CN107363147A - 制造大拉伸深度的复杂板材成型件的方法和冲压模具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及借助于与压力机有关的模具制造复杂的板材成型件的方法，具有如下流程：放入板件并使模具上部下行运动，板件在其边缘区域中在凹模环和压紧装置之间夹紧；继续下行行程，板件首先被伸出的凸模镶块拉伸，在此在板件中产生局部的材料储存部；继续下行行程直到凹模环和压紧装置到达其下方的死点，其中凸模镶块同时主动地往回运动，并将之前产生的局部的材料储存部释放，其中板件已经局部地在凹模环和凸模之间成型；继续下行行程，直到凹模最终到达其下方的死点，防止板件材料从边缘区域中补充流入，板件仅在利用之前产生的在凹模和凸模之间的局部的材料储存部的情况下成型。本发明还涉及适于实施本方法的模具。

Description

制造大拉伸深度的复杂板材成型件的方法和冲压模具
技术领域
本发明涉及一种用于通过借助于与压力机有关的模具(冲压模具)对板件进行变形加工而制造复杂的板材成型件的方法以及一种适于此的冲压模具。
背景技术
尤其用于使用在车身结构中的复杂板材成型件与简单的板材成型件(例如杯或盆)的区别在于耗费的形状构造，该形状构造典型地包括不同的面区域，尤其还包括其它的构造特征，例如设计或款式边棱和/或具有小半径的加强边。因为变形加工技术受到可行性的限制，所以有时这种复杂的板材加工件的制造尤其困难。当在量产条件下应实现大的拉伸深度时，尤其存在问题。
为了实现大的拉伸深度，在专利文献DE 102010045281A1中描述了一种方法和装置，其中借助于附加的拉伸工序首先在预先的凹模镶块的结构中产生材料储存部。在进一步的拉伸过程中通过凹模镶块的返回移动释放该材料储存，并最终完成成型。
发明内容
从现有技术出发，本发的目的是，提供一种用于制造复杂和尤其大面积(例如>0.5m^2)的板材成型件的改进的方法和模具，利用该方法和模具在量产条件下可以在部件质量无瑕疵的情况下实现大的拉伸深度。
上述目的通过一种对应于权利要求1的根据本发明的方法以及通过一种对应于并列的独立权利要求的根据本发明的冲压模具实现。本发明的优选的改进方案和设计方案类似于两个发明主题由从属权利要求、下面的说明和附图中得出。
根据本发明的用于借助于与压力机有关的模具(冲压模具)制造复杂的板材成型件的方法，该模具的模具下部包括凸模/冲头、包围凸模的(可挤压的)压紧装置或压边装置和多个可运动的凸模镶块(具有变形功能或者说成型功能)，该模具的模具上部包括凹模和包围该凹模的凹模环，该方法具有如下流程：
-将板件，尤其以板坯的形式放入打开的模具中，并通过模具上部的下行行程闭合模具，其中在其边缘区域中将该板件夹紧或卡紧在凹模环和压紧装置之间；
-继续下行行程，在该下行行程中凹模环将压紧装置向下压，其中该板件首先被伸出的并在凸模表面上突出的凸模镶块拉伸，在此在板件中产生局部的材料储存部；
-继续下行行程直到凹模环和压紧装置到达其下方的死点，其中凸模镶块同时主动地往回运动，并由此将之前产生的局部材料储存部释放，其中板件已经局部地在凹模环和凸模之间成型；
-继续下行行程，直到凹模最终到达其下方的死点，其中通过板件在凹模环和压紧装置之间以及在凹模环和凸模之间在边棱侧的双重夹紧防止板件材料从边缘区域中补充流入，并且该板件仅在利用之前产生的在凹模和凸模之间的局部的材料储存部的情况下完成成型；
-必要时打开模具(通过模具上部的上行行程)并取出板材成型件。
在运动反向的范围中，模具部件的相应结构设计也可以是相反地布置模具上部和模具下部。
根据本发明的方法实现了在量产条件和冲压车间的条件下制造具有大的拉伸深度、尤其具有大的侧边宽度和无瑕疵的质量的复杂的板材成型件。大的拉伸深度尤其理解为是至少200mm、优选至少250mm和特别至少300mm的拉伸深度(＝沿加工方向的拉伸路程)。板材成型件可以在关闭行程或加工行程内从平的板坯被基本上完成成型加工，从而不再需要其它的变形操作、至少不需要使拉伸深度增大的和/或明显使形状结构改变的变形操作。因此可以在冲压线中将所需的拉拔过程保持在小的程度或甚至减少拉拔过程。
凸模镶块的主动的往回运动理解为，该凸模镶块不像在现有技术中通常被动地被挤压或者说被推回，而是主动地往回运动。这可以通过例如将相关的凸模镶块与压紧装置机械耦联实现，从而使凸模镶块从压紧装置往回运动或者说运动到或移入为此设置的凸模凹部中。这可以同步或异步地(就是说，以确定的顺序和/或以不同的速度)实现，以便由此有针对性地控制凸模接触(＝在板件和凸模表面或者说凸模作用面之间的接触)。该模具或者说冲压模具也可以包括这样的凸模镶块，该凸模镶块不是主动的，而是以传统的方式被动地运动或者被压回。
优选规定为，利用至少一个凸模镶块在板件或者说板材成型件中产生具有小半径的设计边棱。通过根据本发明的方法制造的复杂的板材成型件因此可以尽管具有显著的拉伸深度，也依然具有至少一个特别的设计边棱。该边棱的外部的边棱半径优选仅有几毫米。该设计边棱不具有后倾边棱/后拖边棱(nachlaufkantenfrei)，这是因为在根据本发明的方法中防止了，该板件在拉伸过程中相对于凸模镶块运动。
根据本发明的冲压模具，其中尤其是拉伸模具，具有
-第一模具部件，尤其是模具下部，该模具下部包括凸模、包围凸模的可挤压的压紧装置和多个可运动的凸模镶块、至少一个可运动的凸模镶块，和
-第二模具部件，尤其是模具上部，该模具上部包括凹模和包围该凹模的凹模环。
根据本发明的冲压模具还设计为，在压紧装置和至少一个、优选所有凸模镶块之间存在机械耦联(就是说，借助于机械装置的联接)，通过该机械耦联使相关的一个或多个凸模镶块在冲压过程中尤其在压紧装置的向下运动中(就是说，如上所述在变形过程或拉伸过程期间)主动地往回运动，就是说，运动到或者说移入为此设置的凸模凹部中。
凸模镶块优选如此布置在冲压模具中，使得在拉伸开始时在所有的关键性的区域中可以实现材料存储(如上所述)。
选择性地可以规定，凸模镶块中的至少一个、尤其是与压紧装置联接的凸模镶块还被附加地弹性支承，例如借助于充气弹簧。优选所有的凸模镶块都附加地被弹性地支承。
凸模镶块中的至少一个可以设计为用于与待变形加工的板件点接触(小面积的接触)。凸模镶块中的至少一个可以设计用于与待变形加工的板件线接触，尤其用于形成具有小半径的设计边棱(如上所述)。
凹模还可以包括至少一个可运动的凹模镶块，该凹模镶块与尤其用于形成设计边棱的凸模镶块相互对置，该凹模镶块设计具有相应的配对轮廓，从而板件可以在凸模镶块和凹模镶块之间以冲制方式变形。这种凹模镶块类似于凸模镶块布置在凹模凹部中，并优选也被弹性地支承，例如借助于充气弹簧。
附图说明
下面参照附图详细说明本发明。在附图中示出的或下面描述的特征——也可以脱离于具体的特征组合形式——可以是本发明的一般特征并改进本发明。在附图中：
图1在示意性的剖视图中示出了根据本发明的冲压模具，并以多个单独视图示出用于制造复杂的板材成型件的可由此实施的根据本发明的方法。
具体实施方式
冲压模具100具有模具下部110和模具上部120。冲压模具100是拉伸模具，该拉伸模具安装在未示出的压力机中，其中模具下部110布置在压力机工作台上，模具上部120固定在压力机冲杆上。在压力机冲杆下降时，模具上部120以基本上连续的下降运动进行下行行程或者说加工行程。
模具下部110具有凸模130、包围凸模130的和可向下挤压的压紧装置或者说压边装置140以及多个可运动的凸模镶块131、132和133。该凸模镶块131、132和133布置在凸模凹部中。该凸模镶块131设计用于线接触，凸模镶块132和133设计用于点接触。
模具上部120具有凹模150、包围该凹模150的凹模环或者说顶件器(Gegenhalter)160和可运动的凹模镶块151。模具100设计用于至少200mm的拉伸深度。下面描述拉伸过程。
将平的板坯(成型板坯)形式的板件M放入到打开的模具100中，模具100通过压力机冲杆或模具上部120的下降运动闭合。在此，板件M以其边缘区域在位于凹模150前方的凹模环160和压紧装置140之间夹紧，如图1a所示。凸模镶块131、132和133处于伸出的位置或起始位置中，在该位置中凸模镶块突出于凸模表面或凸模作用面。
在模具上部120的下行行程中，凹模环160向下压压紧装置140。就是说，压紧装置140与凹模环160一同向下运动并在此相对于固定的凸模130运动。(可以以已知的方式通过属于压力机或模具100的拉深垫等支撑压紧装置140，如所示地利用示出的弹簧。)在此，板件M通过伸出的凸模镶块131、132和133被拉伸，其中在板件M中产生局部的材料储存部。这在图1b中示出。凸模镶块131、132和133例如借助于充气弹簧被弹性地支承，如利用示出的弹簧表示，从而凸模镶块以规定的力压紧板件M。在此小的弹簧行程、例如20mm是足够的。
同时借助于中间的凸模镶块131和对置的凹模镶块151在板件中形成小半径的设计边棱，为此凸模镶块131和凹模镶块151在端侧形成有对应的成型部段。凹模镶块151也例如借助于充气弹簧被弹性地支承，如利用象征性示出的弹簧。
在模具上部120进一步的下行行程中，凹模环160和压紧装置140最终运动到其下方的死点，如在图1c中所示。同时，凸模镶块131、132和133主动地往回运动，也就是说不是由于挤压，因此板材M可以在凸模镶块131、132和133的区域内依次贴靠在凸模130的凸模表面或凸模作用面上。以这种方式实现了受控的凸模接触。另外，局部的材料储存部被释放用于进一步的变形加工。同样，板件M同时已经在凹模环160和凸模130之间的重叠区域中成型，为此凹模环160和凸模130形成有对应的作用面部段。
通过与压紧装置140的机械强制耦连实现凸模镶块131、132和133的往回运动或者回位。为此，凸模镶块131、132和133例如紧固在框架或支承板180上，该框架或支承板在压紧装置140的下行运动中从特定的压紧装置位置(或从规定的拉伸行程位置)借助于布置在压紧装置140上的带动件190带动或共同运动。该框架180例如被弹性地支撑在属于模具下部110的基板(未示出)上，如利用示出的弹簧。
当压紧装置140到达其下方的死点时(见图3c)，凸模镶块131、132和133也位于其伸出的终点位置。根据目标设定可以规定，凸模镶块端侧位于凸模表面后方(如图1c所示)，与凸模表面齐平地终止或还是突出于凸模表面。可以单独地设计凸模镶块131、132和133的往回运动和终点位置，从而可以实现异步的凸模镶块运动。可以与凸模镶块131、132和133示出的竖直运动方向不同地设置倾斜的运动方向，例如通过使用滑块(Schieber)。
通过压力机冲杆或模具上部120的进一步下降运动，现在跟随的凹模150运动到其下方的死点，其中板件M或板材成型件还在中间区段中完成成型(在外部区域中已经完成变形加工)。就是说，凹模环160首先到达其下方的死点，然后凹模150进一步到达其下方的死点，并形成中间区段。由于板件M的边缘侧夹紧在凹模环160和压紧装置140之间以及在凹模环160和凸模130之间，没有或几乎没有板件材料从外部补充流动到内部、即中间区段，从而板件M仅利用之前借助于凸模镶块131、132和133在凹模150和凸模130之间产生的局部材料储存部以冲压形式完成成型，其中弹性支承的凹模镶块151回退或被向上压。另选地可以规定，中间的凸模镶块131不进行往回运动，并因此继续压紧板件M或凹模镶块151。
图1d示出了最终状态，在该最终状态中压紧装置140、凹模环160和凹模150位于其下方的运动死点。板件或板材工件M完成成型。在通过压力机冲杆或模具上部120的抬起或上升运动打开模具100之后，可以取出板材成型件。借助于弹簧，模具部分往回运动到在图1a中示出的起始位置或起始部位中，从而可以放入下一个板件M以及对其变形加工。

Claims (10)

1.一种借助于与压力机有关的模具(100)制造复杂的板材成型件的方法，该模具的模具下部(110)包括凸模(130)、包围凸模(130)的压紧装置(140)和多个能运动的凸模镶块(131，132，133)，该模具的模具上部(120)包括凹模(150)和包围该凹模(150)的凹模环(160)，该方法具有如下流程：
-放入板件(M)并通过模具上部(120)的下行行程闭合模具(100)，其中，将板件(M)在边缘区域中夹紧在凹模环(160)和压紧装置(140)之间；
-继续下行行程，在下行行程中凹模环(160)将压紧装置(140)向下挤压，其中，该板件(M)首先被伸出的凸模镶块(131，132，133)拉伸，在此在板件(M)中产生局部的材料储存部；
-继续下行行程直到凹模环(160)和压紧装置(140)到达其下方的死点，其中，凸模镶块(131，132，133)同时主动地往回运动并释放之前产生的局部的材料储存部，其中，板件(M)已经局部地在凹模环(160)和凸模(130)之间成型；
-继续下行行程，直到凹模(150)到达其下方的死点，其中，通过板件(M)在凹模环(160)和压紧装置(140)之间以及在凹模环(160)和凸模(130)之间在边棱侧的双重夹紧防止板材材料从边缘区域中补充流入，并且该板件(M)仅在利用之前产生的、在凹模(150)和凸模(130)之间的局部的材料储存部的情况下完成成型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，拉伸深度至少为200mm、优选至少为250mm和尤其至少为300mm。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过与压紧装置(140)的机械耦联使凸模镶块(131，132，133)往回运动。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述凸模镶块(131，132，133)异步地往回运动。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，通过至少一个凸模镶块(131)产生具有小半径的设计边棱。
6.一种用于制造复杂的板材成型件的冲压模具(100)，尤其是拉伸模具，具有：
-第一模具部件(110)，该第一模具部件包括凸模(130)、包围凸模(130)的能挤压的压紧装置(140)和多个能运动的凸模镶块(131，132，133)，和
-第二模具部件(120)，该第二模具部件包括凹模(150)和包围该凹模(150)的凹模环(160)；
其特征在于，在所述压紧装置(140)和至少一个凸模镶块(131，132，133)之间存在机械耦联，在压紧装置(140)挤压时通过该机械耦联使相关的凸模镶块(131，132，133)主动地往回运动。
7.根据权利要求6所述的冲压模具(100)，其特征在于，至少一个凸模镶块(131，132，133)、尤其是与压紧装置(140)联接的凸模镶块(131，132，133)附加地被弹性地支承。
8.根据权利要求6或7所述的冲压模具(100)，其特征在于，至少一个凸模镶块(132，133)设计用于与待成型的板件(M)点接触。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的冲压模具(100)，其特征在于，至少一个凸模镶块(131)设计用于与待成型的板件(M)线接触，尤其用于形成具有小半径的设计边棱。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的冲压模具(100)，其特征在于，所述凹模(150)具有至少一个能运动的凹模镶块(151)，该凹模镶块与尤其是用于形成设计边棱的凸模镶块(131)相对置。
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