浅谈封头条形筋在防滑技术中的应用

2023-03-01王洪斌中车齐齐哈尔车辆有限公司

钣金与制作 2023年12期

文/王洪斌·中车齐齐哈尔车辆有限公司

一般来说，条形筋在集装箱上比较常见，它的用途主要是利用其结构与梁柱结合形成低成本的刚性结构，同时承担人员踩踏、有防范滑倒的作用。目前，市场的制造工艺比较成熟可靠。

在铁路用装备制造业中，载人结构的安全和结构要求是很高的，传统的方法是采用扁豆花纹钢板铺设在小型钢梁上，留下一些不起眼的漏水孔，但在雨雪天气下，再加上行进速度时快时慢，转弯、上下坡等情况，使得人在地板上的安全性无比堪忧。

现状

目前，市场上有很多的地板防滑结构。比如，鱼鳞网口防滑结构、鳄鱼嘴防滑结构（市场上叫鳄鱼嘴冲孔防滑板，见图1）、圆孔正反翻边防滑结构（市场上叫圆孔冲孔防滑板、鱼鳞圆孔起鼓冲孔板）等等。如图2 所示，这些防滑结构的特点是利用增加表面的摩擦力和接触面积以及方便排水的方式来达到防滑的目的，但是也存在一定的缺点，就是牺牲了一部分的刚度，为了弥补这一缺点，又在防滑板长边侧设计了双弯结构，在短边处焊接立板，形成箱形结构以提高整体刚度，这又带来新的问题，那就是尺寸都是特制的，没有了低成本优势。

图1 鳄鱼嘴冲孔防滑板

图2 圆孔冲孔防滑板

地板防滑技术的应用

在铁路用装备制造业中，要求的是既有实用性又有安全性的装备，装备供应商要满足客户的需要又要解决成本投入问题。那么，什么样防滑板具有以上优点呢？有人尝试过改良扁豆花纹板的花纹，这种改良在钢厂轧钢线上的投入大。有人在鱼鳞网下面加钢板，这种改良对焊接要求高、难度大。有人干脆利用不锈钢板上下插接的方式在周边焊接一圈角钢，这种改良也需要订制，且成本不低。经过不断尝试，有人在集装箱上找到了答案，那就是浅成形的封头条形筋。

封头条形筋一般应用在揭盖式集装箱的顶部盖板上，其刚性大，边缘平直，便于组对焊接、弯曲、切口等操作。成形采用模具压制，一次性投入，低成本持续生产，防滑效果略低于鳄鱼嘴冲孔防滑板，安全性和实用性均满足客户需要。

封头条形筋的制造工艺过程

条形筋应用范围比较广泛，常常是应用在集装箱外包装、铁路装备的侧墙和工具箱盖上。一般情况下，并不封口，均匀排列后也被称为波纹板。其制造工艺相对成熟可靠。但是因为其并不封口，所以在焊接组对上有一定难度。将其开口封闭也就是简化焊接难度减低成本的过程。我们根据图纸的具体情况将封头条形筋的制造工艺分成两种。第一种，是市场上应用较为广泛的工艺方法，即板材逐筋压制后热压封头，再加工掉端头的多余材料。另一种，就是将板材整体压形后利用落料模具整体落料去除多余材料。

条形筋热封头工艺

条形筋热封头工艺主要是采用折弯机和级进模具压制通长筋形，然后将端头局部加热后利用热压封头模具压形，待筋形冷却后再加工掉多余材料。总共需要三步工艺流程，使用三种设备和两套模具。这种工艺方法材料浪费最少，设备能耗较高，模具投入较多，级进机构简单。

条形筋整体压形工艺

条形筋整体压形工艺主要是采用油压机和冲床，对于条形筋筋形浅的也可直接采用冲床。采用两种设备的工艺方法是将其整体压形和整体落料分离，采用两步工艺流程，使用两种设备和两套模具。这种工艺方法材料浪费较多，设备能耗略低。采用一种设备的工艺方法是将其整体压形和落料分离统一在一个复合模具上，采用一步工艺流程，使用一种设备和一套模具。这种工艺方法材料浪费较多，设备能耗低，模具投入较少，其边缘平面尺寸有一定的调整范围，但筋形尺寸受限。

制造原理与分析

通长筋形（图3）采用单筋模具级进压形（图4），有档位控制和数控机构控制，具体采用哪种取决于投入的成本多少。在成形时，因为材料流动均匀，质量状态非常好，应用最为广泛。

图3 通长筋

图4 档位单筋级进模具实物图

在热压封头阶段，由于是局部加热母材，使得该区域的原材料在变形过程中阻力变小流动性良好，成形过程中产生的内应力小。新产生的内应力，主要是在冷却过程中产生。由于硬化状态不可控，往往需要机械加工来去除多余原材料。由于成本投入相对较大，目前市场占有率最低。

当然，一体冷压浅成形封头筋（图5）也是可行的，但由于封头部位材料流动的不均衡性会造成一定的扭曲和褶皱，需要在后续通过整形进行处理，平面度不理想，但考虑到成本投入小，目前市场的占有率可观。

图5 封头筋

如图6 所示，对于条形筋整体压形，采用整体模具一次性压制，筋形的成形质量好，但也存在整体扭曲的现象，这就需要在模具设计前进行有限元数值模拟仿真分析。目前市场上的仿真分析软件很多，我们需要它能够分析出整体扭曲的趋势和是否会破裂。

图6 条形筋整体压形模具下半部分模具图

有限元分析前，需要计算出板材的展开图，模拟出实际工况，调整虚拟设备的压力以及压边力，包括模具的前进方向等参数。还需要划定合理的网格，网格疏密程度对结论影响较大，越密集准确度越高，同时所需要的计算时间也就越长。

我们需要研究压形后的各类图形报告，这里主要查看的是厚度分布图（图7）和破裂图（图8）。厚度分布图能够体现出变形的趋势，而破裂图能体现出是否在压形终了时零件完好。有限元分析破裂的减薄率极限的默认数值高达30%，而实际上不同的材料其不同的厚度对应临界值也不同，我们一般对于3mm 厚度以内的设置为8%～10%，大于3mm 的设置为12%～20%。这样可以更加精准的判定该设计尺寸是否可以整体压制成功。