壓邊圈對應制件位置起皺預判與解決方法

林春海

（柳州福臻車體實業(yè)有限公司，廣西 柳州 545005）

0 引言

在實際沖壓生產(chǎn)或模具調(diào)試中，常會發(fā)現(xiàn)壓邊圈壓住制件的局部區(qū)域出現(xiàn)皺紋或波浪等不平整的缺陷，如圖1 所示。制件上這類缺陷會加速壓邊圈表面以及上模零件相應位置的磨損，如熱處理區(qū)域磨損或鍍層脫落，加速模具的老化，在高頻次生產(chǎn)中，制件無法保持應有尺寸的穩(wěn)定性。經(jīng)對多個拉深流入量相對較大（大于20 mm）的制件進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：這類制件在壓邊圈所在區(qū)域出現(xiàn)起皺的可能性更大，出現(xiàn)起皺后材料流入量相對于理論值偏小，導致制件產(chǎn)生開裂問題，為了解決此問題，現(xiàn)場鉗工要進行拉深筋的調(diào)整，將壓邊力減小，但這又會導致制件回彈發(fā)生變化。綜合上述問題，解決壓邊圈區(qū)域制件的起皺較為重要。

圖1 制件拐角起皺

1 前期檢查

在預判制件起皺區(qū)域前，需要對壓邊圈實體筋、支持模式、壓料力大小、成形過程中間隙等進行檢查，確保不是因為這些參數(shù)設(shè)置不正確而導致制件起皺。

1.1 壓邊圈實體筋

前期檢查壓邊圈拉深筋，一般采用三維繪圖軟件制作實體拉深筋，不可使用軟件自帶的虛擬系數(shù)筋計算，因為虛擬系數(shù)筋所反饋的壓邊力偏小，無法正確體現(xiàn)壓邊力。

1.2 支持模式選擇

在AutoForm 中可供選擇的壓邊圈支持模式有4種：①Rigid；②Force Controlled；③Spring Controlled；④Gap Controlled。現(xiàn)利用Spring Controlled 支持模式，該模式的特點是在成形過程中出現(xiàn)支持力（即拉深筋成形力與反作用力的總力）大于壓邊力時，壓邊圈會彈開相應的間隙，支持力越大，彈開間隙越大，起皺風險越高，制件尺寸不穩(wěn)定性增加。支持模式設(shè)置方式如圖2所示，選擇Spring Controlled，且勾選No Bottoming。

圖2 支持模式設(shè)置

1.3 壓料力大小

壓料力大小一般前期能確定，壓料力來源有2種情況：①使用頂桿提供壓力；②使用氮氣彈簧提供壓力，如圖3 所示。2 種壓力源都需要使用Spring Controlled 支持方式，只是氮氣彈簧需要設(shè)置初始力與線性變化系數(shù)，需注意的是設(shè)置的壓邊力必須大于拉深筋反饋的支持力，且需要保留壓邊力10%以上的裕度，預防轉(zhuǎn)化為實體筋后出現(xiàn)壓邊力不足的情況。

圖3 壓力源

1.4 成形過程中間隙

在軟件結(jié)果一欄檢查，壓邊圈（Binder）結(jié)果下的工作方向位移結(jié)果始終保持0，如圖4 所示，說明整個拉深過程中壓料力是足夠的。

圖4 壓邊圈相對位移

2 CAE結(jié)果評估

對上述步驟檢查后，將從以下方面對分析的CAE 結(jié)果進行評估：①潛在起皺（potential wrinkles）；②接觸距離（contact distance）；③起皺高度（surface defect height）。

2.1 潛在起皺

潛在起皺的上限設(shè)置為0.003 mm，現(xiàn)以某汽車行李箱內(nèi)板為例，將成形時間固定到閉合狀態(tài)，觀察超過上限值的區(qū)域（橢圓標注的黑色區(qū)域），如圖5 所示，壓邊圈完成閉合時在拉深筋的拐角位置有起皺風險。

圖5 潛在起皺

2.2 接觸距離

將成形時間固定在閉合前1 mm 或者0.5 mm 時間點，將上限設(shè)定為0.1 mm，所得結(jié)果如圖6（a）所示，在多處呈現(xiàn)波浪趨勢，灰色表示貼合壓邊圈，淺色區(qū)域則為凸起遠離壓邊圈的起皺區(qū)域，初步判斷壓邊圈對應制件位置為起皺區(qū)域。從圖6（b）截面看出，存在明顯的波浪痕跡。

圖6 起皺現(xiàn)象

2.3 起皺高度

制件起皺位置在閉合和拉深到底2個時間點會顯示不同的結(jié)果，首先觀察閉合狀態(tài)，如圖7 所示，在拐角與廢料面積較大的位置出現(xiàn)了起皺波浪，但對比現(xiàn)場制件照片在閉合狀態(tài)，平面區(qū)域沒有波浪及皺紋。

圖7 CAE起皺高度與現(xiàn)場照片對比

觀察拉深到底閉合狀態(tài)，如圖8所示，在最大材料流入量位置的2 處存在起皺風險，且與現(xiàn)場起皺位置對應，但圖8所示右側(cè)起皺區(qū)域未體現(xiàn)，故使用起皺高度判斷壓邊圈對應制件位置起皺存在局限性。

圖8 拉深到底后起皺位置對比

3 其他起皺區(qū)域判斷證據(jù)

在確定壓料力足夠，成形過程壓邊圈沒有彈開的條件下，假設(shè)有其他因素的干擾，使壓邊圈存在間隙，如現(xiàn)場鉗工研合的效果不佳或機床給模具施加壓力時壓邊圈產(chǎn)生變形，預定的撓度不能完全消除變形等，可以使用另一種支持方式驗證起皺問題，即間隙控制。間隙控制是假設(shè)在成形過程中，壓邊圈會有一定的間隙產(chǎn)生，設(shè)定的參數(shù)如圖9所示。

圖9 使用間隙控制設(shè)置0.07 mm間隙

設(shè)置行程與間隙，間隙按料厚10%設(shè)置，即0.07 mm，則壓邊圈和上模零件始終保持0.07 mm 的間隙，計算結(jié)果如圖10 所示，在橢圓位置有起皺趨勢，與現(xiàn)場制件情況較為符合。

圖10 起皺對比

4 改善壓邊圈對應制件位置起皺的方法

4.1 增加T形拉深筋

CAE 結(jié)果顯示制件起皺的位置進行T 形的拉深，且平行于起皺的方向。在起皺出現(xiàn)前主動將其吸收，以機蓋外板為例，如圖11所示，CAE 呈現(xiàn)的結(jié)果是在拐角的位置存在起皺風險。

圖11 CAE前期預判壓邊圈對應制件的起皺位置

針對該位置的起皺風險，只需要在起皺位置增加平行于起皺趨勢的拉深筋即可，如圖12 所示，虛線表示平板料的位置，在拐角區(qū)域增加T 形拉深筋。

圖12 拐角位置布置T形拉深筋

按新拉深筋重新分析后的理論結(jié)果如圖13 所示，拐角處起皺現(xiàn)象得到改善，且實際制件在拐角位置沒有明顯的起皺問題。

圖13 更改拉深筋后理論與實際制件對比

相比過去項目的機蓋外板，壓邊圈面增加了平行于起皺方向的拉深筋，且增加了起皺區(qū)域的制件所需的截面線長，解決了起皺問題。但需注意的是增加T 形筋后，壓邊力會增大，需要確保有足夠的裕度。

4.2 外部設(shè)計拉深坎

對于起皺區(qū)域較為緩和的波浪形，如圖14 所示，在外筋消失的位置出現(xiàn)了明顯的起皺，對于這種情況可以嘗試在拉深筋外部設(shè)計拉深坎，用來代替雙筋。通過圖15所示對比，使用拉深坎在外的方式?jīng)]有出現(xiàn)起皺問題。

圖14 局部出現(xiàn)起皺

圖15 使用拉深坎

5 結(jié)束語

對于材料流入量較小的制件，由于使用較深的拉深筋，板料拐角區(qū)域出現(xiàn)起皺的風險較大，板料一旦起皺，按原有壓邊力無法將壓邊圈與模具零件閉合，出現(xiàn)現(xiàn)場制件與理論不相符的問題。可以嘗試使用T形筋，原理是增加了起皺收縮方向的線長，在起皺出現(xiàn)前將多余的材料吸收在拉深筋內(nèi)，但需注意應保留有壓邊力的裕度，因為增加T 形筋后所需的壓邊力會提高。另一種方式是在拉深筋外增加拉深坎，多用于材料流入量較大的制件，這類制件在模具閉合時沒有起皺，但是在材料流動過程中，因為材料流動不均勻?qū)е缕鸢櫍纳圃硎窃陂]合時將板料壓緊，材料流動時因為有拉深坎的加固作用，邊界不會產(chǎn)生起皺問題。