客车车架构件的冲压工艺

1客车车架总成的结构
客车车架按结构型式可分为三种：纵梁式、格栅式及三段式。
纵梁式车架是由贯通前后的纵梁及若干横梁、用铆接或焊接方式连接成的刚性构架。车架构件一般用低合金钢钢板冲压而成。
格栅式车架(承载底架) 是按整车布置要求设计的空间桁架结构，一般用薄壁矩形管或薄板件焊接而成。
三段式车架由纵梁式和格栅式组合而成，即前后段为纵梁式、中间为格栅式结构。
本文将对纵梁式车架构件的冲压工艺作一些介绍。
2车架纵梁与横梁的冲压工艺
客车车架的产量多为中小批量，生产中大多采用一些通用机床、工装、模具，以适应客车多品种、小批量、特殊要求多的特点。
车架构件生产常用冲压工艺有：剪板机剪切下料、冲裁、弯曲、翻边等。根据车架构件生产的特点，冲压生产中应注意以下几个方面。
2.1剪板机剪切下料
根据要求将材料剪切成毛料，下料时应注意排料。
(1) 提高材料利用率。剪板机下料一般剪为矩形毛料，排样类型为无搭边型。车架构件生产中合理选择材料规格、合理排样具有很高的经济效益，材料利用率可达90% 以上。
(2) 注意材料纤维方向。车架构件材料为热轧大梁钢板，板平面方向性比较明显，即材料轧制方向与宽度方向机械性能差别较大，下料时尽量避免后道工序的弯曲线与材料轧制方向相同，应成45°或90°角。
2.2冲裁
冲裁是利用冲模使材料分离的一种冲压工艺，包括切断、落料、冲孔、切口等工序。
(1) 冲裁模间隙。由于车架构件材料厚度厚、硬度高，设计时应尽可能地加大间隙以利于提高冲模的寿命。
    冲裁模间隙常采用经验公式：c= m t 来确定，式中：c—— 单边间隙；t—— 材料厚度，mm；m —— 系数，与材料性能及厚度有关，车架材料一般取8%～12% ，断面质量要求不高时，可以放大到12%～18%。
(2) 冲小孔凸模。车架构件，特别是车架纵梁上有很多各种规格的安装孔，孔径常为<615～ 30，其中多数为<1015、<1215，大批量生产时可采用冲模一次冲孔、切边，中、小批量则可采用数控冲床逐个冲裁。
    冲小孔模具结构与一般模具的主要区别之一是凸模细长，冲孔时，容易弯曲或折断。所以一般都采用导向装置，以提高凸模寿命，见图1 和图2。
 
图1 局部导向 图2 全长导向构件生产工艺为平板冲孔后压型时，要求产品设计时孔位尽量远离弯曲线，否则成型后弯曲线附近的孔将产生变形。
(3) 冲裁力和冲裁功。因厚板一般冲裁力较大，冲裁行程较长，故设计冲模时应注意：①为了减小冲裁力，减小冲击、振动和噪声，可以采用斜刃或阶梯凸模；②不但需计算冲裁力，验算冲裁功往往也是必要的。平刃口冲裁时，冲裁功可按A = m P t/1 000 计算。
式中：A —— 冲裁功，N ·m；t—— 材料厚度，mm；
P —— 冲裁力，N；m —— 系数，与材料有关，一般取
0163。
2.3弯曲
弯曲是把平板毛坯、型材或管材等弯成一定的
曲率、一定的角度，形成一定形状零件的冲压工序。
车架构件常用的弯曲方法有：折弯、压型等。弯
曲时半径应尽可能大。为防止折弯弯曲时易在圆角
处产生微裂纹甚至断裂，内圆角半径r 最小应满足:
r> t/ 2。
(1) 下料尺寸。生产中一般用经验公式放样展开。经验公式：L = A + B+ a
式中：L ——毛坯长度；A、B 含义见图3；a——修正
系数，见表1。

图3 工件角度为90°

(2) 弯曲件的弹复。构件弯曲后会产生一定的回弹，弹复角的大小与材料的机械性能、材料的厚度、弯曲半径以及弯曲时校正力的大小等因素有关。通常在模具设计时，按试验总结的数据采取一定的措施，经试冲后再对模具工作部分加以修正。图4 和图5 为校正弯曲回弹的常用措施。

图4弧形凸模的修正作用图5改变应力状态的弯曲方法

(3) 弯曲工艺在车架构件生产中的应用。车架纵梁的成型：试生产时采用折边机折弯，批量较大时用模具压型；等截面梁可用折边机折弯，变截面梁则需用模具压型。
    因纵梁下料时无法满足弯曲线与材料轧制方向成一定角度，折边机不能保证折边圆角，且折边件尺寸不易保证，故纵梁应尽量压制成型。
    横梁及其它构件则尽量采用折边机折弯，形状较复杂、尺寸要求高的用模具压型。
2.4翻边
    在成形毛坯的平面部分或曲面部分上使板料沿一定的曲线翻成竖立边缘的冲压方法。按变形的性质，翻边可以分为伸长类翻边和压缩类翻边。
    车架纵梁、横梁弯曲线为弧线部分，按翻边情况设计计算，弧线部分则为弯曲成型。车架材料与普通薄板翻边性能及模具间隙的比较见表2。

3车架构件的材料
    车架构件材料为：汽车大梁用低合金钢热轧钢板(GB 3273- 89) ，钢板的尺寸范围为厚度：2.5～12 (mm ) ，宽度：210～ 1 800 (mm ) ，长度：2 000～10 000 (mm )。其部分力学性能及工艺性能见表3。

4车架纵梁与横梁冲压的生产设备
4.1纵梁的生产设备
车架纵梁的生产需一套专用设备，包括:
(1) 下料设备。可根据纵梁长度选用相应规格的加长剪板机；也可采用深喉口的液压剪板机分段剪切，但加工质量、尺寸精度不如前者。
(2) 冲孔设备。可采用数控冲床逐个冲孔；也可采用专用加长压力机切边、冲孔一次完成。
(3) 弯曲设备。可采用专用加长压力机压型或用折弯机分段折边。
4.2横梁及构件的生产设备
(1) 剪板机。选用可剪板厚较大的剪板机。
(2) 折边机。选用吨位较大，上、下模根据板厚相应配套的折边机。
(3) 压力机。车架构件一般体积不大、加工吨位较大，故所选压力机不需很大台面。