CN105636716A - 用于使金属成形的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加工工件的设备，所述设备包括以下特征：在所述工件一侧的冲头；在所述工件相反侧的模具；用于产生电流的导电加热系统，所述电流从位于所述冲头外侧的工件一侧的部件开始到位于所述模具外侧的工件另一侧的部件流过所述工件。

Description

用于使金属成形的设备

技术领域

本发明涉及一种用于使金属成形的设备，特别是零件的成形，例如柱环的成形。

背景技术

在由钢制成的工件(例如，由板材制成的薄钢板)上形成柱环是重要的分支。例如，参见DE102006029124B4以及DE1916826。工件被放置在模具上。模具包括与工件相邻的孔。然后在将材料从金属薄板面拉入模具孔中的同时，通过尖端冲头在工件中压出孔。因此，形成仍然是工件的一部分的柱环。上述原理在汽车工业中特别适用。

所描述的成形工艺涉及在成形区域内对工件的应力。这样，当使柱环在金属薄板边缘处升高时，主要是拉应力起作用。可到达的柱环高度是有限的。柱环直径与柱环高度的比例越小，柱环区域中材料断裂的风险越高。

成形失败是个大问题。有时，这在使用工件之前没有认识到。在这样的情况下，拆卸有缺陷的零件以及更换为无瑕疵的零件是特别复杂的。

已经试图通过施加热来优化拉伸工艺。例如，对冲头进行加热以将热施加到工件(例如，金属薄板)的成形区域中。然而，这会导致冲头因为加热而失去强度并且因此仅具有较短使用寿命的缺点。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种用于在由金属板材制成的工件(特别是金属薄板等)上形成柱环的设备，通过这一设备改进了成形工艺并降低了柱环断裂的风险，但同时涉及的工具元件保持其强度不变。

通过权利要求1的特征实现了这个目的。

本发明人已经认识到，需要寻求涉及加热工件的成形区域，但不加热工具(特别是冲头)的技术方案。因此，必须根据“热工件，冷工具”的原则寻求系统。

根据本发明的技术方案在于以下几点：

提供一种用于产生电流的感应电加热系统，所述电流从位于金属薄板上方的冲头或另一个部件开始流到位于金属薄板下方的模具或另一个部件。

根据本发明具有两种可选方案：根据第一可选方案，所述冲头用作上部部件，并且由所述模具形成下部部件。在这种情况下，所述冲头和所述模具都由具有高强度但同时具有良好导电性的材料制成。这里，所述冲头优选由不仅是良好的电导体而且即使加热时也具有高强度的材料制成。

根据有益的实施方案，所述冲头可以由两种材料制成，即，不需要具有高强度的导电材料以及导电性不太好但具有高强度的第二种材料。例如，具有良好导电性的材料可以形成所述冲头的芯，另一种高强度材料可以形成外壳。

根据第二可选方案，包围所述冲头的由具有良好导电性的材料制成并且能够放置在工件上的套筒用作上部部件；所述套筒充当向下保持件。下部部件是插入模具孔中的由具有良好导电性的材料制成的反向保持件。

第二可选方案是特别有利的。这里，由于电流没有被引导通过所述冲头而是被引导通过所述向下保持件和所述反向保持件，所以没有对所述冲头进行加热。

本发明以优异的方式实现了其目的：

-基本上仅加热所述工件，而且也仅加热在所述成形区域中的工件，因此集中在较窄的区域。与此相反，工具基本上保持是冷的。

-在本发明中，由于降低了在使柱环成形(拉伸)时断裂的风险，所以可以使用高强度薄金属板的预切部分和成形部分。这也节省了重量和成本。

更有益的实施方案可以从从属权利要求以及对附图的说明中获得。

附图说明

参照附图详细说明本发明。附图具体示出了：

图1示出了第一种形式。可以看到冲头以及模具、向下保持件还有工件。

图2示出了第二种形式。可以看到冲头、模具和工件，还有包围冲头的套筒以及在模具中的反向保持件。

图3示出了图2的第一变体。

图4示出了图2的另一个变体。

图5示出了图4形成柱环之后的实施方案。

图6示出了作为本发明的进一步应用的金属薄板的剪切。

图7示出了作为本发明的进一步应用的金属薄板的倒角。

图8示出了作为本发明的进一步应用的金属薄板的隆起。

图9示出了图8的变形实施方案。

图10示出了用于在工件中切出较大孔的设备。

图11示出了用于在工件中切出较小孔的设备。

图12示出了用于制造开放切口的设备。

图13示出了用于使工件成形的设备。

具体实施方式

图1示出了以下详细内容：

所示出的设备包括冲头1以及模具2。后者还包括具有电源3的导电加热系统。冲头1被套筒形状的向下保持件5包围。这两者之间设置有隔热涂层或隔热套筒7。

由高强度钢制成的金属薄板4被放置在模具2上。

冲头1由高强度材料构成。冲头1包括尖端1.1。所述尖端穿过金属薄板4中的孔4.1。该孔可以在成形工艺之前在金属薄板4中形成。然而，金属薄板4也可以没有孔，使得仅当冲头1冲压金属薄板4时形成该孔。冲头1也可以是钝的。冲头前端的形状也可以适应成形工艺的需求。

如所示出的，存在从电源3开始通过具有良好导电性的向下保持件5、进一步通过金属薄板4的特定成形区域、然后到达模具2的电流3.1。模具2由诸如铜等具有良好导电性的材料制成。

在根据图1的图示中，成形工艺处于初始阶段。在成形工艺结束时，将孔4.1加宽以具有所需的柱环的形状(这里未示出)。于是，柱环具有与冲头1的直径相等的内部宽度。从图5中可以看到这看起来是怎样的。以下图1的有益变形具有以下外观(这里未示出)：冲头1基本上由硬的高强度钢制成。然而，它由电导体贯通，该电导体从冲头1的上端一路穿过冲头到达尖端区域，并且被配置为使得其在成形工艺过程中与金属板4进行导电性接触。因此，该冲头的主要部分没有被加热或几乎没有被加热，从而保持其强度。所述电导体可以配置成使得其在冲头的外壳表面的多点处暴露，从而使得即使在冲头1向下运动时也总是存在与金属薄板4的导电连接，因此也总是存在电流。该电导体可以与冲头1电绝缘。

相应地，在根据图2的实施方案中，设置了图1中命名的部件，即，具有冲头尖端1.1的冲头1、具有模具孔2.1的模具2和电加热系统3。再次可以看到具有孔4.1的金属薄板4。一般来说，孔不是必须的。

这里，也设置了套筒形状的向下保持件5。所述向下保持件同时具有三种功能。一方面，其充当向下保持件，另一方面充当电流导体，最后充当剥离器。

与图1的实施方案的另一个区别是反向保持件6。所述反向保持件位于模具的孔2.1中。反向保持件6可以在垂直方向上与或不与模具2一起移位。

电流流过向下保持件5、金属薄板4以及反向保持件6。

在本实施方案中，冲头1也是完全没有电流，因而没有被主动加热。因此，其可以是普通质量的工具钢或热作钢。

在冲头1和向下保持件5之间可能存在气隙。然而，这不是必须的。

向下保持件5不需要具有很大的强度。其可以由铜制成。在任何情况下，其应当由具有良好导电性的材料构成。反向保持件6同样如此。

在这种情况下，模具2的材料没那么重要。其可以是任意材料(钢或铜)，然而，最好是导热性较差的材料，从而使得由电流产生的热量被限制在实际成形区域中。

图3的实施方案再次示出了冲头1、模具2和金属薄板4。这里，省略了电加热系统的说明和效果。然而，这种加热系统是存在的。

图3中的重要部件是绝缘涂层7。所述涂层可以是套筒或衬垫。

成形工艺按如下方式进行：

首先，金属薄板4被放置在模具2上。向下保持件5向下移动并靠在金属薄板4上，从而使电流激活并且对成形区域进行加热。然后，冲头进一步向下移动并且向下保持件5向内弹动。就在冲头1触碰到金属薄板4之前，关闭电源并且移走反向保持件6。柱环在形成的同时被升高。

根据图4的实施方案中的重要部件是在冲头1上的螺纹形成模1.2。冲头1配备有旋转驱动装置(未示出)。如果其向下行进，那么会使冲头1和螺纹形成模1.2处于旋转中。因此，得到的柱环(未示出)形成有螺纹，螺钉可以通过其被引导。

在根据图5的实施方案中，可以第一次看到与剩余的金属薄板4一体形成的柱环4.2。

在这个图中，再次可以看到与根据图4的实施方案中一样的螺纹形成模1.2，以及与根据图3的实施方案中一样的绝缘涂层7。

如果用于形成螺纹的现有柱环的成形能力不够，那么所述柱环也可以被主动加热。

根据图6的实施方案涉及金属薄板4的剪切。在金属薄板4一侧的切削冲头10和在金属薄板4另一侧的切削模具11充当工具。

切削冲头10和切削模具11的切削边缘被设置在相反侧。

进一步示出了由具有良好导电性的材料制成的两条导轨12、13(例如铜轨)。所述导轨被设置为彼此相对，即，镜面反向对称或点对称。切削冲头10和切削模具11的切削边缘之间的连接线穿过成形区域14的中心。

设置了电加热系统(这里未示出)，其产生从一个铜轨到另一个铜轨的电流。电流再次流过成形区域14的中心。这允许进行切削冲击和切削力较低的切削。

在图7中示出了另一个实施方案。其涉及金属薄板4的倒角。示出了金属薄板保持件15以及模具2。后两者被设置为彼此相对，并且夹住它们之间的金属薄板4。它们也可以彼此偏移。此外，冲头1和反向保持件6协同操作。

金属薄板4的倒角边缘区域位于两个电触头16、17之间。电触头16通过绝缘材料7与冲头1绝缘，即至少相对于传热绝缘，但也相对于电流绝缘。在电触头17和反向保持件6之间可以进行相同的设置。

这里，通过分别加热金属薄板4的边缘区域也可以使倒角变得容易。

根据图8和图9的实施方案涉及在金属薄板4中形成隆起。

首先，参照根据图8的实施方案。在将冲头15和模具2推到一起期间或之后，导体18和19、20分别弹动至冲头15和模具2中。模具2通过套筒7与导体18绝缘，主要是与传热绝缘。为了实现冲头15的绝缘，类似的套筒可以包围导体19和20。向内的弹动运动也可以被力控制。在加工过的状态下，即，在成形之后，金属薄板具有由模具2和金属薄板保持件15的轮廓预定的形状。

在根据图9的实施方案中，再次可以看到冲头1、模具2以及金属薄板保持件15。金属薄板4在所述部件之间已经成形。

再次可以看到两个上部导电轨21、22以及下部导电轨23。该下部导电轨通过绝缘体24与金属薄板保持件15隔开。

图10中示出的设备用于切削较大的孔或槽。再次可以看到金属薄板4形式的工件。挺杆100位于金属薄板的上侧。铜块24与所述挺杆固定连接。弹簧25配置在挺杆100和铜块24之间。切削模具26被铜环27包围。因此，绝缘体(这里未示出)再次位于切削模具26和铜嵌体27之间。

切削模具26位于金属薄板的相反侧。所述模具被反向保持件6(例如，灰铸铁体)包围。切削模具26位于紧邻陶瓷环28，进一步紧邻由灰铸铁制成的反向保持件6以及插入反向保持件6中的铜嵌体27的位置。

该设备用于切削孔或槽。如果要形成孔，那么切削冲头1和切削模具26都是环形的，铜嵌体27同样如此。

当向下移动挺杆100时，弹簧加载的铜块24推挤金属薄板4。这使得铜块24与铜嵌体27能够进行电接触。如果后两者与电源连接，那么将会存在加热金属薄板4的切削区域的电流。加热在挺杆100进一步向下运动过程中发生，其中铜块24向内弹动。就在切削冲头1触碰到金属薄板4之前，关闭电源并且对金属薄板进行切削。

在根据图11的实施方案中，再次可以看到金属薄板4。往复式挺杆100位于金属薄板4上方。切削冲头1安装在其上。

此外，可以看到铜电极28。弹簧25被配置在挺杆100和铜电极28之间。

切削模具26位于金属薄板的下方，该模具被构造成使得冲头1可以运行到模具的孔中。切削模具26被陶瓷环30包围。例如，陶瓷环30嵌入可以再次由灰铸铁制成的反向保持件6中。在示出的状态下，金属薄板靠在切削模具26、铜环30以及反向保持件6上。

当向下移动挺杆100时，弹簧加载的铜电极28推挤金属薄板4，并且施加电压使得存在从一个电极到另一个电极的电流。这里，包围切削模具26的陶瓷环防止电流流过切削模具26或包围的铸造体6。因此，只有金属薄板4被局部加热。如果挺杆100进一步向下移动，那么金属薄板4被进一步加热。就在切削冲头1触碰到金属薄板4之前，关闭电源并且对金属薄板进行切削。

图12示出了以下详细内容：

再次可以看到金属薄板4。向下保持件5位于金属薄板上方，并且切削模具26位于所述金属薄板下方。在右侧，可以看到在金属薄板4上方的切削刀31还有电极28。反向保持件6位于金属薄板下方。

该实施方案用于开放切口。金属薄板4被夹在切削模具26和向下保持件5之间。向下保持件5由具有良好导电性的材料构成。这里，金属薄板4也靠在反向保持件6上。电极28通过弹簧29与挺杆100连接。切削模具26支撑在压台101上。反向保持件6通过弹簧25与压台101连接。

当向下移动挺杆100时，首先，弹簧加载的电极28与金属薄板4接触。这里，所需的反作用力由反向保持件6提供。现在，接通电源并且电流从电极28流到反向保持件6。这使得金属薄板4的切削区域被加热。在挺杆100进一步向下移动的同时，该区域被进一步加热并且电极28以弹簧加载的方式顶住金属薄板4。就在切削刀31撞击到金属薄板之前，关闭电源。对金属薄板进行切削并且弹簧加载的反向保持件6也被切削刀31移开。

根据图13的实施方案涉及金属薄板4的成形。模具2位于金属薄板上方，冲头1位于下方。以与根据图8的实施方案类似的方式，在这种情况下，再次设置了两个电极，即，正极19和负极20。

瓷嵌体33和34位于金属薄板上方并嵌入模具2中。

首先，金属薄板4靠在电极19、20上。当挺杆(这里未示出)向下移动时，金属薄板4被夹在模具2和冲头1之间。将电流激活；电流从一个电极流到另一个电极。成形区域被加热，并且再次关闭电源。这里，瓷嵌体33和34阻止电流流过模具2。

对于所有描述的实施方案，直流电(DC)或低频交流电(AC)可以用于加热。

在所有的图示中，设备的各个元件可以互换，例如冲头和模具。冲头的工作方向不局限于垂直方向。

本发明的基本思想是完全或主要对工件进行加热。

与此相反，不对工具进行加热，或仅将其加热到轻微程度，从而使得其强度仅略有降低。

附图标记列表

1.冲头

1.1冲头尖端

1.2螺纹形成模

2.模具

2.1模具孔

3电源

3.1电流

4金属薄板

4.1孔

4.2柱环

5向下保持件

6反向保持件

7绝缘涂层

10切削冲头

11切削模具

12铜轨

13铜轨

14成形区域

15金属薄板保持件

16电触头

17电触头

18上部导体

19、20下部导体

21、22上部导电轨

23下部导电轨

24铜块

25弹簧

26切削模具

27铜嵌体

28铜电极

29弹簧

30陶瓷环

31切削刀

32电极

33瓷嵌体

34瓷嵌体

100挺杆

101压台

Claims (9)

1.一种用于加工工件(4)的设备，包括以下特征：

1.1在所述工件(4)一侧的冲头(1)；

1.2在所述工件(4)相反侧的模具(2)；

1.3用于产生电流的导电加热系统(3)，所述电流从位于所述冲头(1)外侧的工件一侧的部件开始到位于所述模具(2)外侧的工件另一侧的部件完全或主要地流过所述工件(4)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述冲头(1)由高强度钢制成并且由电导体纵向贯通，以及所述电导体与所述高强度钢电绝缘和/或隔热。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：

3.1一个部件是包围所述冲头(1)的由具有良好导电性的材料制成并且能够放置在所述工件(4)上的套筒(5)；

3.2另一个部件是可插入模具孔(2.1)中的由具有良好导电性的材料制成的反向保持件(6)；

3.3所述反向保持件(6)能够对应于所述冲头的向下运动而向下移位。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，环形气隙位于所述冲头(1)与所述套筒(5)之间和/或所述模具(2)与所述反向保持件(6)之间。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的设备，其特征在于，所述模具孔(2.1)的拱腹内衬有电绝缘和/或隔热材料(7)。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的设备，其特征在于，所述套筒(5)的拱腹内衬有隔热或电绝缘材料。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的设备，其特征在于，所述冲头(1)可以绕其纵轴被驱动并且包括用于在柱环(4.2)的拱腹中形成螺纹的螺纹形成模(1.2)。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的设备，包括以下特征：

8.1在金属薄板(4)一侧的切削冲头(10)和在所述金属薄板(4)另一侧的切削模具(11)；

8.2所述切削冲头(10)和所述切削模具(11)横向于成形区域(14)彼此相对偏移；

8.3设置在所述切削冲头(10)对面的第一导电轨(12)；

8.4设置在所述切削模具(11)对面的第二导电轨(13)。

9.根据权利要求1～7中任一项所述的设备，包括以下特征：

9.1金属薄板保持件(15)以及模具(2)的成形面都具有隆起轮廓；

9.2设置有由导电材料制成的诸如连杆(18、19、20)等接触元件，所述接触元件在所述模具(2)和所述金属薄板保持件(15)中被引导，所述接触元件以面对端部相接触的方式至少临时地抵靠所述工件，并且能够相对于所述工件(4)垂直移动；

9.3所述接触元件(18、19、20)与所述金属薄板保持件(15)以及与所述模具(2)是隔热的。