高春建，丁懷志

（一汽紅塔云南汽車制造有限公司，云南 曲靖 655000）

0 引 言

傳統(tǒng)的單動拉深模由凹模、凸模、壓邊圈3個工具體構(gòu)成，可稱為三工具體單動拉深模。沖壓時凸模不動，凹模與壓邊圈壓住坯料往下運(yùn)動，結(jié)束后凹模與凸模貼合得到所需的拉深零件。在該沖壓過程中，坯料發(fā)生了復(fù)雜的拉深、壓縮變形，常出現(xiàn)開裂、起皺疊料缺陷。

汽車內(nèi)覆蓋件零件中，類似后圍上邊梁零件在拉深時存在中部位置疊料的問題，用三工具體單動拉深模無法解決。四工具體單動拉深模在凹模中部增加一個上壓料塊，由凹模、上壓料塊、凸模、壓邊圈四部分構(gòu)成，沖壓時凸模不動，凹模與壓邊圈壓住坯料往下運(yùn)動，當(dāng)坯料與凸模接觸處于脹緊狀態(tài)時，上壓料塊壓緊坯料繼續(xù)拉深直到結(jié)束，保證拉深件中部位置平展不疊料。這是理論上對四工具體拉深模的認(rèn)識，但在實際應(yīng)用中，上壓料塊壓料源的選擇至關(guān)重要，選用普通氮?dú)鈴椈蛇€是延時氮?dú)鈴椈?，要考慮沖壓設(shè)備是否具有下氣墊閉鎖功能。

1 后圍上邊梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與質(zhì)量要求

后圍上邊梁如圖1所示，由形狀復(fù)雜的空間自由曲面構(gòu)成，零件外形尺寸為625 mm×360 mm×210 mm，材料為1.0/FC260P，沖壓工藝為：拉深、修邊沖孔、修邊沖孔、上下翻邊整形、側(cè)整形。根據(jù)經(jīng)驗，在最小負(fù)角沖壓方向上，預(yù)判零件中間最低位置會出現(xiàn)起皺甚至疊料。

圖1 后圍上邊梁零件

2 零件沖壓模擬分析

2.1 三工具體單動拉深CAE分析

在CAE可成形性分析階段，使用三工具體單動拉深進(jìn)行模擬。由于各方向拉應(yīng)力和壓應(yīng)力不均勻，在成形零件的中部存在疊料，在較深的圓角根部出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。通過調(diào)整沖壓方向、工藝補(bǔ)充面、拉深筋系數(shù)，未見零件開裂，但仍存在疊料現(xiàn)象，如圖2所示。

圖2 三工具體拉深CAE分析結(jié)果

通常解決疊料的方法是產(chǎn)品設(shè)計變更，在疊料區(qū)域增加凸包或凹坑，吸收多余材料得以實現(xiàn)，但后圍上邊梁零件不允許增加凸包或凹坑，只能從沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方面進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 四工具體單動拉深CAE分析

使用三工具體分析發(fā)現(xiàn)零件中部疊料問題沒有得到解決，考慮使用四工具體進(jìn)行CAE分析，四工具體拉深CAE分析如圖3所示，通過多次調(diào)整上壓料力及壓料行程，最終確定壓料力30 kN，行程40 mm，得到較理想的沖壓模擬結(jié)果，從CAE分析結(jié)果看，成形零件中部疊料問題消除，如圖4所示。

圖3 四工具體拉深CAE分析

圖4 四工具體拉深分析結(jié)果

3 四工具體拉深模結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 上壓料塊壓力源的選擇

四工具體單動拉深模壓料塊壓力源可選擇普通氮?dú)鈴椈苫蜓訒r氮?dú)鈴椈?，但兩者在使用上有?yán)格的界限，如使用不當(dāng)會造成沖壓件的損壞，使用條件如表1所示。

表1 普通氮?dú)鈴椈膳c延時氮?dú)鈴椈傻氖褂脳l件

如果在沒有閉鎖功能的沖壓設(shè)備上使用普通氮?dú)鈴椈桑跊_壓結(jié)束后，沖床上滑塊返程運(yùn)動時，氮?dú)鈴椈纱蜷_，同時壓邊圈向上頂起，成形零件受到一上一下的力作用，導(dǎo)致拉深到底時完好無損的零件嚴(yán)重?fù)p壞，如圖5所示，由于現(xiàn)有的機(jī)械壓力機(jī)沒有閉鎖功能，不能選用普通氮?dú)鈴椈蔀閴毫υ?，只能使用延時氮?dú)鈴椈伞?/p>

圖5 使用普通氮?dú)鈴椈傻臎_壓件受力分析

3.2 延時氮?dú)鈴椈傻墓ぷ髟?/h3>

延時氮?dú)鈴椈煽稍谄涞撞课恢脤⑵滏i定且彈簧回程可控，如圖6所示，延時氮?dú)鈴椈捎蓺飧?、?dǎo)向總成、單項活塞閥總成、內(nèi)活塞桿、常開閥組成。彈簧中的氮?dú)饷芊庠谏稀⑾聝馐抑?，?dāng)進(jìn)行沖壓行程時，下儲氣室中的氮?dú)馔ㄟ^活塞桿總成中的單向閥進(jìn)入上儲氣室。到達(dá)沖壓下止點(diǎn)時，向常開閥施加0.4 MPa的壓力空氣將其關(guān)閉，上氣室壓力大于下氣室壓力，活塞桿被鎖住，機(jī)床上滑塊回程時，活塞桿不會馬上返回上止點(diǎn)位置，從而起到延時可控的作用。關(guān)閉壓縮空氣，打開常開閥，上儲氣室中的氮?dú)馔ㄟ^內(nèi)部活塞桿返回至下儲氣室，使活塞桿返回其伸長位置。

圖6 延時氮?dú)鈴椈?/p>

延時氮?dú)鈴椈傻倪\(yùn)動主要由滑動控制開關(guān)、閥組件、氣管三大部分實現(xiàn)，其連接關(guān)系如圖7所示，控制過程如下：①通過高壓氣管將2個氮?dú)鈴椈纱?lián)并連接到壓力表，通過壓力表將氮?dú)鈴椈沙淙氲獨(dú)?；②用低速氣管串?lián)氮?dú)鈴椈傻蛪嚎刂崎y，最后連接到氣動行程開關(guān)，氣動行程開關(guān)與外部機(jī)床氣源連接，在未受到行程限位桿擠壓前，氣動行程開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)；③當(dāng)模具下行時，氮?dú)鈴椈苫钊麠U受力壓縮，氮?dú)鈴牡獨(dú)鈴椈傻南職馐彝ㄟ^單向閥壓入到上氣室中，同時氣動行程開關(guān)隨模具下行時受行程限位桿擠壓呈打開狀態(tài)，低壓氣體聯(lián)通氮?dú)鈴椈傻牡蛪嚎刂崎y，閥體受壓關(guān)閉，下行到規(guī)定行程后，因上、下氣室的氣體不流通存在壓力差，達(dá)到鎖定的狀態(tài)；④當(dāng)模具上行時，氣動行程開關(guān)不再受壓后關(guān)閉，低壓控制閥打開，下氣室通過控制閥實現(xiàn)與上氣室連通，氣體通過導(dǎo)氣管從上氣室回到下氣室，活塞桿恢復(fù)原位，氮?dú)鈴椈苫謴?fù)到原狀態(tài)。

圖7 延時氮?dú)鈴椈蛇\(yùn)動部件

3.3 延時氮?dú)鈴椈尚吞栠x擇

延時氮?dú)鈴椈晒ぷ髑€如圖8所示，根據(jù)CAE沖壓模擬分析，能保證零件后圍上邊梁中部不疊料所需上壓料塊壓料力為30 kN，工作行程是40 mm，為實現(xiàn)最佳閉鎖功能，必須使用工作行程±0.5 mm，以提供最多1 mm的回彈距離，選擇2個型號為KF2 1500-40的延時氮?dú)鈴椈伞?/p>

圖8 延時氮?dú)鈴椈晒ぷ髑€

3.4 四工具體單動拉深模結(jié)構(gòu)

四工具體單動拉深模結(jié)構(gòu)如圖9所示，沖壓時凹模8與壓邊圈2將坯料壓緊向下拉深，可控延時氮?dú)鈴椈?的常開閥處于打開狀態(tài)，活塞桿處于伸長狀態(tài)，產(chǎn)生壓力傳遞給上壓料塊6，上壓料塊與凸模1壓緊坯料中部直到拉深結(jié)束。拉深結(jié)束后，凹模與滑動控制開關(guān)接觸，通過控制氣管將常開閥關(guān)閉，可控延時氮?dú)鈴椈蓷U7活塞處于到底鎖緊狀態(tài)；普通氮?dú)鈴椈?克服上壓料塊質(zhì)量，與凹模保持相對靜止?fàn)顟B(tài)。凹模、上壓料塊、可控氮?dú)鈴椈膳c機(jī)床滑塊同時向上返程，壓邊圈向上推出成形零件，沖壓結(jié)束。返程過程中，凹模脫開了滑動控制開關(guān)，常開閥打開，可控延時氮?dú)鈴椈删徛蜷_，進(jìn)入下一個沖壓準(zhǔn)備。

圖9 模具結(jié)構(gòu)

對后圍上邊梁零件進(jìn)行試模驗證，沖壓件實物如圖10所示，中間最低位置起皺疊料缺陷得到消除，滿足產(chǎn)品使用要求。

圖10 沖壓件實物

4 結(jié)束語

在四工具體單動拉深模中，通過應(yīng)用延時氮?dú)鈴椈捎行Ы鉀Q了沖壓設(shè)備沒有下氣墊閉鎖功能、壓邊圈向上運(yùn)動、上壓料塊回程造成零件沖擊變形的問題。對于拉深較復(fù)雜、易起皺疊料的沖壓件，采用延時氮?dú)鈴椈赡苋〉昧己眯Ч?/p>