客車車架構(gòu)件的沖壓工藝

1客車車架總成的結(jié)構(gòu)
客車車架按結(jié)構(gòu)型式可分為三種：縱梁式、格柵式及三段式。
縱梁式車架是由貫通前后的縱梁及若干橫梁、用鉚接或焊接方式連接成的剛性構(gòu)架。車架構(gòu)件一般用低合金鋼鋼板沖壓而成。
格柵式車架(承載底架) 是按整車布置要求設(shè)計(jì)的空間桁架結(jié)構(gòu)，一般用薄壁矩形管或薄板件焊接而成。
三段式車架由縱梁式和格柵式組合而成，即前后段為縱梁式、中間為格柵式結(jié)構(gòu)。
本文將對(duì)縱梁式車架構(gòu)件的沖壓工藝作一些介紹。
2車架縱梁與橫梁的沖壓工藝
客車車架的產(chǎn)量多為中小批量，生產(chǎn)中大多采用一些通用機(jī)床、工裝、模具，以適應(yīng)客車多品種、小批量、特殊要求多的特點(diǎn)。
車架構(gòu)件生產(chǎn)常用沖壓工藝有：剪板機(jī)剪切下料、沖裁、彎曲、翻邊等。根據(jù)車架構(gòu)件生產(chǎn)的特點(diǎn)，沖壓生產(chǎn)中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。
2.1剪板機(jī)剪切下料
根據(jù)要求將材料剪切成毛料，下料時(shí)應(yīng)注意排料。
(1) 提高材料利用率。剪板機(jī)下料一般剪為矩形毛料，排樣類型為無(wú)搭邊型。車架構(gòu)件生產(chǎn)中合理選擇材料規(guī)格、合理排樣具有很高的經(jīng)濟(jì)效益，材料利用率可達(dá)90% 以上。
(2) 注意材料纖維方向。車架構(gòu)件材料為熱軋大梁鋼板，板平面方向性比較明顯，即材料軋制方向與寬度方向機(jī)械性能差別較大，下料時(shí)盡量避免后道工序的彎曲線與材料軋制方向相同，應(yīng)成45°或90°角。
2.2沖裁
沖裁是利用沖模使材料分離的一種沖壓工藝，包括切斷、落料、沖孔、切口等工序。
(1) 沖裁模間隙。由于車架構(gòu)件材料厚度厚、硬度高，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能地加大間隙以利于提高沖模的壽命。
    沖裁模間隙常采用經(jīng)驗(yàn)公式：c= m t 來確定，式中：c—— 單邊間隙；t—— 材料厚度，mm；m —— 系數(shù)，與材料性能及厚度有關(guān)，車架材料一般取8%～12% ，斷面質(zhì)量要求不高時(shí)，可以放大到12%～18%。
(2) 沖小孔凸模。車架構(gòu)件，特別是車架縱梁上有很多各種規(guī)格的安裝孔，孔徑常為<615～ 30，其中多數(shù)為<1015、<1215，大批量生產(chǎn)時(shí)可采用沖模一次沖孔、切邊，中、小批量則可采用數(shù)控沖床逐個(gè)沖裁。
    沖小孔模具結(jié)構(gòu)與一般模具的主要區(qū)別之一是凸模細(xì)長(zhǎng)，沖孔時(shí)，容易彎曲或折斷。所以一般都采用導(dǎo)向裝置，以提高凸模壽命，見圖1 和圖2。
 
圖1 局部導(dǎo)向 圖2 全長(zhǎng)導(dǎo)向構(gòu)件生產(chǎn)工藝為平板沖孔后壓型時(shí)，要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)孔位盡量遠(yuǎn)離彎曲線，否則成型后彎曲線附近的孔將產(chǎn)生變形。
(3) 沖裁力和沖裁功。因厚板一般沖裁力較大，沖裁行程較長(zhǎng)，故設(shè)計(jì)沖模時(shí)應(yīng)注意：①為了減小沖裁力，減小沖擊、振動(dòng)和噪聲，可以采用斜刃或階梯凸模；②不但需計(jì)算沖裁力，驗(yàn)算沖裁功往往也是必要的。平刃口沖裁時(shí)，沖裁功可按A = m P t/1 000 計(jì)算。
式中：A —— 沖裁功，N ·m；t—— 材料厚度，mm；
P —— 沖裁力，N；m —— 系數(shù)，與材料有關(guān)，一般取
0163。
2.3彎曲
彎曲是把平板毛坯、型材或管材等彎成一定的
曲率、一定的角度，形成一定形狀零件的沖壓工序。
車架構(gòu)件常用的彎曲方法有：折彎、壓型等。彎
曲時(shí)半徑應(yīng)盡可能大。為防止折彎彎曲時(shí)易在圓角
處產(chǎn)生微裂紋甚至斷裂，內(nèi)圓角半徑r 最小應(yīng)滿足:
r> t/ 2。
(1) 下料尺寸。生產(chǎn)中一般用經(jīng)驗(yàn)公式放樣展開。經(jīng)驗(yàn)公式：L = A + B+ a
式中：L ——毛坯長(zhǎng)度；A、B 含義見圖3；a——修正
系數(shù)，見表1。

圖3 工件角度為90°

(2) 彎曲件的彈復(fù)。構(gòu)件彎曲后會(huì)產(chǎn)生一定的回彈，彈復(fù)角的大小與材料的機(jī)械性能、材料的厚度、彎曲半徑以及彎曲時(shí)校正力的大小等因素有關(guān)。通常在模具設(shè)計(jì)時(shí)，按試驗(yàn)總結(jié)的數(shù)據(jù)采取一定的措施，經(jīng)試沖后再對(duì)模具工作部分加以修正。圖4 和圖5 為校正彎曲回彈的常用措施。

圖4弧形凸模的修正作用圖5改變應(yīng)力狀態(tài)的彎曲方法

(3) 彎曲工藝在車架構(gòu)件生產(chǎn)中的應(yīng)用。車架縱梁的成型：試生產(chǎn)時(shí)采用折邊機(jī)折彎，批量較大時(shí)用模具壓型；等截面梁可用折邊機(jī)折彎，變截面梁則需用模具壓型。
    因縱梁下料時(shí)無(wú)法滿足彎曲線與材料軋制方向成一定角度，折邊機(jī)不能保證折邊圓角，且折邊件尺寸不易保證，故縱梁應(yīng)盡量壓制成型。
    橫梁及其它構(gòu)件則盡量采用折邊機(jī)折彎，形狀較復(fù)雜、尺寸要求高的用模具壓型。
2.4翻邊
    在成形毛坯的平面部分或曲面部分上使板料沿一定的曲線翻成豎立邊緣的沖壓方法。按變形的性質(zhì)，翻邊可以分為伸長(zhǎng)類翻邊和壓縮類翻邊。
    車架縱梁、橫梁彎曲線為弧線部分，按翻邊情況設(shè)計(jì)計(jì)算，弧線部分則為彎曲成型。車架材料與普通薄板翻邊性能及模具間隙的比較見表2。

3車架構(gòu)件的材料
    車架構(gòu)件材料為：汽車大梁用低合金鋼熱軋鋼板(GB 3273- 89) ，鋼板的尺寸范圍為厚度：2.5～12 (mm ) ，寬度：210～ 1 800 (mm ) ，長(zhǎng)度：2 000～10 000 (mm )。其部分力學(xué)性能及工藝性能見表3。

4車架縱梁與橫梁沖壓的生產(chǎn)設(shè)備
4.1縱梁的生產(chǎn)設(shè)備
車架縱梁的生產(chǎn)需一套專用設(shè)備，包括:
(1) 下料設(shè)備�？筛鶕�(jù)縱梁長(zhǎng)度選用相應(yīng)規(guī)格的加長(zhǎng)剪板機(jī)；也可采用深喉口的液壓剪板機(jī)分段剪切，但加工質(zhì)量、尺寸精度不如前者。
(2) 沖孔設(shè)備�？刹捎脭�(shù)控沖床逐個(gè)沖孔；也可采用專用加長(zhǎng)壓力機(jī)切邊、沖孔一次完成。
(3) 彎曲設(shè)備。可采用專用加長(zhǎng)壓力機(jī)壓型或用折彎?rùn)C(jī)分段折邊。
4.2橫梁及構(gòu)件的生產(chǎn)設(shè)備
(1) 剪板機(jī)。選用可剪板厚較大的剪板機(jī)。
(2) 折邊機(jī)。選用噸位較大，上、下模根據(jù)板厚相應(yīng)配套的折邊機(jī)。
(3) 壓力機(jī)。車架構(gòu)件一般體積不大、加工噸位較大，故所選壓力機(jī)不需很大臺(tái)面。