CN109862973A - 用于制造薄板部件的方法和工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造薄板部件的方法和工具，该方法包括：将工件预成型为预成型的部件(2,3)，其中，在预成型的部件(2,3)中至少区域地引入多余的材料(4)；在使用多余的材料(4)的条件下将预成型的部件(2,3)校准为至少部分最终成型的部件(2′，3′)，其中，预成型的部件(2,3)至少区段式地顶锻。以低工艺技术投入实现部件高尺寸精度、刚度和/或强度的目的根据第一方面由此实现，即，时间先后地校准预成型的部件(2,3)的不同区域(2a,2b,2c)，或者在校准期间产生一个或多个局部增厚的区域(5)。

Description

用于制造薄板部件的方法和工具

技术领域

本发明根据不同的方面涉及用于制造薄板部件的方法，该方法分别包括：将工件预成型为预成型部件，其中，在预成型部件中至少区域地引入多余的材料；并且使用该多余的材料将预成型部件校准为至少部分最终成型的部件，其中，预成型部件至少区段地顶锻。本发明根据不同的方面还涉及用于制造薄板部件的工具，尤其用于执行相应方面的根据本发明的方法的工具，其包括：至少一个用于将工件预成型为预成型部件的预成型工具，其中，在预成型部件中至少区域地引入多余的材料；以及至少一个使用多余的材料将预成型部件校准为至少部分最终成型的部件的校准工具，其中，预成型部件至少区段地顶锻。

背景技术

通过板材成形制造的部件，例如深冲部件，通常需要最终的边缘切割，其中，切掉例如深冲部件的多余区域。在具有凸缘的部件中，这可例如通过一个或多个切割工具进行，其部分地或完全地由上方或倾斜地以期望的方式切割凸缘。与此不同，在没有凸缘的部件中，切割明显更昂贵，因为其必须例如通过楔形滑动器引导，由侧面切割。但是，这种剪切操作就此而言是不利的，切割大多需要一个或甚至多个单独的操作，这些操作还经常需要自己的工具技术和自己的物流系统。此外，切掉的区域增加废料份额，由此进一步产生成本。例如，借助卷边或冲压成型的部件中也可省却最终的切边。

为了至少缩短过程链，提出过不同的方案，借助这些方案还将凸缘剪切与最后的赋形操作、例如深冲操作进行了结合。因此，尽管已经获得了可观的成本节约，但是，仍旧存在一些缺点，例如，脚料的堆积，复杂工具的设置，昂贵的试验，不期望的回弹效应，有限的尺寸精密性以及缺乏过程抗干扰性。

由此，提出了用于节约或大量降低尤其u形或帽状轮廓部件的切边的方法和工具。

德国公开文献DE 10 2007 059 251 A1说明了一种用于使用少量仪器投入制造尺寸精密性高的深冲半壳的方法，该深冲半壳具有底部区域和侧面。为此，首先由板坯成型预成型的半壳。预成型半壳的整个截面由于其几何形状而具有多于的板坯材料。在通过至少一个其他压制工序将该预成型半壳改型为其最终形状的过程中，将整个截面顶锻为制成的半壳，并且制成的半壳在整个截面内具有增大的壁厚。

德国公开文献DE 10 2008 037 612 A1同样说明了一种用于制造高尺寸精度的深冲半壳的方法，该半壳具有底部区域、侧面区域以及凸缘区域，其中，首先由板坯成型预成型的半壳，其接着改型为最终成型的半壳。预成型半壳由于其几何形状而具有多于的板坯材料。通过该多于材料，在通过至少一个其他压制工序将预成型半壳改型为其最终形状期间将半壳顶锻为最终成型的半壳。预成型半壳在侧面区域与凸缘区域之间的过渡区域内具有多于的板坯材料。

德国公开文献DE 10 2009 059 197 A1说明了一种用于借助深冲凸模和深冲凹模制造半壳件的方法。由此实现过程可靠且成本低廉的制造，在唯一的工序中将深冲凸模移入深冲凹模内，将板坯预成型为具有至少一个底部区段、至少一个侧面区段以及可选的凸缘区段的薄板坯件，其中，在借助深冲凸模预成型的期间，或者在薄板坯件的底部区段和侧面区段内、或者在可选的凸缘区段内引入材料剩余，并将薄板坯件最终成型并校准为半壳件。

德国公开文献DE 10 2013 103 612 A1同样说明了一种用于制造高尺寸精度的深冲半壳的方法，其中，由板坯预成型的半壳被改型为制成的半壳，并且预成型的半壳由于其几何形状而具有多余的板坯材料。半壳在顶锻工具中顶锻为最终成型的半壳。设置使顶锻工具关闭期间顶锻间隙的大小减小至预成型半壳的侧面区域的实际壁厚。

德国公开文献DE 10 2013 103 751 A1说明了一种用于由剪裁的板坯制造高尺寸精度的半壳的方法，其中，半壳在第一凹模中通过深冲预成型，并且其中，预成型的半壳接着在第二凹模、尤其校准工具内最终成型。在考虑预成型或最终成型的半壳的期望最终形状的条件下，在深冲之前以预先设定的公差范围内的正尺寸偏差剪裁板坯，并且第一凹模的凹模底部相对于凹模支承面移动，从而以引导的方式深冲板坯。

所述方案的共同点在于，在一个第一或多个(第一)方法步骤中产生预成型件，其尽管尽可能地接近部件的最终形状或制成形状，但具有以下差别，在部件区段内、例如凸缘、侧面、凸缘与侧面和/或底部之间的过渡区域内引入设定的材料预留，该材料预留在第二方法步骤中通过在校准期间对整个部件进行特别的顶锻而再次赋形。

该已知的方法虽然克服了上述缺点，但本身具有不期望的副作用。首先，预成型部件的顶锻在大的或分级严重的部件、大壁厚和/或高强度钢的情况下需要很高的压力，这可能超出了现有压制能力。此外，高压力可能降低工具的寿命。迄今为止，如果出现这些情况，则必须放弃前述方法的应用。此外已经证实，通过顶锻过程也可能改变局部的板厚。由此产生可能导致视觉缺陷的波浪。迄今为止的努力是为了尽可能降低顶锻比例，但这同样由于回弹而导致形状偏差方面的部件质量负担。

汽车结构件必须经常地承受高负载和能量。高负载通常要求高弯曲刚度和弯折刚度，此外，高能量要求高的材料强度。为了满足这些需求，尤其在无法进行顶锻过程的情况下，只能使用例如拼焊板坯(Tailored Blanks)、修补区域(Patch-Bereiche)或者定制回火(Tailored Tempering)或者特殊的截面设计。但是，所有的这些措施都需要相对高的投入，包括对应的花费。其中，必须焊接和随着形状赋形拼焊的板坯和修补的板坯。定制回火需要加热和相应的回火工序，而特殊的截面则必须执行复杂的仿真。

发明内容

由现有技术出发，本发明的目的在于，给出方法和工具，其能够以低工艺技术投入实现部件的高尺寸精度、刚度和/或强度，尤其在大的、局部分级的部件和/或高强度材料和/或大的壁厚的情况下。

根据本发明的第一方面，该目的通过一种相应的方法由此实现，即时间先后地校准预成型部件的不同区域，或者仅校准预成型部件的一个或多个区段。

预成型部件的不同区域因此至少部分地不同时校准。不同区域可部分重叠或者为完全不同的区域。预成型部件的不同区域因此能够至少部分各自地或单独地校准。校准尤其由部分的校准步骤组成。优选一个区域的校准在之前区域的校准结束以后才开始。但同样可以在不同区域的校准之间存在部分时间的重叠。在此，例如设置至少第一区域和第二区域，其时间先后地校准。但是，也可设置多于两个的(例如三个、四个、五个或更多的)不同区域。在此，不需要校准整个部件、而仅需校准预成型部件的一个或多个区段。尤其可至少部分地放弃对几何不关键区域的校准。也就是说，不完全校准预成型部件。

通过时间先后地校准不同区域实现了，即便部件由于高的力需求而迄今为止不能或者不能充分地进行校准步骤，也能够将其校准以获得足够的强化。因此，能够克服或至少大幅地减少开头所述的缺点，并且能够扩展对部件的应用范围，由其对借助现有技术已知的方法的边界条件迄今为止不能够制造的部件。

工件例如为基本平面的板坯。优选工件由一种或多种钢材制造。替代地，也可使用铝材或其他可变形的金属。

在此，预成型件的制造可借助可任意结合的赋形方法以一个或多个步骤制造。预成型可例如包含深冲类的赋形步骤。尤其也可使用多级的赋形，其例如包含用于建立底部的冲压、用于建立侧面的竖立或者可选的用于建立凸缘的矫正。也可考虑倒棱和/或(花纹)冲压的任意组合。通过预成型获得的预成型部件可尤其视作接近最终形状的部件，其尽可能好地符合在考虑给定的边界条件、例如所使用的材料的回弹和改型能力的情况下的期望的制成件几何形状。

校准可尤其理解为预成型部件的最终成型，其可例如通过压制过程实现。最终成型的部件就此而言可理解为基本完成赋形的部件。但是，可以对最终成型的部件仍旧进行其他的、修改部件的加工步骤，例如引入连接孔。但是需要尽力保持校准形状，从而不再需要其他赋形步骤。

根据第一方面的方法的一个优选的设计方案中，部件为半壳形的部件，尤其截面为u形或帽状的部件，其中，也可例如考虑仅具有一个明显侧面的L形截面形状。例如，部件具有底部区域、侧面区域和/或凸缘区域。例如，部件至少区域地为无凸缘部件，或者至少区域地具有凸缘。多余的材料可例如设置为底部区域、侧面区域、凸缘区域和/或凸缘与侧面区域之间或侧面与底部区域之间的过渡区域内的材料预留。尤其在半壳形长形轮廓的顶锻校准中，由于相对大的长度，迄今为止通常压制力不足。此外，此种部件尤其有利地分为不同区域并时间先后地进行校准。替代地，仅校准预成型部件的一个或多个区段。

根据第一方面的方法的一种优选的设计方案中，预成型部件至少区域地无修边地校准为最终成型的部件。通过在使用至少区段式的顶锻的条件下对预成型部件进行设定的校准能够至少区段地省却额外的、设备技术复杂的修边。

根据第一方面的方法的一种优选的设计方案中，至基本最终成型的部件的校准在一个工具内或不同工具内进行。如果至最终成型部件的校准在一个工具中进行，那么，则可将设备技术的投入保持得低。例如，工具具有不同的工具部分，它们时间先后地加载和/或卸载。在校准期间能够部分地卸载一些工具部分，从而时间先后地校准预成型部件的不同区域或替代地仅校准预成型部件的一个或多个区段。例如，工具设置用于仅校准预成型部件的一个区域，并通过部件与工具间的相对运动以及工具的重复闭合而逐渐地校准工件。如果至最终成型的部件的校准在不同的工具中进行，那么，工具则例如设置仅用于校准不同区域(例如仅一个区域)的一个部分。这尤其实现了周期中性的校准。

根据第一方面的方法的一个优选的设计方案中，在将预成型部件的不同区域校准为基本最终成型的部件之间进行部件传送。可在工具内部或者不同工具之间进行传送。这实现了使校准工具的复杂性和控制保持得低并避免分为不同工具部分。

根据第一方面的方法的一种有利地设计方案中，时间先后地校准的不同区域为沿着预成型部件安置的部件区段。这些区域例如为部件的沿着纵向彼此相邻布置的纵向区段。由此，能够在时间先后的校准中将额外的时间投入保持得低。

根据第一方面的方法的一种优选的设计方案中，在校准一个区域的期间，防止其余区域的至少一部分偏移。由此可实现尽可能全面地在期望的区域内进行校准作用。该防止可例如通过至少部分地固定或支撑当前未进行校准的其余区域的至少一部分实现。

根据第一方面的方法的一种优选的设计方案中，工件具有基本均匀的厚度和/或由一种材料制成。通过时间先后地校准可实现足够高的强度和/或刚度，同时能够省却使用由不同材料制成的或者具有不同板厚的工件(例如拼焊板或修补板坯)，这节约了工序并由此节约投入和花费。

根据本发明的第一方面，该目的在根据本发明的工具中由此解决，工具设置用于时间先后地校准预成型部件的不同区域，或者仅校准预成型部件的一个或多个区段。如前所述，因此能够克服或至少明显地减少开头所述的缺点，并能够扩展对工件的应用范围，尤其对迄今为止不能够借助由现有技术已知的方法的边界条件制造的部件。

预成型工具可尤其具有(深冲)凹模和(深冲)凸模。当然，也可使用其他预成型工具用于在工件内产生预成型形状。校准工具可尤其具有至少一个校准凹模和校准凸模。工具可包括一个或多个预成型工具和/或一个或多个校准工具。

根据第一方面的工具的一种有利地设计方案，至少一个校准工具具有多个工具部分，并且工具如此设置，在校准期间，部分地为这些校准工具部分卸载，从而时间先后地校准预成型部件的不同区域。由此方式能够有利地在一个工具内或无需额外的部件运输地进行不同区域的时间先后的校准。但是，替代地，也可以仅设置一个校准工具，其例如通过多次闭合校准预成型部件的不同区域。同样替代地，可以设置多个校准工具。替代地，可以仅校准预成型部件的一个或多个区段。

根据第一方面的工具的一个优选的设计方案中，工具还具有固定装置，其构造用于在校准一个区域期间，至少防止其余的、优选相邻的区域的至少一部分偏移。由此，能够改善待校准区域内的校准作用。例如，固定工具实施为压紧装置形式或者同样实施为凹模和/或凸模形式。

根据本发明的第二方面，开头所述的目的在一种根据本发明的方法中由此实现，即在校准期间，产生一个或多个局部增厚的区域。

例如，在基本最终成型的部件的底部区域、侧面区域和/或凸缘区域内产生一个或多个局部增厚的区域。局部增厚的区域理解为，在增厚区域内的壁厚大于周围区域中的壁厚。例如，在增厚区域内的壁厚大于最终成型部件的未针对性地进行增厚的区域内的壁厚。通过增厚的区域能够周期中性地、成本中性地在期望的区域内尤其实现加固和/或强化，而无需进行开头所述的复杂的措施。

第二方面因此构成第一方面的替代方案，从而以低廉的工艺技术投入能够实现高部件的尺寸精度、刚度和/或强度。

根据第二方面的方法的一种优选的设计方案中，在校准期间形成一个或多个沿着最终成型的部件延伸的局部增厚区域。例如，产生基本条形延伸的局部增厚区域。由此能够实现基本整个部件内的加固。

根据第二方面的方法的一种有利的设计方案中，引入预成型部件中的多余的材料适合于产生一个或多个局部增厚的区域。已经显示，为了控制加固作用仅需要调节多余的材料，即局部材料预留，从而获得足够的加固作用。也就是说，尤其引入多于迄今为止的多余的材料，因为现在不是避免、而是针对性地正向利用增厚。

根据第二方面的方法的一种优选的设计方案中，通过校准固化一个或多个局部增厚的区域。增厚的区域不仅通过存在额外的材料强化了部件，而且进行了额外的硬化(例如冷作硬化)。

根据第二方面的方法的一种优选的设计方案中，在预成型部件内引入了比校准所需的更多的多余的材料。因此，与迄今为止的方法不同，故意地引入了更多的多余材料，从而有意产生局部增厚的区域。

根据第二方面的方法的一种优选的设计方案中，在校准开始时使多余的材料波浪形塌陷，并且在校准结束时硬化为一个或多个局部增厚的区域。如果设置多余的材料并且执行校准以使多余的材料波浪形塌陷，那么，则能够以简单的方式构成一个或多个尤其作为条形区域的局部增厚的区域。

根据本发明的第二方面，此目的在一种根据本发明的工具中由此实现，工具设置用于在校准期间产生一个或多个局部增厚的区域。在此，工具可例如通过校准工具、例如校准工具的凸模和/或凹模的相应尺寸匹配而设置用于产生增厚的区域。

此外，针对第一方面的方法和工具的其他设计方案，其可与第二方面的方法或工具以及相应的设计方案结合并进一步设计。相应地，针对第二方面的方法和工具的其他设计方案，其也可与第一方面的方法或工具以及相应的设计方案结合。

此外，通过不同方面的方法的根据优选实施形式的方法步骤的前述及后续说明也应公开了通过其他方面的工具的优选实施形式执行方法步骤的装置。同样，通过公开的用于执行方法步骤的装置应公开了相应方法步骤。

附图说明

下文中，根据两个实施例结合附图进一步阐述本发明。附图中示出了

图1a-c示出了根据第一方面的方法的一个实施例范围内的校准过程的示意图；

图2示出了根据第二方面的方法的一个实施例范围内的具有多余材料的预成型部件的示意图；

图3示出了在根据图2对预成型部件校准之后的最终成型部件的示意图。

具体实施方式

图1a-c示出了根据第一方面的方法的实施例范围内的校准过程的示意图。为此，图1a示出了用于制造薄板部件的工具的校准工具1。此外，该工具还包含预成型工具(未示出)。借助预成型工具将工件(例如板坯)改型为预成型的部件2，其中，至少局部地将多余的材料引入预成型的部件2中。部件2在此情况下为由钢材制成的无凸缘u形部件。

校准工具1用于使用多余的材料将预成型的部件2校准为至少部分最终成型的部件2′(参见图1c)，其中，预成型的部件2至少区段地顶锻。校准工具1包含凸模1a和凹模1b。

工具设置用于将预成型部件2的不同区域时间先后地进行校准。替代地且未示出地，也可以仅校准预成型部件内的一个或多个区段，其中，其他相邻的区段无须校准。部件2在此情况下在三个不同区域2a，2b，2c内进行时间先后的校准。区域2a，2b，2c是沿着部件2的纵向布置的部件区段。校准在此仅通过工具1进行。

首先，在第一压制过程中校准区域2a(图1a)。预成型并已经部分校准的部件2接着沿着纵向在工具1内输送，从而下个区域2b能够进行校准。接着，通过第二压制过程校准区域2b(图1b)。预成型且已经部分校准的部件2接着再次沿着纵向在工具1内输送，从而最后的区段2c能够进行校准。接着，通过第三压制过程校准区域2c(图1c)。

预成型的部件2现在为最终成型的部件2′，并能够完全地从工具1中取出。

由此，尽管仅提供有限的压力，部件2也能得到完全的校准，并可尤其无需修边并足够强化地提供。替代地，也可仅校准预成型部件的一个或多个区段。

图2示出了根据第二方面的方法的实施例范围内的具有多余的材料4的预成型工件3的示意图。部件3为具有底部区域和侧边区域的u形部件。在预成型部件3的底部区域内不仅引入了多余的材料4，而且其也适用于产生一个或多个局部增厚的区域5。为此，在预成型的部件3内引入了比校准所需更多的多余的材料4。

如果预成型部件3进行校准，那么，在校准开始时，多余的材料4波浪形地塌陷。直至校准结束时(压力机下止点，未示出)，多余的材料4硬化为多个局部增厚的区域5。

在图3中示出了最终成型的部件3′。校准期间产生的局部增厚区域5沿着最终成型的部件3′延伸。

图1和图2,3所示的方法也可有利地彼此结合。

Claims (17)

1.用于制造薄板部件的方法，该方法包括：

-将工件预成型为预成型的部件(2,3)，其中，在所述预成型的部件(2,3)中至少区域地引入多余的材料(4)；以及

-在使用所述多余的材料(4)的条件下将所述预成型的部件(2,3)校准为至少部分最终成型的部件(2′，3′)，其中，所述预成型的部件(2,3)至少区段式地顶锻；

其特征在于，

-时间先后地校准所述预成型部件(2,3)的不同区段(2a,2b,2c)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，部件(2,3，2′，3′)为半壳形部件，尤其截面为u形或帽状的部件。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，部件(2,3，2′，3′)至少区域地为无凸缘的部件或者至少区域地具有凸缘。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述预成型的部件(2,3)至少区域无修边地校准为所述最终成型的部件(2′，3′)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在一个工具(1)或不同工具中进行至所述最终成型的部件(2′，3′)的校准。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在将所述预成型的部件(2,3)的不同区域(2a,2b,2c)校准为基本最终成型的部件(2′，3′)之间进行部件传送。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，时间先后地校准的不同区域(2a,2b,2c)为沿着所述预成型的部件(2,3)布置的多个部件区段。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，在校准一个区域期间防止其余区域的至少一个部分偏移。

9.用于制造薄板部件、尤其用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的工具，所述工具包括：

-至少一个预成型工具，该预成型工具用于将工件预成型为预成型的部件(2,3)，其中，在所述预成型的部件(2,3)中至少区域地引入多余的材料(4)；以及

-至少一个校准工具(1)，所述校准工具用于在使用所述多余的材料(4)的条件下将所述预成型的部件(2,3)校准为至少部分最终成型的部件(2′，3′)，其中，所述预成型的部件(2,3)至少区段式地顶锻；

其特征在于，

-所述工具设置用于时间先后地校准所述预成型部件(2,3)的不同区域(2a,2b,2c)。

10.根据权利要求9所述的工具，其中，至少一个所述校准工具(1)具有多个工具部分，并且所述工具设置用于在校准期间部分地卸载所述校准工具部分，从而时间先后地校准所述预成型的部件(2,3)的不同区域或者仅校准所述预成型的部件的一个或多个区段。

11.工具权利要求9或10所述的工具，其中，所述工具还具有固定装置，所述固定装置构造用于在校准一个区域期间防止其余区域的至少一部分偏移。

12.用于制造薄板部件的方法，所述方法包括：

-将工件预成型为预成型的部件(2,3)，其中，在所述预成型的部件(2,3)中至少区域地引入多余的材料(4)；以及

-在使用所述多余的材料(4)的条件下将所述预成型的部件(2,3)校准为至少部分最终成型的部件(2′，3′)，其中，所述预成型的部件(2,3)至少区段式地顶锻；

其特征在于，

-在校准期间产生一个或多个局部增厚的区域(5)。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，在校准期间产生沿着所述最终成型的部件(2′，3′)延伸的一个或多个局部增厚的区域(5)。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，引入所述预成型的部件(2,3)中的多余的材料(4)适合于产生一个或多个局部增厚的区域(5)。

15.根据权利要求12或14中任一项所述的方法，其中，一个或多个局部增厚的区域(5)通过校准硬化。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，在所述预成型的部件(2,3)中引入比校准所需更多的多余的材料(4)。

17.用于制造薄板部件、尤其用于执行权利要求12至16中任一项所述的方法的工具，所述工具包括：

-至少一个预成型工具，所述预成型工具用于将工件预成型为预成型的部件(2,3)，其中，在所述预成型的部件(2,3)中至少区域地引入多余的材料(4)；以及

-至少一个校准工具(1)，所述校准工具用于在使用所述多余的材料(4)的条件下将所述预成型的部件(2,3)校准为至少部分最终成型的部件(2′，3′)，其中，所述预成型的部件(2,3)至少区段式地顶锻；

其特征在于，

-所述工具设置用于在校准期间产生一个或多个局部增厚的区域(5)。