浅谈桥形件的成形工艺

桥形零件由于其形状像跨越在河流上方的拱桥，中间窄长面为人行通道，两侧似护栏而得名，在冲压行业内属于常见的内板件，一般为加强件。比如汽车的中央通道加强板、拖拉机的机罩盖板加强梁等。

该类零件形状起伏较大，成形性较差。目前主要有两种成形方法：拉延成形和翻边成形，且行业内常用拉延工艺。拉延工艺的优点为零件成形充分，修边后零件回弹较小；缺点为材料利用率较低，前期的拉延面等工艺设计复杂，且模具结构较复杂、成本较高。相对而言，翻边成形工艺的优点为材料利用率较高，工艺设计及模具结构较简单，制造及后期维护成本较低；缺点为零件部分区域成形不充分，可能造成后序修边后零件回弹。在实际应用中需要针对不同零件， 选出最优的成形方案。

中央通道前加强板

零件如图1所示，尺寸为290mm×123mm×174 mm，上下落差达174mm，材质为B280VK，料厚为1mm。

从零件的结构上分析，如果采用成形工艺，以中间长条形状为压料面，采用翻边成形。由于零件端头为斜面，所以压料困难。且两侧支腿斜面夹角为37°，成形时会在顶面形成大量余料，从而形成起皱缺陷。显然采用成形工艺不合适。

而采用拉延工艺，虽然零件的起伏较大，但是由于零件的局部翻边高度都不超过 30mm，所以该零件的拉延性良好。添加工艺补充面后的拉延工艺如图2 所示。经 CAE 分析，压边力设置为 25t，结果如图 3 所示。从图中可以看出端头根部起皱现象已基本消除，仅顶面位置还有起皱趋势。但是，材料厚度中等，在实际生产中抗起皱能力较好。

图 1 中央通道前加强板制件图

图 2 拉延工艺补充后

图 3 CAE 成形性能分析结果

实际生产出来的零件如图4 所示，零件状态较好无明显起皱与回弹现象，与分析结果基本一致， 证明采用该拉延成形方式是合适的，材料利用率为47.01%。零件在检具上检测合格率为 98%。

 

图 4 成品件（左顶面，右侧面）

支架

零件如图5所示，外形尺寸为240mm×114mm×81mm，材质为B410LA，料厚为1.4mm。该零件与中央通道前加强板的零件结构相似，不同的是，该零件顶面比较平缓，两端头较陡，夹角为27°，所以在两端头位置容易聚料起皱。

图 5 支架制件图

采用翻边成形工艺进行成形时，只能以零件底面为压料面，整个一圈侧壁向上翻边，在端头四个端点处材料聚在一起无法流动，导致严重起皱，且无法在后续成形中去除该缺陷。所以，采用翻边成形无法实现。

如图6 所示，以蓝色面为压料面，绿色面为拉延面，采用拉延工艺。制件全部在拉延凸模型面中， 充分延展，材料利用率为 48.3%。进行 CAE 分析， 结果如图 7 所示，起皱趋势与预想一致，主要集中在两端头。实际生产中，由于材料较厚，拉延后如图8 所示，四个端头起皱现象不太明显。后续整形之后，已有起皱基本消除。零件在检具上检测合格率为 99%（图 9）。

图 6 拉延工艺

图 7 CAE 成形性能分析结果

图 8 拉延后半工序件

图 9 零件检具检测

机罩盖板后加强梁

该零件如图10所示，外形尺寸为676mm×159mm×133mm，材料厚度为1.5mm。形状左右对称，两端两个搭接面，要求面差为 ±0.5mm。与前两个零件相比，该零件尺寸较大、顶面及两端头都较平缓。

图 10 机罩盖板后加强梁制件图

采用拉延成形，拉延工艺与前面支架零件相似， 零件全部包在拉延面中，需要大量的工艺补充面。使用翻边成形（图 11）时，以两条分模线中间形状为压料面翻边成形。容易在四个端头造成起皱缺陷。为了消除该缺陷，在两端头各增加一条压料槛，使成形时延缓料向端头处积聚，从而减轻起皱。

图 11 翻边成形工艺

两种工艺对比，拉延工艺可以使零件塑性变形更充分，所以在修边、冲孔之后，制件回弹较小。但是，拉延工艺比较复杂需要做大量的工艺补充面，势必降低材料利用率，使冲压成本增加。而翻边成形工艺中塑性变形较拉延工艺差，在后续修边、冲孔之后，容易出现回弹现象。但是，相对于拉延成形可节省材料、降低成本。

使用CAE 软件进行分析发现，使用压料槛（图12）后，两端头的起皱现象明显消除（图 13）。实际生产出来的零件如图 14 所示，材料利用率达到了68%。成品件如图 15 所示，在检具上检测合格。

图 12 压料槛结构示意图

图 13CAE 分析结果

图 14 成形后状态图

图 15 零件检具检测

虽然翻边成形工艺中零件塑性变形比拉延工艺少，但是零件上的小筋成形充分，有效防止成形后零件的回弹现象。另外压料槛的应用消除了端头的起皱缺陷。最终，使其达到了合格状态。

结论

桥形件作为常见的冲压加强件，采用翻边成形工艺还是拉延工艺，需要根据零件的具体结构进行分析。本文通过对三个典型的桥形件工艺分析对比，总结出该类零件的成形工艺特点，希望对其他类似零件进行工艺策划时有所启发。该类零件从工艺上分析，采用拉延成形工艺，可以使其产生最大区域的塑性变形，防止后续修边后零件回弹。但是，拉延工艺使零件的材料利用率降低到50%以下，对零件的成本控制影响较大。采用翻边成形工艺，材料利用率可以达到约70%，较拉延工艺提高了近 20%。

采用翻边成形工艺可以有效提高材料利用率，但是零件结构应该满足：⑴零件两端头为开放式的，可以增加工艺补充（加压料槛）防止零件起皱。⑵零件的两个支腿角度应尽量平缓，防止中间位置聚料起皱。因为如果支腿较陡，成形时在凹模与顶出器作用下，毛坯料会在中间顶端位置聚集大量材料，从而形成起皱缺陷。