提升拉深模研合率研究浅析

冯 凯， 魏 颖， 窦晓亮， 郭 强， 李海平

（山东潍坊福田模具有限责任公司， 山东 潍坊 261200）

0 引 言

模具凸、凹模间隙理论上是按照板料料厚设置，但是在实际机床上工作时，由于多种因素导致模具零件间隙不一致，尤其是尺寸较大的模具，会出现局部顶死，导致其它部位空开，需要钳工进行不断修研，保证模具零件间隙合理。这不仅增加了钳工的工作量，导致模具调试周期延长，同时研合后的模具零件表面质量难以保证，特别是生产的外板零件会出现亮痕等问题。现以某后围板零件拉深模为例，对影响研合率的各种因素进行研究，找出关键要因，加以优化以提升研合效率。

1 零件简介

某车型后围板拉深件结构如图1所示，零件形状相对平坦，成形深度在100 mm以内，设计初期通过设置横向或竖向筋增加零件强度。拉深模工艺设计以最小拉深深度为原则确定冲压方向，压料面形状与零件接近，确保各部位材料流动均衡，通过合理布置分模线保证正修无负角，拉深筋按标准随形布置，采用常规的矩形板料。

图1 拉深件工艺结构

2 首次研合率确认情况

压边圈研合到位后，根据设计提供的压力参数与板料尺寸，对拉深件首件进行调试，通过调整各部位进料阻力，确保材料流入符合CAE模拟进料量。调试首件后，对工序件涂刷蓝油，按设计成形力确认模面着色情况，如图2所示，对零件的色带进行分析，拉深整体着色率为50%左右，与质量要求的整体研合率80%以上存在差距，导致钳工修研工作量大。

图2 零件正反面着色情况

3 研合率影响因素分析

现以某液压机为例说明模具在机床上的状态，如图3所示，机床通过3个液压缸连接上滑块，液压缸通过上滑块将力传递到模具上。由于不同压力情况下3个液压缸的作用不一样，导致上滑块在不同压力下的受力也不一样，且上滑块厚度相对较薄，会出现弯曲变形，滑块的弯曲变形会传递到模具上，导致模具也产生微量的弯曲变形，使模具出现研合差异，因此上滑块的变形是影响研合率的因素之一，另外不同的机床上滑块的变形情况也存在差异。

图3 模具在机床上工作状态

零件成形过程中由于各部位形状不一样，材料的拉伸延展存在差异，成形结束后由原来的各部位等料厚变为不等料厚，假如模具凸、凹模间隙按等料厚设置，在确认研合着色时零件已成形结束，因此残余料厚大的地方会首先接触，残余料厚小的部位则处于微量空开状态，出现着色不一致的情况，因此零件残余料厚不一致也是影响模具研合率的因素。

顶杆主要为压边圈提供压边力，现主要研究凸、凹模的研合影响因素，因此顶杆对凸凹模研合影响较小，不是主要因素。下工作台相对较厚，在工作过程中也存在微量弯曲，但是由于凸模镶件强度较好，下工作台对凸模影响轻微，下工作台变形虽对研合有影响，但不是主要因素。

拉深凹模一般采用整体铸造方式，也有部分模具采取箱式结构，凹模单独铸造后安装到上模座中，由于上模通过压板固定在上滑块，如果模具零件筋结构布置不合理或强度不够，则会在重力作用下产生微变形，同时由于上滑块也是变形体，工作过程中因下模强度大于上模，迫使上模减轻孔部位出现变形，造成研合出现差异，因此模具强度也是影响研合的因素之一。

4 研合相关数据收集分析

4.1 模具补偿情况

根据模具首次着色情况，首先对模具数模进行确认，模具补偿如图4所示，关键型面区域为强压区，间隙小于料厚，主要为凹模侧壁区域微量空开，其它区域为基础区，设置等料厚间隙，同时凹模以图4中椭圆为边界进行补偿，通过对理论间隙值进行测量，中间部位间隙最小，为0.2 mm，主要是消除机床弯曲变形的影响。

图4 模具补偿

4.2 机床滑块变形确认

对机床上滑块的平行度进行静态测量，如图5所示，下侧数据接近0，上侧数据为0.25～0.29，说明上滑块存在轻微倾斜，同时中间区域测量值-0.03，说明上滑块中心区域低于四角高度，存在一定的凹心。

图5 机床平行度测量

4.3 模具不带工序件间隙测量

在指定的调试压力机上对模具的凸、凹模间隙进行确认，通过调整模具限位高度，确保带成形制件时四角间隙基本一致，如图6所示，四角间隙值基本为（0.52±0.01）mm，以此为基准对模具各部位的间隙确认，通过在模具不同位置布置铅丝，测量上模下行到限位高度后铅丝的残余厚度，以分析凸、凹模间隙值。通过数值分析，中间部位间隙最小，实测为0.23 mm，与设计间隙0.2 mm基本一致，进一步对比其它部位的间隙测量值，基本符合设计的理论间隙，同时机床上滑块凹心对凸、凹模产生的影响相对较小。

图6 模具零件加工间隙实测

4.4 模具带工序件间隙测量

通过对成形制件不同位置进行割孔，如图7所示，将其放置在凸模上，在割孔位置布置铅丝，上模到底后确认铅丝残余厚度。

图7 成形制件割孔位置

为了验证不同机床的影响情况，分别选取了2台压力机按设计压力参数进行模具带工序件间隙测量，通过选取X向和Y向各1组测量数据进行对比，如表1、表2所示，2台机床上测量的模具零件间隙基本相近，测量数值差异0.03 mm以内，排除0.02 mm的测量误差，理论上可认为2台机床测量的模具间隙基本一致。通过确认发现，凹模中心设置的补偿在机床压力作用下已抵消。

表1 X向对比 mm

表2 Y向对比 mm

将测量数据绘制曲线，如图8所示，与设计强压间隙趋势对比，发现实测间隙值与设计强压间隙值走势基本一致，即强压部位测量间隙小，最先与制件接触，非强压部位测量间隙偏大，处于空开状态。强压区虽然能够保证制件尺寸精度和外观质量，但是强压量在一定程度上会给模具零件研合带来影响。

图8 模具零件间隙趋势对比

4.5 相同机床及不同压力参数条件下模具零件间隙测量

在同一台机床上设置3种不同的成形压力，带工序件压铅丝确认模具零件间隙，如图9所示，通过对比发现，在液压缸压力分别为4 800、6 300、7 800 kN情况下，测量值基本接近，如表3所示。因此制件成形结束后，确认选用的压力对研合率结果影响相对较小，同时模具零件补偿在较小的压力下即可抵消。

表3 实际间隙与理论对比 mm

图9 相同机床不同压力间隙测量对比

4.6 制件料厚确认

利用测厚仪对制件料厚进行测量，板料实际厚度为0.68～0.69 mm，制件成形后料厚为0.6～0.65 mm，如表4所示，料厚波动在0.05 mm以内。

表4 制件料厚 mm

模拟状态下的制件料厚为0.62～0.67mm，如图10所示，料厚波动同样在0.05 mm以内。由于实际板料厚度较理论偏小0.02 mm左右，实际测量的制件料厚与理论制件料厚基本一致，CAE分析的材料减薄情况可作为理论指导依据对模具零件型面进行强压再造。

图10 理论制件料厚

4.7 模具结构确认

对凹模减轻孔及筋的布置进行确认，如图11所示，制件轮廓沿周布置加强筋，由于制件结构相对平坦，中间减轻孔按设计标准布置，通过模拟确认，强度符合要求。

图11 凹模结构

5 分析及改进

通过对该制件拉深模的验证数据进行分析，得到以下结论：①机床凹心对不带工序件情况下的凹模影响较小；②凹模补偿量只要略大于机床凹心量，即可完全抵消机床凹心的影响；③凹模中心补偿在较小的压力作用下即可实现抵消；④强压补偿要以制件成形后的料厚为依据进行补偿。

通过对比模具首次研合着色情况与模具强压设置情况发现，着色部位与强压设置部位基本一致，强压部位设置负间隙0.1 mm，制件成形后的料厚波动量仅为0.05 mm，因此初步判断强压量在该制件中略大，建议调整为0.05 mm。

6 改进效果

通过对局部强压部位重新加工，强压量保留0.05 mm，加工完成后对首次研合状态进行确认。与调整强压量前的首次研合情况进行对比，强压量调整后着色面积明显提升，约65%～70%，如图12所示，为后期研合减少了工作量，对整个调试效率的提升具有重要意义。

图12 二次加工后首次研合对比

7 结束语

模具研合率是一个系统性问题，需要不断地分析改进逐步实现提升，通过在研合过程中模具零件间隙数据的不断收集完善，形成不同制件研合前后模具零件间隙的数据库。模具调试人员与工艺人员共同分析研究，最终模具补偿经验值将会越来越完善，CAE模拟减薄分析与现场调试越来越接近，实现基于CAE模拟减薄分析数据的全型面间隙补偿，达到模具“零”抛光、“零”研合的目标，降低调试过程劳动强度，提升调试效率，缩短制造周期，为顾客提供满意的汽车覆盖件。