抑制U形件冲压回弹翘曲的拉深筋优化设计

对于U形件的回弹问题，研究人员一般通过在压边圈和凹模上设置拉深筋，调整拉深成形的压边力。一方面拉深筋增大进料阻力，使板料在拉深过程中承受足够的拉应力，提高零件的刚度，减少零件回弹引起的凹陷、翘曲、波浪等缺陷；另一方面，通过调整拉深筋各部位的进料阻力，防止进料过多导致起皱和进料过少导致开裂的现象。

1 U形件回弹分析

图1所示为某汽车纵梁零件结构，是典型的U 形件，零件外形尺寸为828 mmxl巧mm×270 mm,材料厚度为1.4mm,由于该纵梁用于汽车底盘的焊接和支撑，其尺寸精度直接影响车架总成，甚至整个车身的尺寸精度。

实际生产过程中，该U形件拉深后侧壁容易出现图2中B所示的回弹(A为零件侧壁理想状态）。2 种状态的零件尺寸差距大，侧壁与法兰面相接处回弹偏离大，严重影响了零件的匹配精度，降低了总成零件尺寸合格率。

为调整压边力，有学者提出了变压边力（vari· able blank holder forde, VBHF)的概念，与传统的恒定压边力工艺相比，对提高拉深极限和成形质量效果明显。而实际成形过程中所需的压边力曲线与零件形状、位置、材料特性等密切相关，很难得到精确的计算结果。目前，国内汽车企业广泛采用机械压力机进行U形件的拉深，其所提供的压力只能保持恒定，无法随冲压成形而改变。

李小平等发明了一种具有变拉深筋阻力的模具，通过将拉深筋从凹模或压料板上分离，拉深筋从凹模或压料板中向上穿出，下端通过拉深筋垫板与顶杆上端接触，机床气垫顶杆推动拉深筋垫板运动，拉深筋高度由气垫通过顶杆控制，即在拉深过程中，拉深筋的高度和阻力随气垫顶杆行程变化而改变，其结构如图3所示。

赵坤民等发明一种氮气缸驱动的活动拉深筋装置，其设置的活动拉深筋不与机床的气垫顶杆相连接，而是在拉深筋底部设置有伸出压边圈下底面的支座，当支座接触凸模底座时，活动拉深筋被顶起，形成进料阻力，其结构如图4所示。

这些活动拉深筋通过调整拉深过程中压边力的大小以减少零件侧壁的回弹。该技术合理，但是实际实施过程中存在一些困难，如：活动拉深筋的高度在拉深过程中发生变化，但其高度难以精确控制，且拉深筋刚度较差。同时，活动拉深筋或梯度拉深筋均设置在压边圈上，需在压边圈上开设活动拉深筋通槽，降低了压边圈的强度。此外，活动拉深筋与压边圈之间的间隙难以控制：间隙太大，板料流动过程中容易卡料；间隙太小，活动拉深筋的运动不顺畅，并且加快拉深筋与压边圈的磨损。

2新型拉深筋结构设计

图5所示为某车型纵梁拉深模结构，该过用高强度钢板制造，成形过程中侧壁出现回弹和翘曲缺陷。鉴于板料强度较高，压边圈和凹模采用镶拼结构。

镶件材料采用Cr12M01V1，后续TD处理，由于该材料不适合补焊，拉深筋的调整需采用铸铁凸模进行。图6所示为拉深筋结构分布，由图6可知，与传统 的拉深筋设计相同，第一拉深筋设置在凹模1上 ，而在凸模4上没置第二拉深筋 。拉深成形初期，第二拉深筋不起作，只由凹模上的第一拉深筋对进料阻力进行控制 。拉深成形后期，压力机滑块接近下死点 ，第二拉深筋开始作用，对最后的成形阻力进行控制，增人板料流入的阻力，保证U形件侧肇塑性变形充分，获得平整的侧罐。

图7所示为2种拉深筋在拉深过程中的作用情况，图7(a)为拉深初始状态，将板料2放置在顶起的压边圈 3上；压力机滑块带动凹模机向下运动 ，第一拉深筋开始起作用，凹模上的第一拉深筋凸起部位D与板料2接触 ，并与压边圈3共同压紧板料 2，如 图7(b)所示；压力机滑块及凹模l继续下行，第一拉深筋凸起部位D和第一拉深筋凹槽部位D’共同作用，将板料锁紧 ，共同向下运动 ，如图 7(c)所示 。该过程中材料流过凹模的第二拉深筋凹槽部 C，由于第二拉深筋凸起部位C’未与板料接触 ，第二拉深筋没有起作用。拉深成形后期，如 图7(d)所示 ，凹模继续下行，当第二拉深筋凸起部位C与板料接触后 ，其与第二拉深筋凹槽部位C共同限制了板料的流动 ，增大了材料的流动阻力 ，保证板料的塑形变形充分，抑制侧壁的回弹和翘曲。

在该汽车纵梁零件选取图9所示几个典型截面 ，对常规拉深筋一下侧翘曲与新型拉深筋作用的侧壁翘曲进行比较，其侧壁翘曲量c如表1所示。

图l0所示为采用新拉深筋成形的U形件在检具上的状态，由图l0可知，其侧壁间隙均匀，侧壁回弹和翘曲得到有效抑制 。