CN102658327B - 缩短液压-机械成形工艺周期的方法以及用于液压-机械成形构件的工具 - Google Patents
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Abstract
一种液压-成形工具，用于将坯料成形在充液腔室内的方法。腔室由模腔环和可移动壁形成，并且模腔环和可移动壁一起限定用于容纳液体的可变容积的腔室。壁相对于模腔环可移动从而提供腔室，其中支撑坯料所需的液体体积被最小化。液体减少腔室入口边缘的摩擦。液体可通过反凸模输出从而将坯料液压-成形在细节成形区域内。本发明同时涉及一种缩短液压－机械成形工艺周期的方法以及用于液压－机械成形构件的工具。
Description
关于联邦支持开发研究的声明
本发明在合同NO.DE-FG36-08GO18128下由政府支持进行。政府对本发明拥有一定权利。
技术领域
本发明涉及具有腔室的液压-机械成形工具，该腔室在减少液压-机械成形操作的周期的方法中填充有液体。
背景技术
在一种类型的液压-机械拉伸工艺中，通过将金属板坯料拉伸到凸模(punch)上而成形，其中坯料下的区域填充有液体。液体被压缩且相对凸模成形坯料。液体消除了加工的一侧的需求。
完全成形产品构件所需的压力由待成形部分的最小局部圆角(tightest local radius)来控制。需要大的压力，以将最大压强施加到坯料的需要形成相对小的局部圆角的整个面。
混合液压-机械拉伸(后面是在双面模具中的传统成形)是在单个工具中进行的一种已知工艺，其中坯料由液压-机械拉伸最初成形。然后，可具有小局部圆角的局部特征随后在双面模具中成形。混合液压-机械拉伸，使得相较于在传统压力机上成形可以更深地拉伸坯料。但是，坯料的最大延伸率通常保持在被成形材料的成形极限曲线内。
液压-机械拉伸的一个问题为需要一个相对长的周期，在成形大型机动车面板时其能达到一分钟。需要长周期是因为在每个成形周期内大量体积的水(几百升)必须被传送到工具且从工具排出。
需要大量的能量和时间产生足够压力用于成形操作。需要包括数千吨 液压工具的特别的设备，以实现液压-机械拉伸工艺。如果成形构件所需的液体体积极大地减少，则压力机的大小可显著减小，且可使用制造厂中先存在的压力设备。需要一种工艺和工具，其将液压-机械力集中于限制区域内，在该限制区域内应用由液体施加的压力最有效。
上述问题由本发明的以下概括的设计来解决。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种用于成形金属坯料的液压-机械工具，其包括具有模具成形面的凸模；坯料夹持环，其接合坯料的第一侧；以及液体腔室。该液体腔室包括接合坯料的第二侧的液体模腔环，以及可移动壁或底板形式的反凸模，反凸模结合模腔环形成液体腔室。一定体积的液体被容纳在液体模腔环内和反凸模上。当坯料被保持在坯料保持环和液体模腔环之间的同时成形面接合坯料时，液体将坯料成形为成形面。
根据本发明涉及的液压-机械工具的另一个方面，模腔环可包括模具入口圆角。一部分液体通过模腔环被供应到模具入口圆角以减少坯料和模腔环的模具入口圆角之间的摩擦。
根据本发明涉及的液压-机械工具的另一个方面，致动器可被设置为使壁朝向和远离坯料移动。
根据本发明涉及的液压-机械工具的另一个方面，液压-机械工具的壁可接合坯料的第二侧而在壁和坯料之间没有任何液体。当坯料成形到模腔环内时，液体可设置于凸模外侧的模腔环和坯料之间。当坯料被拉伸时，液体在坯料边缘下流动，并提升坯料进入模具空腔的区域。边缘下的液体消除或减少模具空腔入口处的摩擦。
根据本发明涉及的液压-机械工具的另一个方面，提供一种用于成形金属坯料的液压-机械工具，包括：具有模具成形面的凸模；坯料夹持环，与所述坯料的第一侧接合；模腔环，与所述坯料的第二侧接合，并且与相对于所述模腔环移动的可移动壁一起限定腔室；容纳在所述腔室内的一定体积的液体，其中当所述坯料保持在所述坯料夹持环和所述模腔环之间时，所述成形面接合所述坯料，其中当所述坯料成形到所述模腔环内时，所述 壁接合所述坯料的第二侧且在所述壁和所述坯料之间没有液体，但在所述凸模外侧的模腔环和坯料之间具有液体。
根据本发明的另一个方面，液压-机械工具可具有设置在模腔环和壁的侧部之间的空间，其从模腔环的模具入口圆角延伸到模腔环和壁的侧部之间的密封位置。当坯料被拉伸时，液体在坯料边缘下流动并提升坯料进入模具空腔的区域。边缘下的液体减少模具空腔入口处的摩擦。
根据本发明涉及的液压-机械工具的另一个方面，液压-机械成形压力机的壁可限定至少一端口，该至少一个端口与压缩液体源之间流体连通且通向壁上的面对坯料的表面。在端口通向壁的表面的局部区域中，向坯料施加液压-成形压力从而将坯料成形在成形面的细节区域内。
根据本发明的另一个方面，液压-机械工具还进一步包括设置在壁的面向坯料的表面上的面密封，从而与坯料形成密封以限制液压-成形压力施加在其中的区域。
根据本发明的另一个方面，液压-机械工具还进一步包括形成在凸模成形面中的至少一凹陷区域，通过凸模的动作，坯料的一部分被拉伸进入该至少一凹陷区域中。可在壁上的面向坯料的表面上设置凸起，凸起在密封之内，该凸起朝向凸模的成形面中的凹陷区域延伸。凸起被设置成用于减少在成形面的细节区域内成形坯料所需液体体积。
根据本发明的另一个方面，液压-机械工具可在壁的面向坯料的表面中限定空腔。壁与坯料限定液压-成形腔室且限制液压成形压力施加在其中的区域。
根据本发明的另一个方面，公开一种用于减少一液压-机械成形操作的周期的工艺，其中充液成形腔室具有可变容积。液体体积被最小化以减少排空和填充腔室所需时间。并且，通过减少液体体积，成形构件所需的力更少。
根据本发明的另一个方面，提供一种在液压-机械工具中成形金属坯料的方法。该工具具有凸模，凸模包括在坯料一侧的模具成形面和坯料夹持环。模腔环结合相对于模腔环移动的可移动壁在坯料的另一侧限定腔室。成形坯料的方法包括将坯料装载在模腔环上的步骤。坯料由坯料夹持环相 对模腔环夹紧。腔室由一定体积液体填充直至坯料的位置。通过凸模抵抗腔室内液体的压力，坯料被拉入腔室。当坯料保持在坯料夹持环和模腔环之间时，模具成形面接合坯料。当坯料被成形到模腔环内时，壁接合坯料的第二侧，并且液体被设置在凸模外侧的模腔环和坯料之间。
根据本方法的其余方面，液压-机械工具可包括致动器，其在拉伸步骤的至少一部分过程中一前一后地移动反凸模和凸模。
本方法的其余方面涉及提供反凸模，其限定至少一液体供应通道，该液体供应通道通向液压成形腔室，该液压成型腔室远离凸模上的细节成形区域设置在坯料的相对侧。该方法还进一步包括供应压力下的液体到液压成形腔室，从而将坯料成形在细节成形区域内。
液压-机械工具可包括致动器，其用于使反凸模朝向和远离坯料移动。液压-机械工具还可包括反凸模和模腔环，其限定坯料和反凸模之间的空间。如此，该方法还进一步包括向该空间供应液体以减少坯料和模腔环之间的摩擦。该方法还可涉及提供具有模具入口圆角的工具的构思，其中，根据该方法还可进一步包括通过模腔环供应一部分液体到模具入口圆角以减少坯料和模腔环的模具入口圆角之间的摩擦。
换而言之，根据本发明的一方面，提供一种用于成形金属坯料的液压-机械工具，包括：具有模具成形面的凸模；坯料夹持环，与该坯料的第一侧接合；模腔环，与该坯料的第二侧接合，并且与相对于该模腔环移动的可移动壁一起限定腔室；以及容纳在该腔室内的一定体积的液体，其中当该坯料保持在该坯料夹持环和该模腔环之间时，该成形面接合该坯料，其中当该坯料成形到该模腔环内时，该壁接合该坯料的第二侧且在该壁和该坯料之间没有液体，但在该凸模外侧的模腔环和坯料之间具有液体。并且，在该模腔环和该壁的侧部之间设置有空间，其从该模腔环的模具入口圆角延伸到该模腔环和该壁的侧部之间的密封位置。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种用于成形金属坯料的液压-机械工具，包括：具有模具成形面的凸模；坯料夹持环，与该坯料的第一侧接合；模腔环，与该坯料的第二侧接合，并且与相对于该模腔环移动的 可移动壁一起限定腔室；以及容纳在该腔室内的一定体积的液体，其中当该坯料保持在该坯料夹持环和该模腔环之间时，该成形面接合该坯料，其中当该坯料成形到该模腔环内时，该壁接合该坯料的第二侧且在该壁和该坯料之间没有液体，但在该凸模外侧的模腔环和坯料之间具有液体。其中，该壁限定至少一端口，该端口与压缩液体源之间流体连通且通向该壁上的面向该坯料的表面，其中在该端口通向该壁的表面的局部区域中，液压-机械成形压力施加到该坯料，从而将该坯料成形到该成形面的细节区域内。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种用于成形金属坯料的液压-机械工具，包括：具有模具成形面的凸模；坯料夹持环，与该坯料的第一侧接合；模腔环，与该坯料的第二侧接合，并且与相对于该模腔环移动的可移动壁一起限定腔室；以及容纳在该腔室内的一定体积的液体，其中当该坯料保持在该坯料夹持环和该模腔环之间时，该成形面接合该坯料，其中当该坯料成形到该模腔环内时，该壁接合该坯料的第二侧且在该壁和该坯料之间没有液体，但在该凸模外侧的模腔环和坯料之间具有液体。其中，该壁限定至少一端口，该端口与压缩液体源之间流体连通且通向该壁上的面向该坯料的表面，其中在该端口通向该壁的表面的局部区域中，液压-机械成形压力施加到该坯料，从而将该坯料成形到该成形面的细节区域内。并且该液压-机械工具进一步包括：设置在该壁的面向该坯料的表面上的面密封，其与该坯料形成密封以限制该液压-成形压力施加在其中的区域。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种用于成形金属坯料的液压-机械工具，包括：具有模具成形面的凸模；坯料夹持环，与该坯料的第一侧接合；模腔环，与该坯料的第二侧接合，并且与相对于该模腔环移动的可移动壁一起限定腔室；以及容纳在该腔室内的一定体积的液体，其中当该坯料保持在该坯料夹持环和该模腔环之间时，该成形面接合该坯料，其中当该坯料成形到该模腔环内时，该壁接合该坯料的第二侧且在该壁和该坯料之间没有液体，但在该凸模外侧的模腔环和坯料之间具有液体。其中，该壁限定至少一端口，该端口与压缩液体源之间流体连通且通向该壁上的面向该坯料的表面，其中在该端口通向该壁的表面的局部区域中，液压-机械成形压力施加到该坯料，从而将该坯料成形到该成形面的细节区域内。 而且，该液压-机械工具进一步包括：设置在该壁的面向该坯料的表面上的面密封，其与该坯料形成密封以限制该液压-成形压力施加在其中的区域。该液压-机械工具还包括：形成在该凸模的成形面中的至少一凹陷区域，该坯料的一部分被该凸模的动作拉入该凹陷区域中；以及设置在该壁上的面向该坯料的表面上的凸起，其处于该密封内，且朝向该凸模的成形面中的该凹陷区域延伸，从而减小将该坯料成形在该成形面的细节区域内所需的液体体积。
本发明提供一种用于成形金属坯料的液压-机械工具，包括：具有模具成形面的凸模；坯料夹持环，与该坯料的第一侧接合；模腔环，与该坯料的第二侧接合，并且与相对于该模腔环移动的可移动壁一起限定腔室；以及容纳在该腔室内的一定体积的液体，其中当该坯料保持在该坯料夹持环和该模腔环之间时，该成形面接合该坯料，其中当该坯料成形到该模腔环内时，该壁接合该坯料的第二侧且在该壁和该坯料之间没有液体，但在该凸模外侧的模腔环和坯料之间具有液体。其中，该壁限定至少一端口，该端口与压缩液体源之间流体连通且通向该壁上的面向该坯料的表面，其中在该端口通向该壁的表面的局部区域中，液压-机械成形压力施加到该坯料，从而将该坯料成形到该成形面的细节区域内。而且该液压-机械工具进一步包括：设置在该壁上的面向该坯料的表面中的空腔，该空腔与该坯料限定液压-成形腔室从而限制该液压-成形压力施加在其中的区域。
结合附图和以下的具体实施例的详细描述，将更全面地理解本发明的上述优点和其余特征。
附图说明
图1为液压-机械成形工具的横截面示意图，其具有设置在支撑一定体积液体的反凸模上的可移动底壁，以及向模具入口圆角提供液体的通道；
图2为液压-机械成形工具的横截面示意图，其具有设置在反凸模上的可移动壁，围绕该反凸模设置有用于接收液体的小间隙，其也向模具入口圆角提供液体；
图3为液压-机械成形工具的横截面示意图，其中当坯料由反凸模支 撑时成形冲杆与坯料接合；以及
图4为液压-机械成形工具的横截面示意图，其中少量体积的液压-机械成形液体供应于模具空腔底部。
具体实施方式
以下包括且详细描述本发明的几个不同实施例。简言之，在不同实施例中类似部件使用相同名称和附图标记。
参考图1，液压-机械工具10用于成形金属板坯料12。坯料12由坯料夹持环14夹持至模腔环16。如图1所示，壁18为反凸模20的顶面。通过液压缸21、或另一个致动器(例如气缸、冲头或其余机械连杆机构)，反凸模20相对于模腔环16移动。模腔环16和可移动壁18一起限定腔室，该腔室中被供应有例如水的工艺流体。
凸模26被液压力或机械压力保持，该液压力或机械压力使凸模26相对于反凸模20相反地移动。坯料12相对于凸模26的凸模成形面28成形。液体22提供反作用面，其相对于成形面28成形坯料12。
主液体供应通道30用于从由模腔环16和壁18限定的间隙24供应和排出液体22。当凸模26被降低时，壁18与凸模26一前一后移动。壁18可移动的主要优势在于，成形工艺所需液体22体积的减少。当壁18在模腔环16内被抬起，体积减少的液体被容纳在腔室内。该体积减少的液体缩短周期是因为更少的水必须被泵送入和排出腔室。
模腔环16具有腔室入口边缘32，坯料12穿过腔室入口边缘32被拉伸，当凸模26相对于成形面28拉伸坯料12时。腔室入口液体通道36从主液体供应通道30向腔室入口边缘32提供液体22。液体22使得：当坯料12被拉伸入模腔环16内时，腔室入口边缘32减少摩擦。
几个细节成形区域(detail forming areas)38设置在成形面28上。坯料12由腔室内液体22提供的液体压力成形到成形区域38内。
参考图2到3，所示可替换实施例在工艺中有两个不同点。所示液压-成形工具10用于成形坯料12。该液压-成形工具10的多个元件与参见图1的描述相同。坯料夹持环14相对于模腔环16夹持坯料12。可移动壁 18被形成为反凸模40的一部分，反凸模40与图1中反凸模20不同，因为反凸模40包括多个液压成形液体供应通道42。液体供应通道42提供液体到局部液压-成形腔室44，该局部液压-成形腔室44远离细节成形区域38位于坯料12的相对侧。液体在压力下被供应到液压-成形液体供应通道42，从而将坯料12成形到细节成形区域38内。液体还穿过主液体供应通道30供应到绕反凸模40延伸的反凸模液体夹套46。当坯料12被拉伸穿过腔室入口边缘32时，反凸模液体夹套46内的液体减少摩擦。
参考图3，当坯料12以示出了坯料在成形后形状的实线表示时，材料流包48以虚线表示，其显示包48。如图示，材料流包48可以稍微夸张，但应该理解，当坯料12被拉伸到液压-成形工具10内时材料流包48由坯料12下的液体压力形成。
特别参考图2，坯料12被示为夹持在坯料夹持环14和模腔环16之间。可移动壁18被示为：在周期中的凸模26最初接合坯料12上表面的时刻，可移动壁18支撑坯料12的下表面。液体22穿过主液体供应通道30被供应到反凸模液体夹套46。液体减少了在腔室入口边缘32处的摩擦。
参考图3，所示液压-成形工具10中，凸模26完全与所示的处于完全拉伸状态的坯料12一起前进。反凸模40的可移动壁18与坯料12接合。反凸模40的运动减少了液体22的体积，其还减少了用于对由模腔环16和可移动壁18形成的腔室进行填充和排空时所需的时间量。在这一点上，坯料12几乎被完全成形，且最终成形工艺可通过液压-成形液体供应通道42引入压缩液体22而实现。通过供应通道42引入的液体被供应到位于坯料12之下的局部液压-成形腔室44。当压缩液体被引入局部液压-成形腔室44，坯料12被成形到成形面28的细节成形区域38内。封条50绕成形腔室44设置，成形腔室44密封在坯料12的底部上。
尺寸减小的局部液压-成形腔室44，减少了在细节成形区域38中成形坯料所需的液体体积。细节成形区域38具有比整个成形面28更少的表面区域。与在整个成形面28上成形坯料所需的力相比较，体积被减少的液体减少了成形坯料所需的力。
液压缸21或其它机械致动器被连接到反凸模40，以使反凸模40和壁 18相对于模腔环16移动。当液压-成形液体供应通道42被填充，在坯料12和壁18之间没有液体。通过减少向坯料表面施加压力的液体的量，将坯料12的一部分成形到细节成形区域38内所需的力更小。
参考图4，示出了液压-成形工具10的另一个实施例，其包括具有EHF液体通道42的反凸模40，EHF液体通道42提供压力下的液体22到凸模26的成形面28上的多个微-液压-成形腔室62。通过在可移动壁18上设置凸起64，微-液压-成形腔室62的体积被进一步减少，该凸起被微-液压-成形腔室62所容纳。凸起64可被用于开始将板材12机械地成形到细节成形区域38内。通过液压-成形液体供应通道42供应的液体填充微-液压-成形腔室62。在微-液压-成形腔室62的外周边，多个封条在坯料12和壁18之间形成密封。
如图4所示的用于成形板材的整个成形工艺，在参考图2和图3所述的一般步骤的后面，以达到坯料12完全由凸模26成形且坯料12相对于壁18成形的程度。在这一点上，液体通过液压-成形液体通道42被引入而填充微-液压-成形腔室62。微-液压-成形腔室62中坯料12下面的空间的部分体积，由凸起64所占据的空间填充。这样，微-液压-成形腔室62内液体的量被进一步减少，其还减少将坯料成形到细节成形区域38内所需的液体体积和所需力的大小。
尽管已经公开了本发明的多个实施例，对于本领域技术人员而言，不脱离本发明范围的修改是显而易见的。所有这样的修改和改进在此都被权利要求所覆盖。
Claims (6)
1.一种用于成形金属坯料的液压－机械工具，包括：
具有模具成形面的凸模；
坯料夹持环，接合所述坯料的第一侧；
模腔环，与所述坯料的第二侧接合，并且与相对于所述模腔环移动的可移动壁一起限定具有可变容积的腔室；以及
容纳在所述腔室内且在所述壁上的一定体积的液体，其中当所述坯料保持在所述坯料夹持环和所述模腔环之间时，所述成形面接合所述坯料，并且当所述凸模被驱动进入所述坯料时，所述液体使所述坯料与所述成形面相一致；
其中，所述壁限定至少一端口，该端口与压缩液体源之间流体连通且通向所述壁上的面向所述坯料的表面，其中在该端口通向所述壁的表面的局部区域中，液压－机械成形压力施加到所述坯料，从而将所述坯料成形到所述成形面的细节区域内；
形成在所述凸模的成形面中的至少一凹陷区域，所述坯料的一部分被所述凸模的动作拉入该凹陷区域中；以及
设置在所述壁上的面向所述坯料的表面上的凸起，且朝向所述凸模的成形面中的所述凹陷区域延伸，从而减小将所述坯料成形在所述成形面的细节区域内所需的液体体积。
2.如权利要求1所述的液压－机械工具，其中所述模腔环包括模具入口圆角，并且一部分所述液体通过所述模腔环供应到所述模具入口圆角，以减少所述坯料和所述模腔环的所述模具入口圆角之间的摩擦。
3.如权利要求1所述的液压－机械工具，进一步包括，使所述壁朝向和远离所述坯料移动的致动器。
4.一种用于成形金属坯料的液压－机械工具，包括：
具有模具成形面的凸模；
坯料夹持环，与所述坯料的第一侧接合；
模腔环，与所述坯料的第二侧接合，并且与相对于所述模腔环移动的可移动壁一起限定腔室；以及
容纳在所述腔室内的一定体积的液体，其中当所述坯料保持在所述坯料夹持环和所述模腔环之间时，所述成形面接合所述坯料，其中当所述坯料成形到所述模腔环内时，所述壁接合所述坯料的第二侧且在所述壁和所述坯料之间没有液体，但在所述凸模外侧的模腔环和坯料之间具有液体；
其中，所述壁限定至少一端口，该端口与压缩液体源之间流体连通且通向所述壁上的面向所述坯料的表面，其中在该端口通向所述壁的表面的局部区域中，液压－机械成形压力施加到所述坯料，从而将所述坯料成形到所述成形面的细节区域内；
设置在所述壁的面向所述坯料的表面上的面密封，其与所述坯料形成密封以限制所述液压－成形压力施加在其中的区域；
形成在所述凸模的成形面中的至少一凹陷区域，所述坯料的一部分被所述凸模的动作拉入该凹陷区域中；以及
设置在所述壁上的面向所述坯料的表面上的凸起，其处于所述密封内，且朝向所述凸模的成形面中的所述凹陷区域延伸，从而减小将所述坯料成形在所述成形面的细节区域内所需的液体体积。
5.如权利要求4所述的液压－机械工具，其中，在所述模腔环和所述壁的侧部之间设置有空间，其从所述模腔环的模具入口圆角延伸到所述模腔环和所述壁的侧部之间的密封位置。
6.如权利要求4所述的液压－机械工具，进一步包括：
设置在所述壁上的面向所述坯料的表面中的空腔，所述空腔与所述坯料限定液压－成形腔室从而限制所述液压－成形压力施加在其中的区域。
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