提高開口拉伸成形性的模具設計方案

蔣 壯

（華域汽車車身零件（沈陽）有限公司，遼寧沈陽 110122）

1 引言

大批量生產車身制件時，使用更少的材料，更低的成本，生產出穩定合格的制件是生產企業追求的目標，單個制件微量的材料利用率提升，便可在大批量生產中起到大幅度降低制造成本的效果。在沖壓工藝設計中，開口拉伸是節省材料的有效手段，但隨之而來的是對制件成形性產生了消極影響，往往采用該工藝生產的制件易出現起皺、回彈、剛度差、表面質量不好的情況。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構，實現提高成形性的效果，規避一系列制件缺陷的發生。

2 開口拉伸工藝介紹

開口拉伸沖壓工藝與常規閉口拉伸相對，即拉伸分模線未完全環繞制件，成形后壓料面未形成一個完整面，而是出現局部開口的情況，稱之為開口拉伸。該工藝方案應用的一個最重要目的就是節省材料，因其料片不用完全包裹工藝補充面，故在特殊制件情況下，甚至可以提升材料利用率10%以上，備受設計者青睞，應用廣泛，各種梁類件、中通道、車門板等等均有應用。如圖1 所示，后縱梁制件質量為2.9kg，若用常規閉口拉伸工藝，坯料質量為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，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，同時其淺拉伸區域存在下凹棱線，使其前部區域因端頭無拉伸筋導致材料無法受控，流入過多，拉伸不充分，出現了局部起皺狀態，影響了制件質量，而且無法消除。

圖2 中通道局部起皺嚴重

（2）案例二。如圖3所示，后縱梁制件中間是內凹造型，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Autoform 軟件分析，制件成形不充分，應力集中，中間部分出現了嚴重的起皺疊料，表面質量非常不好。

圖3 后縱梁成形中間疊料

4 使用特殊模具結構可提高制件成形性

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，因沒有拉伸筋控制進料速度，而造成材料流入過多，使得制件無法充分拉伸，從而產生制件剛度不夠、表面起皺等問題。為解決此問題，常規設計是在開口處材料邊緣的模具凸模上做臺階以緩解走料過快現象，結構如圖4所示，但此方式效果非常有限，制件依舊起皺嚴重。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秀的解決方案。

圖4 凸模材料邊緣的臺階

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，同樣可以控制進料速度。

圖5 壓料式凸模結構示意圖

如案例一中通道制件的拉伸模具結構設計中，可以將拉伸深度淺的一端設計下壓料機構，如圖6所示，由氮氣缸驅動。在Autoform分析里對應工具體如圖7所示。上模到底前50mm 時壓料器介入壓料，此距離設定依據制件自身獨有的造型以及成形過程中材料流動方向轉變的時機。在材料流動方向不利于材料拉伸時下壓料芯介入，以阻止材料流動方向轉變，控制材料流入速度，促進材料充分拉伸，避免制件起皺。圖8所示為常規開口拉伸制件成形狀態，起皺明顯。圖9所示為采用特殊下壓料模具結構時制件成形狀態，對比可看出制件起皺現象消除，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 常規開口拉伸成形狀態

圖9 特殊壓料結構制件成形狀態

同理，案例二的后縱梁制件，在兩端開口處增加凸模壓料機構，并根據成形深度設置頂出高度。通過此種模具結構的拉伸成形，經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 增加特殊壓料機構前后狀態

5 總結

通過改變拉伸凸模結構，增加下壓料浮動機構，并設置合理抬升高度的模具結構設計方案，有效控制了材料流動速度，彌補了因開口拉伸工藝造成的制件成形不充分，制件起皺現象，實現了使用較小尺寸材料，較高材料利用率條件下，生產出高質量制件的目標，也為汽車模具設計注入了新思路。