CN109789657A - 用于工件的压力成形的工艺和系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于使用压力机(20)对工件(10)进行成形的工艺(100)和系统(20，40)，该压力机包括压力发生器(21)、成形工具(22)以及至少部分地可弹性变形元件。将工件(10)或成形工具(22)中的至少一个加热，并且使用压力机(20)对工件(10)进行成形，以获得成形的工件(60)。将工件(10)或成形工具(22)中的至少一个加热使得在通过由该压力发生器(21)产生的成形压力对该工件(10)进行成形的过程中该工件(10)或该成形工具(22)中的至少一个的温度高于环境温度。

Description

用于工件的压力成形的工艺和系统

技术领域

本发明总体上涉及压力处理领域。具体地，本发明涉及一种使用压力机对工件进行成形的工艺和系统，其中，施加压力来使工件的一侧压靠在成形工具上，使得工件根据成形工具的形状而成形。

背景技术

当将片状坯件或工件(例如钢或铝的片材)成形为例如用于航空航天和汽车工业中的产品时，使用压力机，例如压力盒类型的压力机等。在压力盒类型的压力机中，可以向弹性膜片(例如，由橡胶制成)施加例如数百巴的流体压力以将坯件或工件成形为工具或成形装置的形状，其中坯件或工件通过流体压力而抵靠工具或成形装置成形。压力盒类型的压力机的实例是由本申请人生产的用于金属片材成形的称之为Flexform或流体盒成形(fluid cell forming))压力机。

发明内容

Flexform型压力机通常能够具有约80-200MPa之间的最大操作压力。

压力盒类型的压力机通常包括限定了压力机室的力吸收压力机本体。根据一个实例，在压力机室的上部布置了一起形成压力盒的压板和橡胶或其他弹性材料的膜片。压力盒与压力源连通并在供应压力介质时膨胀。在压力机室的下部通常布置了结构支撑件或托盘，该结构支撑件或托盘可以包括具有托盘框架的底板。该托盘可以支撑成形工具、要成形的(或机加工的)工件或坯件、以及通常覆盖成形工具和坯件的橡胶垫或另一种弹性材料。当对片状坯件或工件进行成形时，可以将片材放在压力机中，使得该片材的一侧面向成形工具。可以在片材的另一侧上布置弹性膜或膜片。该膜片与位于该膜片上方的压板之间的封闭空间构成压力盒。在成形工艺期间，该封闭空间被填充有压力介质，比如矿物油。通过将额外的压力介质引入压力盒中，该压力盒中的压力增加，由此使得弹性膜片向下膨胀到托盘中并且向位于托盘上的片材施加成形压力。因此，弹性膜片在拉伸过程中压靠在片材上，该片材进而愈发地或甚至完全符合(或配合)成形工具的形状。通过使弹性膜片在拉伸过程中压靠在片材上，该弹性膜片可以将该片材成形为成形工具的成形表面的任何特征及围绕形工具的成形表面的任何特征成形。然后释放压力盒中的压力(或者可能保持压力直到过去一段时间)，由此该弹性膜片可以返回到其未拉伸位置。然后可以移除弹性膜片，之后可以从压力机中取出成形的部件。

代替使用弹性膜或膜片来对工件或坯件进行成形，通过如前所述的流体压力对弹性膜片加压，可以使用可弹性变形的垫片或柔性软垫，比如橡胶垫片。采用此类垫片或软垫的压力机可以与如前所述的压力盒类型的压力机类似地操作，但是可能不需要在其中引入压力介质来向工件或坯件施加成形压力的压力盒。替代地，当对坯件或工件进行成形时，将工件或坯件放在压力机中，使得该工件或坯件的一侧面向成形工具，而另一侧面向垫片或软垫。然后可以通过一些机械地连接至垫片或软垫上的压力发生装置(例如，冲头)来将该垫片或软垫压靠在坯件或工件上。该可弹性变形的垫片或软垫通过其可变形性可以变形，以使坯件或工件的侧面压靠在成形工具上，使得该工件基本上或甚至完全根据该成形工具的表面的形状成形，类似于如前所述的压力盒类型的压力机。通过垫片或软垫的变形来使坯件或工件的侧面压靠在成形工具上，该垫片或软垫可以将坯件或工件成形为成形工具的成形表面的任何表面特征及围绕成形工具的成形表面的任何表面特征成形。

本申请人已经进行的实验研究表明，在工件的此类‘柔性’成形中，采用至少部分地可弹性变形元件、比如前述弹性膜或膜片、可弹性变形的垫片或可弹性变形的软垫，在高温下进行工件的成形可能是有益的。例如，可以将工件和/或成形工具加热，使得在对工件进行成形的过程中该工件和/或成形工具的温度与环境温度相比是升高的(例如，在200℃与500℃之间、例如在250℃与350℃之间、或在250℃与300℃之间)。

例如，在航空航天工业中，经常使用基于铝的部件。能够使用‘冷’柔性成形(即，使用如前所述的柔性成形，但是在将工件加热到升高的温度的同时不进行工件的成形)来生产高品质基于铝的部件。然而，期望在航空航天工业中增大使用由复合材料或金属合金(例如，钛合金)制成的部件，而期望在航空航天工业中减少使用传统铝部件。然而，使用冷柔性成形生产复合材料或金属合金(例如钛合金)的部件(具有的品质足以例如用于航空航天工业中)可能存在挑战。例如，钛合金通常具有相对较高的强度，并且使用‘冷’柔性成形来将钛合金工件成形为符合所期望或所需要的部件形状可能具有挑战性。期望复合材料或金属合金(例如，钛合金)的部件还可用于其他工业、例如汽车工业中。本申请人进行的实验研究表明，在高温下对工件进行‘柔性’成形可以促进或甚至允许对由复合材料或金属合金(例如，钛合金)制成的工件进行成形，其中，如此成形的工件(或部件)具有的品质(例如，在符合所期望或所需要的部件形状的方面)足以例如用于汽车或航空航天工业中。

鉴于上述情况，本发明涉及提供一种用于对可以由复合材料或金属合金(例如，钛合金)制成的工件进行高压成形的工艺和系统，其中，如此成形的工件具有的品质足以例如用于汽车或航空航天工业中。

为了解决这个关注点和其他关注点中的至少一个，提供了一种根据独立权利要求的工艺和系统。由从属权利要求限定了优选实施例。

根据第一方面，提供了一种使用压力机来对工件或坯件进行成形的方法或工艺，该压力机包括压力发生器、成形工具以及至少部分地可弹性变形元件。在对工件进行成形的过程中，将该工件布置为与该成形工具和该可弹性变形元件相邻并且在该可弹性变形元件的一侧与该成形工具的成形表面之间，使得该工件的一侧面向该可弹性变形元件，而该工件的另一侧面向该成形工具。该压力发生器被配置为(可能可控制地)向该可弹性变形元件和/或成形工具施加至少5MPa(或者可能至少一或几MPa)的成形压力，来对与该可弹性变形元件面向工件侧相反的一侧、或成形工具(例如，该成形工具的与该成形表面相反的表面)中的至少一个进行加压。对该可弹性变形元件的一侧或成形工具中至少一个加压使得该可弹性变形元件变形，从而使工件的面向该成形工具的一侧和成形表面彼此压靠，使得工件至少部分地根据该成形表面的形状而成形。该工艺包括将工件或成形工具中的至少一个加热，并且使用压力机对工件进行成形，以获得成形的工件。将工件或成形工具中的至少一个加热使得在通过成形压力对工件进行成形的过程中该工件或成形工具中的至少一个的温度高于环境温度。

根据第二方面，提供了一种用于对工件进行成形的系统。该系统包括压力机和加热设备。该压力机包括压力发生器、成形工具以及至少部分地可弹性变形元件。在对工件进行成形的过程中，将该工件布置为与该成形工具和该可弹性变形元件相邻并且在该可弹性变形元件的一侧与该成形工具的成形表面之间，使得该工件的一侧面向该可弹性变形元件，而该工件的另一侧面向该成形工具。该压力发生器被配置用于(可能可控制地)向该可弹性变形元件和/或成形工具施加至少5MPa的成形压力，来对与该可弹性变形元件面向工件侧相反的一侧、或成形表面(例如，该成形工具的与该成形表面相反的表面)中的至少一个进行加压。对该可弹性变形元件的一侧或成形工具中至少一个加压使得该可弹性变形元件变形，从而使工件的面向该成形工具的一侧和成形表面彼此压靠，使得工件至少部分地根据该成形表面的形状而成形，以便获得成形的工件。该加热设备被配置用于将工件或成形工具中的至少一个加热，使得在通过成形压力对工件进行成形的过程中工件或成形工具中的至少一个的温度高于环境温度。

因此，根据第一方面和第二方面，通过‘柔性’成形来对工件进行成形，其中，已经将工件和/或成形工具加热到高温，并且在工件和/或成形工具处于高于环境温度的温度时执行成形。如前所述，本申请人已经进行的实验研究表明，这样的‘柔性’成形可以促进或甚至允许对由复合材料或金属合金(例如钛合金)制成的工件进行成形，其中，如此成形的工件(或部件)具有的品质足以例如用于汽车或航空航天工业中。作为实例，钛合金通常具有相对较高的强度，并且使用‘冷’柔性成形来将钛合金工件成形为符合所期望或所需要的部件形状可能具有挑战性。

在本申请的背景中，可弹性变形元件是指当向元件施加(足够高的)压力时该元件可以变形，并且当停止向元件施加压力时该元件弹性地返回到其初始形状。该可弹性变形元件可以例如包括如前所述的弹性膜或膜片、垫片(或压力垫片)或软垫。该可弹性变形元件可以例如由天然和/或合成橡胶构成、或包括天然和/或合成橡胶。作为非限制性实例，该可弹性变形元件可以例如由聚氨酯构成、或包括聚氨酯。

当使用根据第一方面和第二方面的工艺和系统来将工件成形成例如可以用于航空航天和汽车工业的部件或产品时，成形工具的成形表面的形状可以对应于或者基本上对应于该部件或产品的形状。

该压力发生器可以被配置用于向该可弹性变形元件和/或成形工具施加在(约)5MPa至(约)200MPa(即，50巴至2000巴)的压力范围内的成形压力。优选地，该压力发生器可以被配置用于向该可弹性变形元件和/或成形工具施加在(约)50MPa至(约)200MPa的压力范围内的成形压力。根据另一个实例，该压力发生器可以被配置用于向该可弹性变形元件和/或成形工具施加在(约)5MPa(或50MPa)至(约)140-150MPa的压力范围内的成形压力。

可以例如将工件或成形工具中的至少一个加热成使得在对工件进行成形的过程中该工件或成形工具中的至少一个的温度在(约)200℃与(约)500℃之间、例如在250℃与350℃之间、或优选地在250℃与300℃之间。

先前提到的由本申请人进行的实验研究表明，这样的“柔性”成形(当使用在(约)50MPa至(约)200MPa的压力范围内的成形压力执行时，并且将工件和/或成形工具加热使其在对工件进行成形的过程中的温度在(约)200℃与(约)500℃之间、优选地在250℃与350℃之间、或者甚至更优选地在250℃与300℃之间)可以特别有利于促进或允许对由复合材料或金属合金(例如，钛合金)制成的工件进行成形，其中，如此成形的工件(或部件)具有的品质足以例如用于汽车或航空航天工业中。

根据第一方面和第二方面，将工件或成形工具中的至少一个加热，使得在通过成形压力对工件进行成形的过程中该工件或成形工具中的至少一个的温度高于环境温度。这可能需要在对工件进行实际成形之前将工件和/或成形工具加热，并且在通过成形压力进行实际成形时，与环境相比，该工件和/或成形工具可以处于加热状态。

如前所述，可以使工件的面向成形工具的一侧和成形表面彼此压靠，使得通过对可弹性变形元件的这侧加压、通过对成形工具(例如，其一侧或表面、例如与成形表面相反的表面)加压、或通过对可弹性变形元件的一侧和成形工具两者加压，使得工件至少部分地根据成形表面的形状而成形，以获得成形的工件。在本申请的背景中，对元件的一侧或表面加压是指至少向元件的一侧或表面的至少一部分、或甚至该元件的整个或基本上整个侧或表面施加压力。

在本申请的背景中，工件至少部分地根据成形表面的形状而成形是指工件的至少一部分或部分工件基本上或甚至完全根据成形工具的表面的形状而成形，或者与成形工具的成形表面的形状基本上或甚至完全匹配。然而，应该理解，取决于应用，可能不需要所成形的工件与成形工具的成形表面的形状之间精确匹配。

在本申请的背景中，环境温度是指执行工件成形的位置的一般环境的温度。例如，如果在建筑物或结构的房间内执行工件成形，则环境温度可以是在执行工件成形时房间内的空气温度。

如前所述，压力发生器可以被配置用于向可弹性变形元件和/或成形工具施加成形压力，对与该可弹性变形元件面向工件侧相反的一侧、或成形工具中的至少一个进行加压。应当理解，可弹性变形元件的一侧(该侧可以被加压并且与可弹性变形元件的面向工件的一侧相反)不一定必须与该可弹性变形元件的面向工件的一侧完全相反，但是可以与该可弹性变形元件的面向工件的一侧基本上相反、或者可以位于其他地方，只要允许通过成形压力来对工件执行成形即可。

在本申请的背景中，面向彼此的不同元件或部件或其侧面(例如，工件的面向成形工具的一侧)是指不同元件或部件或其侧面指向彼此。可能地，可能存在被布置在面向彼此的不同元件或部件或其侧面之间的一个或多个中间元件或部件。例如，如以下将进一步描述的，(至少)在对工件进行成形的过程中可以在该工件与可弹性变形元件之间、或者在该工件与可弹性变形元件的面向该工件的一侧之间布置隔热元件(例如由隔热盖(或其他封闭装置)或覆盖件构成的隔热元件)。

该隔热元件可以被布置在工件与可弹性变形元件之间，使得该隔热元件被布置为分别与该工件和该可弹性变形元件相邻，以在对工件进行成形的过程中将该可弹性变形元件与该工件隔热。

成形工具和工件可以被布置在包括至少一个开口的容器中，使得当该成形工具和工件被布置在容器中时，该工件的一侧面向该成形工具，而该工件的另一侧指向该至少一个开口。可以在该工件和成形工具处于容器中时对它们进行加热。该容器可以被布置在压力机中，使得工件的指向该至少一个开口的另一侧面向该可弹性变形元件，其中，可以在成形工具和工件处于容器中的同时使用压力机对工件执行成形。隔热元件可以相对于容器被布置为使得该隔热元件至少部分地封闭该容器的至少一个开口。

可以例如使用感应加热来执行对工件或成形工具中的至少一个的加热。

可以在相对于压力机单独布置的加热设备中执行对工件或成形工具中的至少一个的加热。

可以对成形的工件进行主动冷却。

该工艺可以包括对成形的工件的至少一个尺寸进行修整或削刮或感测中的至少一个。

该可弹性变形元件可以例如由天然和/或合成橡胶构成、或包括天然和/或合成橡胶。

该系统相应地可以包括隔热元件，该隔热元件被布置在工件与可弹性变形元件之间，使得该隔热元件被布置为分别与该工件和该可弹性变形元件相邻，以在对工件进行成形的过程中将该可弹性变形元件与该工件隔热。

该系统可以包括容器，该容器包括至少一个开口。该容器可以被布置为容纳该成形工具和工件，使得当该成形工具和工件被布置在容器中时，该工件的一侧面向该成形工具，而该工件的另一侧指向该至少一个开口。该加热设备可以被配置用于当工件和成形工具处于容器中时对它们进行加热。该容器可以可布置在压力机中，使得工件的朝向该至少一个开口的另一侧指向该可弹性变形元件，其中，可以在成形工具和工件处于容器中的同时使用压力机对工件执行成形。

该容器的至少一部分可以是隔热的。

该成形工具可以可移除地布置在压力机中。

该可弹性变形元件可以包括弹性膜或膜片。该压力发生器可以被配置用于通过向其中布置了可弹性变形元件的压力盒可控地供应压力介质来向该可弹性变形元件可控地施加成形压力，其中该压力介质将该可弹性变形元件的一侧加压。

该可弹性变形元件可以包括垫片或软垫。该压力发生器可以被配置用于为通过将该可弹性变形元件可控制地压靠在工件上来向该可弹性变形元件可控制地施加成形压力。

工件可以例如包括以下中的至少一项：坯件、板或金属片材。

工件可以例如包括选自以下材料中的至少一种材料：至少一种复合材料、铝或钛或其任何合金、钢、镍或包括镍的合金。

下面通过示例性实施例来描述本发明的其他目的和优点。应注意，本发明涉及权利要求中记载的特征的所有可能组合。当研究所附权利要求和本文的描述时，本发明的其他特征和优点将变得清楚。本领域技术人员认识到，可以对本发明的不同特征进行组合以产生除本文描述的实施例之外的实施例。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明的示例性实施例。

图1是展示了根据本发明的实施例的工艺的示意图。

图2是在图1展示的工艺中使用的容器的示意性部分截面视图。

图3和图4是根据本发明的实施例的压力机的部件、以及工件的示意性侧视图。

所有附图都是示意性的、不一定按比例绘制、并且总体上仅示出为了本发明的实例而必需的部分，而其他部分可以省略或仅仅被提出。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图对本发明进行描述，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文阐述的本发明的实施例；而是，这些实施例是作为实例提供的，使得本公开内容将本发明的范围传达给本领域技术人员。

图1是展示了根据本发明的实施例的工艺100的示意图。工艺100用于使用压力机20来对工件10进行成形。工艺100可以例如用于将工件10成形为例如可以用于航空航天和汽车工业中的部件或产品。压力机20包括压力发生器(用21示意性表示)、成形工具22(图1中未示出，参见图2)、以及至少部分地可弹性变形元件(图1中未示出)。成形工具22的形状(特别是其成形表面，如以下进一步描述的)可以对应于或基本上对应于部件或产品的所期望或所需要的形状。

工艺100包括将在以下描述的步骤110、120、130、140和150。图1中的箭头指示根据图1展示的实施例执行工艺100中的步骤110、120、130、140和150的顺序。

在110处，提供工件10，工件10将通过工艺100而成形。工件10可以例如包括坯件、板或金属片材中的至少一种，但不限于此。工件10可以例如包括选自以下材料中的至少一种材料：至少一种复合材料、铝或钛或其任何合金、钢、镍或包括镍的合金，但不限于此。

根据本发明的所展示的实施例，可以提供容器30。如图1所展示的，容器30可以例如成形为立方体或棱柱体。容器30被布置为容纳成形工具22和工件10。容器30可以是至少部分中空的(即，其可以包括一个或多个空腔)、并且可以包括至少一个开口，例如用于为使用者提供通向容器30的中空部分内部的通路。该至少一个开口的尺寸可以被确定为允许成形工具22和工件10插入和移出容器30。描述容器30的另一种方式是其可以包括底部和直立侧壁，这些侧壁终止于顶部处环绕指向上的开口的外周缘。容器30被布置为容纳成形工具22和工件10，使得当它们被布置在容器30中时，工件10的一侧面向成形工具22，而工件10的另一侧暴露于容器30外部或指向该开口。在图2中展示了这样的布置，该图是容器30的示意性部分截面视图，并且将在以下进行描述。容器30有助于或允许成形工具22和工件10的组件能够进行往复运动，即允许成形工具22和工件10的组件作为整体在一个地方与另一个地方之间移动。根据本发明的一个或多个实施例，容器30可以是成形工具22的零件或一部分，反之亦然。

在120处，将工件10和成形工具22加热。根据本发明的所展示的实施例，将工件10和成形工具22两者加热。然而，应理解的是，可以不需要将工件10和成形工具22两者加热，而仅对它们(工件10或成形工具22)中的一个进行加热可能就足够了。根据图1中展示的本发明的实施例，在工件10和成形工具22处于容器30中时对它们进行加热(可能通过对容器30进行加热)。容器30的至少一部分可以是隔热的。然而，应理解的是，容器30不是必需的并且可以省略，并且工件10和/或成形工具22可以在没有布置在容器30中时被加热。此外，根据本发明的所展示的实施例，将工件10和成形工具22加热是通过感应加热设备形式(例如，称之为感应台形式)的加热设备40执行的。然而，能够通过另一种类型的加热设备(比如本领域已知的任何适合的加热设备)来将工件10和/或成形工具22加热。感应加热设备提供了加热工艺的良好可控性。为了获得工件10和/或成形工具22的期望温度，可以布置温度传感器(图1中未示出)来在工件10和/或成形工具22的加热过程中感测其上不同位置处的温度。由于感应加热设备在本领域中是众所周知的，因此本文中将不再进一步描述。

如图2中展示的，例如隔热盖31或其他封闭装置形式的隔热元件31可以放在容器30的开口32上，以在工艺100中的对容器30进行随后处理的过程中，例如在将容器30输送到压力机20的过程中，将热损失减少或甚至最小化。隔热元件31或隔热盖31可以用于(基本上)完全或部分地封闭容器30的开口32。隔热元件31或隔热盖31可以在对工件10进行成形的过程中在可弹性变形元件与工件10之间提供隔热。

如图1中展示的，加热设备40可以被配置用于同时加热多个工件和可能的对应成形工具。可以通过加热设备40加热的任何其他工件和对应的成形工具也可以布置在容器中，例如图1中展示的。

如图1和图2中展示的，成形工具22可以可移除地布置在压力机20中。因此，成形工具22可以更换为例如可以展现不同形状的成形表面的另一个成形工具，由此有助于或允许在不同的应用或场景中根据需要或期望将工件成形为不同的形状。在图2中指示了成形表面23可能具有的形状的实例。

在130处，使用压力机20将经加热的工件10和成形工具22带至压力机20以对工件10进行成形，从而获得成形的工件60。如图1中展示的，可以将经加热的工件10和成形工具22带至压力机20，而工件10和成形工具22仍然位于容器30中。可以在工件10的成形进行之前移除隔热元件31或隔热盖31。然而，可能优选的是不移除隔热元件31，使得其可以在对工件10进行成形的过程中在可弹性变形元件与工件10之间提供隔热。

工件10和/或成形工具22的加热可以在通过压力机20对工件10进行实际成形之前的一段时间内进行。因此，在工件10的实际成形进行之前，例如通过在将工件10和/或成形工具22输送或运送到压力机20的过程中的对流，可以将工件10和/或成形工具22在一定程度上冷却。然而，通过在考虑了这样的冷却以及将工件10输送到压力机20并开始对工件10进行成形所需的时间的同时将工件10和/或成形工具22加热，在压力机20中对工件10进行成形的过程中工件10和/或成形工具22可以具有期望的温度。换句话说，工件10和/或成形工具22的加热可能在一定程度上“过度”。也就是说，在已经执行了对工件10和/或成形工具22的加热之后，工件10和/或成形工具22的温度可能高于在通过压力机20对工件10进行实际成形的过程中工件10和/或成形工具22的期望温度。这样的“过度”加热可以考虑工件10和/或成形工具22的冷却，这种冷却可以发生直到通过压力机20对工件10进行实际成形，使得在通过压力机20对工件10进行实际成形的过程中工件10和/或成形工具22的温度是所期望或所需要的温度。

如图1所指示的，可以在压力机20中同时加工多个工件。工件10和成形工具22以及可能的任何其他工件和对应的成形工具可以布置在输送与搬运单元50(或“穿梭件”)中，穿梭件50插入压力机20中以使工件10和任何其他工件在压力机20中被加工。如图1中展示的，穿梭件50可以例如通过传送带51或类似装置输送到压力机20中。一旦穿梭件50已经被输送到压力机20中，则工件10原则上可以准备好在压力机20中进行成形。即，在工件10仍然位于穿梭件50中时，工件10可以在压力机20中进行成形。例如在由本申请人生产的用于金属板材成形的称之为Flexform(或流体盒成形)类型的压力机中提供了这样的功能。

在压力机20中对工件10进行成形的过程中，将工件10布置为与成形工具22和可弹性变形元件相邻并且在该可弹性变形元件的一侧与成形工具22的成形表面23之间，使得工件10的一侧面向该可弹性变形元件，而工件10的另一侧面向成形工具22。

如图1中展示，容器30可以布置在压力机20中，使得工件10的指向容器30的开口的一侧面向可弹性变形元件，其中，在成形工具22和工件10处于容器30中(并且还可能处于穿梭件50中)的同时使用压力机20对工件10进行成形。即，在使用压力机20对工件10进行成形的过程中，成形工具22和工件10可以处于容器30中(并且还可能处于穿梭件50中)。

根据本发明的所展示的实施例，压力发生器21被配置用于(可能可控制地)向可弹性变形元件施加至少5MPa的成形压力，以对与该可弹性变形元件面向工件10侧相反的一侧加压。对该可弹性变形元件的一侧加压使该可弹性变形元件变形，从而使工件10的面向成形工具22的一侧压靠在成形表面23上，使得工件10至少部分地根据成形表面23的形状而成形。工件10和成形工具22的加热使得在通过成形压力对工件10进行成形的过程中工件10和成形工具22的温度高于环境温度。工件10和成形工具22的加热可以考虑工件10和/或成形工具22的任何冷却，所述冷却可能在将工件10和成形工具22输送到压力机20的过程中发生并且直到可以进行工件10的成形。

压力发生器21可以例如包括例如可以机械地连接或联接至该可弹性变形元件上的液压冲头组件或至少一个液压缸。然而，应理解，可以采用其他一种或多种类型的压力发生器，比如本领域已知的任何合适的压力发生器。该可弹性变形元件可以例如包括如前所述的弹性膜或膜片、垫片或软垫。该可弹性变形元件可以例如由天然和/或合成橡胶构成、或包括天然和/或合成橡胶。

在图3和4中展示了如前所述的工件10的这样的“柔性”成形的原理。

图3和图4是根据本发明的实施例的在使用压力机20对工件10进行成形的过程中的可弹性变形元件24、工件10和成形工具22的非常示意性的侧视图。图3和图4展示了可弹性变形元件24包括垫片或软垫的情况，如前所述的。可弹性变形元件24可以例如由天然和/或合成橡胶构成、或包括天然和/或合成橡胶。

根据图3和图4中展示的实例，成形工具22的成形表面23是波状成形表面。换句话说，图3和图4中展示的成形表面23展现了波浪形式或外观。然而，应理解，图3和图4中展示的成形工具22的成形表面23的这种特定形状是根据用于展示本发明的实施例的原理的实例，而不是限制性的。成形工具22的成形表面23原则上可以具有应用或情形所要求或期望的任何形状。在图2中指示了成形工具22的成形表面23的形状的另一个实例。

在压力机20中对工件10进行成形的过程中，将工件10(包括例如金属板或金属片材)放在压力机20中，使得工件10被布置为与成形工具22和可弹性变形元件24相邻并且在可弹性变形元件24的一侧(图3中的其下侧)与成形工具22的成形表面23之间，使得工件10的一侧面向可弹性变形元件24(图3中的工件10的上侧)，而工件10的另一侧面向成形工具22(图3中的工件10的下侧)。

如图3所指示的，接着通过压力发生器21(图3或图4中未示出)向可弹性变形元件24施加成形压力以对可弹性变形元件24的一侧加压来将可弹性变形元件24朝向工件10挤压。在图3中用指向可弹性变形元件24的箭头来指示可弹性变形元件24的一侧的加压。压力发生器21可以例如包括机械地连接至可弹性变形元件24上的液压冲头组件(图3或图4中未示出)。通过可弹性变形元件24的可变形性，可弹性变形元件24可以由于加压而变形，以使工件10的下侧压靠在成形工具22的成形表面23上，使得工件10基本上或甚至完全根据成形工具22的成形表面23的形状而成形。图4展示了工件10的状态，其中工件10已经(基本上)完全根据成形工具22的成形表面23的形状而成形。如果所使用的成形压力不足以使工件10完全根据成形工具22的成形表面23的形状而成形，则如果需要可以进一步增加成形压力，以增加可弹性变形元件24的变形，使得工件10完全根据成形工具22的成形表面23的形状而成形。因此，通过可弹性变形元件24的变形来使工件10的下侧压靠在成形工具22上，可弹性变形元件24可以将工件10成形为成形工具22的成形表面23的任何表面特征及围绕成形工具22的成形表面23的任何表面特征成形。压力发生器21可以被配置用于通过将可弹性变形元件24(可控制地)压靠在工件10上(例如，通过控制由液压冲头组件施加到可弹性变形元件24上的压力)而向可弹性变形元件24(可能可控制地)施加成形压力。因此，可以通过控制压力发生器21的关于施加到可弹性变形元件24上的挤压力的操作来控制可弹性变形元件24上的成形压力。压力发生器21可以被配置用于在选定的或预定的时间段、比如(约)一分钟或几分钟期间维持成形压力。

对于图3和图4中展示的可弹性变形元件24包括可以由天然和/或合成橡胶构成或包括天然和/或合成橡胶的垫片或软垫的情况，可能优选的是，使用约300巴至约500巴的最大成形压力，因为橡胶垫片或软垫可能无法在不损坏或破裂的情况下应对更高的成形压力。

取决于工件10和/或成形工具22被加热的范围或程度，可能期望或者甚至可能需要例如在可弹性变形元件24与工件10之间提供隔热。即，在工件10和/或成形工具22被加热到相对较高的温度以对工件10进行成形的情况下，可能期望或者甚至需要例如在可弹性变形元件24与工件10之间的隔热。例如，对于可弹性变形元件24可以被加热多少而不会被损坏或破坏可能存在限制。应该或将要提供的这样的隔热可以例如取决于制成可弹性变形元件24的(多种)材料的选择、可弹性变形元件24的类型(例如，采用弹性膜或膜片还是垫片)或者(在压力机20是压力盒类型的情况下)可以使用的任何可能的压力介质的选择。这样的隔热可以例如由隔热元件31、例如包括隔热盖31提供，例如前面参考图1和图2所述。因此，根据本发明的一个或多个实施例，在对工件10进行成形之前可以不移除此类隔热盖31，而是(至少)在对工件10进行成形的过程中可以将其布置在工件10与可弹性变形元件24之间，以在对工件10进行成形的过程中使可弹性变形元件24与工件10隔热。隔热元件31或隔热盖31可以例如由类似于可弹性变形元件24的可弹性变形材料和/或弹性或柔性材料制成。隔热元件31或隔热盖31可以例如包括硅橡胶或类似于硅橡胶的材料(例如，具有类似的热特性和机械特性)。

如前所述，压力机20可以替代性地由压力盒类型的压力机构成或包括压力盒类型的压力机，其中，利用处于弹性膜或膜片形式的可弹性变形元件来通过对弹性膜或膜片加压的流体压力对工件进行成形，如前所述。压力机20例如可以由压力盒类型的压力机构成或者基于压力盒类型的压力机，所述压力机是由本申请人生产的用于金属片材成形的称之为Flexform(或流体盒成形)类型的压力机。这样的类型的压力机能够提供成形压力的非常高的可控性、并且可以准许较宽压力范围内的成形压力，例如在(约)80MPa与(约)200MPa之间或甚至更高。

因此，压力发生器21可以替代性地或另外地包括其中布置有可弹性变形元件的压力盒(图3和图4中未示出)。该可弹性变形元件可以包括弹性膜或膜片。压力发生器21可以被配置用于通过向其中布置有可弹性变形元件的压力盒(可控地)供应压力介质来向该可弹性变形元件(可能地可控地)施加成形压力，其中该压力介质将该可弹性变形元件的一侧(即，与该可弹性变形元件的面向工具的一侧相反)加压。由此，可以使该可弹性变形元件变形，以使工件的面向成形工具的一侧压靠在成形表面上，使得该工件至少部分地根据该成形表面的形状而成形。因此，可以通过控制供应到压力盒的压力介质的量来控制该可弹性变形元件上的成形压力。

进一步参考图1，可以在相对于压力机20单独布置的加热设备40中执行工件10和/或成形工具22的加热。然而，应理解，根据本发明的一个或多个实施例的压力机20和加热设备40可以由可以提供挤压能力和加热能力的单个设备构成。

在140处，将成形的工件60进行冷却。虽然在图1中指示了所成形的工件60的冷却是通过对成形的工件60进行被动冷却(例如，搁置在台上)来执行的，但是成形的工件60可以代替地通过例如本领域已知的一些适当的冷却技术或装置来进行主动冷却。例如，可以执行主动冷却，以对成形的工件60进行快速冷却或冷浸。如本领域中已知的，工件的冷浸可以例如避免工件发生不期望的低温工艺、例如相变。冷浸可以例如包括将成形的工件60浸泡或浸入流体中、例如在诸如空气或氮气或惰性气体等气体中、或在诸如水等液体中(图1中未示出)。在140处的冷却不是必需的并且可以省略。

在150处，可以通过例如本领域已知的一些修整和/或削刮加工装备对成形的工件60进行修整和/或削刮。用70示意性地指示了修整和/或削刮加工装备。如本领域中已知的，工件的削刮是从工件的边缘去除相对少量的材料，以例如改善工件边缘的光洁度或获得工件边缘的特定形状。并且如本领域中进一步已知的，对工件进行修整是从工件上切除多余的或不需要的不规则特征。例如，如果需要，可以对(半)成形的工件60的边缘进行修整。在150处的修整或削刮不是必需的并且可以省略。替代性地或另外地，可以在150处测量或感测所成形的工件60的至少一个尺寸。例如，可以提供如本领域已知的被配置用于测量或感测所成形的工件60的至少一个尺寸的一些适当的装置或单元。装备70中可以包含的装置或单元可以例如是基于光学的装置或单元、并且可以例如包括一个或多个激光器。基于对成形的工件60的至少一个尺寸的测量或感测，接着可以对成形工件60的周边部分的边界进行修整和/或削刮，例如进行如前所述的，以便例如改善工件的边缘的光洁度或获得工件的(例如，边缘的)特定形状或尺寸。替代性地或另外地，在150处可以进行的对工件的任何进一步成形可以用手、例如使用手持式工具执行。

虽然在图1中未展示，但是工件10和/或成形工件60在任何步骤110、120、130、140和150之间的任何输送都可以例如使用传送带或类似装置来进行。

如图1中指示的，一旦在150处已经对成形的工件60进行修整和/或削刮，则如果需要，成形的工件60可以使用压力机20进行进一步成形(该进一步成形可以是“冷”成形或如前所述的在高温下成形，并且可以与先前的成形相比在不同的成形压力下进行)。如图1中进一步指示的，一旦在140处已经对成形的工件60进行冷却，则如果需要，成形的工件60可以使用压力机20进行进一步成形(该进一步成形可以是“冷”成形或如前所述的在高温下成形，并且可以与先前的成形相比在不同的成形压力下进行)。

总之，公开了一种使用压力机对工件进行成形的工艺和系统，该压力机包括压力发生器、成形工具以及至少部分地可弹性变形元件。将工件或成形工具中的至少一个加热，并且使用压力机对工件进行成形，从而获得成形的工件。将工件或成形工具中的至少一个加热使得在通过由压力发生器产生的成形压力对工件进行成形的过程中该工件或成形工具中的至少一个的温度高于环境温度。

虽然已经在附图和前面的描述中对本发明进行了说明，但是这样的说明应被认为是说明性的或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、所公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开实施例的其他改变。在所附权利要求中，词语“包括”不排除其他的要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应当被解释为限制范围。

Claims (24)

1.一种使用压力机对工件进行成形的工艺(100)，该压力机包括压力发生器、成形工具以及至少部分地可弹性变形元件，其中，在对该工件进行成形的过程中，将该工件布置为与该成形工具和该可弹性变形元件相邻并且在该可弹性变形元件的一侧与该成形工具的成形表面之间，使得该工件的一侧面向该可弹性变形元件，而该工件的另一侧面向该成形工具，并且其中，该压力发生器被配置用于向该可弹性变形元件和/或该成形工具施加至少5MPa的成形压力，以对与该可弹性变形元件面向该工件侧相反的一侧、或该成形工具的与该成形表面相反的表面中的至少一个进行加压，由此致使该可弹性变形元件变形，以使该工件的面向该成形工具的一侧与该成形表面彼此压靠，使得该工件至少部分地根据该成形表面的形状而成形，该工艺包括：

将该工件或该成形工具中的至少一个加热(120)；并且

使用该压力机对该工件进行成形(130)，以获得成形的工件(60)；

其中，将该工件或该成形工具中的至少一个加热使得在通过该成形压力对该工件进行成形的过程中该工件或成形工具中的至少一个的温度高于环境温度。

2.根据权利要求1所述的工艺，其中，该压力发生器被配置用于向该可弹性变形元件和/或该成形工具施加5MPa至200MPa、优选地50MPa至200MPa的压力范围内的成形压力。

3.根据权利要求1或2所述的工艺，其中，将该工件或该成形工具中的至少一个加热，使得在对该工件进行成形的过程中该工件或该成形工具中的至少一个的温度在200℃与500℃之间。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的工艺，其中，将该工件或该成形工具中的至少一个加热，使得在对该工件进行成形的过程中该工件或该成形工具中的至少一个的温度在250℃与350℃之间，优选地在250℃至300℃之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的工艺，进一步包括：

在该工件与该可弹性变形元件之间布置隔热元件，使得该隔热元件被布置为分别与该工件和该可弹性变形元件相邻，以便在对该工件进行成形的过程中将该可弹性变形元件与该工件隔热。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的工艺，进一步包括：

将该成形工具和该工件布置在包括至少一个开口的容器中，使得当该成形工具和该工件被布置在该容器中时，该工件的一侧面向该成形工具，而该工件的另一侧指向该至少一个开口；

当该工件和该成形工具处于该容器中时对它们进行加热；并且

将该容器布置在该压力机中，使得该工件的指向该至少一个开口的另一侧面向该可弹性变形元件，其中，在该成形工具和该工件处于该容器中的同时使用该压力机执行该工件的成形。

7.根据从属于权利要求5的权利要求6所述的工艺，进一步包括：

将该隔热元件相对于该容器布置为使得该隔热元件至少部分地封闭该容器的该至少一个开口。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的工艺，其中，使用感应加热来执行该工件或该成形工具中的至少一个的加热。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的工艺，其中，在相对于该压力机单独布置的加热设备中进行该工件或该成形工具中的至少一个的加热。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的工艺，进一步包括对所成形的工件进行主动冷却(140)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的工艺，进一步包括对所成形的工件的至少一个尺寸进行修整或剃刮或感测中的至少一种(150)。

12.一种用于对工件(10)进行成形的系统(20，40)，该系统包括：

压力机(20)，该压力机包括压力发生器(21)、成形工具(22)以及至少部分地可弹性变形元件(24)，其中，在对该工件进行成形的过程中，将该工件布置为与该成形工具和该可弹性变形元件相邻并且在该可弹性变形元件的一侧与该成形工具的成形表面之间，使得该工件的一侧面向该可弹性变形元件，而该工件的另一侧面向该成形工具，并且其中，该压力发生器被配置用于向该可弹性变形元件和/或该成形工具施加至少5MPa的成形压力，以对与该可弹性变形元件面向该工件侧相反的一侧、或该成形工具的与该成形表面相反的表面中的至少一个进行加压，由此致使该可弹性变形元件变形，以使该工件的面向该成形工具的一侧与该成形表面彼此压靠，使得该工件至少部分地根据该成形表面的形状而成形，以获得成形的工件(60)；以及

加热设备(40)，该加热设备被配置用于将该工件或该成形工具中的至少一个加热，使得在通过该成形压力对该工件进行成形的过程中该工件或该成形工具中的至少一个的温度高于环境温度。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，该可弹性变形元件由天然和/或合成橡胶构成或包括天然和/或合成橡胶。

14.根据权利要求13或14所述的系统，进一步包括：

被布置在该工件与该可弹性变形元件之间的隔热元件(31)，使得该隔热元件被布置为分别与该工件和该可弹性变形元件相邻，以在对该工件进行成形的过程中将该可弹性变形元件与该工件隔热。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的系统，进一步包括：

容器(30)，该容器包括至少一个开口(32)，该容器被布置为容纳该成形工具和该工件，使得当该成形工具和该工件被布置在该容器中时，该工件的一侧面向该成形工具，而该工件的另一侧指向该至少一个开口；

其中，该加热设备配置为当该工件和该成形工具处于该容器中时对该工件和该成形工具进行加热；

其中，该容器能够被布置在该压力机中，使得该工件的指向该至少一个开口的另一侧面向该可弹性变形元件，其中，在该成形工具和该工件处于该容器中的同时使用该压力机进行该工件的成形。

16.根据从属于权利要求14的权利要求15所述的系统，其中，该隔热元件能够相对于该容器被布置为使得该隔热元件至少部分地封闭该容器的该至少一个开口。

17.根据权利要求15或16所述的系统，其中，该容器的至少一部分是隔热的。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的系统，其中，该成形工具可移除地布置在该压力机中。

19.根据权利要求12至18中任一项所述的系统，其中，该加热设备相对于该压力机单独布置。

20.根据权利要求12至19中任一项所述的系统，其中，该加热设备包括感应加热设备(40)。

21.根据权利要求12至20中任一项所述的系统，其中，该可弹性变形元件包括弹性膜或膜片，其中，该压力发生器被配置用于通过向其中布置有该可弹性变形元件的压力盒可控地供应压力介质来向该可弹性变形元件可控地施加该成形压力，其中该压力介质对该可弹性变形元件的一侧加压。

22.根据权利要求12至20中任一项所述的系统，其中，该可弹性变形元件包括垫片或软垫，其中，该压力发生器被配置用于通过将该可弹性变形元件可控地压靠在该工件上来向该可弹性变形元件可控地施加该成形压力。

23.根据权利要求12至22中任一项所述的系统，其中，该工件包括以下中的至少一个：坯件、板或金属片材。

24.根据权利要求12至23中任一项所述的系统，其中，该工件包括选自以下中的至少一种的材料：至少一种复合材料、铝或钛或其任何合金、钢、镍或包括镍的合金。