CN101758148B - 高尺寸精度的带折边的半壳的制造方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造带有底部区域(122)、主体区域(116)和折边区域(118)的高尺寸精度、深拉半壳(112)的方法，其中首先由坯件(4)形成预成型半壳(24，50，72，92)，然后将预成型半壳(24，50，72，92)成型为最终成型半壳(112)，其中，预成型半壳由于它的几何形状而具有多余坯件材料，并且，在预成型半壳成型为它的最终形状期间，由于该多余坯件材料，半壳通过至少一个进一步的挤压过程被压缩成最终成型半壳。通过使得预成型半壳在主体区域与折边区域之间的过渡区域中具有多余坯件材料而解决了相关技术问题。

Description

高尺寸精度的带折边的半壳的制造方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于制造带有底部区域、主体区域和折边区域的高尺寸精度、深拉半壳的方法，其中，首先由坯件形成预成型半壳，然后将所述预成型半壳成型为最终成型半壳，其中，预成型半壳由于它的几何形状而具有多余坯件材料，并且，在预成型半壳成型为它的最终形状期间，由于该多余坯件材料，半壳通过至少一个进一步的挤压过程被压缩成最终成型半壳。本发明也涉及一种用于制造带有折边区域的高尺寸精度深拉半壳的成套工具，具有用于制造预成型半壳的第一工具，第一工具包括第一下模，并且具有用于制造最终成型半壳的第二工具，第二工具包括第二下模，第二下模的形状基本对应于最终成型半壳的外形。

背景技术

具有适合特定应用场合的横截面和材料厚度的闭合中空型材在机动车辆中越来越多地得到使用。以前通常这样制造闭合中空型材：首先形成管件，该管件接受相应的弯曲和预成型处理，然后将预弯曲或预成型的管件液压成型为闭合中空型材的最终形状。一方面，不是所有部件都可以以该方式制造，原因在于，在液压成型中，材料的局部伸长率过大并且因此可能形成裂缝。另外，在液压成型期间可能有不易控制的褶皱形成。而且，以前用于制造适合于特定应用场合的闭合中空型材的方法步骤很复杂并且因此成本高。闭合中空型材原则上也可以由两个深拉半壳制造。然而，在坯件的深拉期间，坯件中产生应力，其导致半壳的回弹。半壳的回弹使得将半壳精确定位在下模中以用于将半壳焊接为闭合中空型材变得更加困难。

由于强的扭曲，在车辆结构中组装强烈回弹的半壳很复杂。替代性地，这些部分必须被弄直，这带来了更高的成本。

从已公布的欧洲专利申请EP 1792 671 A1可知一种用于挤压成型半壳的方法，所述半壳然后被焊接以形成闭合中空型材。该欧洲专利申请的目标是提供在底部区域与主体之间带有加厚边缘区域的半壳。为此，首先由提供多余材料的坯件制造预成型半壳，所述多余材料在成型为最终形状期间从底部区域被挤压到在半壳的主体与底部区域之间的边缘区域中。与之相比，本发明要减小深拉半壳的回弹。

发明内容

由此，本发明要解决的技术问题是提供一种高尺寸精度的带折边(flanged)的半壳的制造方法和成套工具，由此可以以低的设备费用来经济地制造高尺寸精度的带折边的半壳。

根据本发明，该技术问题通过使预成型半壳在主体区域与折边区域之间的过渡区域中具有多余坯件材料来解决。过渡区域表示邻接折边区域的主体区域和邻接主体区域的折边区域。当通过简单深拉制造半壳时，在过渡区域中经常出现与预期形状的较大几何偏差。因此当制造高尺寸精度带折边半壳时该过渡区域是特别关键的。例如，在过渡区域中的深拉可能会导致裂缝的形成或过早材料疲劳。通过过渡区域中的多余材料，可靠地避免了这样的问题。

根据一个优选实施例，预成型半壳至少在底部区域中和在主体区域中具有多余坯件材料，或在底部区域中和在折边区域中具有多余坯件材料，因此半壳在第二挤压过程之后在它的整个横截面中具有高尺寸精度并且防止回弹。此外，最终成型半壳具有很精确地对应第二下模的几何形状的形状。本发明基于如下认识，即：为了制造高尺寸精度带折边半壳，必须在其整个横截面上压缩预成型半壳。所以，压缩所需的多余材料也必须在整个横截面上可用。

在本发明的进一步优选实施例中，通过使在预成型半壳中的主体区域与折边区域之间的过渡区域中的中心折边半径比在最终形状中大或小来提供多余坯件材料。中心折边半径表示如下圆的半径：在主体区域与折边区域之间的过渡区域中，半壳的延伸轨迹与该圆的圆周最佳地重合。因此主体区域与折边区域之间的半壳过渡区域实际上不必一定是圆形的弧。因此，过渡区域例如可以具有椭圆形拱的形状、抛物线的形状或另外的形状。通过该实施例可以以很简单的方式实现多余坯件材料的提供。

此外，可以使用很简单的第一下模来制造预成型半壳。特别地，在大深拉深度的情况下形成较大折边半径是有利的，这可以使得预成型半壳在主体区域中的壁变薄。形成较小折边半径有利于折边区域的侧壁的展薄拉伸，因此减小了预成型半壳的回弹。为了减小预成型半壳的回弹，也可以在两个变型(例如主体壁展薄拉伸)中借助于适度卷曲/卷边的折边调节和/或通过调节压紧设备的力提供附加措施。

在进一步优选实施例中，通过在挤压过程期间，至少间歇性地阻挡半壳材料在半壳的折边边缘处的流动，进一步提高半壳的尺寸精度，特别是在折边区域中的尺寸精度。这意味着没有坯件材料被挤压到挤压区域之外并且因此所有多余坯件材料完全被挤压成最终成型半壳，因此半壳特别关键点被增强从而获得尺寸精度。

在一特别优选的方式中，可以通过设在用于挤压过程的校准用上模上的阻挡壁来实现阻挡半壳的材料流动到外侧。这一方面具有的优点是不必提供附加的可移动部件来阻挡材料流动到外侧。另一方面，这一点通过在引起材料流动的挤压过程期间阻挡材料流动的阻挡壁移动到被设置用来提供阻挡的位置中而实现。

在进一步优选的实施例中，在挤压过程之前或期间，在相同下模中对预成型半壳的折边区域进行修整。这意味着半壳在挤压过程之后已经具有它的完全精整最终形状。这节省了工序并且因此节省了时间和成本。

在进一步优选实施例中，通过在修整之前在折边区域中借助压紧设备将预成型半壳固定，实现了半壳的修整的精度和整洁。这防止修整期间半壳的位置的变化并且因此防止不整洁切割边缘的形成。半壳中材料流动的有利控制通过在挤压过程期间保持这种固定和同时阻挡材料流动到外侧实现。因此在挤压过程期间的这种固定导致多余材料从折边区域材料流动到主体区域与折边区域之间的过渡区域。此外，预成型半壳通过该固定可靠地保持在第二下模中使得第二下模的校准用上模可以更精确地移动到下模中。

在进一步优选实施例中，通过使用用于修整折边区域的激光实现半壳的折边区域中的特别精确和整洁的切割边缘。

在进一步优选实施例中，通过执行修整的切割上模实现阻挡半壳的材料流动到外侧。如果半壳在第二下模中被修整，则这是特别有利的，原因是不需要附加的部件来阻挡材料流动到外侧。这允许更容易地、更快速地和更经济地执行该方法。

根据本发明的方法特别适合于制造由钢或钢合金制造的半壳。所以，在一个优选实施例中，制造预成型半壳的坯件由钢或钢合金组成。

此外，本发明提到的技术问题还通过如下的成套工具而得以解决：第一工具的下模在主体区域与折边区域之间的过渡区域中与第二工具的下模的形状有偏差，且这种偏差使得预成型半壳在过渡区域中具有比最终成型半壳所需材料更多的材料。在深拉期间，特别是在半壳的主体区域与折边区域之间的过渡区域中，经常出现大的几何偏差。根据本发明的成套工具意味着在第一下模中预成型的半壳特别地在该区域中不同于第二下模的形状，因此多余材料可以在挤压过程期间于第二下模中应用并且在该区域中产生高尺寸精度。

根据第一实施例，第一工具的下模至少在底部区域中和在主体区域中与第二工具的下模的形状存在偏差，或在底部区域中和在折边区域中与第二工具的下模的形状存在偏差，这种偏差使得预成型半壳在底部区域中和在主体区域中或在底部区域中和在折边区域中具有比最终成型半壳所需材料更多的材料。在挤压过程中，在第二下模中产生多余坯件材料的材料流动以调整坯件材料中的应力的方向，所述应力然后抵消不受控的回弹。而且，半壳将通过由深拉薄化的区域中的材料流动被增强。这导致最终成型半壳的高尺寸精度。第一下模的形状与第二下模的形状的偏差可以形成为起伏的、凸的或凹的、向内或向外的隆起。

在进一步优选实施例中，通过使第一工具的下模在主体区域与折边区域之间的过渡区域中具有比第二工具的下模大或小的折边半径，实现了第一下模的形状与第二下模的形状的偏差。因此插入第二下模中的预成型半壳在主体区域与折边区域之间的过渡区域中不会抵靠在第二下模上，而是因为增加的材料量而具有偏离的延伸轨迹。这一点通过如下方式获得：在主体区域与折边区域之间的过渡区域中的折边半径较大通过延长的折边区域而获得，在折边半径较小时通过相对大的弯曲长度而获得。在挤压过程期间，半壳被压在第二下模上并且多余坯件材料首先在过渡区域中增强半壳。

在一个优选实施例中，第二工具包括一装置，在挤压过程期间，该装置至少间歇地阻挡将要成型为最终形状的半壳的在插入第二工具中的部件的折边边缘处的材料流动到外部，使得在挤压过程期间多余坯件材料完全保留在第二下模中并且因此导致半壳的增强和更高尺寸精度。

这一点在进一步优选实施例中可以如下方式实现：使第二工具包括校准用上模和用于阻挡材料流动的阻挡壁或带有一体的阻挡壁的用于折边修整的切割上模。校准用上模和阻挡壁在该情况下可以形成单元或独立移动。当提供切割上模时，半壳在第二下模中直接被修整。因此可以减少工序中的一个工作步骤。切割上模也特别适合于阻挡壁的整合，原因是后者因此不需要单独移动。

附图说明

在参考附图的一些实施例的描述中更详细地描述了本发明的进一步特征和优点，其中：

图1显示了用于由坯件制造预成型半壳的根据本发明的成套工具的第一工具的一个实施例，

图2显示了在第一下模中预成型的半壳，

图3显示了根据本发明的成套工具的第二工具的第一实施例，由根据本发明的成套工具的第一工具制造的预成型半壳插入其中，

图4显示了图3的第二工具的第一实施例，由根据本发明的成套工具的另一第一工具制造的预成型半壳插入其中，

图5显示了根据本发明的成套工具的第二工具的第二实施例，由根据本发明的成套工具的第一工具制造和修整的预成型半壳插入其中，

图6显示了根据本发明的成套工具的第二工具的第三实施例，由根据本发明的成套工具的第一工具制造和修整的预成型半壳插入其中，以及

图7显示了由根据本发明的成套工具制造的最终成型半壳。

具体实施方式

如图1中所示的用于由坯件4制造预成型半壳的根据本发明的成套工具的一个实施例的第一工具2包括第一下模6和深拉上模8。下模6的内侧10的大体形状类似于待由该成套工具制造的最终成型半壳的外侧的形状。然而，在下模6的主体区域16与折边区域(flangeregion)18之间的过渡区域14中和在底部区域12中，下模6的内侧10的形状与待由成套工具制造的最终成型半壳的外侧的形状有所偏差。因此，下模6的内侧10在底部区域12中具有起伏的形状。替代性地，也可想到与底部区域或最终成型半壳的预期形状存在偏差的简单的凹形或凸形形状或其他的形状。此外，在过渡区域14中的折边半径和形状高度即底部区域12与折边区域18之间的距离增加。替代性地，可想到一种下模，其中折边半径减小，但是高度不增加。深拉上模8具有与下模6的形状一致的形状，使得通过将深拉上模8降低到下模6中来深拉坯件4以形成预成型半壳。

图2显示了在使用图1中所示的第一工具深拉之后的预成型半壳24。预成型半壳24的外侧26基本对应于下模6的内侧10，但是通过向内弹性拱起而与下模6的内侧10的精确形状有所差异。在主体区域32与折边区域34之间的过渡区域30中，预成型半壳24具有扩大的折边半径36。预成型半壳24的底部区域28根据下模6的底部区域12的形状而呈起伏状。

如图3中所示的根据本发明的成套工具的第二工具42包括第二下模44、校准用上模46和压紧设备48。由图1中所示的工具制造的预成型半壳50被插入下模44中。下模44的内侧52的形状对应于待要制造的最终成型半壳的外侧的形状。半壳50因此并不完全抵靠下模44的内侧52，而是至少部分“离开”下模44的内侧52，特别是在底部区域54中(由于它的起伏形状所致)以及在主体区域58与折边区域60之间的过渡区域56中和在折边区域60中(由于在过渡区域56中的较大折边半径所致)。预成型半壳50的高度因此大于待要制造的最终成型半壳的高度。由于“离开”内侧52的这些区域，预成型半壳50具有多余的坯件材料，所述多余的坯件材料在校准用上模46的降低期间通过半壳上的材料流动而进行分配，并且实现最终成型半壳的高尺寸精度。校准用上模46具有对应于待要制造的半壳的内侧的形状。带有切割刃64的切割上模62被整合到校准用上模46中。因此，当降低校准用上模46时，预成型半壳50在折边区域60中由下模44的边缘65上的切割刃64修整为期望尺寸。下模44在对应于切割上模62的区域中具有凹口66，使得切割模62可以被降低并且预成型半壳被切掉的部分可以掉落。预成型半壳50在折边区域60中由压紧设备48固定并且这使得预成型半壳50能够被切割刃64很整洁地修整。在一种优选的方式中，带有切割上模62的校准用上模46首先被定位在下模44中的预成型半壳50之上的足够高度处。因此它不与预成型半壳50的底部区域和折边区域接触。然后压紧设备48例如借助于使套管件进入校准用上模中而向下移动，并且在折边区域60中固定预成型半壳50。当使用带有较大折边半径的预成型半壳50时，这将导致预成型半壳50在折边区域中的弓形变形。使用带有较小折边半径的预成型半壳50不会出现这样的变形并且因此有能够更整洁的修整。这在较大金属板厚度的情况下是特别有利的。最后，校准用上模46和切割上模62完全地向下移动。在该过程中，切割上模62首先切掉预成型半壳50的突出折边区域并且在进一步向下运动期间阻挡坯件材料的材料流动到外部。借助在半壳50的过渡区域30、底部区域54以及折边区域60中的多余坯件材料，或者在底部区域54中和主体区域58中的多余坯件材料，预成型半壳50在它的整个横截面区域上被校准用上模46压缩，从而形成最终成型半壳。所述半壳在压缩过程期间只有其金属板厚度变化，因此以良好的尺寸精度被成型。

图4显示了图3的第二工具42。借助于根据本发明的成套工具的第一工具的第二实施例制造的预成型半壳72被插入到下模44中。预成型半壳72与图3中所示的预成型半壳50的区别在于折边区域76与主体区域78之间的过渡区域74具有比下模44小的折边半径。此外，预成型半壳72的高度与待要制造的最终成型半壳的高度一致并且因此与下模44的深度一致。由于较小的折边半径，预成型半壳72在过渡区域74中不会抵靠于下模44的内侧52上。这样，由于在校准用上模46的降低期间扩展的弯曲区域，多余坯件材料在这时可用。

与图3中所示的第二工具42相比，图5中所示的根据本发明的成套工具的第二工具不具有压紧设备和切割刃。代替切割上模，校准用上模86具有阻挡壁88。预成型半壳92被插入下模90中。与图3中所示的预成型半壳50相比，预成型半壳92在折边区域94中已经具有待要制造的最终成型半壳的尺寸。这一点可以通过例如在将由第一工具制造的预成型半壳在插入下模90中之前在独立工序中进行修整来实现。这样，第二工具的结构和方法序列被简化，使得不必将校准或切割上模保持在一中间位置中以降低压紧设备。

图6中所示的根据本发明的成套工具的第二工具102与图5中所示的区别在于阻挡壁104被构造成与校准用上模106分离的部件并且可以独立于校准用上模106移动。

在图7中显示了由根据本发明的成套工具制造的最终成型半壳112。特别是在主体区域116与折边区域118之间的过渡区域114中以及在底部区域122与折边区域118之间的过渡区域120中，它具有高尺寸精度和高稳定性。

Claims (11)

1.一种用于制造带有底部区域(122)、主体区域(116)和折边区域(118)的高尺寸精度、深拉半壳(112)的方法，其中，首先由坯件(4)形成预成型半壳(24，50，72，92)，然后将所述预成型半壳(24，50，72，92)形成为最终成型半壳(112)，其中，预成型半壳由于它的几何形状而具有多余坯件材料，并且，在预成型半壳成型为它的最终形状期间，由于该多余坯件材料，半壳通过至少一个进一步的挤压过程被压缩成最终成型半壳，

其特征在于，预成型半壳(24，50，72，92)在主体区域(32)与折边区域(34)之间的过渡区域(30)中具有多余坯件材料，其中通过使预成型半壳(24，50，72，92)的主体区域(32)与折边区域(34)之间的过渡区域(30)中的中心折边半径(36)比半壳在最终形状时的所述过渡区域中的中心折边半径(36)大或者小来提供多余坯件材料；并且

预成型半壳在底部区域(28)中和在主体区域(32)中具有多余坯件材料，或者在底部区域(28)中和在折边区域(34)中具有多余坯件材料；并且

在将所述预成型半壳压缩成最终成型半壳的挤压过程中，在第二下模中产生多余坯件材料在所述预成型半壳中的材料流动，以调整坯件材料中的应力的方向。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在挤压过程期间，至少间歇性地阻挡半壳的材料在半壳的折边边缘处的流动。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过设在用于所述挤压过程的上模(46，86)上的阻挡壁来阻挡半壳的材料流动到外部。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在挤压过程之前或期间，在相同的下模(44)中对预成型半壳(24，50，72，92)的折边区域进行修整。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在修整之前，预成型半壳(24，50，72，92)通过压紧设备(48)在折边区域中被固定。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，预成型半壳(24，50，72，92)借助于激光在折边区域中进行修整。

7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，通过执行修整的切割上模(62)阻挡半壳的材料流动到外部。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，坯件由钢或钢合金组成。

9.一种用于制造带有折边区域(118)的高尺寸精度深拉半壳(112)和用于执行根据权利要求1-8中任一项所述的方法的成套工具，该成套工具具有用于制造预成型半壳(24，50，72，92)的第一工具，其中第一工具(2)包括第一下模(6)，并且该成套工具具有用于制造最终成型半壳的第二工具(42，84，102)，第二工具包括第二下模(44，90)，第二下模的形状基本对应于最终成型半壳的外形，

其特征在于，第一工具(2)的下模(6)在主体区域(16)与折边区域(18)之间的过渡区域(14)中与第二工具(42，84，102)的下模(44，90)的形状有偏差，且这种偏差使得预成型半壳(24，50，72，92)在过渡区域(14)中具有比最终成型半壳所需材料更多的材料，其中第一工具(2)的下模(6)在主体区域(16)与折边区域(18)之间的过渡区域(14)中具有比第二工具(42，84，102)的下模(44，90)大或小的折边半径；并且

第一工具(2)的下模(6)附加地至少在底部区域(12)和主体区域(16)中与第二工具(42，84，102)的下模(44，90)的形状有偏差，或者在底部区域(12)和在折边区域(18)中与第二工具(42，84，102)的下模(44，90)的形状有偏差，使得在将所述预成型半壳压缩成最终成型半壳的挤压过程中，在第二下模中产生多余坯件材料在所述预成型半壳中的材料流动，以调整坯件材料中的应力的方向。

10.根据权利要求9所述的成套工具，其特征在于，第二工具(42，84，102)包括一装置，在挤压过程期间，该装置至少间歇地阻挡将要成型为最终形状的半壳的在插入第二工具(42，84，102)中的部件的折边边缘处的材料流动到外部。

11.根据权利要求10所述的成套工具，其特征在于，第二工具(42，84，102)包括校准用上模(46，86，106)和用来阻挡材料流动的阻挡壁(88，104)或带有一体的阻挡壁的用于修整折边的切割上模(62)。