某車型中地板如圖1所示，外形尺寸為2040mm×1200mm×275mm，呈中間低、兩邊高的形狀，材料為DC04，坯料尺寸為2510mm×1560mm×0.9mm，該零件在CAE分析過程中出現坯料中間下塌的缺陷，并在模具閉合時成形零件產生了褶皺。

工藝造型及缺陷描述


工藝造型的壓料面略微隆起，如圖2所示，目的是在壓料過程中儲備部分材料，以降低拉深深度，減少拉深過程中的材料流入。CAE分析中由于坯料尺寸大，且凸模中間低，不能對坯料予以支撐，在重力作用下坯料發生下塌，如圖3所示，導致壓邊過程中板料出現褶皺，在成形零件上存在殘留印跡，導致產生質量缺陷。

浮動凸模閉合狀態坯料下塌的解決方案


下塌缺陷一般采用的解決方法：①壓料面加工為平面，壓料狀態會得到改善，但拉深深度將會增加，材料流入量也會增加，模具零件的磨損加劇，且材料利用率降低；②改成雙動拉深，壓料面隆起會變成向下的趨勢，不再受重力造成的下塌的影響，但該零件由于壓力機的限制無法滿足此生產方式；③增加坯料支撐裝置（浮動凸模），在凸模中增加托料以消除坯料下塌，實現坯料在壓邊過程中的預彎，但模具結構較常規模具復雜。經過對托料范圍和托起高度的多次驗證，增加托料后的壓邊過程消除了褶皺現象，零件無起皺風險，如圖4所示。

增加托料的浮動凸模


根據拉深成形工作原理，浮動凸模在壓邊過程中僅用于坯料承托，不參與零件的成形，其頂起和下行的運動應與壓邊圈同步，不能使用彈性驅動。浮動凸模應伴隨壓邊圈的頂起同時到位，保證坯料放置時對坯料予以有效支撐，當壓邊圈閉合下行時，浮動凸模應伴隨壓邊圈同步下行，但其行程應小于壓邊圈行程，上模下行到浮動凸模與拉深凸模位置一致時，浮動凸模停止運動，上模繼續向下運動，此時浮動凸模將與拉深凸模一起參與零件的成形，直至完成拉深過程。

1.浮動凸模2.頂桿墊塊3.彈簧導向用部件4.矩形彈簧5.限位螺釘6.銅合金自潤滑導板7.壓邊圈8.上模座9.墩死墊10.拉深凸模11.下模座


圖5所示為帶有浮動凸模的拉深模壓邊圈頂起的狀態，壓邊圈行程為220mm，在壓力機頂桿的作用下，浮動凸模頂起后與壓邊圈的高度保持一致，能對坯料予以有效支撐，避免了坯料下塌。圖6所示為浮動凸模與模具結構，浮動凸模安裝在拉深凸模內部，通過壓力機的頂桿驅動，底面設置調整墊，四周采用導板導向，并設置了輔助彈性回位，帶動浮動凸模隨壓邊圈同步下行，其另一個作用是防止下模翻轉時浮動凸模脫出；當壓邊圈下行145mm時，浮動凸模同步下行到與拉深凸模位置一致，浮動凸模底部的調整墊與下模座接觸，浮動凸模停止運動，隨之與頂桿脫離，壓邊圈繼續向下運動75mm，拉深結束。


拉深成形結束后滑塊帶動上模上行，頂桿將壓邊圈頂起，此時頂桿與浮動凸模沒有接觸，浮動凸模仍處于靜止狀態，當頂桿繼續向上頂起75mm后,頂桿與浮動凸模接觸，此時拉深成形的零件已脫離拉深凸模并伴隨壓邊圈上行75mm，浮動凸模頂起不會對零件造成損傷，浮動凸模在頂桿的作用下與壓邊圈同步繼續上行145mm，矩形彈簧4同步壓縮145mm，頂桿停止頂起，模具重新恢復到圖5所示的浮動凸模頂起狀態。最終模具調試時，浮動凸模動作可靠，壓料狀態無褶皺，與CAE分析狀態一致。

浮動凸模在模具中雖然可以起到托料的作用，但其本質還是拉深凸模的一部分，其裝配精度和加工精度仍需要保證。拉深凸模和浮動凸模采用銅合金自潤滑導板導向，裝配后一起加工凸模型面，浮動凸模與拉深凸模的間隙不能過大，應控制在0.5mm以內。頂桿墊塊為長條形（見圖7），既是頂桿墊塊，又是矩形彈簧組件的安裝板，需從下模底面裝配到浮動凸模底面（包含固定在其上的矩形彈簧組件），為浮動凸模的動作進行可靠的運動傳遞；矩形彈簧的設置可避免模具翻轉時浮動凸模脫出，并且可以在浮動凸模不能依靠自身重力向下運動時提供彈性回位，使機構動作更可靠。


浮動凸模能有效解決拉深模坯料下塌的問題，結構較常規拉深模復雜，其浮動凸模的設定區域、頂起高度、導向精度、定位精度、加工工藝性、裝配工藝性、可靠性等都需要經過論證和分析。該機構的應用為解決拉深模坯料下塌問題提供了參考，滿足了模具生產和零件的成形質量要求。


▍原文作者：張秀利，李學坤，于旭明


▍作者單位：山東濰坊福田模具有限責任公司


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