，通过预弯-折弯-压平预弯的工艺攻关，生产出原压型干涉的深U型槽类产品，并从理论上计算出任意深U型槽类产品压型产生干涉的最佳预弯角度。需注意的是虽然深U型产品都能通过此方法成型，但预弯角度必须在母材预弯压平后满足原材料的钢性，对于特定的产品预弯角度不宜过大。此方法解决了在无专用模下成型该类产品的另一种途径，避免了生产过程中不断去尝试预弯角度的繁杂步骤，极大的提升制造生产效率。