CN100551576C - 形成结构构件的方法 - Google Patents

Abstract

一种形成结构构件的方法，包括：提供具有纵轴以及垂直于所述纵轴的非圆形截面的管状构件，所述非圆形截面由管状金属壁形成；提供具有模具表面的模具；将所述管状构件定位于所述模具内；提供管状电磁释放元件，此元件具有纵轴以及壳，该壳带有垂直于所述纵轴的非圆形截面，且所述壳具有多个间隔件；把所述电磁释放元件插入所述管状构件内，所述壳的非圆形截面仿形于所述管状构件的非圆形截面并与之相对应，其中所述间隔件与所述管状构件的内表面接合，将所述电磁释放元件定位在所述管状构件内；和开启所述电磁释放元件使得所述管状构件的壁压到所述模具表面。

Description

形成结构构件的方法

[0001]本申请要求申请于2002年5月28日的美国专利申请10/154,930的优先权，以此将整个该申请引入本申请中。

技术领域

[0002]本发明涉及机动车辆制造。更具体地说，本发明的示意性实施例涉及制造液压成形结构构件的方法及设备，它们可用于机动车辆框架制造。

背景技术

[0003]结合有一个或者更多个液压成形构件的机动车辆的框架制造是公知的。一个液压成形的框架构件在液压成形到它的最终形状以后可以被进一步加工或者“精加工(finished)”。精加工可以通过例如激光切割来实现。然而，激光切割费时而且昂贵。

发明内容

[0004]本发明可以具体化为一种形成结构构件的方法，此方法包括提供一具有管状金属壁的毛坯，通过一定的方法，液压成形毛坯来形成一个液压成形的构件，此方法包括：提供一个液压成形的模具，该装置具有由液压成形模具表面确定的液压成形型腔，安放毛坯与液压成形模具使得毛坯位于液压成形型腔内，并且往毛坯的内部提供高压流体使得毛坯的壁往外扩张与液压成形模具表面吻合，且通过一种方法向液压成形构件提供电磁能，该方法包括：提供具有另一表面的另一个模具，把液压成形构件的壁放置在第二个模具表面与一个具有非圆形截面的电磁释放元件之间，并且开启电磁释放元件使得液压成形构件的金属壁压到第二个模具的表面。

[0005]本发明也可以具体化为一种形成结构构件的方法，此方法包括提供一个具有纵向轴的管状构件，此构件有垂直于纵向轴的非圆形截面，截面由管状金属壁组成，提供一个具有模具表面的模具，在模具内安放管状构件，提供一个具有纵向轴以及垂直于纵向轴的非圆形截面的管状电磁释放元件，把非圆形电磁释放元件插入管状构件中，电磁释放元件的非圆形截面与管状构件的非圆形截面相对应；并且开启电磁释放元件使得管状构件的壁压到模具的表面。

[0006]本发明也可以具体化为一种形成结构构件的方法，此方法包括提供一个具有纵向轴的构件，此构件有垂直于纵向轴的非圆形截面，截面由管状金属壁组成，电磁释放元件通过一定的方法在构件内形成一个孔洞，此孔洞完全地穿透管状金属壁，此方法包括：提供一个具有模具表面的模具，模具表面有一个开口，把管状金属壁安放在电磁释放元件与模具表面之间，并且开启电磁释放元件使得管状金属壁压到模具的表面以及开口因而形成孔洞。

[0007]下面对图示实施方式、相应附图以及所附权利要求的详细说明可使本发明的其他方面、特征及优点更明显。

附图说明

[0008]图1是一个依据本发明的示意性实施例的电磁模具；

[0009]图2是依据本发明的一个实施例由毛坯制造示例性成品(finished)液压成形构件的若干阶段；

[00010]图3是沿图1中线3-3的一个截面；

[00011]图4和5是沿图3中线4-4的一个截面视图，图示了使用电磁模具来形成孔洞的方法，此孔洞完全贯穿液压成形构件的金属壁；

[00012]图6和7是分别与图4和5类似的截面图，除了该方法是用电磁模具来形成液压成形构件金属壁的端部；

[00013]图8和9是分别与图4和5类似的截面图，除了该方法是用电磁模具来对液压成形构件的壁部进行成形以形成金属壁内的突起部分；以及

[00014]图10和11是分别与图4和5类似的截面图，除了该方法是用电磁模具来同时形成液压成形构件的孔洞，突起部分，以及修剪液压成形构件金属壁的尾端部分。

具体实施方式

[00015]本发明整体上涉及利用电磁能来形成可用于例如制造机动车辆的结构构件的设备和方法。本发明的方法可利用一个或多个电磁释放模具移动工件的金属材料壁紧靠所述模具的模具表面，从而对工件进行修剪、刺穿和/或造型。本发明的这些方法和设备可以被用来对具有开口横截面例如一开口横截面的液压成形构件，或闭合横截面例如管状的液压成形构件的结构构件(structural member)进行修剪、刺穿和/或改变形状。根据本发明的方法，也可以对其它开口截面和闭合截面的结构进行加工。

[00016]图1是电磁模具组件10的一个示意性实施例，它可以用来加工或者精加工(例如，修剪，刺穿和/或改变其形状)形式可以是管状液压成形构件12的工件。电磁模具组件10包括模具14和电磁释放元件16。构件12需要加工的部分被放入模具14内，并且电磁释放元件16被插入构件12中，使得构件12的壁位于模具14的型腔表面与电磁释放元件16之间。当电磁释放元件16被开启时，构件12的金属壁推压到靠模具14的型腔表面。可以通过构造模具14的表面来修剪、刺穿和/或改变液压成形构件12的壁的形状。相对于现在正在使用的精加工方法，使用电磁模具来加工液压成形构件12迅速且便宜。使用依据本发明原理的电磁模具，减少或者消除了使用更昂贵和/或更费时的方法来加工液压成形构件12的需要，例如使用激光切割。依据本发明的电磁模具，也可以用来制造迄今为止不具备商业可行性的具有复杂三维形状的结构构件。

[00017]通常，通过把一个管状金属毛坯15放入液压成形模具中(未显示)，并对毛坯15的内部施加一高压流体来制造管状液压成形构件。毛坯被放入液压成形模具的第一半内，液压成形模具的第二半放在毛坯之上并且位于第一半模具的上方。液压成形流体注入毛坯的每一端。流体使得毛坯15的金属壁向外扩张直到与模具的模具表面吻合，从而，毛坯15永久地呈现了由型腔的形状所决定的新形状这样形成液压成形构件12模具。毛坯15可以具有均匀的圆形截面，而液压成形构件14可以具有非均匀且非圆形的截面。在如普通授权给Jaekel及其他人的美国专利No.6092865中公开有管状液压成形的细节，此处引入全文作为参考。

[00018]在许多场合都会用到管状液压成形的构件，例如，结构构件如用于机动车辆框架结构的柱子以及侧轨。如图2所示，液压成形构件12首先被液压成形，然后，从液压成形模具移走后，它可以被修剪，刺穿和/或造型，以形成位于尾端部分的一个或者多个凹槽或者切口18、19，并穿孔形成一个或多个贯穿其内壁部分的开口20、21、22，和/或改变构件12壁部分的形状以形成不同的结构例如壁上的突起23或者凹处(未显示)。可以构造和操作电磁模具组件10单独或组合形成这些示例性的结构特征18-23中的任一类型。

[00019]如图1和3所示，电磁模具组件10的模具14分别包括第一个模具半块26和第二个模具半块28。液压成形构件12被放入第一个模具半块26内，第二个模具半块28放在液压成形构件12之上并且位于第一个模具半块的26上方。第一个模具半块26与第二个模具半块28配合形成型腔30。电磁释放元件16放入液压成形构件12内部以使液压成形构件12的壁位于型腔30的模具表面32与电磁释放元件16之间。型腔30圈起了液压成形构件12要被加工的部分。液压成形构件12由导电材料例如钢制成。模具14含有相对于导电材料阻抗很大的插入物。插入物不导电而且会吸收元件16在释放期间的电磁脉冲。适合用来制成插入物的材料有例如不锈钢和陶瓷。

[00020]电磁释放元件16可以包括装在壳36内的导电线圈34。壳36包括许多间隔件，这些间隔件可以帮助电磁释放元件定位于和/或安装在液压成形构件12的内部(图3)。线圈34与电源38相连，该电源提供加工操作所需要的电能。电源38可以包括例如电容器，电容器放电以激励线圈34。电磁释放元件16放在液压成形构件12的管状内部使电磁释放元件沿液压成形构件12的部分长度定位，并使电磁释放元件16放在腔30之内。模具组件10和电磁释放元件16可以采用各种材料以及电路，如在Harvey等的美国专利Nos.2976907和Cherian等的美国专利5353617所公开的，此处分别引入每个专利的完全公开文本作为参考。

[00021]液压成形构件12被放入型腔30的部分具有一非圆形的截面。电磁释放元件16的截面也不是圆形的，它的形状与其内安装该元件的管状构件12的非圆形截面很接近且对应。当开启电磁释放元件16时，电源38产生电流流过电磁释放元件16的线圈34，产生一个电磁场。线圈34产生的电磁场的形状部分地取决于线圈34的形状。因此，构造线圈34的形状使得它产生的电磁场的形状与液压成形构件12将要加工部分的非圆形形状相对应。从图3可以理解电磁释放元件16的形状和其内安放此元件的液压成形构件12的部分的形状是紧密对应的。在开启电磁释放元件16以前，电磁释放元件16的间隔件37可以与液压成形构件12的内表面通过干涉配合相接合，以将电磁释放元件16安置在液压成形构件12内部。

[00022]线圈34产生的磁场引起液压成形构件12内的电流，此电流会产生另一个磁场。这些磁场之间的相互作用引起位于型腔30内的液压成形构件12的金属壁部分高速向外扩张，与腔30的壁表面32相符合。如下文描述，腔30的壁表面32可根据需要进行构造以提供修剪、刺穿和/或改变液压成形构件12壁部分形状的合适结构。本领域一般都知道如何利用电磁脉冲来移动导电材料使之与模具的表面接触。该操作的细节不在此深入讨论，在例如美国专利Nos.2976907和5353617已经描述过，此处引入全文作为参考，如上述阐述。

[00023]一特定电磁模具组件的型腔内表面的形状和结构决定了液压成形构件12完工后截面的形状和结构。因此，一特定型腔的内表面可以具有许多不同的构造。

[00024]因此，液压成形构件12被制造得与最后形状及结构相接近，但是它的尺寸合适可以放入模具14内。制造电磁释放元件的形状与结构使得它可以合适地安放在所述液压成形构件14内并与其非圆形截面相配合，不管什么样的形状与结构。因此，模具14、液压成形构件12以及电磁释放元件16的形状与结构相互关联，且依赖于液压成形构件12所期望的最终形状、尺寸与结构。

[00025]例如图4和5是电磁模具组件的第一个模具半块40的示意性实施例，恰当地制造此半模具使其可以完全地穿透在电磁模具内加工的液压成形构件42的壁部分。第一个模具半块40的型腔46的表面45上形成有一处开口44。在加工之前，构件42被插入型腔46内，并且电磁释放元件16被插入液压成形构件42内部。

[00026]图4显示了加工之前的模具半块40、液压成形构件42和电磁释放元件16。构件42的部分壁43可以与模具半块40(如图所示)的表面接触定位，或者，也可以与腔表面45彼此间隔。通过开启电磁释放元件16来加工液压成形构件42。开启电磁释放元件16使得管状的金属壁43迅速向外扩张并压到模具表面45和开口44。当受到磁场作用时，高速扩张的壁位于开口44内的一部分50被切断，该磁场移动壁使它与型腔表面高速接触，足以使壁43的一部分50在加工中被切割并被移走，形成加工后的液压成形构件42中的穿透开口52。穿透开口52的尺寸、形状以及位置与型腔上的开口44的尺寸、形状以及位置相对应。

[00027]图6和7是电磁模具的第一个模具半块60的示意性实施例，恰当地制造使其可以剪去在电磁模具内加工的液压成形构件64的壁62的端部。第一个模具半块60的型腔70的表面68上形成有凹陷部66。在加工之前，构件64被插入型腔70内，并且电磁释放元件16被插入液压成形构件64内部。

[00028]图6显示了加工之前的模具半块60、液压成形构件64和电磁释放元件16。构件64的壁部分62可以与型腔70的表面68接触定位，并且与凹陷部66的表面76彼此间隔。开启电磁释放元件16使得管状的金属壁62迅速向外扩张，从而，壁62向外扩展并压到模具表面68、76。高速扩张的壁62的边缘部分78被型腔70表面76的边缘部分80剪切，这样壁62的一部分78在加工中被切割并被移走，从而切出液压成形构件64的端部。

[00029]图8和9是电磁模具的第一个模具半块82的示意性实施例，恰当地制造使其可以改变液压成形构件88壁部分84的形状。在此范例中，壁部分84的形状被改变以形成液压成形构件88金属壁上的突起86，不过，这个范例，如同其它的几个范例，只是示例性的，并不限制发明的使用范围。例如，根据发明原理可以在构件壁上形成凹陷部或者作出其它的形状改变。在此范例中，在第一模具半块82型腔94的表面92上形成一凹陷部90。在如图8所示的加工之前，构件88被插入型腔94内，并且电磁释放元件16被插入液压成形构件88内部。

[00030]图8显示了加工之前的模具半块82、液压成形构件88和电磁释放元件16。构件88的壁部分84可以与型腔94的表面92接触定位。壁84在凹陷部90附近的部分与表面100彼此间隔，表面100定义了开启电磁释放元件16前的凹陷部90。开启电磁释放元件16使得管状的金属壁84迅速向外扩张直至与模具表面92、100一致。构件88的壁84的部分扩张到凹槽90内形成一突起86。突起86可以形成例如偏置垫(offsetpad)，用来安装铰链或者车架的其它结构。可以理解，可以附加地或者选择地使用这种液压成形构件的造型方法，来增加或者减少管状构件的端部或中间部分的半径，和/或改变管状或非管状构件的形状。

[00031]可以制造和操作依据本发明的电磁模具在单个加工过程中，进行完成工序例如修剪(除去管状或非管状构件的边缘壁部分)、穿透(除去管状或非管状构件的内壁部分)、和/或造型(改变管状或非管状构件的边缘和/或内壁部分的形状)等的任意组合。图10和11是电磁模具组件108其一部分的示意性实施例，此装置可以在一个加工操作中对管状构件115进行修剪、穿透和造型。图10和11显示了电磁模具组件108的第一个模具半块108，包括适于穿透的洞110(与洞44类似)，适于修剪的凹陷部112(与凹陷部66类似)，适于对液压成形构件116的壁部分115进行造型的凹陷部114(与凹陷部90类似)。在加工之前，如图10所示，构件116被插入电磁模具的型腔118内，并且电磁释放元件16被插入液压成形构件116的内部。开启电磁释放元件16使得管状的金属壁115迅速向外扩张与模具表面一致，同时，剪切边缘壁部分124、除去内部壁部分126以及改变凹陷部114内的壁部分115的形状。

[00032]这样，尽管参考有限的若干实施例对本发明进行了公开和描述，但是显然，在不背离本发明的主旨和范围的情况下可以作出变体或修改，本领域普通技术人员可能会作出各种修改。因此，下面的权利要求意图覆盖其各种修改、变体以及等同替换。

Claims (7)

1.一种形成结构构件的方法，包括：

提供具有纵轴以及垂直于所述纵轴的非圆形截面的管状构件，所述非圆形截面由管状金属壁形成；提供具有模具表面的模具；将所述管状构件定位于所述模具内；提供管状电磁释放元件，此元件具有纵轴以及壳，该壳带有垂直于所述管状电磁释放元件的纵轴的非圆形截面，且所述壳具有多个间隔件；把所述电磁释放元件插入所述管状构件内，所述壳的非圆形截面仿形于所述管状构件的非圆形截面并与之相对应，其中所述间隔件与所述管状构件的内表面接合，将所述电磁释放元件定位在所述管状构件内；和开启所述电磁释放元件使得所述管状构件的壁压到所述模具表面。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在插入所述电磁释放元件之前，所述管状构件通过液压成形。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电磁释放元件是一个安装在所述壳内的电磁释放线圈。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的开启所述电磁释放元件使得所述管状构件的壁压到模具表面的步骤导致移除所述管状构件的端部。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的开启所述电磁释放元件使得所述管状构件的壁压到模具表面的步骤导致对所述管状构件进行下列加工，此加工可以选自包括切割端部、形成孔洞和形成突起的集合。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述液压成形包括：

提供液压成形模具组件，此模具组件具有由液压成形模具表面限定的液压成形型腔，对毛坯以及液压成形模具组件进行定位使得所述毛坯位于所述液压成形型腔内，和向所述毛坯内部提供高压流体以使所述毛坯的壁往外扩张到与所述液压成形模具表面相符合。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述插入所述管状构件的步骤包括将所述电磁释放元件沿所述构件的仅仅一部分的长度定位。

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