CN103534047B - 具有保护性非织造物保护层的工具装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适应性保护织品（3）在金属薄片成形中的使用，适应性保护织品（3）包括被覆盖在金属薄片成形工具（2）的作用表面上的非织造材料，其中金属薄片（4）的表面避免与工具（2）的表面的接触，并且消除了对润滑剂的需要。

Description

具有保护性非织造物保护层的工具装置

技术领域

本发明涉及用于金属加工的工具装置，例如，用于诸如冲压、拉伸成形、深拉、弯曲等的金属成形的工具装置，其中由金属薄片制成的工件例如通过一个或多个工具部件成形。

背景技术

在金属薄片成形中，通常使用控制金属薄片的变形与移动同时与金属薄片接触的成形工具。该工具由具有再造最终期望的几何形状的几何形状并在成形期间补偿金属薄片厚度的回弹和变化的凹部(凹模)和突起(凸模)组成。该工具具有通常超过一公吨的重量，并用液压机、电动压力机或机械压力机以数百千牛挤压工件直到产生期望的变形。工具与金属薄片之间作用的接触压力通常很大。工具表面上的压力与金属薄片的移动引起工具材料的粘着、微焊接和/或磨损，这可导致成品部件上的擦痕和表面缺陷。

为了减少工具和金属薄片表面上的磨损，在成形中通常使用润滑剂。在通过减少这些润滑剂的使用来改进在金属薄片成形工业中的内外环境中投资了大量资源。

一种方案在于用保护层将金属薄片与工具分离，该保护层可由直接应用到工具的硬化层、置于金属薄片与工具之间的松散聚合物薄膜或平铺于金属薄片表面上的干式润滑剂组成。

硬化层可由在加热条件下提供的硝化、镀硬铬和激光处理组成，这可能不利地影响工具的表面光滑度或外部形状。诸如PVD和CVD层以及例如类金刚石的低摩擦层的替代方法要求光滑的工具表面，以便令人满意地加工，因此需要增加用于表面改性和表面涂覆的成本。

对于松散保护膜，存在很多种类。在较简单的二维成形中，诸如边缘弯曲，不同种类的保护塑料或织品被用作金属薄片与弯曲工具之间的保护覆盖物，参见专利US5542282和US5887475。

在具有敏感表面的产品的三维成形中，例如不锈钢槽等，惯常做法是用也可能被润滑的聚合物膜覆盖金属薄片。这种膜为一次性产品，其在输送期间保持在已成形的部件上的适当位置并还用作防止擦痕，直到安装和使用。

干式润滑剂可在金属薄片生产时或在成形之前被涂覆金属薄片上。干式润滑剂根据不同的原理工作。最常用的原理包括一个在另一个上滑动的薄片。这种的典型示例为二硫化钼、氮化硼和石墨。

另一种常用的干式润滑剂为聚四氟乙烯，其为具有极低的摩擦系数和低表面能的热塑性塑料。PTEE可以很多不同的方式被使用以减小摩擦：作为分散于液体中的细微粉末或作为表面烧结涂层。PTEE的一个缺点在于该材料较软并不是特别经得住磨损。另一个缺点在于低的导热性，这连同大约260℃的最大使用温度限制了在微尺度的局部加热可毁坏材料表面并增加摩擦性能的过程中的使用。

上面描述的技术具有以下局限性：

i)就工具生产而言，工具上的硬化层需要增加成本。在大多数情况下，在成形中需要润滑剂。

ii)用塑料涂覆金属薄片或干式润滑剂成形为一次性的方案，其产生额外的成本和环境污染，因为膜/润滑剂不能被再利用。塑料可在不会超过塑料的拉伸极限的成形操作中替代润滑剂，否则在此也需要润滑剂。

iii)用根据专利US5542282和US5887475的各种保护材料保护工具仅包括二维简单成形。

因此，非常需要实现用于金属加工的改进的工具装置，其允许以高的产品质量更有效且更复杂地加工，并可以被利用为以有效的方式重复使用。

发明内容

本发明的目的在于消除或至少部分地减轻现有技术的上述缺点，并实现用于金属加工的改进的工具装置，该改进的工具装置允许更有效和更复杂的加工。根据本发明一方面，这通过一种用于金属冷加工的工具装置而实现，该工具装置包括具有至少一个成形表面的工具，该工具被布置为在加工过程期间根据包括双曲率面(double curvaturesurface)的三维图案或形状成形一工件，其中工具的成形表面被提供有用于位于成形表面与工件之间以便在加工过程期间保护工具和/或工件的保护层，其中保护层包括粘结的纤维织物或非织造材料或非织造纤维织物，或者由粘结的纤维织物或非织造材料或非织造纤维织物形成或组成。

本发明的一个优点在于使金属薄片成形中的表面问题达到最小，并使三维产品的金属薄片成形中使用的润滑剂的数量消除或至少达到最小。

根据一个实施例，这借助包括特定质量的粘结的纤维织物或非织造材料的织品被用作金属薄片一侧或两侧上的成形工具上的保护覆盖物的事实被实现。例如，覆盖工具可通过将织品覆盖在工具上并用设备固定以使织品在加工过程期间与金属薄片一起成形而实现。保护织品在成形之后保持在工具上并可在许多次成形操作中被再利用。

织品的一个功能在于防止诸如金属薄片的工件与工具之间的接触。这意味着在金属薄片的两侧被保护的情况下可完全避免润滑剂，而在金属薄片的一侧由织品保护的情况下可部分避免润滑剂。

另外，工具维护和清洗也可能被最小化，例如，这在例如不锈钢金属薄片、钛、铝和镀锌金属薄片的被粘附到工具上的金属薄片的成形中是重要的。

例如，用于加工/成形金属的工具装置被布置用于金属冷成形，其中不需要外部加热。由此，可提供更有效的金属加工过程。例如，适于通过压力机中的压制动作成形金属工件的诸如凹模和凸模以及凹形形式和凸形形式的工具的成形表面，在室温下、或在大约室温下和/或在没有从外部热源(例如，用于在金属热成形期间加热工件的电热设备)提供任意附加热的情况下被操作。另外，工件可在没有任何加热或未从外部热源提供热的情况下被加工。另外，根据一实施例，用于金属加工的工具装置和方法包括在不超过200摄氏度或不超过120度或不超过100摄氏度或在大约室温下的金属加工。

根据一示例实施例，形成保护层的粘结的非织造纤维织物包括UHMW-PE(超高分子量聚乙烯)纤维。例如，根据各个实施例，非织造纤维织物包括至少50％重量比的UHMW-PE纤维，或者至少60％、或者至少70％、或者至少80％、或者至少90％重量比的UHMW-PE纤维。由此，根据本申请，非织造纤维织物中合适的纤维含量可被提供。根据另一示例实施例，粘结的非织造纤维织物由具有20mm和100mm之间或40mm和80mm之间或50mm和60mm之间的长度的纤维或人造短纤维形成。由此，纤维织物可具有足够的强度和内部非织造物粘结，其优点在于提供持久耐用的保护层。

根据一示例实施例，粘结的非织造纤维织物被覆盖在工具的成形表面上，并在加工过程期间再成形。因此，保护层可有利地适于或在加工过程期间被形成为与成形表面一致，这通过形成具有高表面光洁度的接触表面而在重复成形操作期间改进成品工件的表面光洁度。有利地，保护层可被再成形并伸出以与包括双曲率面的三维形状一致，从而形成没有折痕或皱褶的平坦的保护表面。换言之，粘结的非织造纤维织物以无折痕和皱褶方式形成适于复杂成形表面的适应性保护层。

根据一示例实施例，工具装置被构造为根据包括双曲率面的三维形状以同步方式成形工件。例如，双曲率面的弯曲部在由保护层保护的同时以单个有效的过程有利地形成。

根据另一示例实施例，保护层为自支撑的并在加工过程期间根据成形表面被成形，使得保护层被成形为与成形表面基本相同的形状和/或剖面轮廓。由此，保护层为自适应的，并且由于保护层的自支撑结构将力求与成形表面对准并相对于成形表面保持正确的定向，所以需要更少的设备来确保保护层与成形表面的正确对准。不限于该理论，相信非织造纤维织物的压制导致分子级别的粘结，例如，共价键，这有助于自支撑特征，使得保护层在例如初始成形过程操作之后保持其再成形形状。

此外，根据一示例性实施例，工具的成形表面具有被布置为根据三维图案或形状来成形工件的构造。例如，成形表面的构造包括用于在加工过程期间接纳和使工件的一部分成形的至少一个凹部。另外地或可替代地，成形表面的构造包括用于在加工过程期间成形工件的至少一个突起。而且，根据一实施例，成形表面的凹部和突起形成成形表面三维图案或形状，其中在保护层中为覆盖所述凹部和突起的连续层。

根据工具装置的一示例实施例，保护层被布置为重复使用，这涉及在不需要被更换的情况下形成多个单独的工件或多个成形操作。例如，多个单独的工件或成形操作包括至少10个或至少25个或至少50个或至少100个或至少500个单独的工件或成形操作，这允许更有效且更有成本效益的金属成形操作。

根据一示例实施例，工件由金属薄片形成。例如，根据各个实施例，工具装置被布置为用于形成具有0.1mm和5mm之间或者0.3mm和3mm之间或者0.5mm和2mm之间的厚度的工件。

而且，根据一示例实施例，粘结的非织造纤维织物具有50和1000克每平方米之间或者100和400克每平方米之间或者200和300克每平方米之间的重量。由此，可提供具有合适的保护和再成形性能的耐用保护层。

根据一示例实施例，三维图案或形状包括与第一双曲率面不同的第二双曲率面，由此形成更复杂的三维形状。例如，第一双曲率面和第二双曲率面的不同在于它们包括具有不同或不重合的法线方向的第一弯曲部和第二弯曲部。

根据工具装置的再一示例实施例，织品，即保护层，包含可被用于对在金属薄片成形中采用的过程进行测量和质量控制的传送功能。

根据工具装置的各个实施例，其可在例如由不锈钢、钛、铝、镁制成的金属薄片以及镀锌或高强钢金属薄片之类的金属薄片的成形中使用，金属薄片粘附地作用在金属工具表面。而且，根据一实施例，工具装置被布置为在聚合物涂覆的金属薄片的成形中使用。根据各个实施例，工具装置还可被布置为在具有表面结构的金属薄片的成形中使用，或者在高度抛光或光面轧制的金属薄片的成形中使用。工具装置也可被布置为在具有在传统压制中处于中遭受被损坏危险的其它表面处理的金属薄片的成形中使用。

根据再一示例实施例，工具装置被布置为在具有比通常的工具低的表面光洁度的工具中的金属薄片的成形中使用，而在已成形的部件上不具有变差的表面光洁度。换言之，工具装置可被布置为在具有比通常的工具高的表面粗糙度的工具中属薄片的成形中使用，而在已成形的部件上不具有变差的表面光洁度。另外，根据一实施例，工具装置被布置为在具有比通常的工具低的表面硬度的工具中的金属薄片的成形中使用，而不使工具使用寿命变差。

根据另外的示例实施例，工具装置进一步包括第二工具，第二工具具有面向第一工具的成形表面并被布置为与第一工具的成形表面协作以便根据三维图案或形状在第一成形表面与第二成形表面之间成形工件的第二成形表面。而且，根据一实施例，工具装置可包括根据第一保护层布置的第二保护层，该第二保护层被布置在工件与第二成形表面之间。

根据本发明的另一方面，其涉及用于金属加工的方法，其中工件在加工过程中用具有至少一个成形表面的工具根据包括双曲率面的三维图案或形状而被形成，其中工具的成形表面被提供有包括粘结的非织造纤维织物的保护层，层被布置在成形表面与工件之间以便在加工过程期间保护工具和/或工件。该方法的优点在于为金属工件的金属成形提供改进且更有效的制造，从而允许减少表面问题并消除或至少减少在三维产品的金属薄片成形中使用的润滑剂的数量。该方法以与上述关于根据本发明的工具装置描述的相似的方式而进一步有利，并将在本文件中进一步描述。另外，不需要外部热并可提供更有效的金属加工过程。

根据一示例实施例，该方法进一步包括在加工过程期间成形粘结的非织造纤维织物，其中保护层的至少一部分被延伸，使得保护层与成形表面一致。由此，独立于成形表面的形状或结构，保护层在加工过程期间有利地被适应。

根据一示例实施例，保护层在工具的成形表面与工件之间成形。根据一实施例，保护层被进一步成形为对应于工具的成形表面的自支撑结构。例如，保护层由布置在工具与工件之间的单独的薄片形成。

根据一示例实施例，该方法包括第一步骤，在第一步骤中，具有基本平坦形状的保护层在工具的成形表面与工件之间或在工具的成形表面与第二工具之间被挤压，从而保护层被再成形为与成形表面一致。例如，根据一实施例，第一步骤包括将保护层布置为平坦的伸出构造。

根据一示例实施例，该方法进一步包括第二步骤，在第二步骤中，待在加工过程中形成的另一工件用工具根据三维图案或形状而被形成，其中相同的再成形的保护层被布置在成形表面与工件之间，以便在加工过程期间保护工具和/或工件。例如，根据一实施例，对于多个单独的工件或成形操作而言，第二步骤被重复许多次。

根据该方法的另一示例实施例，再成形保护层被再成形为延伸至工具的成形表面的向内延伸的腔中，并与该向内延伸的腔一致，其中再形成保护层为自支撑的，从而其保持相对于成形表面的向内弯曲的腔向内延伸并与该向内弯曲的腔一致的构造。而且，保护层可有利地布置为在多个重复的第二步骤期间保持相对于成形表面的向内弯曲的腔向内延伸并与该向内弯曲的腔一致的构造。另外，根据一实施例，粘结的非织造纤维织物可在加工过程期间被有利地挤压以形成自支撑结构。根据一实施例，本发明还可用于成形具有超敏感表面的金属薄片，诸如聚合物涂覆金属薄片和光亮退火金属薄片以及具有带结构的表面的金属薄片。

一种可能性在于使用织品材料，诸如非织造物。非织造物为不是通过纺织、编织或不需要连续的纱或线来生产的其它方法生产的织品材料的产品的总称。

根据一示例实施例，工具装置的加工过程包括工件相对于覆盖工具的成形表面的滑移或滑动运动，而工件被成形为与工具的成形表面一致。而且，保护层在加工过程期间可再成形，该再成形包括在粘结的非织造纤维织物的平面中伸展/延伸该粘结的非织造纤维织物。

根据一示例实施例，非织造纤维织物，也称为织品，通过梳理和针刺技术形成。例如，梳理使待形成纤维织物的纤维变直并分离。使用例如针刺机的针刺向纤维织物提供强度和尺寸稳定性。针刺可布置为使得纤维织物足够薄、坚硬和/或坚固。例如，使用针刺机的针刺通过将通常安装在板上的提供有倒钩的大量的针穿过纤维织物而被执行，从而引起纤维的机械缠结。

根据一实施例，非织造纤维织物或织品由具有低摩擦系数和高强度的纤维组成。例如，根据各个实施例，粘结的非织造纤维织物可由包括这样的材料组成或包括该材料，该材料为由从包括或由UHMW-PE(超高分子量聚乙烯)、LCP PET(液晶聚合物聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEEK(聚醚醚酮)、PBO(聚对苯撑苯并二恶唑)、PTEE(聚四氟乙烯)和硅化PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)组成的材料的组中的单种或组合的材料组成。

本发明利用的材料在下面部分中描述。

附图说明

现在将参照附图通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1为根据本发明的用于被布置为在加工过程期间形成工件的用于金属加工的工具装置的实施例的示意性的局部分解的透视图。

图2a-2c为根据本发明的用于金属加工的工具装置的实施例的不同的金属成形步骤的示意图。

图3a-3d为在金属成形过程中形成的可选择的金属工件的示意性透视图。

应理解，附图的比例并非正确的，而是，如本领域技术人员容易认识到，除了附图中例示的那些尺寸之外的尺寸同样可能在本发明的范围内。

具体实施方式

本发明的一个实施例由以下部分组成：

用于金属薄片成形的一个或多个覆盖工具，其中非织造织品被用作金属薄片与工具之间的保护层，尤其用于复杂的三维几何形状的深拉(deep drawing)和其它成形。

本发明的一个实施例包括将用于成形的特别适应的织品紧固到工具。

覆盖工具可替代成形操作中润滑剂的使用，包括在工具上具有粘附效应的例如不锈钢金属薄片、钛和铝之类的金属薄片的成形中。

覆盖工具也可在镀锌金属薄片的压制中使用。产生的典型问题是拉延半径和拉延筋处的镀锌脱落。在纤维被使用的场合，一旦其被锌层污染，其可被替换。

由于保护织品层，金属薄片产品的表面光洁度可保持不受成形过程影响。

保护效应还允许已经喷漆的金属薄片可被深拉，而在漆中没有痕迹或擦痕。

当工具表面由织品保护时，基于工具表面的要求变少。覆盖工具可在没有表面涂覆的情况下被使用，并且极可能的是可使用比通常的工具表面粗糙得多的工具表面。稍微粗糙的工具表面甚至是优点，因为它们可防止织品在成形期间的滑动和起折痕。较低的表面要求减少对于工具生产中的费时且昂贵的体力劳动。

本发明还导致工具维护和清洗最小化成为可能，这在对工具产生粘附磨损的例如不锈钢金属薄片、钛、铝和镀锌金属薄片之类的金属薄片的成形中是特别重要的。

能量消耗和化学消耗被减少。金属薄片部件可在完全没有润滑剂的情况下形成。这减少了对环境有害物质的使用并消除了后续过程冲洗润滑剂的需要，这能产生大的能量节省。

内部环境通过压制操作中较少的油和较低的噪音水平而改善。较低噪音水平为织品的隔音效果的结果。

不同的金属薄片厚度可在相同的工具中压制，这通过使用不同厚度的织品而适应。

在图1中，例示被布置为在诸如金属冷成形过程的加工过程期间形成工件4的用于金属加工的工具装置1的实施例。该装置包括包含第一成形表面7的第一工具2。由粘结的非织造纤维织物形成的保护层3被布置在成形表面7与工件4之间，以便在加工操作期间保护工具和/或工件。如所例示的，工具装置1进一步包括包含第二成形表面5的第二工具6，第二成形表面5具有与第一成形表面7对应并被布置为与第一成形表面7协作的形状，其中工件在第一成形表面7与第二成形表面5之间被压制和形成。如进一步所示，第一工具2包括被布置为与第二工具6的对准构件6a协作的对准开口2a，如图2a-2c中所例示。

根据工具装置1的各实施例，其可形成机械和/或液压驱动金属压制装置的一部分，其可进一步包括冲压机和模具构件。根据一实施例，参照图1，第一工具2可形成模具，第二工具6可形成压制机，其被布置用于冷成形操作，其中压制机和模具各自包括被布置为彼此协作的对应的成形表面。

参照图2a-2c，如参照图1描述布置的工具装置1，如果没有另外阐述，在不同的金属成形过程步骤期间被例示。在该实施例中，成形表面5被布置为从第二工具6向外延伸到第一工具2的向内延伸的腔中，该腔限定第一成形表面7。

在图2a中，示出第一步骤，一片保护层3在第一成形表面与由金属薄片形成的工件4之间以平坦伸出的构造被提供为邻近第一成形表面7。在金属成形过程期间，第一工具2和第二工具6被压制在一起，如图2b中所例示，其中第二成形表面5被接纳到形成第一成形表面的腔或模具中，从而保护层3和工件被成形为由成形表面限定的期望的形状。保护层3还可在没有工件4的情况下执行的预制造压制步骤中单独成形。例如，在操作期间，保护层与工件之间的摩擦系数在0.05和0.3之间或在0.1和0.2之间，这确保具有高质量结果的工件的有效形成。

参照图2c，第一工具2和第二工具6已经分离，且已成形的工件已经用将使用相同的保护层3在第二成形步骤中被成形的另外的未成形工件替代。如所示，保护层3已经被再成形以匹配第一成形表面并通过为自支撑结构而保持该形状。第一工具2由此形成由根据本发明的实施例的保护层3覆盖的覆盖工具。在保护层3的再成形步骤期间，保护层的至少一部分，例如伸出部分3’已经伸出以与第一成形表面7一致。

例如，如图3a-3c中所示，均具有三维图案或形状的示例的工件10a、10b或10c可通过用于加工金属的工具装置或方法形成。如所例示，三维形状包括双曲率轮廓，即至少包括第一弯曲部11和第二弯曲部12的剖面轮廓。例如，第一弯曲部和第二弯曲部相对于彼此沿至少部分相反的方向指向。另外，第一弯曲部11和第二弯曲部12可具有不同的曲率半径。如进一步所示，形状10a、10b、10c包括另外的弯曲部，例如图3c中示出的第三弯曲部13。相比之下，在图3d中例示的工件10d的工件形状具有仅包括第一弯曲部11的三维形状。

另外，如图3a和图3b中所示，工件10a或10b中已形成的三维图案或形状形成复杂的三维形状，该复杂的三维形状包括彼此不同的至少两个不同的双曲率面。换言之，这些复杂的三维形状不具有沿从成形工件的一端到相反端穿过三维成形工具的任何几何直线的恒定的剖面轮廓。例如，相比之下，如在图3c中例示的成形的工件10c的形状的情况下，其在沿着成形工件10c的整个长度的方向上具有恒定的剖面轮廓。

保护织品由主要由UHMW-PE(超高分子量聚乙烯)生产的纤维组成的非织造物组成。非织造物为不是通过纺织、编织或需要连续的纱或线来生产的其它方法生产的织品材料的产品的总称。可在本发明中使用的非织造材料的各种示例在下文中在“非织造物的类型”下面列出。

非织造织物在其需要被更换前持续用于相对大量的压制。即使在用重型深拉成形复杂部件时，织物在磨破前也可用于很多部件，使得每个部件的成本低于用润滑剂成形的成本。

非织造物可以覆盖所有存在的金属薄片尺寸的大宽度被生产。

通过生产具有诸如耐磨和抗摩擦之类的特定性能的织品，非织造材料可特别适于不同的成形几何形状、工具表面和金属薄片表面。

涉及覆盖工具的技术可用于工具中的摩擦性能的局部适应性。在某些部件中，织品可被提供有低摩擦性或高摩擦性，以便便于或防止在成形期间金属薄片的物质传输。低摩擦性还可被用于减少工具的高应力部分中的温度，同时避免毁坏织品的纤维的高温。控制成形过程的另一方式可为织品的延伸性能。可使这些与方向有关，其可影响金属薄片在处理期间如何成形。

还可能产生适应性金属薄片成形过程。目前，传感器可被集成于层中，例如以传导纤维的形式。借助这些传感器，可从工具的不同部分实时收集诸如压力、温度、延伸率、摩擦等的信息。织品被定位为在工具与金属薄片之间接触的事实允许该信息被用于过程控制，其中传送信号被用于控制诸如压制力的过程数据。

织品可被提供有可用于对金属薄片成形中采用的过程进行测量和质量控制的传送功能。适应性成形过程可用于减少次品率，增加产品质量并减少工具磨损和维护费用。

覆盖工具还可形成适应性摩擦系统的一部分，其中摩擦性能在实际成形过程期间可被局部和实时控制。这可借助电流通过织物的传导和电压场的产生实现，电压场可通过集成极性相反的各向异性的部件来控制润滑剂的粘性。

非织造物的类型

非织造物的生产可被示意性地划分为纤维成形和纤维粘结。纤维成形可用三种不同的原理实现：干法成网、湿法成网和气流成网。通过干法成网意味着首先梳理其变体，其中纤维被机械地定位为堆。湿法成网，顾名思义，为湿处理，其中纤维在湿的状态下被混合在一起并被分配(类似于纸的生产)，而气流成网通过在气流下将纤维混合在一起并往下吸到成形线材上而实现。

织品材料由细纤维生产。纺织和编织的织品由线生产，线反过来由纤维集结。非织造材料或有时被称作粘结的纤维织物，直接由纤维生产。存在由PTEE和UHMW-PE组成的纤维商品，其特别被用于期望低摩擦的应用中。PTEE纤维通常用于期望极强的耐化学性而机械性能为次要的产品中。UHMW-PE纤维几乎专门基于极高的机械性能而被使用，其中最大使用温度较低。UHMW-PE还具有高耐化学性和低摩擦系数。UHMW-PE纤维具有大约97％的晶体结构和仅3％的非晶结构。由于晶体非常长且沿纤维方向定向，所以这些纤维获得比大部分聚合物基纤维高得多的热传导性。高热传导性被认为是由这些纤维获得的积极成果的强有力的促成因素。

超高分子量结晶聚乙烯(UHMW-PE)为已经发现在要求下列任意特性的应用在中的使用日益增加的材料：高强度、优良热传导性、低摩擦系数和低重量。虽然其大约144-152℃的低熔化温度和大约120℃的最大使用温度，但是已经发现其以烧结形式用作期望低摩擦的表面涂层。UHMW-PE的摩擦系数与PTEE相当，但是在纤维形式下具有大约300MPa的断裂点，比PTEE强数倍。UHMW-PE由于其高结晶度而更能传导热。

存在数个商业UHMW-PE的生产商。这种类型的纤维的世界上最主要的生产商为Dutch公司DSM，商标为Dyneema。美国的Honeywell生产品牌名称为Spectra的相应的纤维。日本公司Toyobo在与DSM的合资企业中生产商标为Dyneema的纤维。还有大量的中国生产商，有些已经成功地开始UHMW-PE纤维生产。纤维的拉伸强度高于对位芳纶(Kevlar，Twaron)，但是从强度方面其压缩强度、剪切强度和耐磨度与对位芳纶相比是最突出的。UHMW-PE的摩擦系数稍微低于众所周知的来自DuPont的商标为Teflon的PTEE。

液晶聚合物聚对苯二甲酸乙二醇酯(LCP PET)几乎与UHMW-PE一样坚固，但是具有高得多的熔点。然而，这些纤维具有更高的摩擦系数。硅化PET纤维具有UHMW-PE等级的摩擦系数，但是较低的强度。还能够将不同的纤维一起混合在一种织品中。例如，能够将小组分的较轻度处理的纤维(例如硅化PET纤维)与UHMW-PE混合，以便改进织品的可生产性。

将用作干式润滑剂的纤维需要具有诸如低摩擦系数以及在更广泛的意义上具有高强度的性能。强度和低摩擦系数这两种性能的组合，与非织造结构的织物一起期望用于在没有润滑剂的情况下为金属薄片材料的深拉和拉压提供先决条件。

存在具有极低的摩擦系数(与PTEE＝聚四氟乙烯，Teflon相当)和极高的强度的纤维类型，其由UHMW-PE(DSM Dyneema，Honeywell Spectra等)制成。当该纤维类型主要用于在工具中结合所描述的生产过程进行覆盖的织品的生产时，获得所需要的性能的组合，即可成形性、低摩擦系数和压制的机械阻力。

具有令人关注的性能的另一种纤维为液晶聚合物聚对苯二甲酸乙二醇酯(LCPPET)，其几乎与UHMW-PE一样坚固，但是具有高得多的熔点。然而，这些纤维具有较高的摩擦系数。最终，硅化PET纤维(聚对苯二甲酸乙二醇酯)也已经被认为是令人关注的。该纤维具有UHMW-PE等级的摩擦系数，但是具有较低的强度。

根据生产要求和期望的性能属性，例如硅化聚酯纤维或LCP-PET(Vectran)纤维、PTEE(聚四氟乙烯，Teflon)或PEKK(聚醚醚酮，例如Zyex)纤维可被混合。如果Dyneema已经与20％的硅化PET(例如，Wellman M700)组合，则能增加耐磨性。其它纤维类型也可以较少的分量被引入，以便促进梳理过程。一个示例为PBO(聚对苯撑苯并二恶唑)。

应注意到，本发明已经参照几个实施例被大体上描述。然而，如本领域技术人员容易意识到的，除了上述公开的实施例外的其它实施例同样地可能在由所附权利要求所限定的本发明的范围内。

进一步注意到，在权利要求中，词语“包括”不排除其它的元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单独的装置或其它单元可实现权利要求中所述的数个项目的功能。不争事实的是，记载在相互不同的从属权利要求中某些特征或方法步骤并未指出这些特征或步骤的组合的不能用作有利因素。

Claims (23)

1.一种用于金属冷加工的深拉和/或拉伸成形工具装置，包括：

具有至少第一成形表面的第一工具，该第一工具被布置为在加工过程期间根据包括第一双曲率面的三维图案或形状来形成一工件；

具有第二成形表面的第二工具，所述第二成形表面面向所述第一工具的所述第一成形表面并被布置为与所述第一成形表面协作，所述第一工具的所述第一成形表面被形成为凸模或凹模中的一个，并且所述第二工具的所述第二成形表面被形成为所述凸模或凹模中的另一个，以便根据所述三维图案或形状在所述第一成形表面与所述第二成形表面之间形成所述工件，

其中所述第一工具的所述第一成形表面被覆盖有在加工过程期间被布置在所述第一成形表面与所述工件之间以便在所述加工过程期间保护所述第一工具和/或所述工件的保护层，其中所述保护层包括粘结的非织造纤维织物。

2.如权利要求1所述的工具装置，其中形成所述保护层的所述粘结的非织造纤维织物包括UHMW-PE(超高分子量聚乙烯)纤维。

3.如权利要求2所述的工具装置，其中所述非织造纤维织物包括至少50％重量比的UHMW-PE纤维。

4.如权利要求2所述的工具装置，其中所述非织造纤维织物包括至少60％重量比的UHMW-PE纤维。

5.如权利要求2所述的工具装置，其中所述非织造纤维织物包括至少70％重量比的UHMW-PE纤维。

6.如权利要求2所述的工具装置，其中所述非织造纤维织物包括至少80％重量比的UHMW-PE纤维。

7.如权利要求2所述的工具装置，其中所述非织造纤维织物包括至少90％重量比的UHMW-PE纤维。

8.如前述权利要求中任一项所述的工具装置，其中所述粘结的非织造纤维织物由具有20mm和100mm之间的长度的纤维或人造短纤维形成。

9.如权利要求8所述的工具装置，其中所述粘结的非织造纤维织物由具有40mm和80mm之间的长度的纤维或人造短纤维形成。

10.如权利要求9所述的工具装置，其中所述粘结的非织造纤维织物由具有50mm和60mm之间的长度的纤维或人造短纤维形成。

11.如权利要求1-7中任一项所述的工具装置，其中所述粘结的非织造纤维织物被覆盖在所述第一工具的所述第一成形表面上，并被布置为在所述加工过程期间被再成形。

12.如权利要求1-7中任一项所述的工具装置，其中所述保护层为自支撑的，并在所述加工过程期间根据所述第一成形表面而被成形。

13.如权利要求1-7中任一项所述的工具装置，其中所述粘结的非织造纤维织物具有50和1000克每平方米之间的重量。

14.如权利要求13所述的工具装置，其中所述粘结的非织造纤维织物具有100和400克每平方米之间的重量。

15.如权利要求14所述的工具装置，其中所述粘结的非织造纤维织物具有200和300克每平方米之间的重量。

16.如权利要求1-7中任一项所述的工具装置，其中所述三维图案或形状包括与所述第一双曲率面不同的第二双曲率面。

17.一种用于金属的冷加工的深拉和/或拉伸成形方法，其中工件在加工过程中用具有至少第一成形表面的第一工具和具有第二成形表面的第二工具根据包括双曲率面的三维图案或形状而被形成，所述第二成形表面面向所述第一工具的所述第一成形表面并被布置为与所述第一成形表面协作，所述第一工具的所述第一成形表面被形成为凸模或凹模中的一个，并且所述第二工具的所述第二成形表面被形成为所述凸模或凹模中的另一个，以便根据所述三维图案或形状在所述第一成形表面与所述第二成形表面之间形成所述工件，其中所述第一工具的所述第一成形表面被覆盖有包括粘结的非织造纤维织物的保护层，所述保护层被布置在所述第一成形表面与所述工件之间，以便在所述加工过程期间保护所述第一工具和/或所述工件。

18.如权利要求17所述的方法，其中形成所述保护层的所述粘结的非织造纤维织物包括UHMW-PE(超高分子量聚乙烯)纤维。

19.如权利要求17-18中任一项所述的方法，进一步包括在所述加工过程期间成形所述粘结的非织造纤维织物，其中所述保护层的至少一部分伸出，从而所述保护层与所述第一成形表面一致。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述保护层被成形为对应于所述第一工具的所述第一成形表面的自支撑结构。

21.如权利要求中17-18中任一项所述的方法，包括第一步骤，在该第一步骤中，最初具有基本平坦形状的所述保护层在所述第一工具的所述第一成形表面与所述工件之间或在所述第一工具的所述第一成形表面与第二工具之间被挤压，从而所述保护层被再成形为与所述第一成形表面一致。

22.如权利要求21所述的方法，进一步包括第二步骤，在该第二步骤中，待在所述加工过程中形成的另一工件用所述第一工具根据所述三维图案或形状而被形成，其中相同的再成形的所述保护层被布置在所述第一成形表面与所述工件之间，以便在所述加工过程期间保护所述第一工具和/或所述工件。

23.如权利要求22所述的方法，其中对于多个单独的工件或成形操作而言，所述第二步骤被重复许多次。