某车型中地板如图1所示，外形尺寸为2040mm×1200mm×275mm，呈中间低、两边高的形状，材料为DC04，坯料尺寸为2510mm×1560mm×0.9mm，该零件在CAE分析过程中出现坯料中间下塌的缺陷，并在模具闭合时成形零件产生了褶皱。

工艺造型及缺陷描述


工艺造型的压料面略微隆起，如图2所示，目的是在压料过程中储备部分材料，以降低拉深深度，减少拉深过程中的材料流入。CAE分析中由于坯料尺寸大，且凸模中间低，不能对坯料予以支撑，在重力作用下坯料发生下塌，如图3所示，导致压边过程中板料出现褶皱，在成形零件上存在残留印迹，导致产生质量缺陷。

浮动凸模闭合状态坯料下塌的解决方案


下塌缺陷一般采用的解决方法：①压料面加工为平面，压料状态会得到改善，但拉深深度将会增加，材料流入量也会增加，模具零件的磨损加剧，且材料利用率降低；②改成双动拉深，压料面隆起会变成向下的趋势，不再受重力造成的下塌的影响，但该零件由于压力机的限制无法满足此生产方式；③增加坯料支撑装置（浮动凸模），在凸模中增加托料以消除坯料下塌，实现坯料在压边过程中的预弯，但模具结构较常规模具复杂。经过对托料范围和托起高度的多次验证，增加托料后的压边过程消除了褶皱现象，零件无起皱风险，如图4所示。

增加托料的浮动凸模


根据拉深成形工作原理，浮动凸模在压边过程中仅用于坯料承托，不参与零件的成形，其顶起和下行的运动应与压边圈同步，不能使用弹性驱动。浮动凸模应伴随压边圈的顶起同时到位，保证坯料放置时对坯料予以有效支撑，当压边圈闭合下行时，浮动凸模应伴随压边圈同步下行，但其行程应小于压边圈行程，上模下行到浮动凸模与拉深凸模位置一致时，浮动凸模停止运动，上模继续向下运动，此时浮动凸模将与拉深凸模一起参与零件的成形，直至完成拉深过程。

1.浮动凸模2.顶杆垫块3.弹簧导向用部件4.矩形弹簧5.限位螺钉6.铜合金自润滑导板7.压边圈8.上模座9.墩死垫10.拉深凸模11.下模座


图5所示为带有浮动凸模的拉深模压边圈顶起的状态，压边圈行程为220mm，在压力机顶杆的作用下，浮动凸模顶起后与压边圈的高度保持一致，能对坯料予以有效支撑，避免了坯料下塌。图6所示为浮动凸模与模具结构，浮动凸模安装在拉深凸模内部，通过压力机的顶杆驱动，底面设置调整垫，四周采用导板导向，并设置了辅助弹性回位，带动浮动凸模随压边圈同步下行，其另一个作用是防止下模翻转时浮动凸模脱出；当压边圈下行145mm时，浮动凸模同步下行到与拉深凸模位置一致，浮动凸模底部的调整垫与下模座接触，浮动凸模停止运动，随之与顶杆脱离，压边圈继续向下运动75mm，拉深结束。


拉深成形结束后滑块带动上模上行，顶杆将压边圈顶起，此时顶杆与浮动凸模没有接触，浮动凸模仍处于静止状态，当顶杆继续向上顶起75mm后,顶杆与浮动凸模接触，此时拉深成形的零件已脱离拉深凸模并伴随压边圈上行75mm，浮动凸模顶起不会对零件造成损伤，浮动凸模在顶杆的作用下与压边圈同步继续上行145mm，矩形弹簧4同步压缩145mm，顶杆停止顶起，模具重新恢复到图5所示的浮动凸模顶起状态。最终模具调试时，浮动凸模动作可靠，压料状态无褶皱，与CAE分析状态一致。

浮动凸模在模具中虽然可以起到托料的作用，但其本质还是拉深凸模的一部分，其装配精度和加工精度仍需要保证。拉深凸模和浮动凸模采用铜合金自润滑导板导向，装配后一起加工凸模型面，浮动凸模与拉深凸模的间隙不能过大，应控制在0.5mm以内。顶杆垫块为长条形（见图7），既是顶杆垫块，又是矩形弹簧组件的安装板，需从下模底面装配到浮动凸模底面（包含固定在其上的矩形弹簧组件），为浮动凸模的动作进行可靠的运动传递；矩形弹簧的设置可避免模具翻转时浮动凸模脱出，并且可以在浮动凸模不能依靠自身重力向下运动时提供弹性回位，使机构动作更可靠。


浮动凸模能有效解决拉深模坯料下塌的问题，结构较常规拉深模复杂，其浮动凸模的设定区域、顶起高度、导向精度、定位精度、加工工艺性、装配工艺性、可靠性等都需要经过论证和分析。该机构的应用为解决拉深模坯料下塌问题提供了参考，满足了模具生产和零件的成形质量要求。


▍原文作者：张秀利，李学坤，于旭明


▍作者单位：山东潍坊福田模具有限责任公司


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