鐵路貨車常用的託板體約23種，起到固定車鉤，防止運行中在動載荷的作用下產生變形位移的作用；常用的安全託板約12種，起到防止車鉤或託板體的脫落，造成行車事件的作用。兩者合計35種，相對應的模具多達7套，加大備品備件的訂貨數量，會顯著增加工裝模具的製造費用。原託板體成形工藝為熱壓成形，板料加熱不僅增加了生產製造成本，而且產品質量勉勉強強，同時板料加熱相應降低了板料含碳量，導致板料的機械性能降低。因此，有必要重新審視新工藝方法和模具結構，實現熱壓到冷壓的工藝轉變。

現狀調查

託板體和安全託闆闆料的厚度均為16mm，材質為Q235A，均為厚板成形件。託板體產品圖如圖1所示，壓形深度為16mm、24 mm、35 mm、40 mm、45 mm、50 mm、55 mm，熱壓後工件成垛碼放，在熱應力和重力的作用下，兩翼平面度下凹為1.1～1.4mm（圖2），下部A平面度圓弧狀上隆0.8～1.2 mm（圖3），不能滿足產品的技術要求。安全託板的結構與託板體形狀、結構、尺寸類似，同樣存在平面度超差的質量問題。

圖1 託板體產品圖

圖2 兩翼熱壓圖

圖3 底部熱壓圖

工藝分析

成形力的計算

按衝壓模具設計手冊冷壓成形力P=4×0.6×1.3×210×16×16×38/(16+15)=205t，4為板料的折彎次數，0.6為理論常數，1.3為工況係數，210為板料寬度，16為板料厚度，38為材料抗拉強度，15為工件的成形圓角半徑，所以在315噸油壓機上冷壓成形是可以的。

回彈角的確定

壓形模具的設計關鍵在於回彈角和反變形量的確定，成形工件相對彎曲半徑是成形圓角半徑與板料厚度（圖4）的比值，15/16=0.94，數值較小，故不考慮成形圓角的回彈，僅考慮折壓角的回彈，回彈角反變形量的數值與板料的厚度、材料的屈服強度、材料的抗拉強度、成形的角度、工件的形狀、設備的壓力噸位、模具成形的間隙有關，影響因素眾多，其理論計算公式為經驗公式，工件的回彈角難以準確控制，為此進行冷壓逼真試驗並在JSTAMP軟件上進行數值模擬分析。

圖4 工件角度示意圖

⑴按模具設計手冊，理論計算的回彈角數值為1.0°，推算出兩翼平面度為1.31mm，下部平面度為3.32mm，數值相對偏大。

⑵用既有的熱壓模具（沒有回彈角和反變形，如圖5所示，在油壓機240t壓力下，進行冷壓試驗，冷壓試驗後工件再修形後鑽孔（圖6），保證試驗料不廢。平面度數值如表1所示，可以看出兩翼實際的回彈量大於理論計算數值，底部實際的回彈量小於理論計算數值。

圖5 壓形模具照片

圖6 壓形及鑽孔照片

表1 託板體冷壓平面度數值統計表（mm）

⑶用STAMP軟件，在260t狀態下進行3次回彈數值模擬運算分析，回彈量僅為0.48 mm，小於理論計算的數值。工件回彈趨勢模擬曲線如圖7所示。

對比熱壓、冷壓和模擬分析三者之間的數值差別，同時兼顧模具可能調整的方便性，確定回彈角和反變形量的數值，兩翼的回彈角為1.2°，底部的反變形撓度值為2.5 mm。

模具設計

根據回彈角和反變形量確定壓形模具的數學模型，如圖8所示，兩翼向下旋轉1.2°，底部上翹2.5mm，圓弧中心250的尺寸調整到直線交點尺寸261, 圓弧中心380的尺寸調整到直線交點尺寸370，保證中性層的展開尺寸相等，也就是當模具壓形結束後，期望回彈到工件初始狀態下，使折壓線總長度保持不變，保證模具設計的精準。在CREO2.0三維設計軟件下進行參數化設計，當數學模型發生變化後，相應的壓形鑲塊和模體對應的特徵以及二維圖紙隨之變化調整，圓角半徑R15在模具的工作部件設計完成後進行標註修飾，如圖9所示，便於模具三維零部件快速準確的再生，提高設計的效率，最終得到的模具結構如圖10所示。

圖8 工件數學模型圖

圖9 原模具結構示意圖

圖10 模具結構示意圖 1、3、8-上模鑲塊；2、6、7-下模鑲塊；4-下模體；5-上模體

原有模具的上下鑲塊全部固定在止口裡，當模具壓形鑲塊脹形或鑲塊與模體止口之間存在雜質時，模具更換鑲塊就需要過多的內外部時間，不符合快速換模的精益理念。而鑲塊的固定方式改為上鑲塊取消止口的自由方式，其受力有向中心位移的趨勢，卻沒有變更尺寸工作鏈的可能，下鑲塊依然固定在模體的止口裡，限制鑲塊受力有向外位移改變尺寸工作鏈的可能（圖10）。當模具更換其他產品時，僅僅更換外側的4個鑲塊，而不是更換全部的壓形鑲塊，減少模具的更換時間，並降低模具製造和維修成本。

驗證及結論

⑴反變形量由2.5 mm調整到1.5 mm，模具已批量生產，實現了冷壓的工藝轉變。

⑵適當增加設備壓力，力求彎角處彈性變形回彈角減小，保證工件剛度和尺寸的穩定性。

⑶儘可能進行柔性化模具設計，避免模具鑲塊全部更換。