某車型中地板如圖1所示，外形尺寸為2040mm×1200mm×275mm，呈中間低、兩邊高的形狀，材料為DC04，坯料尺寸為2510mm×1560mm×0.9mm，該零件在CAE分析過程中出現(xiàn)坯料中間下塌的缺陷，并在模具閉合時(shí)成形零件產(chǎn)生了褶皺。

工藝造型及缺陷描述


工藝造型的壓料面略微隆起，如圖2所示，目的是在壓料過程中儲(chǔ)備部分材料，以降低拉深深度，減少拉深過程中的材料流入。CAE分析中由于坯料尺寸大，且凸模中間低，不能對坯料予以支撐，在重力作用下坯料發(fā)生下塌，如圖3所示，導(dǎo)致壓邊過程中板料出現(xiàn)褶皺，在成形零件上存在殘留印跡，導(dǎo)致產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。

浮動(dòng)凸模閉合狀態(tài)坯料下塌的解決方案


下塌缺陷一般采用的解決方法：①壓料面加工為平面，壓料狀態(tài)會(huì)得到改善，但拉深深度將會(huì)增加，材料流入量也會(huì)增加，模具零件的磨損加劇，且材料利用率降低；②改成雙動(dòng)拉深，壓料面隆起會(huì)變成向下的趨勢，不再受重力造成的下塌的影響，但該零件由于壓力機(jī)的限制無法滿足此生產(chǎn)方式；③增加坯料支撐裝置（浮動(dòng)凸模），在凸模中增加托料以消除坯料下塌，實(shí)現(xiàn)坯料在壓邊過程中的預(yù)彎，但模具結(jié)構(gòu)較常規(guī)模具復(fù)雜。經(jīng)過對托料范圍和托起高度的多次驗(yàn)證，增加托料后的壓邊過程消除了褶皺現(xiàn)象，零件無起皺風(fēng)險(xiǎn)，如圖4所示。

增加托料的浮動(dòng)凸模


根據(jù)拉深成形工作原理，浮動(dòng)凸模在壓邊過程中僅用于坯料承托，不參與零件的成形，其頂起和下行的運(yùn)動(dòng)應(yīng)與壓邊圈同步，不能使用彈性驅(qū)動(dòng)。浮動(dòng)凸模應(yīng)伴隨壓邊圈的頂起同時(shí)到位，保證坯料放置時(shí)對坯料予以有效支撐，當(dāng)壓邊圈閉合下行時(shí)，浮動(dòng)凸模應(yīng)伴隨壓邊圈同步下行，但其行程應(yīng)小于壓邊圈行程，上模下行到浮動(dòng)凸模與拉深凸模位置一致時(shí)，浮動(dòng)凸模停止運(yùn)動(dòng)，上模繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)浮動(dòng)凸模將與拉深凸模一起參與零件的成形，直至完成拉深過程。

1.浮動(dòng)凸模2.頂桿墊塊3.彈簧導(dǎo)向用部件4.矩形彈簧5.限位螺釘6.銅合金自潤滑導(dǎo)板7.壓邊圈8.上模座9.墩死墊10.拉深凸模11.下模座


圖5所示為帶有浮動(dòng)凸模的拉深模壓邊圈頂起的狀態(tài)，壓邊圈行程為220mm，在壓力機(jī)頂桿的作用下，浮動(dòng)凸模頂起后與壓邊圈的高度保持一致，能對坯料予以有效支撐，避免了坯料下塌。圖6所示為浮動(dòng)凸模與模具結(jié)構(gòu)，浮動(dòng)凸模安裝在拉深凸模內(nèi)部，通過壓力機(jī)的頂桿驅(qū)動(dòng)，底面設(shè)置調(diào)整墊，四周采用導(dǎo)板導(dǎo)向，并設(shè)置了輔助彈性回位，帶動(dòng)浮動(dòng)凸模隨壓邊圈同步下行，其另一個(gè)作用是防止下模翻轉(zhuǎn)時(shí)浮動(dòng)凸模脫出；當(dāng)壓邊圈下行145mm時(shí)，浮動(dòng)凸模同步下行到與拉深凸模位置一致，浮動(dòng)凸模底部的調(diào)整墊與下模座接觸，浮動(dòng)凸模停止運(yùn)動(dòng)，隨之與頂桿脫離，壓邊圈繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)75mm，拉深結(jié)束。


拉深成形結(jié)束后滑塊帶動(dòng)上模上行，頂桿將壓邊圈頂起，此時(shí)頂桿與浮動(dòng)凸模沒有接觸，浮動(dòng)凸模仍處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)頂桿繼續(xù)向上頂起75mm后,頂桿與浮動(dòng)凸模接觸，此時(shí)拉深成形的零件已脫離拉深凸模并伴隨壓邊圈上行75mm，浮動(dòng)凸模頂起不會(huì)對零件造成損傷，浮動(dòng)凸模在頂桿的作用下與壓邊圈同步繼續(xù)上行145mm，矩形彈簧4同步壓縮145mm，頂桿停止頂起，模具重新恢復(fù)到圖5所示的浮動(dòng)凸模頂起狀態(tài)。最終模具調(diào)試時(shí)，浮動(dòng)凸模動(dòng)作可靠，壓料狀態(tài)無褶皺，與CAE分析狀態(tài)一致。

浮動(dòng)凸模在模具中雖然可以起到托料的作用，但其本質(zhì)還是拉深凸模的一部分，其裝配精度和加工精度仍需要保證。拉深凸模和浮動(dòng)凸模采用銅合金自潤滑導(dǎo)板導(dǎo)向，裝配后一起加工凸模型面，浮動(dòng)凸模與拉深凸模的間隙不能過大，應(yīng)控制在0.5mm以內(nèi)。頂桿墊塊為長條形（見圖7），既是頂桿墊塊，又是矩形彈簧組件的安裝板，需從下模底面裝配到浮動(dòng)凸模底面（包含固定在其上的矩形彈簧組件），為浮動(dòng)凸模的動(dòng)作進(jìn)行可靠的運(yùn)動(dòng)傳遞；矩形彈簧的設(shè)置可避免模具翻轉(zhuǎn)時(shí)浮動(dòng)凸模脫出，并且可以在浮動(dòng)凸模不能依靠自身重力向下運(yùn)動(dòng)時(shí)提供彈性回位，使機(jī)構(gòu)動(dòng)作更可靠。


浮動(dòng)凸模能有效解決拉深模坯料下塌的問題，結(jié)構(gòu)較常規(guī)拉深模復(fù)雜，其浮動(dòng)凸模的設(shè)定區(qū)域、頂起高度、導(dǎo)向精度、定位精度、加工工藝性、裝配工藝性、可靠性等都需要經(jīng)過論證和分析。該機(jī)構(gòu)的應(yīng)用為解決拉深模坯料下塌問題提供了參考，滿足了模具生產(chǎn)和零件的成形質(zhì)量要求。


▍原文作者：張秀利，李學(xué)坤，于旭明


▍作者單位：山東濰坊福田模具有限責(zé)任公司


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