CN103008765B - 用于改变工件的工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于改变工件的工具，所述工具通过剪裁或接合工件而改变工件。所述工具是使用通过液体传递的脉冲以剪裁工件或将两种厚度的金属接合在一起的电动液压工具。一种用于剪裁工件的方法包括以下步骤：在液体中进行高电压放电，驱动工件与工具钢嵌件的切割边缘接合。一种将两种厚度或更多种厚度的金属接合在一起的方法包括以下步骤：通过电极产生高压放电，使一个板或一定厚度的金属朝着通过支承板保持静止的第二板加速，同时使第一厚度的金属朝着第二厚度的金属加速。
Description
关于联邦资助的研究或开发的声明
本发明是根据第DE-FG36-08GO18128号合同在政府支持下开展的。政府拥有本发明的某些权利。
技术领域
本公开涉及一种用于剪裁或接合金属板的电动液压工具。
背景技术
从金属板制造部件通常需要剪裁和焊接金属板。在传统的制造工艺中，使用低碳钢，这是因为低碳钢的延展性且低碳钢容易剪裁和焊接。已经提出多种新材料(例如，深拉优质钢、拉拔优质钢(drawing quality steels)、烘烤硬化钢、双相钢、硼板、铝合金)来制造金属板部件。现在在车辆的制造中提出用轻质材料和高强度材料代替低碳钢，以增加燃料经济性。使用传统的金属板成形工具和焊接工艺对这些类型的轻质材料进行加工在制造过程中导致实质性问题。
在剪裁操作中，较硬的材料需要更大的力，以从金属板剪裁废料。另外，当剪裁更高强度的金属板时，由于更大的力施加到成形工具而导致可产生更大的间隙。对于传统的低碳钢，通常建议间隙小于材料厚度的10％。另外的间隙可沿着金属板的剪裁边缘以毛刺、裂缝、裂片的形式产生。另外，增加的间隙还可导致工具钢边缘的磨损增加。工具钢边缘的磨损可通过重新锐化剪裁钢的边缘或者通过填塞剪裁钢嵌件来解决，这增加了制造成本。
提出的另一个方案是包括与剪裁钢相邻的弹性废料支撑件(elastic scrapsupports)，以减少毛刺的变形和弯曲，如申请人在第7,197,970号美国专利中提出的。根据申请人的在先专利的弹性废料支撑件的使用极好地适合于垂直剪裁操作。然而，如果需要通过凸轮操作的剪裁钢工具进行大角度切割(可能需要大到60°的切割角度)，则弹性废料支撑件的效用降低。
在申请人的第7,810,366号在先专利中，提出对坯件进行电动液压剪裁、翻边和缝边(hemming)，但是必须给电动液压工具提供大量液体。由于需要排放和填充电动液压腔，所以大量液体的使用增加了机械循环时间。另外，为了利用更大的电动液压腔中的更大的液体体积对板进行剪裁、翻边和缝边，需要增加的电压以提供足够的力。此外，放电的多个电极与板的被作用区域的位置之间的间隔的增加会降低来自电动液压脉冲的可用压力。
在焊接操作中，焊接铝或混合金属可能需要将粘合剂施加在接合区域，以获得需要的接合强度。粘合剂的添加增加了完成的板的重量和成本，还使制造工艺变复杂。点焊操作和其他热焊接技术依赖于金属板的材料的局部熔化。局部熔化降低了强度且可降低完成的部件的性能。已经提出电磁焊接，以接合铝和其他混合金属组件。然而，电磁焊接依赖于线圈，而线圈的寿命短且更换的成本高。另外，当应用于电导率差的材料时，电磁焊接不是特别有效。
上述与剪裁和接合轻质金属板相关的制造挑战和问题通过申请人如下面总结的描述来解决。
发明内容
本公开提出使用围绕模具的外周延伸的小体积电动液压腔取代金属板模具上的嵌件和剪裁钢边缘。电动液压腔设置有电极丝，所述电极丝设置在液体中并连接到存贮电荷源。小体积的电动液压腔围绕模具的外周延伸。当存贮电荷源通过所述电极丝放电时，在液体中产生压力脉冲。高电压放电使所述电极丝破碎。压力脉冲驱动板抵靠设置在板的与电动液压腔相对的侧上的工具钢嵌件的剪裁钢边缘。
已经发现的是，使用类似的小体积的电动液压腔，通过液体传递的高压脉冲可驱动一个板以高速运动到另一个板。在小的液体填充腔中，固定电极可连接到存贮电荷源，以形成点接合部。可选地，电动液压腔可设置有电极丝，所述电极丝连接到存贮电荷源，所述存贮电荷源通过所述电极丝放电，以在电动液压腔中产生压力脉冲。电动液压腔可以是延伸通道，所述延伸通道被设置为与将被接合到另一个板或缝边边缘的板中的一个的表面相邻。
如上面总结的申请人的公开将在参见附图及下面对示出的实施例的详细描述时被更好地理解。
附图说明
图1是部分成形的金属板部件的图解俯视图；
图2是沿着图1的线2-2截取的，电动液压成形工具在金属板部件上的位置的图解截面图；
图3是沿着图2的线3-3截取的电动液压成形工具的图解截面图；
图4是示出在执行电动液压剪裁操作之后的电动液压成形工具的图解截面图；
图5是电动液压成形工具的可选实施例的图解截面图，示出了在剪裁操作之前设置在电动液压剪裁工具中的坯件；
图6是在执行剪裁操作之后的在图5中示出的电动液压剪裁工具的图解截面图；
图7是在接合之前的点接合工具的图解截面图；
图8是在接合之后的在图7中示出的点接合工具的图解截面图；
图9是在接合之前的延伸接合工具的图解截面图；
图10是在接合之后的在图9中示出的延伸接合工具的图解截面图；
图11是在接合之前的铆接工具(clinch tool)和延伸接合区域的图解视图；
图12是在接合之后的在图11中示出的铆接工具和延伸接合区域的图解视图。
具体实施方式
下面提供本发明的示出的实施例的详细描述。公开的实施例是可以以各种和可选形式实施的本发明的示例。附图未必按比例绘制。可夸大或最小化一些特征，以示出具体组件的细节。在本申请中公开的具体结构和功能性细节不应该被解释为限制，而仅仅是用于教导本领域的技术人员如何实施本发明的代表性基础。
参照图1，包括已经被拉伸成车辆后翼子板的形式的金属板坯件的拉伸坯件20被示出为处于其“冷拔成”状态。坯件20没有被剪裁。剪裁边缘22的位置被示出为虚线。坯件20的在剪裁边缘22外部的部分被从坯件20剪裁掉，以产生剪裁板24。坯件20的在剪裁边缘22外部的部分是废料部分28，废料部分28也可被称为下脚料。拉延筋30被示出为处于废料部分28中。拉延筋30与废料部分28一起被去除。
参照图2，剪裁工具32的一部分被图解地示出。如图2所示，剪裁工具32包括下工具36。应该理解的是，在工具倒置的情况下，对于下工具36的说明可等同地适用于上模具。当使用术语“下”和“上”描述模具部件时，术语“下”和“上”不应该被解释为将公开的构思限制于示出的实施例或任何具体的空间方向。液体腔38设置在下工具36中，液体腔38填充有液体40。液体可以是含添加剂(例如，防锈剂)的水。电极丝42被示出为设置在液体40中，相对于液体腔38的边界处于隔开的关系，优选地设置在液体腔38内的中央位置。液体腔38可具有凹面39，凹面39聚焦在高电压放电施加到电极丝42时产生的脉冲。坯件20被示出为设置在下工具36上，使得坯件20的第一侧48封闭腔38内的液体40。上模具50被示出为接合坯件20的第二侧52，上模具50在模具倒置的情况下还可以是下工具，且不应该被解释为限制构思。具有切割边缘55的工具钢嵌件54设置在上模具50中，上模具50还接合坯件20的第二侧52。在剪裁工具的实施例中，工具钢嵌件54还可被称为砧区域，其原因是坯件20被驱动，抵靠工具钢嵌件54。剪裁间隙区域56设置在坯件20的与液体腔38相对的侧上，并与工具钢嵌件54相邻。倒圆的边缘58设置在上模具50上，位于剪裁间隙区域56的与工具钢嵌件54相对的侧上。倒圆的边缘58被设置为避免在倒圆的边缘58的区域中切割或分割坯件20。
参照图2和图3，坯件20被示出为使得工具钢嵌件54接合坯件20的第二侧52。电极丝42被多个分隔件60支撑，以使电极丝42不在液体腔38中接合下工具36。所述多个分隔件60可使电极丝42保持在凹面39的焦点或焦点附近。电极丝42连接到存贮电荷源62，存贮电荷源62可以是一堆电容器，这一堆电容器被充电以通过电极丝42提供高电压放电，如将在下面参照图4更加全面地描述的。电极丝42设置在液体40中，液体40使电极丝42与坯件20和下工具36分开。如图2和图3所示，当电极丝42从存贮电荷源62接收高电压电荷时，坯件20位于将被工具钢嵌件54剪裁的位置。
参照图4，示出了在电极丝42(在图2和图3中示出)已经从存贮电荷源62接受高压放电且已经在电学放电期间破碎，导致产生的脉冲通过液体40作用于坯件20的第一侧48之后的坯件20。脉冲也从凹面39反射回来。坯件20被脉冲驱动，抵靠工具钢嵌件54，以在剪裁板24上形成剪裁边缘22。坯件20的在剪裁边缘22外部的部分被驱动，抵靠工具钢嵌件54，进入剪裁间隙区域56中。坯件20的一部分被驱动，抵靠倒圆的边缘58，但是不与坯件20断开并变成废料部分28。其他废料切割机可被设置为横向地延伸并从工具钢嵌件54向外延伸，以将废料部分或下脚料部分切割成多个段。
在图4中，液体40基本上留在形成于下工具36中的腔38内。在通过电极丝42的高电压放电期间，上模具50接合坯件20，并使剪裁板24和废料部分28保持在合适位置。
参照图5和图6，示出了剪裁工具32的可选实施例。在可选实施例中，坯件20设置在下工具36上并覆盖容纳在液体腔38内的液体40。电极丝42在图5中被示出为被与在图3中示出的分隔件60类似的分隔件支撑。上模具50支撑工具钢嵌件54且还限定倒圆的边缘58，如之前参照图2-4描述的。在图5和图6的实施例中，废料支撑块64设置在上模具50的倒圆的边缘58和工具钢嵌件54之间。废料支撑块64可由弹性聚合物材料(例如，聚氨酯)制成。在剪裁工艺期间，废料支撑块64支撑废料部分28。
参照图6，示出了在电极丝42从存贮电荷源62(在图3中示出)接受高压放电之后的剪裁工具32。液体40留在形成于下工具36中的腔38中。在图6中，剪裁边缘22通过作为通过电极丝(在图5中示出，在图6中破碎)使存贮电荷源放电的结果的对废料部分28的剪裁来形成。通过液体40传递的脉冲使得废料部分28抵靠工具钢嵌件54而被切割。废料部分28压缩用于控制废料部分28的运动的废料支撑块64。
参照图7，点接合工具70被示出为具有第一金属板72。在进行工艺描述时，第一金属板72或金属的厚度可被称为加速板。还示出了第二金属板74。在进行工艺描述时，第二金属板74或金属的厚度也可被称为固定坯件或固定管壁。第一板和第二板可以是具有相反地弯曲的边缘的单个板或两个单独的板。分隔块76被示出为使第一板72与第二板74分隔开。脉冲工具构件78被图解地示出并且可以是更大工具的部件。脉冲工具构件78限定腔80，腔80填充有液体82，例如，水或含有防锈添加剂的水。电极84设置在腔80中并浸没在液体82中。电极84通过绝缘套86与脉冲工具构件78电隔绝。背板88装配到第二板74，以在接合操作期间使第二板74保持在合适位置。在接合工具的实施例中，背板88可被称为砧区域，这是因为第一金属板72被驱动，抵靠被支撑在背板88上的第二板74。
参照图8，当与在图3中示出的存贮电荷源62类似的存贮电荷源62电连接到电极84时，形成接合部90。当存贮电荷源62放电时，电能量的脉冲从电极84释放到脉冲工具构件78，或者可以可选地释放到第二分隔电极(未示出)。当高电压脉冲通过电极84释放时，脉冲通过液体82传递，使第一板72移动，如图8所示，使得第一板72朝着第二板74加速。第二板74通过背板88保持在合适位置。第一板72朝着第二板74的加速产生接合部90。通过在图7和图8中示出的脉冲工具构件78形成的接合部类似于点焊，其原因是接合部在点位置产生单个接合区域，从而与第一板72和第二板74一起产生基本上为圆形的接合区域。
参照图9和图10，示出了线性接合工具92。由于与图7-8的实施例之间的相似性，使得相似的标号用于指示相似的部件。线性接合工具92包括脉冲工具构件78，脉冲工具构件78限定延伸通道96，电极丝98设置在延伸通道96中。延伸通道96包含液体82，液体82包住电极丝98。电极丝98电连接到存贮电荷源62，如之前针对图7和图8描述的。第一板72包括预成形的局部空腔94。如图9所示，第一板72跨过延伸通道96，直到存贮电荷源62通过电极丝98放电为止。
如图10所示，在图9中示出的电极丝98在放电之后破碎成为通过液体82传递的脉冲，以使得接合区域90形成在与延伸通道96的形状对应的延伸路径中。延伸通道可以是笔直的或弯曲的。通过使形成在第一板72上的预成形的局部空腔94压缩变形，从而第一板72抵靠第二板74来形成接合区域90，其中，第二板74被形成为通过背板88保持在合适位置。分隔块76使脉冲工具构件78与第一板72分开。
参照图11和图12，卷曲接合工具100被示出为在多个方面类似于图7-10的实施例。相同的标号将用于指示与之前实施例的部件类似的部件。卷曲接合工具100包括第一板72，第一板72设置在脉冲工具构件78上，以封闭填充有液体82的延伸通道96。在图11中，电极丝98电连接到存贮电荷源62。在图11中，预成形的局部空腔94形成在第二板74中。第二板74和预成形的局部空腔94通过背板88支承。
参照图12，由于存贮电荷源62通过电极丝98(在图11中示出)放电而形成接合区域90。如图12所示，接合区域90通过两个卷曲区域102形成在接合区域90的两侧上而增大。接合区域90通过使第一板72朝着第二板74加速而形成，其中，第二板74通过背板88保持在合适位置。
虽然在上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意在描述本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。另外，可结合实施的各个实施例的特征，以形成本发明的进一步的实施例。
Claims (12)
1.一种用于改变工件的工具，所述工具包括：
电动液压工具，接合工件的第一侧并限定通道；
模具，接合工件的第二侧并在模具的周界的一部分处限定砧区域；
电极丝，设置在所述通道内；
一定量的液体，设置在所述通道中；
分隔件，设置在电极丝、工件和所述通道之间，分隔件防止电极丝接触工件和电动液压工具；
存贮电荷源，电连接到电极丝，通过电极丝进行高压放电，并在所述通道中产生脉冲，所述脉冲通过液体传递，以驱动工件抵靠所述砧区域；
弹性废料支撑件，接合工件的与限定切割边缘的工具钢嵌件相邻的第二侧，其中，当剪裁工件时，所述弹性废料支撑件限制工件的废料部分。
2.根据权利要求1所述的工具，所述工具还包括工具钢嵌件，所述工具钢嵌件限定所述切割边缘并剪裁工件的在所述切割边缘的外部的废料部分。
3.根据权利要求1所述的工具，其中，所述通道包括凹面，所述凹面的轴与所述通道的纵向平行地延伸。
4.根据权利要求3所述的工具，其中，电极丝布置在所述凹面的焦点，使得通过由电极丝高压放电而产生的脉冲从所述凹面的部分圆柱形表面反射回来。
5.根据权利要求1所述的工具，其中，设置多个剪裁边缘，以围绕模具的周界剪裁多个部分。
6.一种接合工件的第一板和第二板的方法，所述方法包括以下步骤：
选择电动液压工具，所述电动液压工具限定腔，所述腔通过在一侧限定开口的壁形成；
将电极设置在所述腔中，使得电极与所述腔的壁和所述一侧中的开口具有隔开的关系；
将电极连接到存贮电荷源；
将液体填充入所述腔；
将第一板和第二板放置在电动液压工具和背板之间，越过所述腔的所述一侧上的开口，其中，第一板和第二板彼此至少部分地分隔开，并且分隔块设置在第一板和第二板之间；
通过电极使存贮电荷源放电，以产生脉冲，所述脉冲通过液体传递，驱动第一板与第二板接合，以将第一板结合到第二板。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述电极是电极丝，所述通道是延伸通道，其中，电极丝在所述延伸通道中纵向地延伸。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，电极丝被分隔件限制，分隔件防止电极丝接触所述腔的壁和第一板。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，在第二板中形成预成形的局部空腔，其中，使存贮电荷源放电的步骤将第一板卷曲到第二板。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述电极延伸穿过所述电动液压工具的壁，且至少部分地设置在绝缘套内。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，第一板与第二板的接合是点接合区。
12.一种用于改变工件的工具，所述工具包括：
电动液压工具，接合工件的第一侧并限定通道；
模具，接合工件的第二侧并在模具的周界的一部分处限定砧区域；
电极丝，设置在所述通道内；
一定量的液体，设置在所述通道中；
分隔件，设置在电极丝、工件和所述通道之间，分隔件防止电极丝接触工件和电动液压工具；
存贮电荷源，电连接到电极丝，通过电极丝进行高压放电，并在所述通道中产生脉冲，所述脉冲通过液体传递，以驱动工件抵靠所述砧区域，
其中，所述工件还包括第一板和第二板，第一板提供工件的第二侧并接合所述砧区域，第二板提供工件的第一侧且最初与第一板隔开，其中，所述脉冲驱动第二板与第一板接合，使得第二板接合到第一板。
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