CN1095705C - 从坯料高压成形扁平制品的装置和方法及该装置的用途 - Google Patents

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Abstract

一种在高压下成形扁平制品的装置和方法，其中一侧的成形工具(5)与带有薄膜(4)的高压压机一起使用。该一侧的成形工具(5)包括至少一个第一修整装置(9)，一个具有冲头(7)的第二修整装置(6)，安置成使坯料(1)固定在上述一侧的成形工具(5)的上方的至少两个的夹具(2，3)。夹具(2，3)安置成可相互移动，从而可以延伸坯料(1)，压力是由上述薄膜(4)加上的，从而在一个连续的加压操作中使坯料(1)贴靠上述一侧的成形工具(5)成形。一侧的成形工具(5)还包括一冲孔装置(9a)。本发明的优点是在一次连续的成形操作中延伸、修整制品、并对制品冲孔，该制品还可在坯料(1)的至少一侧上已涂覆的情况下成形。

Description

从坯料高压成形扁平制品的装置和方法及该装置的用途
技术领域
本发明关于用钢板高压成形扁平制品的装置和方法及该装置的用途。本发明尤其关于在汽车工业中用钢板成形扁平制品的装置和方法。
背景技术
在如汽车工业那样的大型的、基本为扁平制品的成形方法中，采用大型传统的压机将金属板冲压成车顶、外壳、行李箱盖是很普遍的。
这种冲压方法通常包括具有两个大的成形表面的三块工具，通常是由昂贵的工具钢制成的两半个模子。还要有第三个装置来固定金属板，这些金属板由两个半模逐渐成形。
为了获得所需要的形状，可能需要采用多于一次的冲压步骤。然而传统的压机在基本为扁平制品的成形中受到最大延伸在1％～2％之间的限制。
薄膜压机已大量用于由钢板来成形一个制品，美国专利US2344743和US 3614883描述了这种薄膜压机，其中金属坯板贴靠一个成形表面来进行成形。它们还描述了在加压操作中，通过将坯料压入一凹口来修整坯料边缘。然而采用US 2344743和US 3614883可达到的变形程度受到成形表面的固定构形的局部成形表面的限制。US3566650描述了一种薄膜压机，其中在成形工具中采用了一个工具或阳模，以在成形操作中使坯料成形或变形。US 3672194描述了一种薄膜压机，其中，坯料的边缘可在单个压力操作中来进行修整和冲过。
EP0288705 A2描述了一种薄膜压机，其中金属坯料可贴靠一侧的成形工具成形。另外，该工具包括在压缩操作中可移动的移动部分，加压操作包括在不同阶段增大压力。在一个操作中，可通过将材料拉入模具的凹口中切割边缘，在达到最终压力之前通过进一步地深拉进入凹口来进行中间的切割。EP 0288705A2描述了在连续操作中如何进行局部成形。
在1991年8月12日在瑞典出版物Verkstderna nr 8中有一篇文章，题目为“巨型压机”，其中描述了一种汽车制造商使用的瑞典的QuintUS型压机和成形工具。在这篇文章中讨论了采用快速生产制品的薄膜压机的问题，提到了在快速生产中在成形工具中能修整边缘是一项基本的优点。
然而，无论是EP 0288705 A2、还是上述各参考文献均未描述如何能获得所需要的坯料均匀的塑性变形的问题，例如在基本扁平的制品的成形期间延伸大于1％～2％的变形问题，也没有描述获得这种变形的装置、或描述这种所需要的塑性变形在单个加压操作中如何与其它加工方法进行联合。
在传统的加工方法中，要求有额外的成形步骤来引起足够的塑性变形、使金属板硬化、因此使金属产生特殊延伸。额外的步骤通常要求修整多余的材料，在压缩和修整后，成形制品的边缘再进行如喷涂加工等的表面处理。
这种传统的冲压方法需要进行进一步的改进，尤其是用板材在没有额外成形步骤的情况下生产出高强度、低重量的基本为扁平的制品方法，更需要改进。最好在冲压加工过程中能进行处理、甚至给金属板打孔。此外，如果利用一种成形方法的加工成本能降低、从而以少量的生产工序来生产基本扁平的制品以供给适当的或特殊的市场，这是非常有利的。
发明概述
本发明的目的在于提供一种成形一个基本扁平制品的装置和方法，它能在一次加压操作中就可获得成品的形状。本发明的进一步的目的在于通过在基本扁平的制品中，加工硬化成为受到控制和均匀分布的程度，从而能在一次加压操作中就可获得高延伸的基本扁平的制品。本发明的还有一个目的在于可用预处理或预喷涂的金属板来成形基本扁平的制品。
这些目的由下面描述的本发明来达到。本发明的一个优点是：在一次或同样的连续的加压操作中就能延伸、修整和最终成形可用作最终产品的表面处理后的制品。本发明与现有的用金属板成形制品的方法相比更为有用，因为它可用于产品宽度较大的产品上。本发明的另外的特征在于：它可以少量的生产工序来很经济地生产金属板的基本扁平的制品。
例如，在汽车工业中为了改进燃料的经济性，就要求降低汽车的最终成品的重量。用高延伸量的材料制成的汽车的外体板就要求减少外体板的重量，同时与较差的材料相比仍能生产出满足功能的具有足够强度的板。
最适于本发明的方法和装置的汽车工业中的基本扁平的制品的例子是车顶、外壳或引擎顶盖、防护板、侧板、行李箱盖或后盖。
本发明包括一种方法，其中一块以后被称作为坯料的金属板放在高压压机中成形为基本扁平的制品。该坯料由夹子固定，夹子使坯料延伸到远大于2％的预定的程度。在延伸后压力加到坯料上。本发明中所用的高压压机是薄膜型压机、如QuintUS压机，通过一橡胶薄膜将压力加到坯料上。坯料贴靠一成形工具受压并成形为一基本扁平的制品。该方法和装置仅要求一个单侧的成形工具。传统成形工具的另一半的功能可由薄膜来做到。
与目前可得到的其它方法相比，本发明的优点包括金属板沿所需要的拉伸轴的延伸产生了塑性变形，因此可以加工硬化的最佳方式来使用材料。
本发明的另一优点是采用橡胶薄膜来贴靠金属板表面，从而可以成形已喷涂的金属板。
本发明的进一步的优点是预喷涂的金属板在从延伸阶段到弯边阶段时同时得到修整，不会受到干扰。关于这个加工方法的新的内容是在一个连续的加工动作中能同时进行，而在先有技术中，一些这些动作是用单独的方法和/或装置进行的。
本发明的进一步的目的在于它可生产较宽范围的金属板制成的基本扁平的制品，这是因为对多数制品和应用来说，该方法很经济，其中包括样品或一个品种一件的产品。此外，采用单侧的成形工具大大减少了工具的制造成本和加工过程所需要的时间。
附图概述
下面将参照附图详细描述本发明。
图1概略示出本发明的装置和方法，
图2表示本发明的装置和第一修整步骤，
图3表示本发明的装置、第二修整步骤和一个成形制品，
图4表示一个成品和成形过程结束时的修整后的切边，
图5表示在本发明的成形方法中所加的压力(P)对时间(T)的曲线，
图6概略示出本发明的用于成形基本扁平制品的高压压机的等轴和割视图，
图7表示本发明的成形基本扁平制品的一侧成形工具的、从上部看的视图，
图8表示本发明的成形基本扁平制品的一侧成型工具的、从侧部看的视图。
优选实施例的描述
一种用于成形金属板以生产如本发明的汽车车顶的基本扁平的制品的方法，是由下面所述的成形装置来实施的。
下面将被称作为坯料的金属板放在一个带薄膜的高压压机中，它由如图1中所示的第一夹具2和第二夹具3固定，其表面可用表面处理来预先涂覆。第一夹具2和第二夹具3安置成可相互移动从而使它们相互离开，延伸坯料1。坯料1是由夹具2和3延伸的，当达到预定的符合要求的延伸程度时，再将压力加到如图2所示的高压压机的薄膜4上，该压力如图5的曲线所示，在整个时间上连续增大，薄膜4将坯料1压向成形工具5。
在较低压力下，坯料1边缘区域被迫贴靠第一修整装置6，如1～3中示出的是机加在成形工具表面上的一个凹口。更确切地说，坯料1在T形冲头7的作用下压靠到修整装置6上，T形冲头由框架8固定在第一修整装置6的凹口上方。图5中所示的参照数字NO.14表示的第一次粗修整步骤发生在坯料1的内部区域，该区域离开由夹具2和3固定的坯料1的外边缘。在该粗修整步骤14期间，冲头7被薄膜4向下推、贴靠坯料1，使它进入第一修整装置6，因此修整了坯料1的外边缘。
压力继续增大，如图5所示，由参照数字NO.15表示的第二修整步骤发生在第二修整装置9内，在高压下形成台阶形凹口。该第二修整步骤15将坯料1的边缘修整成所需要的最终形状。压力继续增大一直加到最大压力，从而使坯料1成形为一个如汽车车顶那样的形状，该形状与成形工具5的外形和表面形状一致。在超过高压力的所要求的加工时间后，释放掉压力。然后从压机上取出如汽车车顶那样的完全成形和修整的制品10、以及图4所示的第一修整切边12和第二修整切边11。
该方法的各阶段在图5中以压力P对时间T的曲线表示。在该曲线中，从延伸到粗修整14的连续的转换由曲线上的参照线NO.13表示。在压力/时间线上的凹口14和15表示第一粗修整和第二粗修整步骤。本方法的压力加到最大由16示出。延伸阶段的开始由17表示，由薄膜4加压所用的时间历程由18表示。弯边发生在步骤14和最大压力16点之间。除去压力由线19示出，总的成形过程由20表示。
第一和第二修整装置6、9在图中表示为一凹口，它们的进一步发展是可在成形工具5的表面上形成第三凹口。该第三凹口限定了材料内部区域的形状，该区域与坯料的其余部分分开，从而在成品上产生一个开口。这项修整装置6和9的发展、如第三凹口在以后将称作冲孔装置(9a)。在汽车车顶的例子中，合适的冲孔装置(9a)在车顶上产生一个进阳光的开口，在汽车后侧护板内以一个成形步骤冲出燃料注入口。类似的开口还有车门板上按纳门把手和/或锁闩组件的开口，在车的侧部板上用于进光线或信号组件的开口也是在一次的连续的高压成形操作中成形的。
在图1～4和6～8中示出的修整装置6和9均为凹口。本发明的修整装置还可包括一个多个凸起的和相当尖的凸缘，在由薄膜加上压力后，坯料1贴靠凸缘而受到修整。同样，在本发明的精神范围内的修整和/或冲孔装置可包括一个或多个成形工具的尖的边缘部分，它们由机械或液压装置在成形扁平制品的方法中从模具的表面移出，从而进行修整或冲孔。
一种制品的成形装置包括高压薄膜压机，如图6中22所示的QuintUS型压机。在图6中还示出在QuintUS型压机22的压床21中的成形工具5，该成形工具5的外形做成与所要求的制品的外形一致，它包括至少两个修整装置6、9，在图示中它们为机加在成形工具5表面上的凹口。该第一修整装置6和由如图2所示的框架8固定在第一修整装置6的凹口上方的冲头7联合使用。冲头7的形状做成能增大加在修整装置6的凹口上方的坯料1上的压力。图1～3所示的冲头7具有T字形截面。该成形工具5也称作一侧的成形工具，这是因为它与传统的在成形工具的两个半模中将金属板成形为扁平的制品不同，它包括一个成形侧，是薄膜4使金属坯料1贴靠成形工具5来成形。
图7以剖视图的形式示出成形工具5的另一视图，它示出夹具2、3和安置在压床21中的修整装置6、9的相对关系。
移动夹具2、3的压力可由高压压机的内部机构或液压提供。另外移动夹具可用外部液压或机械动力源来移动。
坯料1的金属板最好是采用具有一种微观结构的材料制成，它们在足够的塑性变形下能产生所需要的高强度性能。作为坯料的金属板在生产和放置在高压压机中时，使板的微观结构能相对于延伸轴最佳地放置，从而在延伸阶段和成形操作中变形和加工硬化。用多于两个的夹具固定坯料1和在多于一个轴上延伸坯料1，这均落入本发明的精神范围之内。
采用本发明可将具有预处理表面的金属板成形为基本扁平的制品。这里的预处理可以包括如喷涂最终成品的物质，还可包括预涂覆处理、抗腐蚀处理及装饰性汽车的处理等功能性的表面处理。
本发明具有如下最佳用途。在生产过程开始时，预处理后的板材作为坯料1放在一个敞开的压机的、成形工具5上方的夹具2、3之间。
成形工具5具有所要求的基本扁平制品的形状的最终外形，限定坯料1的外周向的修整装置6、限定坯料1中的最终的基本扁平制品10的四周的修整装置9、以及修整装置6、9的进一步发展、如在最终制品10上形成一个开口的第三凹口那样的冲孔装置(9a)。
如上所述的及图5概略示出的成形方法包括下列步骤。关闭高压压机，坯料1由夹具2、3相互移开而初步延伸。在延伸已达到所需要的程度后逐步将压力加到薄膜上，亦即，作为一个例子，对宜用于汽车车顶的铝材类延伸达1％和7％之间、最好在1％和4％之间时加压。这个延伸的上限大大高于7％，按照本发明，事实上的实际限制是材料出问题的断裂点，对钢类材料来说可以高达35％。
压力逐步增大，坯料1在薄膜4所加的压力下贴靠成形工具5。在开始加压期间，位于第一修整装置6正上方的、靠近夹具2、3的坯料1的边缘区域在粗修整阶段14受到修整，此时的压力在5巴～100巴之间、最好在20巴～40巴之间。该粗修整阶段是在低压下由该修整装置6和冲头7的联合作用得到的。在压力增大后，即压力达到200巴～700巴之间、最好在400巴～500巴之间时，由修整装置9在精修整15来修整坯料1。
同样，修整装置6、9的进一步发展形成一冲孔装置(9a)，该装置是在成形工具5的表面上的第三凹口。该冲孔装置在高压下从坯料1上切下一块，在坯料1上产生一个开口。在所要求的压力、其范围在200巴～1500巴、最好在400巴～1200巴下，加到所要求的时间后，释放压力。打开压机，从压机中取出最终成形的基本扁平的制品10、坯料1的多余的材料、粗修整的边缘12和精修整的边缘11、以及任何其它形成开口的切出的材料。

Claims (17)

1.一种从坯料(1)高压成形一个扁平制品(10)的装置，包括装有薄膜(4)和一侧的成形工具(5)的高压压机，其特征在于：上述一侧的成形工具(5)包括：
至少两个夹具(2，3)，它们安置成将上述坯料(1)固定在薄膜(4)和上述一侧的成形工具(5)的之间，该至少两个夹具(2，3)安置成可相互移动，以延伸坯料(1)。
2.按照权利要求1的装置，其特征在于：上述一侧的成形工具(5)包括多于两个的夹具(2，3)，它们安置成可相互移动，从而在多于一根轴线的方向上延伸上述坯料(1)。
3.  按照权利要求1的装置，其特征在于：上述一侧的成形工具(5)还包括第一修整装置(5)和冲孔装置(9)，以及具有冲头(7)的至少一个第二修整装置(6)。
4.按照权利要求3的装置，其特征在于：冲头(7)的朝向薄膜(4)的表面区比冲头(7)朝向上述坯料(1)的表面区要大，这样冲头(7)起到一个力的增大器一样的作用。
5.按照权利要求3的装置，其特征在于：冲孔装置(9a)由上述第一修整装置(9)构成。
6.按照权利要求1～5中任何一个的装置的用途，该装置用于高压成形上述坯料(1)，上述坯料(1)是一块金属板，在插入上述高压压机之前，坯料的至少一个表面用表面处理来涂覆或处理。
7.一种将坯料(1)高压成形为扁平制品(10)的方法，其特征在于包括下列步骤：
将上述坯料(1)安置在至少两个夹具(2，3)之间，
用至少两个夹具(2，3)将上述坯料(1)延伸到预定的程度，从而得到由于塑性变形引起的加工硬化；
在延伸开始后，用一薄膜(4)对上述坯料(1)逐步加压，迫使上述坯料贴靠一侧的成形工具(5)。
8.按照权利要求7的方法，其特征在于包括下列步骤：
用第二修整装置(6)与冲头(7)合作在低压下修整上述坯料(1)，因此从至少两个夹具(2，3)上分开上述坯料(1)的余下部分，
在增大的第二压力(15)下进行修整，第二压力(15)高于第一压力(14)，使上述坯料(1)修整到与第一修整装置(9)一致的最终形状。
9.按照权利要求8的方法，其特征在于包括下列步骤：
通过薄膜(4)将压力增加到高于第二压力(15)的所需要的第三压力，
保持该所需要的第三压力一段所需要的时间(19)，
释放该所需要的第三压力(20)，
取出已成形的制品(10)。
10.按照权利要求8的方法，其特征在于：第一压力在5巴和100巴之间，最好在20巴和40巴之间。
11.按照权利要求8的方法，其特征在于：第二压力在200巴和900巴之间，最好在400巴和500巴之间。
12.按照权利要求9的方法，其特征在于：所需要的压力在200巴和1500巴之间，最好在400巴和1200巴之间。
13.按照权利要求7的方法，其特征在于：
上述坯料(1)安置成固定在多于至少两个的夹具(2，3)之间，和
上述坯料(1)拉伸到在多于一根轴的方向延伸到预定的程度。
14.按照权利要求7的方法，其特征在于包括下列步骤：
用上述薄膜(4)对上述坯料(1)加压，
冲孔装置(9a)切掉一封闭区域，以在上述坯料(1)上形成开口。
15.按照权利要求7的方法，其特征在于包括下列步骤：
将上述坯料(1)安置在上述高压压机的上述至少两个夹具(2，3)之间，使金属材料的微观结构安置成沿坯料(1)延伸的一根或多根轴的优选的方向。
16.按照权利要求14的方法，其特征在于：上述坯料(1)由至少两个的夹具(2，3)延伸，由第一修整装置(9)和第二修整装置(6)修整，由冲孔装置(9a)冲孔，并在一个连续的加压操作中贴靠上述一侧的成形工具(5)成形。
17.按照权利要求7的方法，其特征在于：包括下列步骤：
在将坯料(1)插入高压压机之前，对坯料的至少一个表面进行表面处理。
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