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床、工裝、模具，以適應客車多品種、小批量、特殊要求多的特點。
車架構(gòu)件生產(chǎn)常用沖壓工藝有：剪板機剪切下料、沖裁、彎曲、翻邊等。根據(jù)車架構(gòu)件生產(chǎn)的特點，沖壓生產(chǎn)中應注意以下幾個方面。
2.1剪板機剪切下料
根據(jù)要求將材料剪切成毛料，下料時應注意排料。
(1) 提高材料利用率。剪板機下料一般剪為矩形毛料，排樣類型為無搭邊型。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)濟效益，材料利用率可達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械性能差別較大，下料時盡量避免后道工序的彎曲線與材料軋制方向相同，應成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)計時應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，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)別之一是凸模細長，沖孔時，容易彎曲或折斷。所以一般都采用導向裝置，以提高凸模壽命，見圖1 和圖2。
 
圖1 局部導向 圖2 全長導向構(gòu)件生產(chǎn)工藝為平板沖孔后壓型時，要求產(chǎn)品設(shè)計時孔位盡量遠離彎曲線，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，故設(shè)計沖模時應注意：①為了減小沖裁力，減小沖擊、振動和噪聲，可以采用斜刃或階梯凸模；②不但需計算沖裁力，驗算沖裁功往往也是必要的。平刃口沖裁時，沖裁功可按A = m P t/1 000 計算。
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
曲時半徑應盡可能大。為防止折彎彎曲時易在圓角
處產(chǎn)生微裂紋甚至斷裂，內(nèi)圓角半徑r 最小應滿足:
r> t/ 2。
(1) 下料尺寸。生產(chǎn)中一般用經(jīng)驗公式放樣展開。經(jīng)驗公式：L = A + B+ a
式中：L ——毛坯長度；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。構(gòu)件彎曲后會產(chǎn)生一定的回彈，彈復角的大小與材料的機械性能、材料的厚度、彎曲半徑以及彎曲時校正力的大小等因素有關(guān)。通常在模具設(shè)計時，按試驗總結(jié)的數(shù)據(jù)采取一定的措施，經(jīng)試沖后再對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)中的應用。車架縱梁的成型：試生產(chǎn)時采用折邊機折彎，批量較大時用模具壓型；等截面梁可用折邊機折彎，變截面梁則需用模具壓型。
    因縱梁下料時無法滿足彎曲線與材料軋制方向成一定角度，折邊機不能保證折邊圓角，且折邊件尺寸不易保證，故縱梁應盡量壓制成型。
    橫梁及其它構(gòu)件則盡量采用折邊機折彎，形狀較復雜、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)計計算，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 ) ，長度：2 000～10 000 (mm )。其部分力學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)縱梁長度選用相應規(guī)格的加長剪板機；也可采用深喉口的液壓剪板機分段剪切，但加工質(zhì)量、尺寸精度不如前者。
(2) 沖孔設(shè)備。可采用數(shù)控沖床逐個沖孔；也可采用專用加長壓力機切邊、沖孔一次完成。
(3) 彎曲設(shè)備�？刹捎脤Ｓ眉娱L壓力機壓型或用折彎機分段折邊。
4.2橫梁及構(gòu)件的生產(chǎn)設(shè)備
(1) 剪板機。選用可剪板厚較大的剪板機。
(2) 折邊機。選用噸位較大，上、下模根據(jù)板厚相應配套的折邊機。
(3) 壓力機。車架構(gòu)件一般體積不大、加工噸位較大，故所選壓力機不需很大臺面。