沖壓工藝拉延筋布置位置優化

文／郭洪強，張雙林·一汽模具(天津)有限公司青島分公司

在汽車內外覆蓋件模具中，拉延筋一直被廣泛應用，好的拉延筋設計方法至關重要。一方面，可以有效提高拉深制件的成形剛性，增加塑性變形，從而減小制件回彈；另一方面，通過調節拉延筋阻力系數，合理控制材料的流入量來調整零件的起皺和開裂問題。

拉延筋設計方法

在Autoform 軟件中，通過調整Bead Hight、Bead Radius、Groove Radius 及Wall 來調節拉延筋阻力系數以達到最優成形。再根據這些參數，通過UG 或CATIA 軟件來模擬實體拉延筋，完成后導入Autoform中進行驗證。但是需要注意的是，一味通過增加拉延筋高度及減小流入、流出圓角半徑來實現拉延筋阻力系數的增加是不可取的：首先，當拉延筋高度大于6mm 時，拉延筋的強度會受到影響；其次，當圓角半徑小于1mm 時，極易撕裂板料。基于上述原因，當拉延筋高度及流入、流出圓角達到極限值時還是不能滿足成形要求，則需要設置兩道拉延筋。

布置位置優化

在前期工藝設計階段和后期模具調試過程中，當產品或補充面區域起皺時，可以通過增強拉延筋系數來達到減緩或解決起皺的目的。但是，對于拉延筋外側壓料面區域，由于此區域不受拉延筋的約束，并且模面部門處理加工數據時，為了減少鉗工的研配量，通常會對拉延筋10mm 以外的區域做出0.1mm 的空開，這就導致拉延筋以外的區域材料更加不受控制，如圖1 所示，輪罩拉延過程中的筋外側材料起皺嚴重。

為了解決壓料面起皺的問題，在起皺區域外側增加第二道拉延筋來控制材料流動，效果如圖2 所示，拉延制件的起皺問題基本消除。

圖2 輪罩拉延整改后制件狀態

拉延筋的布置影響壓邊圈的閉合及拉延到底狀態的成形性，在門板、頂蓋、機蓋等淺拉延產品的拉延模拐角部位，常規的拉延筋為沿著分模線布置，如圖3 所示；在CAE 模擬過程中，拉延筋的過渡位置及拐角扇形區域內板料存在起皺問題(圖4)，現場生產出件同樣存在此類問題，如圖5 所示。

圖3 拉延筋隨分模線布置

圖4 過渡位置及拐角扇形區域起皺

圖5 出件狀態

針對隨形筋在拉延的拐角部位(扇形區域內)起皺，分析產生的原因：

⑴在壓邊圈閉合過程中，由于板料沒有約束，拐角部位拉延筋的成形過程會引起筋內外材料線長的變化，進而導致起皺；拉延筋高度越高，布置拐角半徑越小起皺越嚴重；

⑵拉延筋高度極劇變化導致起皺；

⑶壓邊圈閉合后，隨著拉延的進行，整個扇形區域內材料會以分模線的法向向內移動，這會導致材料在扇形區域內堆積并形成褶皺，材料流入量越大起皺越嚴重。

通過分析以上起皺原因，其中原因1 和原因3 是相互矛盾的，原因2 是不可避免的，因此針對于隨形筋拐角起皺問題在很多時候是不可避免的，要解決拐角起皺問題應當考慮改變拉延筋的布置。

新的拉延筋布置，需考慮以下四點

⑴將容易起皺的區域控制在筋內側。

⑵在筋成形的過程中，減小或消除對材料線長的改變。

⑶改變材料的流入方向。

⑷避免筋高度的劇烈過渡。

將分模線拐角部位隨形筋改為十字筋，十字筋可以做成圖6 過渡消失和圖7 十字交叉兩種狀態，其中過渡消失適用于有流入量的情況，十字交叉適用于鎖死情況；圖8、圖9 分別對應兩種形式的現場出件狀態，可以看出，無論是過渡消失或者十字交叉，出件狀態都優于隨形筋。

圖6 過渡消失

圖7 十字交叉

圖8 過渡消失出件狀態

圖9 十字交叉出件狀態

結束語

影響覆蓋件成形的因素是多種多樣的，拉延筋作為其中一項重要因素，在許多沖壓零件成形中起著至關重要的作用，好的拉延筋設計方法可以有效地提高制件的成形質量，縮短調試周期，相信隨著沖壓技術的積累提升，拉延筋的設計方法必將得到更進一步的發展。