CN105848800B - 具有小半径突角的零件的冲压方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冲压板材的方法和工具。根据本发明，所述方法包括通过冲压使厚度不变的板(2)成形并且在冲压行程结束时，通过在板(2)的内表面上局部施加将被冲压的所述板的材料约束成贴靠在外侧上的力而在所述板的外表面上实施小半径的联接。

Description

具有小半径突角的零件的冲压方法

本发明要求于2013年12月17日递交的序列号为1362829的法国申请的优先权，该申请的内容(文本、附图和权利要求)并入本文引作参考。

技术领域

本发明涉及一种用于使不可展开的几何零件成形的板材冲压方法和工具。

背景技术

对于在例如道路或铁路运输、建筑、工业、家具、家用电器、电子技术等领域中使用的通过冲压板材制成的许多零件，由于美观性和/或功能性原因，期望实施具有局部突角的形状，其中联接半径极小，甚至半径值为零。

传统冲压技术基于厚度不变的较薄材料的板的成形原理，该板通过冲头抵靠在模具上成形，该板的与模具接触的一侧为该板的外部。然而不能够得到具有小半径突角的不可展开的最终几何形式。作为示例，对于由厚度为0.5mm并且局部具有在两个20°迷向区域(zone désorientée)之间的联接的传统钢材制成的冲压零件，外部联接半径现实上不可小于1.5mm(对于大约150°的下部迷向，联接的外部形状非常接近于圆形区，这在该材料中称为“联接半径”)，并且即使冲头半径为零值，这由于基于厚度不变的几何“抵消(offset)”原因而失效(caduque)。

(基于局部中性纤维移动的)分析实验研究(现实零件的实施或测量)或(尤其通过有限元方法来计算的)数字实验研究(现实零件的实施或测量)能够根据材料(色调、厚度、机械特征)或工具(定向、要实施的零件的包层、周边的保留情况、初始变形、工具的角度和局部半径、摩擦情况等)来确定可允许的最小联接值。

考虑到美观性和经济性，涉及以多个操作冲压联接区域并且/或者在冲压(加工、轧制)之后减小联接区域半径的可选解决方案不令人满意。

要通过传统冲压实施小半径突角的不可能性因此限制了冲压零件的设计。

发明内容

在该文件中描述的本发明能够解决该突角联接半径的限制问题，因此能够实施具有小半径(甚至零半径)突角的冲压几何形式。

本发明的原理涉及厚度不变的板的冲压，并且在冲压行程结束时，通过在板的内表面上局部施加将被冲压的所述板的材料约束成贴靠在外侧上的力而在所述板的外表面上实施小半径的联接。

所述板的外表面通常对应于凸表面，然而重要之处在于该外表面通常涉及可见表面。

考虑到合理分布，被局部施加的力能够由于体积的保持而补偿所述板的局部变薄并且阻止应力。因此，在所述板的外表面上，被这样移动的材料能够实施具有极小(甚至零)外半径的局部联接。该局部联接由单一冲压工序来实施。另外，该局部联接不受上述传统冲压应力限制。

在变型中，沿与冲压主方向不同的方向来施加将被冲压的所述板的材料约束成在小半径的联接位置处贴靠在所述板的外表面上的力。

在变型中，在冲压行程结束时，将被冲压的所述板的材料约束成在小半径的联接位置处贴靠在所述板的外表面上的力被施加在大于冲压压力机的关闭速度的速度上。

根据本发明的实施方式，通过使用由冲压压力机启动的冲压工具得到被局部施加的力，所述工具包括在与板的内表面接触的一侧的例如与承重工具连成一体的附加形状件。

有利地，所述附加形状件的体积基本等于为获得期望的联接半径而要移动的材料的体积。

在变型中，附加形状件包括在所述附加形状件顶部的圆柱形部分。

如之前所指出的，附加形状件可被一体化在承重工具中，最通常被一体化在片材或相反形状件(contre-forme)类型的冲头、或模具、又或冲压工具的可移动构件中。传统上，该可移动构件借助于凸轮、滑块、又或独立起重器而被移动。

可移动的片材或相反形状件可沿与冲压主轴线相同或不同的方向被移动。

在变型中，施加力的附加形状件相对于承重工具可移动：所述附加形状件有利地在零件的一般形状冲压期间位于后退位置上，直到板材与冲头及模具接触的时刻(传统冲压中的“工具关闭”阶段)。然后，在冲压材料与承重工具之间保持接触的同时，推动附加形状件平移，所述平移的移动行程能够由于体积的保持而补偿局部变薄以及应力，这能够使冲压材料贴靠在位于外部的缝隙中，被这样移动的材料能够实施具有极小(甚至零)半径的联接。

可移动附加形状件的移动方向被选择为靠近与小半径的联接相关的两个迷向区域的等分线。该变型因此能够实施小半径突角，其中所述小半径突角的联接表面等分线与冲压主轴线完全不同。

设有精确且坚固的引导的可移动附加形状件的移动可由取决于或独立于冲压压力机行程的机械、液压或气动装置来控制。

可移动附加形状件的移动速度可与压力机滑块的移动速度相似，或快很多，这有利于在“动力”模式下的运行。

附图说明

通过阅读以下仅作为非限制性实施方式给出的详细说明和附图，本发明的其它特征和优点将更加清楚，在附图中：

图1：根据现有技术的成形示例(图1A)，以及根据本发明第一实施例的具有联接区域的成形示例，其中使用的冲压工具的冲头设置有附加形状件，示出了冲压工具完全关闭之前(图1B)(图1B待更新)和之后(图1C)的成形；

图2A、2B和2C：附加形状件的几何形式的示例；

图3：根据本发明另一实施方式的成形示例，其中附加形状件相对于承重工具可移动，示出了刚好在工具关闭之前的成形，附加形状件在后退位置上(图3A)，然后当工具关闭时附加形状件在前进位置上(图3B)。

具体实施方式

图1A示出了根据现有技术的冲压方法，其中具有不变厚度21的板材2借助于冲压工具来冲压，该冲压工具由具有基本互配的形状的冲头1和模具3构成。

模具3包括区域33，该区域对应于突起区域在形成的板材上的成形。在压力机关闭的时刻，即使使用形状与模具严格互配的冲头，板2趋向于在该区域33的位置处贴合半径圆22，该半径圆与在该区域33每侧的模具3的一般方向相切，区域31构成不被板2占据的空的空间。

图1B示出了根据本发明的方法，该方法能够避免该空的空间并且获得包括区域33位置的期望几何形式。为了产生补充的局部力，冲头1通过添加附加形状件4而设置有在面对区域33的区域中的附加形状件4，该附加形状件的突起部分具有曲率半径11。在其它情况下，附加形状件不成圆形而具有半径接近于区域33的曲率半径的顶角。

该附加形状件的体积有利地对应于为获得期望的联接半径而要移动的材料的体积。该附加形状件的外形有利地选为有利于材料的局部移动，并且优先考虑剪切并且限制受变形的材料大幅移动(沿联接区域相对于冲压轴线的定向方向对称或不对称)。为了限制板材的变薄或局部过度变厚，任选地可设置成使附加形状件包括圆形顶部，这能够保持低于受变形的材料可允许的延展极限。该附加形状件的几何尺寸因此尤其考虑到以下参数来选择：金属板的种类及厚度、期望的最终外半径、联接表面的迷向角度、以及联接表面相对于冲压主轴线的位置。

该附加形状件被实施用于抵御与冲压结束时的材料局部移动相关的大压力：该附加形状件由抗性强的材料(例如工具的基础材料和/或添加的插件和/或增加该工具部分韧性的表层处理)通过加工和/或局部金属膨胀和/或调节来获得。润滑任选地能够有利于受变形的材料的局部移动并且防止工具上的可能卡死和/或过早磨损的出现。

如图1C上所示，在冲压阶段结束时，该附加形状件4施加使板2贴靠在模具3上以及区域33中的力。

在冲压行程结束时的材料局部移动要求的能量大于传统冲压所需的能量，而不达到局部模压所要求的等级(作为指示，按照冲压材料的种类，具有零模压半径的通过长度的联接功率为传统冲压所需的功率的3至8倍)：然而工具的设计需考虑该补充功率(工具布的厚度，工具肋的厚度和位置，受力时的变形的可能预测)；另一方面，冲压压力机需设有行程结束时所需的功率。

本发明带来了要实施的零件的第二改善：该零件的几何形式比采用传统冲压更精确，因为由弹性回复现象导致的扭曲被减小。事实上，附加形状件在冲压行程结束时实施材料的局部移动，该局部移动增大了所考虑区域的塑性变形。在联接区域冲压之后的弹性回复比采用传统冲压更小(局部打开或关闭1至2度，由于补充的局部塑化而最小减小一半)。

图2A、2B和2C示出了附加形状件的可能几何形式的示例。可具有如在图2A的情况下的在突起部分中的圆形，该突起部分与冲头通过光滑斜面联接。在图2B的变型中，附加形状件具有更小的半径，以使该附加形状件形成从冲头的其余部分中突起的球体。最后在图3B中，附加形状件的截面由圆形区构成，该圆形区通过被切割的边与冲头联接。附加形状件的几何类型的选择通常按照与工具的实施及设置技术相关的标准来执行。注意到在所示的示例中，附加形状件的形状顶部是圆形的，但这不是强制性的：要施加力的附加形状件的几何性能产生外部材料的局部移动，并且优先考虑剪切并且限制受变形的材料大幅移动。

在图3A和3B中所示的特别优选的变型中，附加形状件4不与承重工具(图上的冲头1或模具或可移动的片材或相反形状件)连成一体，但相对于承重工具1可移动，所述附加形状件4由机械、液压或气动装置启动。

因此，沿与承重工具(图上的冲头1或模具或可移动的片材或相反形状件)的移动方向不同的方向和/或沿冲压工具的一般关闭方向以及尤其优选地沿接近于与联接相关的两个迷向区域的等分线的移动方向来移动附加形状件4成为可能。

还优选地，该附加形状件4在后退位置(图3A)与突起位置(图3B)之间移动，所述后退位置在零件的一般形状冲压期间使用，所述突起位置在压力机的一般关闭之后到达。另外，该可移动附加形状件的移动速度可有利地大于承重工具和/或压力机(动力运行)的主滑块的平均速度。

Claims (10)

1.一种通过冲压使厚度不变的板(2)成形的方法，其特征在于，在冲压行程结束时，通过在板(2)的内表面上由单一冲压工序来局部施加将被冲压的所述板的材料约束成贴靠在外侧上的力而在所述板的外表面上实施小半径的联接，被局部施加的力被选择为靠近与小半径的联接相关的两个迷向区域的等分线施加，并能够由于体积的保持而补偿所述板的局部变薄并且阻止应力。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，沿与冲压主方向不同的方向来施加将被冲压的所述板的材料约束成在小半径的联接位置处贴靠在所述板的外表面上的力。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在冲压行程结束时，将被冲压的所述板的材料约束成在小半径的联接位置处贴靠在所述板的外表面上的力以大于冲压压力机的关闭速度的速度被施加。

4.一种冲压工具，其用于实施根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述冲压工具包括在与板的内表面接触的一侧的附加形状件(4)。

5.根据权利要求4所述的冲压工具，其特征在于，所述附加形状件(4)的体积基本等于为获得期望的联接半径而要移动的材料的体积。

6.根据权利要求5所述的冲压工具，其特征在于，附加形状件(4)的几何形式为所述几何形式能够由于体积的保持而补偿所述板的局部变薄并且阻止应力。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的冲压工具，其特征在于，附加形状件(4)包括在所述附加形状件顶部的圆柱形部分。

8.根据权利要求4至6中任一项所述的冲压工具，其特征在于，附加形状件(4)被一体化在承重工具中，所述承重工具在片材或相反形状件类型的冲头、模具或冲压工具的可移动构件中选择。

9.根据权利要求4至6中任一项所述的冲压工具，其特征在于，附加形状件(4)相对于承重工具可移动，所述承重工具在片材或相反形状件类型的冲头、模具或冲压工具的可移动构件中选择。

10.根据权利要求9所述的冲压工具，其特征在于，附加形状件(4)能够在后退位置与突起位置之间移动，所述后退位置在零件的一般形状冲压期间使用，所述突起位置在冲压行程结束时使用。