淺談橋形件的成形工藝

橋形零件由于其形狀像跨越在河流上方的拱橋，中間窄長(zhǎng)面為人行通道，兩側(cè)似護(hù)欄而得名，在沖壓行業(yè)內(nèi)屬于常見(jiàn)的內(nèi)板件，一般為加強(qiáng)件。比如汽車的中央通道加強(qiáng)板、拖拉機(jī)的機(jī)罩蓋板加強(qiáng)梁等。

該類零件形狀起伏較大，成形性較差。目前主要有兩種成形方法：拉延成形和翻邊成形，且行業(yè)內(nèi)常用拉延工藝。拉延工藝的優(yōu)點(diǎn)為零件成形充分，修邊后零件回彈較小；缺點(diǎn)為材料利用率較低，前期的拉延面等工藝設(shè)計(jì)復(fù)雜，且模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成本較高。相對(duì)而言，翻邊成形工藝的優(yōu)點(diǎn)為材料利用率較高，工藝設(shè)計(jì)及模具結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，制造及后期維護(hù)成本較低；缺點(diǎn)為零件部分區(qū)域成形不充分，可能造成后序修邊后零件回彈。在實(shí)際應(yīng)用中需要針對(duì)不同零件， 選出最優(yōu)的成形方案。

中央通道前加強(qiáng)板

零件如圖1所示，尺寸為290mm×123mm×174 mm，上下落差達(dá)174mm，材質(zhì)為B280VK，料厚為1mm。

從零件的結(jié)構(gòu)上分析，如果采用成形工藝，以中間長(zhǎng)條形狀為壓料面，采用翻邊成形。由于零件端頭為斜面，所以壓料困難。且兩側(cè)支腿斜面夾角為37°，成形時(shí)會(huì)在頂面形成大量余料，從而形成起皺缺陷。顯然采用成形工藝不合適。

而采用拉延工藝，雖然零件的起伏較大，但是由于零件的局部翻邊高度都不超過(guò) 30mm，所以該零件的拉延性良好。添加工藝補(bǔ)充面后的拉延工藝如圖2 所示。經(jīng) CAE 分析，壓邊力設(shè)置為 25t，結(jié)果如圖 3 所示。從圖中可以看出端頭根部起皺現(xiàn)象已基本消除，僅頂面位置還有起皺趨勢(shì)。但是，材料厚度中等，在實(shí)際生產(chǎn)中抗起皺能力較好。

圖 1 中央通道前加強(qiáng)板制件圖

圖 2 拉延工藝補(bǔ)充后

圖 3 CAE 成形性能分析結(jié)果

實(shí)際生產(chǎn)出來(lái)的零件如圖4 所示，零件狀態(tài)較好無(wú)明顯起皺與回彈現(xiàn)象，與分析結(jié)果基本一致， 證明采用該拉延成形方式是合適的，材料利用率為47.01%。零件在檢具上檢測(cè)合格率為 98%。

 

圖 4 成品件（左頂面，右側(cè)面）

支架

零件如圖5所示，外形尺寸為240mm×114mm×81mm，材質(zhì)為B410LA，料厚為1.4mm。該零件與中央通道前加強(qiáng)板的零件結(jié)構(gòu)相似，不同的是，該零件頂面比較平緩，兩端頭較陡，夾角為27°，所以在兩端頭位置容易聚料起皺。

圖 5 支架制件圖

采用翻邊成形工藝進(jìn)行成形時(shí)，只能以零件底面為壓料面，整個(gè)一圈側(cè)壁向上翻邊，在端頭四個(gè)端點(diǎn)處材料聚在一起無(wú)法流動(dòng)，導(dǎo)致嚴(yán)重起皺，且無(wú)法在后續(xù)成形中去除該缺陷。所以，采用翻邊成形無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

如圖6 所示，以藍(lán)色面為壓料面，綠色面為拉延面，采用拉延工藝。制件全部在拉延凸模型面中， 充分延展，材料利用率為 48.3%。進(jìn)行 CAE 分析， 結(jié)果如圖 7 所示，起皺趨勢(shì)與預(yù)想一致，主要集中在兩端頭。實(shí)際生產(chǎn)中，由于材料較厚，拉延后如圖8 所示，四個(gè)端頭起皺現(xiàn)象不太明顯。后續(xù)整形之后，已有起皺基本消除。零件在檢具上檢測(cè)合格率為 99%（圖 9）。

圖 6 拉延工藝

圖 7 CAE 成形性能分析結(jié)果

圖 8 拉延后半工序件

圖 9 零件檢具檢測(cè)

機(jī)罩蓋板后加強(qiáng)梁

該零件如圖10所示，外形尺寸為676mm×159mm×133mm，材料厚度為1.5mm。形狀左右對(duì)稱，兩端兩個(gè)搭接面，要求面差為 ±0.5mm。與前兩個(gè)零件相比，該零件尺寸較大、頂面及兩端頭都較平緩。

圖 10 機(jī)罩蓋板后加強(qiáng)梁制件圖

采用拉延成形，拉延工藝與前面支架零件相似， 零件全部包在拉延面中，需要大量的工藝補(bǔ)充面。使用翻邊成形（圖 11）時(shí)，以兩條分模線中間形狀為壓料面翻邊成形。容易在四個(gè)端頭造成起皺缺陷。為了消除該缺陷，在兩端頭各增加一條壓料檻，使成形時(shí)延緩料向端頭處積聚，從而減輕起皺。

圖 11 翻邊成形工藝

兩種工藝對(duì)比，拉延工藝可以使零件塑性變形更充分，所以在修邊、沖孔之后，制件回彈較小。但是，拉延工藝比較復(fù)雜需要做大量的工藝補(bǔ)充面，勢(shì)必降低材料利用率，使沖壓成本增加。而翻邊成形工藝中塑性變形較拉延工藝差，在后續(xù)修邊、沖孔之后，容易出現(xiàn)回彈現(xiàn)象。但是，相對(duì)于拉延成形可節(jié)省材料、降低成本。

使用CAE 軟件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，使用壓料檻（圖12）后，兩端頭的起皺現(xiàn)象明顯消除（圖 13）。實(shí)際生產(chǎn)出來(lái)的零件如圖 14 所示，材料利用率達(dá)到了68%。成品件如圖 15 所示，在檢具上檢測(cè)合格。

圖 12 壓料檻結(jié)構(gòu)示意圖

圖 13CAE 分析結(jié)果

圖 14 成形后狀態(tài)圖

圖 15 零件檢具檢測(cè)

雖然翻邊成形工藝中零件塑性變形比拉延工藝少，但是零件上的小筋成形充分，有效防止成形后零件的回彈現(xiàn)象。另外壓料檻的應(yīng)用消除了端頭的起皺缺陷。最終，使其達(dá)到了合格狀態(tài)。

結(jié)論

橋形件作為常見(jiàn)的沖壓加強(qiáng)件，采用翻邊成形工藝還是拉延工藝，需要根據(jù)零件的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。本文通過(guò)對(duì)三個(gè)典型的橋形件工藝分析對(duì)比，總結(jié)出該類零件的成形工藝特點(diǎn)，希望對(duì)其他類似零件進(jìn)行工藝策劃時(shí)有所啟發(fā)。該類零件從工藝上分析，采用拉延成形工藝，可以使其產(chǎn)生最大區(qū)域的塑性變形，防止后續(xù)修邊后零件回彈。但是，拉延工藝使零件的材料利用率降低到50%以下，對(duì)零件的成本控制影響較大。采用翻邊成形工藝，材料利用率可以達(dá)到約70%，較拉延工藝提高了近 20%。

采用翻邊成形工藝可以有效提高材料利用率，但是零件結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足：⑴零件兩端頭為開(kāi)放式的，可以增加工藝補(bǔ)充（加壓料檻）防止零件起皺。⑵零件的兩個(gè)支腿角度應(yīng)盡量平緩，防止中間位置聚料起皺。因?yàn)槿绻容^陡，成形時(shí)在凹模與頂出器作用下，毛坯料會(huì)在中間頂端位置聚集大量材料，從而形成起皺缺陷。