提高開口拉伸成形性的模具設(shè)計(jì)方案

蔣 壯

（華域汽車車身零件（沈陽）有限公司，遼寧沈陽 110122）

1 引言

大批量生產(chǎn)車身制件時(shí)，使用更少的材料，更低的成本，生產(chǎn)出穩(wěn)定合格的制件是生產(chǎn)企業(yè)追求的目標(biāo)，單個(gè)制件微量的材料利用率提升，便可在大批量生產(chǎn)中起到大幅度降低制造成本的效果。在沖壓工藝設(shè)計(jì)中，開口拉伸是節(jié)省材料的有效手段，但隨之而來的是對制件成形性產(chǎn)生了消極影響，往往采用該工藝生產(chǎn)的制件易出現(xiàn)起皺、回彈、剛度差、表面質(zhì)量不好的情況。在材料尺寸不變，依舊使用開口拉伸工藝的情況下，對模具做以特殊壓料結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)提高成形性的效果，規(guī)避一系列制件缺陷的發(fā)生。

2 開口拉伸工藝介紹

開口拉伸沖壓工藝與常規(guī)閉口拉伸相對，即拉伸分模線未完全環(huán)繞制件，成形后壓料面未形成一個(gè)完整面，而是出現(xiàn)局部開口的情況，稱之為開口拉伸。該工藝方案應(yīng)用的一個(gè)最重要目的就是節(jié)省材料，因其料片不用完全包裹工藝補(bǔ)充面，故在特殊制件情況下，甚至可以提升材料利用率10%以上，備受設(shè)計(jì)者青睞，應(yīng)用廣泛，各種梁類件、中通道、車門板等等均有應(yīng)用。如圖1 所示，后縱梁制件質(zhì)量為2.9kg，若用常規(guī)閉口拉伸工藝，坯料質(zhì)量為5.2kg，材料利用率為56%；用開口拉伸工藝，坯料重量為4.2kg，材料利用率為69%，后者提升13%。

圖1 后縱梁制件造型

3 開口拉伸工藝弊端

追求較高的材料利用的同時(shí)，也造成了制件成形性的不良。

（1）案例一。如圖2所示，通過Autoform分析軟件可以看出，由于中通道制件采取開口拉伸工藝，同時(shí)其淺拉伸區(qū)域存在下凹棱線，使其前部區(qū)域因端頭無拉伸筋導(dǎo)致材料無法受控，流入過多，拉伸不充分，出現(xiàn)了局部起皺狀態(tài)，影響了制件質(zhì)量，而且無法消除。

圖2 中通道局部起皺嚴(yán)重

（2）案例二。如圖3所示，后縱梁制件中間是內(nèi)凹造型，兩端頭采用開口拉伸工藝，材料無法固定，造成材料向中間流入過多，經(jīng)Autoform 軟件分析，制件成形不充分，應(yīng)力集中，中間部分出現(xiàn)了嚴(yán)重的起皺疊料，表面質(zhì)量非常不好。

圖3 后縱梁成形中間疊料

4 使用特殊模具結(jié)構(gòu)可提高制件成形性

為減小料片尺寸，提升材料利用率，選用開口拉伸工藝，其弊端在材料開口一側(cè)，因沒有拉伸筋控制進(jìn)料速度，而造成材料流入過多，使得制件無法充分拉伸，從而產(chǎn)生制件剛度不夠、表面起皺等問題。為解決此問題，常規(guī)設(shè)計(jì)是在開口處材料邊緣的模具凸模上做臺(tái)階以緩解走料過快現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)如圖4所示，但此方式效果非常有限，制件依舊起皺嚴(yán)重。所以，在保證材料尺寸不變的情況下，能有效控制材料開口處的走料速度才是優(yōu)秀的解決方案。

圖4 凸模材料邊緣的臺(tái)階

壓邊圈

因材料開口處無壓邊圈控制走料速度，可以采取凸模增加下壓料的方式，如圖5所示，起到與壓邊圈相似的效果，同樣可以控制進(jìn)料速度。

圖5 壓料式凸模結(jié)構(gòu)示意圖

如案例一中通道制件的拉伸模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以將拉伸深度淺的一端設(shè)計(jì)下壓料機(jī)構(gòu)，如圖6所示，由氮?dú)飧昨?qū)動(dòng)。在Autoform分析里對應(yīng)工具體如圖7所示。上模到底前50mm 時(shí)壓料器介入壓料，此距離設(shè)定依據(jù)制件自身獨(dú)有的造型以及成形過程中材料流動(dòng)方向轉(zhuǎn)變的時(shí)機(jī)。在材料流動(dòng)方向不利于材料拉伸時(shí)下壓料芯介入，以阻止材料流動(dòng)方向轉(zhuǎn)變，控制材料流入速度，促進(jìn)材料充分拉伸，避免制件起皺。圖8所示為常規(guī)開口拉伸制件成形狀態(tài)，起皺明顯。圖9所示為采用特殊下壓料模具結(jié)構(gòu)時(shí)制件成形狀態(tài)，對比可看出制件起皺現(xiàn)象消除，整體面品提升明顯。

圖6 開口端凸模嵌入壓料器

圖7 Autoform中凸模和壓料器工具體

圖8 常規(guī)開口拉伸成形狀態(tài)

圖9 特殊壓料結(jié)構(gòu)制件成形狀態(tài)

同理，案例二的后縱梁制件，在兩端開口處增加凸模壓料機(jī)構(gòu)，并根據(jù)成形深度設(shè)置頂出高度。通過此種模具結(jié)構(gòu)的拉伸成形，經(jīng)Autoform 軟件分析，如圖10所示，可以看出成形性明顯改善，制件中間部位起皺消除。

圖10 增加特殊壓料機(jī)構(gòu)前后狀態(tài)

5 總結(jié)

通過改變拉伸凸模結(jié)構(gòu)，增加下壓料浮動(dòng)機(jī)構(gòu)，并設(shè)置合理抬升高度的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，有效控制了材料流動(dòng)速度，彌補(bǔ)了因開口拉伸工藝造成的制件成形不充分，制件起皺現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了使用較小尺寸材料，較高材料利用率條件下，生產(chǎn)出高質(zhì)量制件的目標(biāo)，也為汽車模具設(shè)計(jì)注入了新思路。