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技术领域

本发明涉及一种冲压模具技术，尤其涉及一种带双上压料的拉延模结构及利用该 结构的冲压方法。

背景技术

汽车覆盖件具有总体尺寸大，相对厚度小、形状复杂、轮廓内部带有局部形状等 结构特点，拉延模是能够快速实现产品大部分复杂特征一次到位的有效冷冲压加工工 艺。

对于汽车车门内板窗框腰线部位密封面这种弧度变化大，且窗框高度差较大的结 构，采用传统拉延模具拉延时窗框腰线部位密封面区域的板料与产品接触不一致，导 致板料发生聚拢从而产生起皱甚至叠料。

针对窗框弧度变化急剧且窗框高度差较大结构的汽车尾门内板，采用传统拉延模 结构，进行拉延后尾门窗框腰线部部产生起皱叠料缺陷。此成形缺陷即使采用后续整 形强压等冲压工艺都无法消除与改善，不仅浪费大量调模、修模时间，还增加模具开 发成本，影响产品交样进度，甚至影响整车上市时机，造成的经济损失巨大。

因此，亟需开发一种新型结构的拉延模。通过该新型拉延模，使所有具有弧度变 化大，且窗框高度差较大的结构的汽车门内板或类似结构的零件都可以避免在拉延时 产生起皱叠料的成形缺陷。

发明内容

本发明开发一种新型结构的拉延模具及利用该结构的冲压方法，应用于冲压模具 领域的适用于汽车各种门内板或类似结构的零件的拉延模结构，尤其适用于窗框腰线 部位弧度较大的门内板零件的拉延模设计，该结构的拉延模具能够解决汽车门内板或 类似结构的零件冲压过程中窗框腰线部位密封面的起皱叠料问题，从而保证零件的成 形性及产品外观质量。

本发明的技术方案是提供一种带双上压料的拉延模结构，包括上模和下模，其特 征在于：

上模包括上模座、凹模、第一上压料板、第二上压料板、弹簧或氮气缸以及限位 螺钉；

上模座连接在冲压机床的上滑块上，由上滑块驱动上模座往±Z向运动；凹模通 过紧固件连接在上模座上，通过上模座带动在冲压过程中运动方向也为±Z向，二者 运动保持一致；

限位螺钉固定在上模座上，与上模座运动保持一致；第一上压料板、第二上压料 板通过限位螺钉连接在上模座上，第一上压料板、第二上压料板的行程ST3由限位螺 钉限制，第一上压料板、第二上压料板与限位螺钉存在±Z向的相对运动；

弹簧或氮气缸卡在上模座与第一上压料板、第二上压料板之间，当第一上压料板、 第二上压料板相对限位螺钉发生+Z向运动时，弹簧或氮气缸被压缩，压力逐渐增大， 产生的压力施加到第一上压料板、第二上压料板上；当第一上压料板、第二上压料板 相对限位螺钉发生-Z向运动时，弹簧或氮气缸被还原，压力逐渐减小至初始状态；

下模由凸模、压边圈及下模组成，其中，凸模通过紧固件固定在下模座上，下模 座固定在冲压机床工作面上，冲压过程中一直处于静止状态；压边圈通过冲压机床下 滑块驱动顶杆，使压边圈在冲压过程中的运动方向为±Z向。

本发明的有益效果是：

(1)该新型带双上压料板拉延模具可以有效避免汽车钣金件在拉延过程中产生 起皱的成形缺陷，减少拉延模调试次数及难度，减少后序此区域的整形工序，降低模 具制造成本，缩短模具开发周期。另由于此区域为门密封面，此新型拉延模具提升零 件的密封面质量，从而提升汽车车门的密封性。

(2)本发明中，针对存在高低变化急剧、弧度较大等特征的汽车钣金件，如汽 车门内板(前门内板、后侧门内板、尾门内板)窗框腰线部位密封面，采用传统拉延 模结构进行冲压时会产生起皱甚至叠料的成形缺陷，一旦产生起皱甚至叠料成形缺 陷，后工序都无法消除。这种带双上压料板的新型拉延模结构，可以在材料发生起皱 之前，通过上压料板与凸模将易发生起皱区域的板料压紧，阻止材料发生聚拢，有效 避免门内板窗框腰线部位密封面的起皱产生。

附图说明

图1为传统拉延模具结构的下死点状态；

图2为传统拉延模具结构的上死点状态；

图3为传统拉延模具结构的压边圈闭合状态；

图4为某汽车门内板冲压有限元模型；

图5仿真产生起皱趋势时刻的板料；

图6产生起皱趋势时刻的有限元模型；

图7为存在起皱区域的范围图

图8为调整后的仿真模型的上死点状态；

图9为调整后的仿真模型的压边圈闭合状态；

图10为调整后的仿真模型的上压料板闭合状态；

图11为调整后的仿真模型的下死点状态；

图12为冲压过程仿真模拟的板料状态；

图13为带双上压料板拉延模的拉延模上死点；

图14为上压料板放大图；

图15为带双上压料板拉延模的压边圈闭合；

图16为带双上压料板拉延模的上压料板闭合状态；

图17为带双上压料板拉延模的下死点状态；

图18为上压料板下死点放大图；

图19为带双上压料板拉延模的开模状态；

图20为带双上压料板拉延模的顶件状态。

其中：1-上模座，2-凹模，3-第一上压料板，4-第二上压料板，5-压边圈，6-凸 模，7-下模座，8-顶杆，9-弹簧或氮气缸，10-限位螺钉，11-板料。

具体实施方式

以下将结合附图1-20对本发明的技术方案进行详细说明。

传统拉延模结构及其实施过程：如图1所示，其中，传统拉延模是由上模、下模 组成，其中上模由上模座1及凹模2组成，上模座1与凹模2通过紧固件连接，通过 冲压机床上滑块驱动在冲压过程中运动方向为±Z向，二者运动保持一致，且凹模是 整体式结构；下模由凸模6、压边圈5及下模座7组成，其中，凸模6通过紧固件固 定在下模座7上，冲压过程中一直处于静止状态；压边圈5通过冲压机床下滑块驱动 顶杆8，使压边圈5在冲压过程中的运动方向为±Z向。

拉延包括三个状态：上死点、压边圈闭合、下死点。拉延的实施过程为：上死点 状态——>压边圈闭合状态——>下死点状态。

1)上死点状态

如图2所示为模具的上死点状态，压边圈5通过顶杆8的驱动往+Z向运动到最 上点，行程为ST2；上模座1由冲压机床上滑块驱动往+Z向运动，凹模2随上模座1 往+Z向运动到最上点，行程为ST1。此时板料11为平板，放置于压边圈上。

2)压边圈闭合状态

如图3所示为模具的压边圈闭合状态，压边圈5由顶杆8支撑保持不动；上模座 1由冲压机床上滑块驱动往-Z向运动，凹模2随上模座1往-Z向运动至与压边圈5 闭合，行程为ST1-ST2。此时，板料11被凹模2与压边圈5压紧。

3)下死点状态

如图1所示为模具的下死点状态，由冲压机床上滑块驱动上模座1往-Z向运动， 凹模2随上模座1向-Z向运动，迫使压边圈5向-Z向同步运动，直至凹模2与凸模 6闭合，行程为ST2。此时，凹模2与压边圈5处于闭合状态，凹模2与凸模6也处 于闭合状态，而板料也由平板状态变成了产品型面的状态。

拉延过程中汽车车门内板窗框腰线部位密封面起皱的主要原因是由于产品弧度 变化大，且窗框高度差大，拉延时板料与产品接触不一致，导致板料发生聚拢从而产 生起皱甚至叠料。为了避免类似汽车车门内板窗框处弧度变化大、高度差大的结构零 件在拉延过程中产生起皱，本发明通过有限元冲压仿真方法进行模拟分析，从仿真过 程中确认产生起皱趋势的时刻，以及明确发生起皱的区域，依据仿真结果局部调整发 生起皱区域的仿真模型，重新进行模拟分析，直至起皱消除。依据冲压模拟分析优化 后的仿真模型，设计出一种带双上压料板的拉延模结构，利用该拉延模结构进行冲压 可以有效解决起皱问题。

(1)有限元冲压仿真及优化方法

通过有限元冲压仿真确认起皱区域，以确认上压料板区域；通过仿真确认起皱起 始时间，以确认上压料板行程；通过仿真计算压料板力大小，以确认氮气缸或弹簧规 格；

a)建立冲压有限元模型

以某汽车门内板为例，通过已有的拉延工艺面建立有限元冲压模型，包括工具凹 模2、凸模6、压边圈5以及板料11，如图4所示为有限元模型的上死点状态，各工 具的行程如图所示，凹模2的行程为ST1，压边圈5的行程为ST2。

b)冲压过程模拟分析

按照实际冲压过程进行模拟计算，各工具由上死点状态—>压边圈闭合状态->下 死点状态。

查看仿真过程，如图5所示，可以获得板料发生起皱趋势的时刻；图6为产生起 皱趋势时刻的有限元模型，从断面A-A可以看出，在凹模2与凸模6闭合距离相差 ST3时，板料存在轻微鼓包，即为发生起皱趋势的时刻。

查看仿真过程，可以获得板料发生起皱的最大范围，如图7所示，圈中区域为存 在起皱区域的范围，部分板料甚至发生严重叠料。

c)调整发生起皱区域的仿真模型

依据b)的仿真结果，可以将凹模2中存在起皱的区域分割出来，作为第一上压 料板3、第二上压料板4的工作型面，同时，定义第一上压料板3、第二上压料板4 的行程为ST3，即第一上压料板3、第二上压料板4相对于凹模2往-Z向移动的距离， 图8为调整后的仿真模型的上死点状态。

d)仿真优化

采用调整后的仿真模型再次进行模拟计算，主要包括以下几个步骤：

①各工具由上死点状态(如图8所示)开始工作，凹模2以一定的速度匀速向 -Z向运动，第一上压料板3、第二上压料板4跟随凹模2一起向-Z向运动，压边圈5 及凸模6保持静止，直至压边圈闭合状态(如图9所示)；

②各工具由压料板闭合状态继续进行工作，凹模2以一定的速度匀速向-Z向运 动，第一上压料板3、第二上压料板4跟随凹模2继续向-Z向运动，凸模6保持静止， 此时对压边圈5施加+Z向的支撑力即压边力F1，压边圈5在凹模2的驱动下克服压 边力F1，也跟随凹模2向-Z向运动，板料在凹模2与压边圈5间被压紧，使板料流 动速度受限，直至第一上压料板3、第二上压料板4与凸模6闭合，此状态称为上压 料板闭合状态(如图10所示)；

③各工具由上压料板闭合状态继续工作，凹模2仍以一定的速度匀速向-Z向运 动，压边圈5在凹模2的驱动下，继续克服压边力跟随凹模2向-Z向运动，板料在 凹模2与压边圈5间被压紧，使板料流动速度受限，凸模6保持静止，而此时对第一 上压料板3、第二上压料板4施加-Z向的正压力F2，该区域的板料在第一上压料板3、 第二上压料板4与凸模6间被压紧，直至各工具达到下死点状态(如图11所示)。

此过程较传统的冲压过程，新增了上压料板闭合状态，也是本发明的重点之处， 第一上压料板3、第二上压料板4与凸模6闭合后，在第一上压料板3、第二上压料 板4施加-Z向的正压力F2，该区域的板料在第一上压料板3、第二上压料板4与凸 模6间被压紧，从而使得之前容易产生板料聚拢的区域无法发生板料聚拢，从而有效 避免了起皱的产生。

图12为冲压过程仿真模拟的板料状态，左图为上压料板闭合时的板料状态，右 图为下死点的板料状态，从图中可以看出板料仅存在轻微波纹，不存在明显起皱。

(2)带双上压料板的拉延模结构

依据冲压模拟分析及优化后的仿真模型，设计一种带双上压料板的拉延模结构。 如图13所示，本拉延模结构的特点在于依据冲压仿真模拟分析可以获得板料发生起 皱的最大范围，将凹模2中起皱的区域分割出来，作为第一上压料板3、第二上压料 板4的工作型面；依据仿真模拟分析可以获得产生起皱趋势的时刻，从而确定第一上 压料板3、第二上压料板4的工作行程ST3；依据仿真优化分析可以获得施加到第一 上压料板3、第二上压料板4的压力大小F2，从而有效避免起皱产生。

如图13所示，本发明所述带双上压料的拉延模结构，包括上模和下模；

上模包括上模座1、凹模2、第一上压料板3、第二上压料板4、弹簧或氮气缸以 及限位螺钉10。

上模座1连接在冲压机床的上滑块上，由上滑块驱动上模座1往±Z向运动；凹 模2通过紧固件连接在上模座1上，通过上模座1带动在冲压过程中运动方向也为± Z向，二者运动保持一致。

如图14上压料板放大图所示，限位螺钉10固定在上模座1上，与上模座1运动 保持一致；第一上压料板3、第二上压料板4通过限位螺钉10连接在上模座1上， 其行程ST3由限位螺钉10限制，与限位螺钉10存在±Z向的相对运动。

弹簧或氮气缸9卡在上模座1与第一上压料板3、第二上压料板4之间，当第一 上压料板3、第二上压料板4相对限位螺钉10发生+Z向运动时，弹簧或氮气缸9被 压缩，压力逐渐增大，产生的压力施加到第一上压料板3、第二上压料板4上；当第 一上压料板3、第二上压料板4相对限位螺钉10发生-Z向运动时，弹簧或氮气缸9 被还原，压力逐渐减小至初始状态。

下模由凸模6、压边圈5及下模座7组成，其中，凸模6通过紧固件固定在下模 座7上，下模座固定在冲压机床工作面上，冲压过程中一直处于静止状态；压边圈5 通过冲压机床下滑块驱动顶杆8，使压边圈5在冲压过程中的运动方向为±Z向。

本发明提供了一种带双上压料板拉延模的冲压方法，其实施步骤如下：

步骤1、带双上压料板拉延模的上死点状态

如图13所示，为带双上压料板拉延模的上死点状态。上模座1连接在冲压机床 的上滑块，由上滑块驱动上模座1往+Z向运动；凹模2随着上模座1往+Z向运动到 最上点，行程为ST1；

如图13所示，第一上压料板3、第二上压料板4由限位螺钉10连接在上模座上， 由固定在上模座上的限位螺钉10限制其行程ST3，ST3即第一上压料板3、第二上压 料板4相对凹模2往-Z向移动的距离；

弹簧或氮气缸9卡在上模座及第一上压料板3、第二上压料板4之间，处于初始 状态；压边圈5通过冲压机床顶杆8驱动往+Z向运动到最上点，行程为ST2；

此时板料为平板，放置于压边圈5上。

步骤2、带双上压料板拉延模的压边圈闭合状态

如图15所示，为带双上压料板拉延模的压边圈闭合状态。模具从上死点状态开 始，上模座1由冲压机床的上滑块驱动往-Z向运动，同时带动凹模2、第一上压料板 3、第二上压料板4、弹簧或氮气缸9、限位螺钉10往-Z向运动，当凹模2往-Z向运 动至与压边圈5闭合时，压边圈5通过冲压机床顶杆8提供的+Z向支撑力即压边力 F1保持静止，板料11被凹模2与压边圈5压紧，此状态即为压边圈闭合状态。

步骤3、带双上压料板拉延模的上压料板闭合状态

如图16所示为带双上压料板拉延模的上压料板闭合状态。模具从压边圈闭合状 态开始，上模座1由冲压机床的上滑块驱动继续往-Z向运动，同时带动凹模2、第一 上压料板3、第二上压料板4、弹簧或氮气缸9、限位螺钉10往-Z向运动；凹模2 克服冲压机床顶杆8施加在压边圈5的+Z向支撑力即压边力F1，驱使压边圈5随着 凹模往-Z向运动，板料11被凹模2与压边圈5压紧同时往-Z向运动，当第一上压料 板3、第二上压料板4往-Z向运动至与一直保持静止的凸模6闭合时，板料11被第 一上压料板3、第二上压料板4与凸模6压住，此状态即为上压料板闭合状态。

步骤4、带双上压料板拉延模的下死点状态

如图17所示为带双上压料板拉延模的下死点状态。模具从上压料板闭合状态开 始，上模座1由冲压机床的上滑块驱动继续往-Z向运动，同时带动凹模2、限位螺钉 10往-Z向运动；而第一上压料板3、第二上压料板4由于已经与一直保持静止的凸 模6闭合，故无法继续向-Z向运动，保持静止状态；如图18为带双上压料板拉延模 的下死点状态放大图所示，卡在上模座1与第一上压料板3、第二上压料板4之间的 弹簧或氮气缸9随着上模座1的-Z向运动而发生Z向的压缩，弹簧或氮气缸9发生 压缩从而产生-Z向的压力F2施加至第一上压料板3、第二上压料板4之上，使易发 生起皱区域的板料被第一上压料板3、第二上压料板4与凸模6压紧，阻止材料发生 聚拢，有效避免起皱产生；凹模2克服冲压机床顶杆8施加在压边圈5的+Z向支撑 力即压边力F1，驱使压边圈5随着凹模往-Z向运动，板料11被凹模2与压边圈5 压紧同时往-Z向运动，直至凹模2与凸模6发生闭合，此状态即为带双上压料板拉 延模的下死点状态，此状态也实现板料11由平板变形为产品形状的拉延件。

步骤5、带双上压料板拉延模的开模状态

板料11变形为产品形状的拉延件后，即模具到达下死点状态后，上模座1由冲 压机床的上滑块驱动往+Z向运动；凹模2、限位螺钉10随着上模座1往+Z向运动； 压边圈5通过调节冲压机床顶杆8的支撑力，使压边圈5保持静止；第一压料板3、 第二压料板4由于自重及弹簧或氮气缸9施加的压力仍保持与凸模6闭合，起到打料 作用，即避免制件随凹模上行；由于上模座1往+Z向运动，而第一压料板3、第二压 料板4保持静止，故卡在凹模座1与第一压料板3、第二压料板4之间的弹簧或氮气 缸9由压缩状态渐渐还原，直至凹模2往+Z向运动行程达到ST3，弹簧或氮气缸9 恢复至其初始状态；此状态即为带双上压料板拉延模的开模状态，如图19所示。

步骤6、带双上压料板拉延模的顶件状态

由开模状态开始，上模座1由冲压机床的上滑块驱动继续往+Z向运动；凹模2、 限位螺钉10随着上模座1继续往+Z向运动；直至第一上压料板3、第二上压料板4 通过固定在上模座1上的限位螺钉10即将离开凸模6随上模座1往+Z向同步运动时， 压边圈5才通过调节冲压机床顶杆8的支持力开始往+Z向运动至行程ST2，将变形为 产品形状的拉延件顶出，图20为带双上压料板拉延模的顶件状态。

尽管参考附图详细地公开了本发明，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的， 并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不 脱离本发明保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。