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浮动凸模拉深模压边时坯料下塌的解决方案

日期: 2022-04-26
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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。

浮动凸模拉深模压边时坯料下塌的解决方案

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。

浮动凸模拉深模压边时坯料下塌的解决方案

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。

浮动凸模拉深模压边时坯料下塌的解决方案

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。

浮动凸模拉深模压边时坯料下塌的解决方案

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。

浮动凸模拉深模压边时坯料下塌的解决方案

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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