壓邊圈對(duì)應(yīng)制件位置起皺預(yù)判與解決方法

林春海

（柳州福臻車(chē)體實(shí)業(yè)有限公司，廣西 柳州 545005）

0 引言

在實(shí)際沖壓生產(chǎn)或模具調(diào)試中，常會(huì)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(lèi)缺陷會(huì)加速壓邊圈表面以及上模零件相應(yīng)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(wú)法保持應(yīng)有尺寸的穩(wěn)定性。經(jīng)對(duì)多個(gè)拉深流入量相對(duì)較大（大于20 mm）的制件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：這類(lèi)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(duì)于理論值偏小，導(dǎo)致制件產(chǎn)生開(kāi)裂問(wèn)題，為了解決此問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)鉗工要進(jìn)行拉深筋的調(diào)整，將壓邊力減小，但這又會(huì)導(dǎo)致制件回彈發(fā)生變化。綜合上述問(wèn)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(yù)判制件起皺區(qū)域前，需要對(duì)壓邊圈實(shí)體筋、支持模式、壓料力大小、成形過(guò)程中間隙等進(jìn)行檢查，確保不是因?yàn)檫@些參數(shù)設(shè)置不正確而導(dǎo)致制件起皺。

1.1 壓邊圈實(shí)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(shí)體拉深筋，不可使用軟件自帶的虛擬系數(shù)筋計(jì)算，因?yàn)樘摂M系數(shù)筋所反饋的壓邊力偏小，無(wú)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?，F(xiàn)利用Spring Controlled 支持模式，該模式的特點(diǎn)是在成形過(guò)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(shí)，壓邊圈會(huì)彈開(kāi)相應(yīng)的間隙，支持力越大，彈開(kāi)間隙越大，起皺風(fēng)險(xiǎn)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(lái)源有2種情況：①使用頂桿提供壓力；②使用氮?dú)鈴椈商峁毫?，如圖3 所示。2 種壓力源都需要使用Spring Controlled 支持方式，只是氮?dú)鈴椈尚枰O(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(yù)防轉(zhuǎn)化為實(shí)體筋后出現(xiàn)壓邊力不足的情況。

圖3 壓力源

1.4 成形過(guò)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(shuō)明整個(gè)拉深過(guò)程中壓料力是足夠的。

圖4 壓邊圈相對(duì)位移

2 CAE結(jié)果評(píng)估

對(duì)上述步驟檢查后，將從以下方面對(duì)分析的CAE 結(jié)果進(jìn)行評(píng)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(chē)行李箱內(nèi)板為例，將成形時(shí)間固定到閉合狀態(tài)，觀察超過(guò)上限值的區(qū)域（橢圓標(biāo)注的黑色區(qū)域），如圖5 所示，壓邊圈完成閉合時(shí)在拉深筋的拐角位置有起皺風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 潛在起皺

2.2 接觸距離

將成形時(shí)間固定在閉合前1 mm 或者0.5 mm 時(shí)間點(diǎn)，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(shì)，灰色表示貼合壓邊圈，淺色區(qū)域則為凸起遠(yuǎn)離壓邊圈的起皺區(qū)域，初步判斷壓邊圈對(duì)應(yīng)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(gè)時(shí)間點(diǎn)會(huì)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(duì)比現(xiàn)場(chǎng)制件照片在閉合狀態(tài)，平面區(qū)域沒(méi)有波浪及皺紋。

圖7 CAE起皺高度與現(xiàn)場(chǎng)照片對(duì)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(fēng)險(xiǎn)，且與現(xiàn)場(chǎng)起皺位置對(duì)應(yīng)，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(duì)應(yīng)制件位置起皺存在局限性。

圖8 拉深到底后起皺位置對(duì)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(guò)程壓邊圈沒(méi)有彈開(kāi)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(chǎng)鉗工研合的效果不佳或機(jī)床給模具施加壓力時(shí)壓邊圈產(chǎn)生變形，預(yù)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(yàn)證起皺問(wèn)題，即間隙控制。間隙控制是假設(shè)在成形過(guò)程中，壓邊圈會(huì)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(jì)算結(jié)果如圖10 所示，在橢圓位置有起皺趨勢(shì)，與現(xiàn)場(chǎng)制件情況較為符合。

圖10 起皺對(duì)比

4 改善壓邊圈對(duì)應(yīng)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(jìn)行T 形的拉深，且平行于起皺的方向。在起皺出現(xiàn)前主動(dòng)將其吸收，以機(jī)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(fēng)險(xiǎn)。

圖11 CAE前期預(yù)判壓邊圈對(duì)應(yīng)制件的起皺位置

針對(duì)該位置的起皺風(fēng)險(xiǎn)，只需要在起皺位置增加平行于起皺趨勢(shì)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(shí)際制件在拐角位置沒(méi)有明顯的起皺問(wèn)題。

圖13 更改拉深筋后理論與實(shí)際制件對(duì)比

相比過(guò)去項(xiàng)目的機(jī)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(zhǎng)，解決了起皺問(wèn)題。但需注意的是增加T 形筋后，壓邊力會(huì)增大，需要確保有足夠的裕度。

4.2 外部設(shè)計(jì)拉深坎

對(duì)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(duì)于這種情況可以嘗試在拉深筋外部設(shè)計(jì)拉深坎，用來(lái)代替雙筋。通過(guò)圖15所示對(duì)比，使用拉深坎在外的方式?jīng)]有出現(xiàn)起皺問(wèn)題。

圖14 局部出現(xiàn)起皺

圖15 使用拉深坎

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)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(fēng)險(xiǎn)較大，板料一旦起皺，按原有壓邊力無(wú)法將壓邊圈與模具零件閉合，出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)制件與理論不相符的問(wèn)題?？梢試L試使用T形筋，原理是增加了起皺收縮方向的線長(zhǎng)，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(yīng)保留有壓邊力的裕度，因?yàn)樵黾覶 形筋后所需的壓邊力會(huì)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(lèi)制件在模具閉合時(shí)沒(méi)有起皺，但是在材料流動(dòng)過(guò)程中，因?yàn)椴牧狭鲃?dòng)不均勻?qū)е缕鸢?，改善原理是在閉合時(shí)將板料壓緊，材料流動(dòng)時(shí)因?yàn)橛欣羁驳募庸套饔茫吔绮粫?huì)產(chǎn)生起皺問(wèn)題。