CN101549367A - 弯曲金属构件的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于弯曲金属构件的方法和装置。根据本发明，将工件配置在一对模具和一个脱模模具上，使冲头下降，借此，工件经受弯曲形成盒状。为了减少在弯曲后的内应力产生的拱起，在脱模模具的表面上，使其侧部的降低摩擦区域的宽度大于其中心部的降低摩擦区域的宽度，结果，改进了在加工过程中脱模模具的各个部分的摩擦力分布。

Description

弯曲金属构件的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于通过施加压力来弯曲片状金属构件的方法和装置。

背景技术

以往，通过弯曲片状金属构件获得的部件已经被用于各种领域，例如在复印机、打印机等中使用的导轨。图11A是表示通常使用的弯曲装置在开始弯曲之前的状态下的剖视图，图11A表示将要经受弯曲的片状金属构件(工件)W和通常使用的弯曲装置，所述弯曲装置包括一对模具101a和101b、冲头102和脱模模具103。将工件W以跨在模具101a和101b上的方式配置在一对模具101a和101b上。将脱模模具103在工件W的下方配置在模具101a和101b之间，将冲头102配置在冲头102隔着工件W与脱模模具103对向的位置上。脱模模具103是当工件W被冲头102加压时起着托架作用的构件，并被弹簧构件(未示出)从下方压在工件W上。当冲头102相对于模具101a和101b下降(相对运动)并且工件W被弯曲时，弹簧构件收缩，从而脱模模具103下降。结果，工件W被弯曲成U字形。图11B表示被弯曲成U字形的工件W。

一般地，对于在精密装置中使用的弯曲构件而言，在弯曲脊线方向上，要求高精度的平面度和平直度。然而，在弯曲过程中，对工件W的凹面(在冲头侧)以凸面(在脱模模具侧)分别施加压缩应力和拉伸应力。从而，由于作为弯曲的结果的残留应力的缘故，工件W沿着图11B的箭头A指示的方向拱起。

为了抑制上述拱起的产生，日本专利No.3280733描述了一种结构，在这种结构中，在与弯曲脊线平行的方向上将阴模(脱模模具)分成多块。借助上述结构，各个被分出的阴模能够根据在弯曲过程中在工件W与阴模之间在与弯曲脊线平行的方向上产生的摩擦力移动。从而，能够在释放在弯曲过程中在平行于弯曲脊线的方向上产生的应力的同时进行加工，从而，可以抑制工件拱起。

进而，日本专利申请公开No.2004-074239描述了一种在弯曲的同时、在工件的阴模(脱模模具)侧上形成多个局部变形部(凹部)的方法。借助上述结构，施加到工件的脱模模具侧上的拉伸应力被通过形成局部变形部而施加的压缩应力部分地补偿，从而抑制工件的拱起。

近年来，随同诸如复印机或打印机等精密装置的更高的速度和更高的分辨率一起，要求具有更高精度的平面度和平直度的导轨等。但是，在日本专利No.3280733描述的方法中，应力被分出的阴模的移动逐步释放，从而工件的应力状态对于移动的每个阴模而言显著地变化。因此，应力不能被连续地释放。另外，由于伴随着阴模的移动而进行的机械滑动，对于每个产品，拱起量的变动增大。进而，弯曲装置的结构变得复杂，导致装置的成本增加。

进而，在日本专利申请公开No.2004-074239中描述的方法中，能够抑制工件的拱起量，但是，由于工件的塑性变形而产生的应力增大。另外，该方法局部地起作用，因此，沿着弯曲脊线的应力分布变得极为复杂，导致工件可能变成波浪形或者产生大的局部变形的危险性。

发明内容

本发明的目的是提供一种弯曲装置和弯曲方法，所述装置和方法能够容易且有效地减少在弯曲过程中由于弯曲构件的残留应力引起的拱起或者波浪。

根据本发明，在用于弯曲金属构件的弯曲装置和弯曲方法中，所述弯曲装置包括：至少一个模具；冲头，所述冲头配置在隔着金属构件与所述至少一个模具侧对向一侧，通过相对于所述至少一个模具的相对移动，对所述金属构件加压，以便进行弯曲；以及脱模模具，当进行弯曲时，所述脱模模具用于支承金属构件，并且，在用于支承金属构件的脱模模具的表面上产生的摩擦力在弯曲脊线的方向上从中心部向其侧部连续或者逐步地变小。

通过下面参照附图对示范性的实施形式的描述，本发明的进一步的特征将会变得更加清楚。

附图说明

图1A和1B分别是表示根据本发明的实施例1的弯曲装置的剖视图和脱模模具的透视图。

图2A、2B、2C和2D是表示根据实施例1的弯曲方法的剖视图。

图3A和3B分别表示根据实施例1的弯曲之前的工件和弯曲之后的工件。

图4A和4B是表示根据实施例1的脱模模具的形状的剖视图。

图5是表示根据实施例1和比较例1的工件的拱起量的图表。

图6A和6B是表示根据实施例1和比较例1的工件的摩擦应力的图表。

图7A、7B和7C是表示根据另外一种实施形式的实施例1的工件的透视图。

图8A、8B和8C分别是表示根据本发明的实施例2的弯曲装置的剖视图、脱模模具的透视图、以及经受弯曲的工件的透视图。

图9A、9B、9C和9D是表示传统的弯曲方法的剖视图。

图10是表示通过弯曲引起的工件的流入量的示意图。

图11A和11B分别是表示传统的弯曲装置的剖视图和表示经受弯曲的工件的透视图。

具体实施方式

为了抑制通过上述弯曲引起的工件的拱起，本发明的发明者通过模拟分析了在弯曲过程中工件的行为。下面，描述在弯曲过程中工件的行为，然后描述本发明的实施例。

首先，描述通过传统的弯曲在工件W中发生的现象。图9A至9D是表示弯曲的各个状态的剖视图。应当指出，在图9A中使用和图11A中同样的附图标记。图9A表示在和图11A所示的弯曲相同的弯曲开始之前的状态。

图9B是表示当利用冲头102开始工件W的弯曲时的状态的剖视图。如上所述，在工件W的凸面和凹面上分别产生拉伸应力和压缩应力，并且，在工件W的脊线方向的侧部，应力容易被释放。换句话说，实际上施加到工件W上的应力在工件W的脊线方向的侧部小，并且，随着靠近其中心部而增大。图10是表示当工件W经受弯曲时，由于变形引起的流入状态。在图10中，在工件W脊线方向的应力被释放的侧部处的流入量Vs相对小，而工件W脊线方向的应力不被释放的中心部处的流入量Vc相对大。从而，如图10的箭头Y所示，工件W拱起，使得弯曲脊线的中心部变成凸部。

接着，图9C是表示当使冲头102进一步下降并且弯曲进展时的状态。如图9C所示，当向下推压冲头102时，在工件W与冲头102的下表面之间产生间隙。如图9C的剖视图所示，随着靠近工件W的中心部，该间隙变得更大。进而，这时，工件W保持在图9B所示的在弯曲脊线方向上拱起的状态。即，在图9C的状态下，工件W和脱模模具103只在图9C的剖视图中的作为工件的中心部的部分的附近相互接触，所述部分也是弯曲脊线方向上的中心部。

其次，图9D是表示当使冲头102进一步下降、弯曲进展且然后停止时的状态。当状态从图9C转变到图9D时，工件W与脱模模具103之间的接触逐步从图9C的剖视图中的中心部向弯曲脊线方向扩展。同时，它们之间的接触也从工件W的中心部向工件W的侧部沿着弯曲脊线方向扩展。更具体地说，由于弯曲变形引起的材料的流入以如下的方式进展，即，在工件的，变形开始得较早的脊线方向的中心部处的流入量Vc变大到某种程度，然后，在中心部发生使得工件W在Y方向上拱起的量的变形之后，工件W的脊线方向的侧部变形，从而流入量Vs开始增大。即，当弯曲结束时，在工件W的脊线方向的侧部产生过量的应力。结果，当将工件W从过量的应力中释放时，工件W在上述图11B的箭头A所示的方向上拱起。工件W不仅拱起，而且也形成大的波浪状。

(实施例1)

图1A是表示根据本发明的弯曲装置处于弯曲开始之前的状态的剖视图。在图1A中，弯曲装置包括将要经受弯曲的片状金属构件(工件)W、一对模具1a和1b、冲头2和脱模模具3。工件W被放置在所述一对模具1a和1b上，跨越模具1a和1b。脱模模具3在工件W的下方配置在模具1a和1b之间，冲头2配置在隔着工件W面对脱模模具3的位置上。脱模模具3是当利用冲头2对工件W加压时起托架作用的构件，并被弹簧构件(未示出)从下方推压到工件W上。当冲头2下降、并且工件W被弯曲时，弹簧构件收缩，从而脱模模具3下降。

图1B是表示脱模模具3的透视图。为了缩小工件W与脱模模具3的摩擦力，在将要与工件W接触的脱模模具3的表面上，形成多个槽3a，所述槽3a是沿着弯曲脊线方向延伸的摩擦力减小区域。在这种情况下，形成四个槽3a，随着从脱模模具3的侧部向中心部靠近，每个槽的宽度逐步变小。

下面，描述利用根据实施例1的脱模模具3进行弯曲时，在工件W上发生的现象。图2A至2D是表示弯曲的各个状态的剖视图。应当指出，与图1A中相同的部件，利用相同的参考标号表示。

图2A表示弯曲开始之前的状态。

接着，图2B是表示当工件W开始被冲头2弯曲时的状态的剖视图。应当注意，在工件W经受弯曲时由于变形引起的材料的流入的状态将参照图10进行描述。和上面描述的图9B的情况一样，在工件W的脊线方向的侧部，施加到工件W上的应力小，并且，随着靠近其中心部，所述应力变大。但是，借助设置在脱模模具3上的槽3a，工件W与脱模模具3之间的摩擦力减小。结果，工件W中的材料的流入量增大。但是，位于工件W的脊线方向的中心部处的槽3a的宽度小，因此，在图2B所示的情况和图9B所示的情况之间，流入量没有大的差别。相反，位于工件W的脊线方向的侧部的槽3a的宽度大，因此，工件W与脱模模具3之间的摩擦力显著减小。从而，工件W在脊线方向的侧部处的材料的流入量Vs增大很大的量。换句话说，与图9B的情况相比，在工件W的脊线方向上的材料的流入量的差别缩小，显著减小了工件W的在脊线方向上的中心部变成凸部的拱起。

其次，图2C是表示当使冲头2进一步下降并且弯曲进展时的状态的剖视图。如图2C所示，当将冲头2向下推动时，在工件W与冲头2的下表面之间产生间隙。随着靠近工件W的中心部，该间隙变大，这种情况表示在图2C中。如从图3B中看出的那样，这时，工件W保持在弯曲脊线方向上拱起的状态。但是，如上所述，与图9B的情况相比，工件W在弯曲脊线方向上的拱起量显著减小。在图2C所示的状态下，工件W和脱模模具3只在作为图2C的剖面的中心部也是工件W在弯曲脊线方向上的中心部的部分的附近相互接触。

其次，图2D是表示当使冲头2进一步下降、且弯曲进展然后结束时的状态的剖视图。当这种状态从图2C转到图2D时，工件W与脱模模具3之间的接触逐步从图2C的剖面的中心部向弯曲脊线方向扩展。与此同时，它们之间的接触也在弯曲脊线方向上逐步从工件W的中心部向工件W的侧部扩展。具体地说，由于弯曲变形引起的材料的流入以这样一种方式发展，即，在变形开始得较早的工件W脊线方向上的中心部的流入量Vc变大到某种程度，然后，在中心部发生使得工件W在Y方向上拱起的量的变形之后，工件W在弯曲脊线方向上的侧部变形，从而流入量Vs开始增加。换句话说，当弯曲结束时，越是靠近工件W在脊线方向上的侧部则越产生过量的应力。但是，与图9C的情况相比，工件W在图2C的弯曲脊线方向上的拱起量小得多。另外，设置在脱模模具3上的槽3a减小工件W与脱模模具3之间在弯曲脊线方向上的侧部处的摩擦力，结果，施加到弯曲脊线方向上的侧部上的应力显著降低。结果，可以大量减小工件W在图11B的箭头A所指示的方向上的上述拱起和波浪。

进而，在本发明的实施例1中，脱模模具3的槽3a的宽度在弯曲脊线方向上从工件W的中心部向工件W的侧部连续地变大。因此，可以连续地控制摩擦力在与脱模模具3接触的工件W的整个表面上的分布。从而，可以减小施加到工件W上的不必要的摩擦力，这将在弯曲过程中的每一个时刻减小工件W的局部变形量。按照这种方式，在弯曲过程中，整个工件W的每时的变形行为精确地受到控制，结果，可以有效地减少工件W的拱起和波浪。

(实验1)

利用图2A至2D所示的方法，采用图1A所示的模具，对图3A所示的工件W实行弯曲，所述工件W具有15mm的长度、320mm的宽度、0.8mm的厚度。如图3B所示，弯曲之后的工件W具有如下的尺寸，即，弯曲高度5.15mm，长度320mm，宽度5.15mm。

图4A和4B是当处理图3A和3B所示的工件时，脱模模具的剖视图。脱模模具3包括四个形成于其上的槽3a。图4A是沿着图1B的线4A-4A截取的剖视图。图4A表示对应于工件W的弯曲脊线方向上的侧部。图4B是沿着图1B的4B-4B线截取的剖视图。图4B表示对应于工件W的弯曲脊线方向上的中心部的部分。

在图4A中，槽3a的宽度和深度分别为0.2mm和0.05mm，位于脱模模具3的内侧的两个槽3a的中心之间的间隔为2.2mm，位于脱模模具3的外侧的槽3a的中心与位于脱模模具3的内侧的槽3a的中心之间的间隔为0.6mm。进而，在图4B中，槽3a的宽度和深度分别为0.1mm和0.05mm，在位于脱模模具3的内侧的两个槽3a的中心之间的间隔为2.2mm，位于脱模模具3的外侧的槽3a的中心与位于脱模模具3的内侧的槽3a的中心之间的间隔为0.6mm。脱模模具3的长度为340mm。将加工条件设定为脱模模具3的初始压力和最终压力、冲头运动速度(加工速度)分别为121.5kgf、264kgf和30mm/sec。

在上述条件下进行弯曲之后，测量工件W在脊线方向上的拱起量。被加工的样品数为十五个，平均拱起量及其变动示于图5。如可以从图5中看出的那样，在实验1中，工件W的平均拱起量约为0.11mm。其变动约为±0.03mm。工件W的平均拱起量及其变动约为后面将要描述的比较例1的一半，这表明，得到了重大的改进。

进而，在实验1中，通过利用基于动态显式法的商业上可以获得的模拟软件，对施加到脱模模具3上的摩擦应力进行分析。图6A是表示在图2C的状态下、工件W在弯曲脊线方向上的摩擦应力分布的图表，在图2C所示的状态下，对本发明中的拱起的降低影响最大。关于由图6A中的水平轴表示的在纵向方向上的距离，0mm和350mm代表工件W在脊线方向上的两个侧部。理想的是，摩擦应力的分布尽可能地平坦。即，当分布平坦时，在弯曲脊线方向上看不到分布，从而，与工件W在弯曲脊线方向上的位置无关，材料的流入量变成常量。在该实验的情况下，图2C的状态表示当脱模模具3位于其最低点之上0.5mm的时刻。

如可以从图6A中看出的那样，在工件W的离开该工件W的两个侧部50mm或更远的部分中的摩擦应力的分布表现出接近于恒定的值。换句话说，在工件W的离开该工件W的两个侧部50mm或者更远的部分中的材料的流入量接近于常量，这表明，在接近于相同的条件下进行弯曲。应当指出，在工件W的距离该工件W的两个侧部小于50mm的部分中的摩擦应力表现出高的值。但是，如上所述，当状态从图2C转到图2D时，工件W的两个侧部的变形量小。从而，如还可以从图6A中看出的那样，对于工件W的拱起和波浪的影响非常小。

(比较实验1)

通过利用上述图9A至9D所示的弯曲装置，在和实验1相同的条件下，对于和实验1同样的工件进行弯曲。换句话说，在脱模模具103上不加工槽或类似物。

与在实验1中的情况一样，测量工件W在脊线方向上的拱起量。将接触型三维测量装置用于进行测量。所要处理的样品的数目为十五个，平均拱起量及其变动示于图5。如可以从图5中看出的那样，比较实验1的工件W的平均拱起量约为0.23mm，其变动约为±0.05mm。

另外，和实施例1的情况一样，通过利用基于动态显式法的商业上可以获得的模拟软件，对施加到脱模模具3上的摩擦应力进行分析。图6B表示在图9C的状态下，工件W在弯曲脊线方向上的摩擦应力的分布。

如可以从图6B看出的那样，在距离工件W的两个侧部100mm至150mm的部分中的摩擦应力与其它部分相比显著更大。在图6B中的摩擦应力的分布的峰值比实验1中的小。但是，摩擦应力为连续的常量的区域小，在工件的弯曲脊线方向上的分布大。换句话说，如可以从图6B看出的那样，在比较实验1的情况下，工件在弯曲脊线方向上的摩擦应力的变化大，这成为工件的拱起或者波浪的起因。

应当指出，在本发明中，在脱模模具3的表面上的摩擦力的分布，倾向于在其弯曲脊线方向上的中心部分处小，在其弯曲脊线方向上的侧部部分处大。从而，如图7A所示，代替设置槽3a，可以在脱模模具3的表面上形成多个槽状的孔列，每一个孔列由多个孔3b构成。平行于弯曲脊线排列的孔列可以被设置成在脱模模具3在弯曲脊线方向上的侧部处的孔列的宽度大于在其中心部处的孔列的宽度。进而，孔列的宽度可以连续地或者逐步地变化。或者，如图7B所示，可以设置摩擦减小区域3c，该摩擦减小区域3c部分地平行于弯曲脊线设置，并且通过表面处理形成或者由不同种类的金属材料制成，它们的宽度是变化的，从而，摩擦力可以沿着平行于弯曲脊线的方向改变。再或者，也可以并不局限于槽状的孔，并且如图7C所示，分别在脱模模具3在弯曲脊线方向上的中心部和侧部设置分别具有小的直径的孔3d和分别具有大的直径的孔3e。进而，当简单地在弯曲脊线方向上于脱模模具3的表面上的中心部使表面粗糙度大，在侧部使表面粗糙度小，也可以获得如上面所述的效果。

(实施例2)

在实施例1中已经描述了将工件W的两侧被弯曲的两侧弯曲的例子。但是，如图8A至8C所示，在只将工件W的一个侧部弯曲的一侧弯曲的情况下，也可以达到类似的效果。图8A是表示在弯曲开始之前的弯曲装置的状态的剖视图。在图8A中，弯曲装置包括将要被弯曲的片状金属构件(工件)W、模具11、冲头12、脱模模具13、和支承垫块14。工件W被放置在模具11上，以便呈悬臂状。脱模模具13在工件W之下配置于模具11与支承垫块14之间，冲头12配置在隔着工件W与脱模模具13对向的位置。脱模模具13是当利用冲头12加压工件W时起托架作用的构件，并被弹簧构件(未示出)从下方推压到工件W上。当冲头12下降时，工件W被弯曲，弹簧构件收缩，从而，脱模模具13下降。

图8B是表示脱模模具13的透视图。在脱模模具13的将要与工件W接触的表面上，形成多个起着摩擦力减小区域的作用的槽13a，所述槽沿着弯曲脊线延伸，用于降低工件W与脱模模具13之间的摩擦力。在这种情况下，形成两个槽13a，每个槽的宽度从脱模模具13的侧部向其中心部逐步变窄。图8C表示在本实施形式中形成的工件W。工件W被弯曲成L形。

根据本发明，使得在脱模模具的表面的平行于弯曲脊线的方向上的侧部处产生的摩擦力大于在其中心部产生的摩擦力，因此可以控制在弯曲过程中工件的内应力，可以减小由于工件的残余应力引起的拱起。进而，无需利用复杂的装置，因此，能够以非常低的成本提供具有高可靠性的弯曲装置。

尽管参照示范性的实施形式对本发明进行了描述，但是，应当理解，本发明并不局限于所揭示的示范性的实施形式。下面的权利要求的范围，给予最广泛的解释，以至包括所有改型和等价的结构和功能。

Claims (10)

1.一种弯曲装置，用于弯曲金属构件，所述装置包括：

至少一个模具；

冲头，所述冲头配置在隔着金属构件与所述至少一个模具侧相对向一侧，用于通过相对于所述至少一个模具的相对运动，对所述金属构件加压，以便进行弯曲；以及

脱模模具，当进行弯曲时，所述脱模模具用于支承金属构件，

其中，在所述脱模模具的用于接受金属构件的表面上产生的摩擦力从其在弯曲脊线的方向上的中心部向侧部连续或者逐步地变小。

2.如权利要求1所述的弯曲装置，其特征在于：

所述脱模模具的表面包括在其在弯曲脊线方向上的侧部形成的多个槽；并且

所述多个槽的宽度从所述脱模模具在弯曲脊线方向上的中心部向侧部连续或者逐步地变大。

3.如权利要求1所述的弯曲装置，其特征在于：

所述脱模模具的所述表面包括多个孔列，每个孔列包括在弯曲脊线方向上的侧部形成的多个孔；并且

所述多个孔列的宽度从所述脱模模具在弯曲脊线方向上的中心部向侧部连续或者逐步地变大。

4.如权利要求1所述的弯曲装置，其特征在于：

所述脱模模具的表面包括在其上均匀地形成的多个孔；并且

所述多个孔的尺寸从所述脱模模具在弯曲脊线方向上的中心部向侧部连续或者逐步地变大。

5.如权利要求1所述的弯曲装置，其特征在于：

所述脱模模具的表面的一部分包括一种不同类型的金属材料，与该表面的其它部分相比，所述不同种类的金属材料产生较小的摩擦力；并且

所述不同种类的金属材料的宽度从所述脱模模具在弯曲脊线方向上的中心部向侧部连续或者逐步地变大。

6.一种弯曲金属构件的弯曲方法，包括：

将金属构件配置在至少一个模具上；以及

利用冲头对金属构件加压，以便进行弯曲，

其中，当进行弯曲时，在脱模模具的用于接受所述金属构件的表面上产生的摩擦力从其在弯曲脊线方向上的中心部向侧部连续或者逐步地变小。

7.如权利要求6所述的弯曲方法，其特征在于：

所述脱模模具的表面包括在其在弯曲脊线方向上的侧部形成的多个槽；并且

所述多个槽的宽度从所述脱模模具在弯曲脊线方向上的中心部向侧部连续或者逐步地变大。

8.如权利要求6所述的弯曲方法，其特征在于：

所述脱模模具的所述表面包括多个孔列，每个孔列包括在弯曲脊线方向上的侧部形成的多个孔；并且

所述多个孔列的宽度从所述脱模模具在弯曲脊线方向上的中心部向侧部连续或者逐步地变大。

9.如权利要求6所述的弯曲方法，其特征在于：

所述脱模模具的表面包括在其上均匀地形成的多个孔；并且

所述多个孔的尺寸从所述脱模模具在弯曲脊线方向上的中心部向侧部连续或者逐步地变大。

10.如权利要求6所述的弯曲方法，其特征在于：

所述脱模模具的表面的一部分包括一种不同类型的金属材料，与该表面的其它部分相比，所述不同种类的金属材料产生较小的摩擦力；并且

所述不同种类的金属材料的宽度从所述脱模模具在弯曲脊线方向上的中心部向侧部连续或者逐步地变大。

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