基于ANSYS 仿真的轨道交通侧柱冲压成形回弹研究及参数优化

中车唐山机车车辆有限公司□勾 波 周永杰 王 惠 韩红颖

近年来， 随着轨道装备技术的发展， 轨道交通用冲压结构部件的复杂程度日益增加， 这也带来了更加突出的回弹问题， 它直接影响冲压部件的尺寸和形状精度， 导致装配困难， 甚至影响后续的部件焊接质量。 为了降低生产成本、 提高效率， 减少试模及修模的时间， 基于ANSYS 仿真的回弹结果预测及控制参数优化已成为影响轨道交通装备产品质量的关键因素。

1 方案简介

轨道交通用侧柱为非对称结构， 由于单体侧柱型钢在冲压成形中， 始终很难消除加载时转移于极惯性轴的附加扭矩， 而产生的不均匀剪切变形及其成形中的翘曲问题， 导致无法满足侧柱成形的质量技术要求。

2 系统方案设计

（1） 建立侧柱模型

依据冲压型钢剖面（如图1 所示）， 建立单体侧柱型钢模型， 其长度为2438mm， 仿真与设计目的将其进行压模成型为如图2 所示。

图1 冲压型钢剖面图

图2 侧柱成品图

（2） 型钢材料属性

侧柱材料为耐热钢板， 材料的属性见表1。

表1 型钢属性

应力应变曲线如图3 所示。

图3 应力应变曲线

（3） 模具结构设计及约束点设置

按照侧柱冲压技术要求， 设计模具结构如图4 所示。

图4 冲压模具设计

在SOLIDWORKS 中对模具进行装配， 并进行约束设置， 设置单体侧柱弯曲圆弧段与弯曲直线之间交点为约束点， 并将约束点设在B 点，约束为X、 Y 方向， 如图5 所示。

图5 约束点设置

（4） 仿真分析

将实体模型、 材料属性及约束点设置导入ANSYS 中， 进行接触设置及网格划分。 将上下模具设置为刚性体， 侧柱面为接触面设置， 模具接触面设置为目标面； 接触类型调整为摩擦金属接触， 摩擦系数设置为0.2。

为了保证仿真成形计算精度， 网格尺寸设为10mm； 网格采用六面体单元， 并使用网格划分过渡平滑功能， 如图6 所示。

图6 网格划分

成形仿真分析如图7 所示。

图7 成形仿真分析结果

3 结论

将模型导入SOLIDWORKS， 分析其底面弯曲角度， 仍有1.3°的回弹角度， 变形过程中存在弹复。 建议后续通过参数优化采用多道次模压，或增大模具弯曲域的角度， 以达到满足产品成形的技术要求。