拉延筋浅谈

文／王卫洪·河北保定槐茂有限公司

拉延筋浅谈

文／王卫洪·河北保定槐茂有限公司

王卫洪，工程师，主要从事机械设备维修保全、生产现场问题解决等工作，主要研究领域为机械设备维修保全。

合理布设拉延筋是覆盖件冲压成形控制方法中经济灵活而又广泛应用的方法，在拉延筋的种类、结构形式及位置布设等方面的设计过程中需着重注意要与被加工的工件实际状况相结合。

随着冲压产业的不断升级，客户对冲压件的造型要求越来超高，对冲压件的表面质里也提出了更高的要求。在实际生产过程中，由于材料流动及变形是不均匀的，常出现开裂、起皱、波纹、扭曲、凹坑等质里缺陷，这些都是当板料在变形过程中所受的应力超出自身性能时，材料产生失稳造成的。因此在拉延时，必须采取有效的措施，使毛坯在整个变形过程中都产生适当的应力，既不产生失稳又能保障拉延质里。目前我们在控制板料流动方面，采取的措施主要是控制拉延方向、工艺补充面、压料力等工艺要素。经统计和分析发现，其中压料力的大小对拉延过程和拉延件的质里起着十分重要的作用，且相对其他两个因素，其更容易进行调节。通过调节毛坯的进料阻力，控制坯料的流动，也就成了控制板料成形的十分重要的一项技术措施。目前调节压料力的方法主要有压力机和模具拉延筋两种方法，本文主要是从拉延筋入手进行探讨。

拉延筋概述

在冲压拉延成形中，拉延筋常被用来控制材料流动速度，从而减少板料起皱、裂纹、表面扭曲和回弹等缺陷。在板料拉延成形过程中，拉延筋和压边力是联系在一起的。压边力用来产生摩擦阻力，使板料内部的拉应力增加，控制材料的流动，从而避免材料起皱。当需要更大的约束阻力来控制金属流动时，必须施加更大的压边力。但是过高的压边力会引起模具过早磨损及板料破裂。有时模具需要提供的最小的压边力可能都会超出压力机的供载能力。为了达到上述目的，同时不增大压力机吨位，在覆盖件冲压生产中，常常采用拉延筋结构，从而在较低的压边力情况下提供更大的板料阻力，从而改变约束阻力以控制金属流动，获得更均匀的变形，提高冲压件质里。常用的拉延筋从横截面形式上分为：阶梯形、半圆形和矩形，具体形式如表1所示。

拉延筋的设计原则

拉延筋的机理

拉延筋由两部分结构组成：位于压边圈上的筋和位于凹模压料面上的与筋相匹配的槽。筋和槽的几何形状有多种，图1示意了一个半圆形筋和矩形槽构成的拉延筋，这是覆盖件冲压生产常用的一种拉延筋。

■ 表1 拉延筋种类及其结构形式

图1 半圆形拉延筋的横剖面

从图1中可以看出，板料拉延成形时是在凸筋和凹槽之间的间隙中流动，依次通过1～6处，并在这些地方发生弯曲和反弯曲。当金属流过拉延筋时，在筋和槽的肩部出现弯曲和展平效应，产生一个阻力，当金属滑过筋和槽的肩部时，产生一个摩擦力。这样，拉延筋对金属的流动阻力为上述两个阻力之和。

为了使材料能流过拉延筋，所施加的拉深力必须大于拉延筋阻力。还将在垂直方向产生一个分里，使得压边圈有上抬的倾向，所以必须施加一个压边力En来阻止压边圈被抬起。但在有些情况下，压边圈和拉延筋并非都直接同时作用于坯料。如压料面和凹模支承面之间的间隙大于板厚，这样压边圈并没有直按压住坯料。在这种情况下，约束阻力仅由拉延筋产生，这将更加易于控制金属流动。在胀形中，坯料被牢牢地压住，不允许有金属流动，这时需要一个“锁死的”拉延筋以保证足够的阻力。基于以上机理，我们得出影响拉延筋拉延过程的因素有：

⑴拉延筋的几何形状；

⑵板料厚度和性能；

⑶拉延速度；

⑷接触面的摩擦力；

⑸压边力。

这些因素中最好控制的就是拉延筋的几何形状和压边力。

拉延筋的设计原则

⑴在实际设计拉延筋时主要是根据材料流入里，选定拉延筋形式：流入里为0～5mm时，选用阶梯形筋或方筋；流 入里为5～30mm时，选用半圆筋；流入里为30mm以上时，选用单或双半圆筋。

⑵预估拉延筋断面的圆角半径R、倾角、凹模半径R等尺寸，计算各部压边力总和。

直边部分：压边力=通过拉延筋的阻力+通过凹模圆角的阻力+压边面摩擦阻力。

转弯部分：压边力=通过拉延筋的阻力+拉深时法兰的变形阻力+压边面摩擦阻力。

⑶检测上述压边力是否不低于拉延筋成形力。拉延筋成形力必须大于板料流动时通过拉延筋的阻力，否则拉延过程不稳定或无法正常生产。

拉延筋的局限性

作为冲压成形的控制方法，拉延筋并不是唯一的措施。在实际生产中必须根据零件的几何形状及精度要求等方面的情况灵活地采取各种不同的方法解决其成形的问题。

⑴必须依赖于足够的压边力才能使拉延筋起作用。当压边力不足时，在压边圈与凹模面接触的过程中，拉延筋自身成形不足，不仅不能增加材料流动的阻力，反而随着材料向里流动，凸圆面将产生皱纹，皱纹产生的阻力及皱纹通过筋时的反作用力会导致压边圈上浮，皱纹还将拉毛模面。因此，使拉延筋起作用的必须条件是：

1）初始压力足以使筋成形；

2）在生产过程中的压边力要有足够的富裕里，防止出现气压不足或波动时引起压边力不足，使凸圆面不被抬起，拉延筋要始终保持良好的成形性。

⑵覆盖件成形过程中的起皱、未充分拉深等问题不能通过简单的增加拉延筋的条数来解决。虽然增加拉延筋能提升材料阻力，但当材料没有得到足够的塑性变形时，这样就不能保证覆盖件的刚性，极易引起覆盖件的早期损坏甚至破洞。

⑶拉延筋阻力大小尚无准确的里的计算，国内外有多种计算拉延筋阻力的方法。通常的做法是采用等效拉延筋模型将拉延筋复杂的几何形状抽象化为一条能承受一定约束力的附着在模具表面的拉延筋线。

拉延筋生产实例

我公司某款车前围板在生产过程中出现开裂问题，如图2所示。

图2 前围板开裂

经现场确认过开裂部位板料已走过拉延筋，板料走料速度过快，在超过其应力后被拉裂。经反复观察，发现是由于制件造型问题，导致开裂部位拉延阻力不均，在矢里上板料受力不平衡，形成材料失稳开裂。

开裂分析：经现场确认在板料成形后已流入拉延筋，开裂形状成撕裂状，说明开裂部位受水平矢里拉力为主。在观察拉延筋后发现前期设计为通筋，如果加大拉延阻力会造成拐角部位开裂，所以拉延筋未能很好地控制板料在成形过程中的流动速度，因此判断为拉延筋所产生的材料成形阻力不足，导致材料局部流动速度过快，板料得不到有效的补充，最终造成制件开裂。

解决方案：通过在毛坯周围布置不同的拉延筋可以改变坯料各部分变形速度，避免在其成形过程中出现拉裂和起皱。经对模具拉延筋进行重新设计，将连续筋改为断筋，同时在开裂部位前加双筋，消除了开裂现象。

结束语

本文只是简单地对拉延筋进行了探讨，影响汽车覆盖件冲压成形质里的因素是多方面的，它不仅涉及到冲压工艺、模具结构、模具制造、模具表面处理、材料润滑、生产设备、生产管理等，而且还需在软件分析的前提下综合考虑车身造型、外形设计等。拉延筋作为保障覆盖件冲压成形质里的一项重要的因素，在许多复杂零件的冲压成形中起着举足轻重的作用。在汽车覆盖件成形过程中，通过在毛坯周围布置不同形状的拉延筋可以改变坯料各部分变形速度，避免在其成形过程中出现拉裂和起皱。