CN115515735A - 通过冲击进行材料成型的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过冲击进行材料成型的设备，通过工具(4')和驱动单元(2)进行材料成型，该设备被布置成移动驱动单元(2)以向工具(41)提供动能，以用于工具(41)撞击工作材料(W)，以便使工作材料(W)成型，该设备在驱动单元(2)和工具(41)之间设有冲击头(4")，并且该设备被布置成通过驱动单元(2)撞击冲击头(4")向工具提供动能，其中允许冲击头(4")的至少一个区域相对于工具(41)横向于驱动单元的行程方向移动，借此冲击头被布置成相对于工具横向扩展。本发明还涉及一种材料成型的方法。

Description

通过冲击进行材料成型的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种通过工具和驱动单元进行材料成型的设备，该设备被布置成移动驱动单元以向工具提供动能，以用于使工具撞击工作材料，使工作材料成型，该设备在驱动单元和工具之间设有冲击头，并且该设备被布置成通过驱动单元撞击冲击头向工具提供动能。

背景技术

本发明优先适用于高速成型(HVF)。然而，根据本发明的其他实施例，本发明可用于涉及HVF所用的速度以外的其他速度的材料成型。HVF在本文中也被称为高速材料成型。金属的HVF也被称为高速金属成型。

在传统的金属成型操作中，通过使用简单的锤击或动力压力机，对要加工的金属施加力；使用的重型工具以相对较低的速度移动。传统技术包括方法诸如锻造、挤压、拉伸和冲压。在其他技术中，还有焊接/燃烧技术，诸如激光燃烧、氧燃料燃烧和等离子体。

在EP3122491B1中给出了HVF的示例。HVF包括在使工具冲撞工件之前，通过给它高速度，向它赋予高动能。HVF包括诸如液压成型、爆炸成型、电动液压成型和电磁成型等方法，例如通过电动马达。在这些成型过程中，在很短的时间间隔期间，大量的能量被施加到工件。HVF的速度通常可以是至少1m/s，优选至少3m/s，优选至少5m/s。例如，HVF的速度可以是1-20m/s，优选3-15m/s，优选5-15m/s。HVF可以被看作这样的过程，其中材料成形力从动能获得，而在传统的材料成型中，材料成型力从压力(例如液压)获得。

HVF的优点是，许多金属在非常快的载荷施加下趋向于更容易变形。与传统成型技术相比，在HVF的单次操作中，应变分布均匀得多。这使得生产复杂的形状变得容易，而不会在材料中引起不必要的应变。这允许成型具有紧密公差的复杂零件。这也允许对可能无法通过常规金属成型来成型的合金进行成型。例如，HVF可用于制造燃料电池中使用的金属流板。此种制造需要很小的公差。

HVF的另一个优点是，虽然工具的动能与工具的质量成线性比例，但它与工具的速度成平方比例，因此与传统的金属成型相比，在HVF中可以使用相当轻的工具。

已知在HVF中，在柱塞和工具之间提供冲击头。在设备的重复工作循环中，冲击头可能会因为在撞击时的变形而发热。由此，冲击头的材料可能会扩展，导致冲击头变形。在此种变形的情况下，冲击头可能会干扰设备的其他部分，诸如工具和/或设备的工具架。这可能会减少设备的使用寿命。而且，如果工具变形，则工具对工作材料行程的准确度可能会降低。由此，该设备生产的产品的质量可能会降低。

发明内容

本发明的目的是提高用于材料成型(优选用于高速成型)的设备中的零件的使用寿命。本发明的另一个目的是提高由用于材料成型(优选用于高速成型)的设备生产的产品的质量。

用根据权利要求1所述的设备达到了这些目的。因此，本发明通过工具和驱动单元提供了用于材料成型的设备。该设备被布置成移动驱动单元以向工具提供动能，以用于使工具撞击工作材料，以便使工作材料成型。该设备在驱动单元和工具之间设有冲击头。该设备被布置成通过驱动单元撞击冲击头向工具提供动能。冲击头的至少一个区域被允许相对于工具在驱动单元的行程方向上横向移动。由此，冲击头被布置成相对于工具在驱动单元的行程方向上横向扩展。

驱动单元可被布置成向下移动。冲击头可以将动能转移到工具。工具可以是可移动的。冲击头可被布置成与工具接触。冲击头可停留在工具上。整个冲击头，或其至少一个区域，可以被允许相对于工具横向移动。此种区域可以是冲击头的外围区域。在一些实施例中，可以防止冲击头的一部分相对于工具横向移动。此种部分可以位于中心位置，或靠近冲击头的外围。由此，在此种横向约束部分之外的冲击头区域可以被允许相对于工具横向移动。

因此，该设备优选被布置成允许冲击头的至少一个区域相对于工具在驱动单元的行程方向上横向移动。被允许相对于工具移动的冲击头的区域可以形成一个或多个表面，这些表面被布置成与工具接触。可以通过允许冲击头的一个或多个表面在工具的一个或多个表面上滑动，来允许冲击头和工具之间的横向移动。此类表面可以是平面的，并且垂直于驱动单元的行程方向。

因此，冲击头相对于工具的扩展可以是冲击头独立于工具的扩展。冲击头被布置成独立于工具横向于行程方向扩展，允许冲击头的温度扩展(例如由设备的重复工作循环引起)，而不使工具变形。由此，冲击头可以仅在行程方向上影响工具。特别地，可以避免或最小化由横向冲击头变形引起的工具的横向变形。由此，可以避免或最小化由于工具变形而导致的设备产品质量的下降。

移动驱动单元可包括加速驱动单元。向冲击头和工具提供动能可以以不同的方式完成。例如，驱动单元可以撞击冲击头。由此，冲击头和工具在撞击前可能处于静止状态，而驱动单元接近冲击头。

冲击头在撞击前可与工具接触，而驱动单元接近冲击头。冲击头可以布置在工具上方。由此，冲击头可停留在工具上。由此，驱动单元可以向下移动以撞击冲击头。

在一些实施例中，其中移动驱动单元包括加速驱动单元，该驱动单元是被布置成由液压系统驱动的柱塞。柱塞可以可移动地布置在缸体外壳中。缸体外壳可以安装到框架。在可替代实施例中，驱动单元可以被布置成以某种可替代方式驱动，例如通过炸药、通过电磁或通过气动。

工具的能量可以通过调整工具的速度和/或质量来调整。应理解的是，第二工具可以存在于工作材料的相对侧上。工作材料可以是工件，诸如一件固体材料，例如呈片材的形式，例如呈金属的形式。工作材料可以可替代地是呈其他形式，例如粉末形式的材料。

优选地，驱动单元在受到冲击头的冲击时，会远离工作材料而移动。通过适当选择驱动单元的质量、冲击头的质量、工具的质量以及在受到冲击头的冲击时作用于驱动单元的驱动力，可以保证驱动单元在受到冲击头的冲击时的移动。这规定了在冲击头和工具的返回移动期间避免冲击头与驱动单元接触。

尽管本文中的许多示例与高速成型有关，但本发明的实施例也可用于其他类型的材料成型。

该设备可包括框架，由此，该设备可包括一个或多个第一弹性元件，其布置在框架和冲击头之间以便使冲击头偏向工作材料，该设备还包括一个或多个第二弹性元件，其布置在框架和工具之间以便使工具偏离工作材料。

第一弹性元件和第二弹性元件可以形成弹性机构。在一些实施例中，驱动单元被布置成安装到框架。框架可以是静态的。框架可以包括工具外壳。冲击头和工具可以设置在工具外壳中。框架，例如其工具外壳，可以被布置成容纳冲击头和工具。冲击头和工具可被布置成可相对于框架移动。弹性机构可以安装到框架。在一些实施例中，弹性机构可以安装到冲击头和工具。框架可以被布置成接收工作材料。框架，例如其工具外壳，可以被布置成在工作材料的撞击处引导工具。冲击头和工具可以被布置成通过弹性机构而被抑制。

优选地，冲击头和工具的返回移动通过弹性机构而被抑制。优选地，弹性机构被布置成通过在返回移动期间耗散冲击头和工具的动能中的至少一部分来抑制返回移动。优选地，弹性机构被布置成通过将冲击头和工具的动能中的至少一部分转化为热量来抑制返回移动。

一个或多个第一弹性元件可以布置在框架(例如其工具外壳)和冲击头的背向工作材料的表面之间。由此，一个或多个第一弹性元件可以抑制冲击头和工具的返回移动。一个或多个第一弹性元件可以安装到框架。一个或多个第一弹性元件可以安装到工具外壳。可替代地，一个或多个第一弹性元件可以安装到冲击头。

优选地，框架(例如其工具外壳)包括肩部。冲击头和工具可以一起呈现足部，其相对于工作材料的行程方向在工具的表面外侧设置，被布置成当工作材料被撞击时接触工作材料。如下面例示，足部可由冲击头和工具的相应套环形成。工具外壳的肩部可以被布置成在足部的背向工作材料的表面上延伸。

优选地，一个或多个第二弹性元件被布置在框架(例如其工具外壳)和工具的面向工作材料的表面之间。一个或多个第二弹性元件可以安装到框架。一个或多个第二弹性元件可以安装到工具外壳。可替代地，一个或多个第二弹性元件可以安装到工具。

一个或多个第二弹性元件可用作弹簧。一个或多个第二弹性元件可被布置成在冲击头和工具朝向工作材料移动期间，在工作材料被撞击之前，积累弹性能量。撞击后，弹性能量可被释放，以便促使冲击头和工具远离工作材料。由此，一个或多个第一弹性元件可以用于抑制冲击头和工具的最终返回移动。应该注意的是，通过在朝向工作材料的移动期间消散冲击头和工具的动能中的一部分，一个或多个第二弹性元件也可以被布置成抑制朝向工作材料的移动。

优选地，在驱动单元的行程方向上，冲击头和工具被第一弹性元件和第二弹性元件保持在一起。由此，冲击头和工具可以只通过第一弹性元件和第二弹性元件彼此偏移抵靠。弹性元件可以将工具和冲击头保持在一起。由此，第一弹性元件和第二弹性元件可以防止冲击头和工具在行程方向上分离。由此，可以避免由此种分离引起的能量损失。可以没有进一步的连接来防止冲击头和工具的分离，例如在行程方向上。由此，可以避免在行程方向上的分离，同时允许冲击头相对于工具在行程方向上横向扩展。

在一些实施例中，冲击头和工具可以被约束在弹性元件之间。冲击头和工具可以被布置在弹性元件之间的约束性接合中。由此，弹性元件可被布置成积累弹性能量，以便产生作用于冲击头和工具上的反作用弹簧力。由此，冲击头和工具可以被挤压在第一弹性元件和第二弹性元件之间。由此，工具外壳与冲击头和工具之间的任何间隙都可以被减少或消除。

由此，可以避免冲击头和工具的分离，同时允许冲击头相对于工具横向扩展。而且，可以控制冲击头和工具的移动，以便减少或消除冲击头和工具的任何不期望的移动，例如导致与驱动单元或工作材料发生第二次碰撞的移动、横向移动或旋转移动。优选地，在撞击工作材料的整个过程中，冲击头、工具和框架之间经由弹性元件保持接触。从冲击头和工具的静止状态，通过撞击工作材料，以及直到冲击头和工具再次静止的时间，所述过程可被视为在时间上的延伸。

应该注意的是，在一些实施例中，可以允许冲击头和工具在行程方向上分离。例如，在冲击头和工具被约束在弹性元件之间的情况下，如上所例示，在驱动单元撞击冲击头之前，冲击头和工具可以彼此接触。然而，在撞击工作材料的过程的一部分期间，冲击头和工具之间的接触可能会暂时失去。此种分离可能在驱动单元撞击冲击头时发生，导致工具与冲击头失去接触。通过弹性元件，冲击头和工具之间的接触可以在此后重新建立。这种重新建立的接触可能发生在工具撞击工作材料之前或之后。

优选地，冲击头和工具在冲击头和工具的界面处分别具有相应的套环，其中套环布置在框架的凹槽中。一个或多个第一弹性元件可以布置在冲击头套环的背向工作材料的一个或多个表面和凹槽中的一个或多个表面之间。由此，一个或多个弹性元件可以布置在冲击头套环的背向工作材料的表面和框架(例如其工具外壳)的肩部之间。一个或多个第二弹性元件可以布置在工具套环的背向冲击头的一个或多个表面和凹槽中的一个或多个表面之间，其中套环被布置成在弹性元件之间被约束。由此，一个或多个第二弹性元件可以布置在工具套环的背向冲击头的表面和框架(例如其工具外壳)的肩部之间。套环可被布置成在弹性元件之间被约束。

套环可以形成本文中被称为冲击头和工具的足部。在驱动单元的行程方向上看，工具的套环可包围工具的工作表面，该工作表面被布置在撞击时与工作材料接触。

一个或多个第一弹性元件的硬度可低于一个或多个第二弹性元件的硬度。由此，当冲击头和工具被约束在第一弹性元件和第二弹性元件之间时，一个或多个第一弹性元件可能比一个或多个第二弹性元件更受压缩。由此，当冲击头和工具处于静止状态时，可以确保工具和工作材料之间没有接触。优选当冲击头和工具处于静止状态时，一个或多个第一弹性元件的压缩量大于从冲击头和工具的相应静止位置到冲击头和工具撞击工作材料时的相应位置的距离。由此，可以确保第一弹性元件和第二弹性元件在整个撞击过程期间保持与冲击头、工具和框架的接触。例如，如果从静止位置到撞击位置的移动有一定的距离，例如2.0mm，那么第一弹性元件在静止位置处的压缩量大于该一定距离，例如大于2.0mm。

优选地，冲击头在垂直于驱动单元行程方向的平面中被框架包围。由此，在行程方向上看，冲击头相对于框架处于中心位置，优选在所述平面中冲击头和框架之间有一定距离。所述距离可以是0.1-3.0mm。由此，可以保证允许冲击工具在行程方向上横向扩展。冲击头可以在撞击时被驱动单元压缩。通过与框架的所述距离，可以允许由所述压缩引起的冲击头在行程方向上横向扩展。由此，可以避免冲击头和框架之间的接触。由此，可以避免由此种接触引起的能量损失。

优选地，允许冲击头的至少一个外围区域相对于工具横向移动。在一些实施例中，冲击头被布置成允许相对于工具垂直于驱动单元的行程方向移动。由此，整个冲击头可以被允许相对于工具垂直于驱动单元的行程方向移动。由此，没有任何约束可以阻止冲击头相对于工具的横向移动。

在一些实施例中，冲击头和工具的被布置成与冲击头和工具中的另一个接触的任何相应表面都是平面的，并垂直于驱动单元的行程方向。由此，可以允许整个冲击头相对于工具垂直于驱动单元的行程方向移动。

然而，在一些实施例中，在行程方向的中心位置，冲击头和工具之间可能存在横向约束。由此，冲击头的外围区域相对于工具可以是在横向上不受约束的。由此，可以允许冲击头的外围区域相对于工具横向移动。

更一般地说，在冲击头和工具之间可以有也可以没有横向约束。在实施例中，如果提供了此种横向约束，则冲击头和工具的任何相应表面(其在横向上与横向约束分离，并被布置成与冲击头和工具中的另一个接触)优选是平面的，并垂直于驱动单元的行程方向。由此，可以允许冲击头的区域(该区域在横向上与横向约束分离)，例如冲击头的外围区域，相对于工具横向移动。由此，冲击头被布置成相对于工具横向于驱动单元的行程方向扩展。

优选地，冲击头横向于驱动单元的行程方向的移动受到框架的限制。由此，冲击头和框架之间横向于驱动单元的行程方向的距离使得冲击头能横向于行程方向移动。由此，冲击头的所述允许移动可以是0.2-6.0mm。框架可以绕过冲击头。框架的肩部可以绕过冲击头。

优选地，工具横向于驱动单元的行程方向的移动受到框架的限制。由此，冲击头和框架之间的横向于行程方向的距离，以及工具和框架之间的横向于行程方向的距离，可以使得允许冲击头的横向移动大于工具。框架可被布置成沿行程方向引导工具。工具的引导允许工具在工作材料上准确定位。由此，工具在框架中的配合可以使得允许工具沿行程方向不受约束地移动。由此，可以允许工具相对于框架的最小横向移动。因此，可以在框架和工具之间提供紧密的横向配合。

正如建议的那样，冲击头被布置成独立于工具横向扩展，允许冲击头的温度扩展，而不影响工具。特别地，可以避免或最小化由冲击头变形引起的工具的变形。由此，框架对工具的沿行程方向的引导可以不受冲击头变形的影响。

在一些实施例中，可以提供固定到工具和/或框架的一个或多个销以用于沿框架引导工具。而且，在此类实施例中，由于冲击头被布置成独立于工具而横向扩展，因此框架对工具的沿行程方向的引导可以不受冲击头变形的影响。

在优选实施例中，驱动单元的行程方向是垂直的。由此，行程方向可以是指向下方的。然而，在一些实施例中，行程方向可以是指向上方的。

所述一个或多个第一弹性元件可具有额外的好处。该设备可以被布置成在工具撞击工作材料后，可移动冲击头和工具远离工作材料的返回移动得到抑制。该抑制可由所述一个或多个第一弹性元件提供。在设备被布置成可移动冲击头和工具被抑制的情况下，设备可以被布置成防止可移动冲击头和工具在其返回移动时的反弹。优选地，对冲击头和工具的抑制涉及耗散冲击头和工具返回移动的动能中的至少一部分。优选地，对冲击头和工具的抑制涉及将冲击头和工具返回移动的动能中的至少一部分转化为热量。抑制可以与冲击头和工具的速度成比例。由此，当冲击头和工具接近驱动单元时，可以对其进行抑制。由于冲击头和工具移动被抑制，因此反弹的风险被降低或防止。这改善了最终产品的性质，避免了削弱和不均匀的问题，并减少了生产中的故障风险。此外，在工作材料的行程之后，冲击头与设备的另一个零件，诸如驱动单元或工具架，发生碰撞的风险降低。这改善了包括在用于材料成型的设备中的零件的使用寿命，优选在高速成型中。然而，本发明也可用于其他类型的材料成型。

在一些实施例中，冲击头可具有有利的形式。冲击头可在行程方向上从冲击端延伸至基座区，其中基座区比冲击端更靠近工具，其中冲击头被布置成使得冲击端相对于行程方向具有比基座区更小的横向延伸。由此，可以提供从冲击端到基座区的增大的横向延伸。由此，驱动单元对冲击头的冲击端的撞击产生的能量可以以直接的方式向外分配。由此，动能可以以直接的方式分布在工具的工作表面上，意图接触工作材料。与能量更集中地分配，并然后向外分配的解决方案相比，这是有利的。它将减少由于动能被延迟分配到工具的一些零件而导致的工具的任何变形。因此，可以实现动能同时转移到冲击头的所有零件。这改善了最终产品的性质，避免了削弱和不均匀的问题，也降低了生产中的失效风险。而且，通过减少工具的变形，由此减少疲劳，也改善了用于材料成型的设备中包括的零件的使用寿命。

应该注意的是，冲击端可以被布置成与驱动单元接触，例如在驱动单元与冲击头的冲击处。基座区可以与冲击头和工具的分界面有一定距离。由此，基座区可以位于冲击端和分界面之间。然而，在一些实施例中，基座区可以在分界面处。冲击头的从冲击端延伸至基座区的一部分在本文中也被称为冲击头的第一部分。

优选地，设备被布置成使得冲击头的基座区的周边边缘在行程方向上位于工具的工作表面的周边边缘之外，和/或与其基本重合，该工作表面被布置成在撞击时与工作材料接触。合适地，冲击头在远离工具的方向上变窄，并且设备被布置成使得冲击头通过驱动单元到冲击头的行程朝向工具的周边边缘转移动能。优选地，冲击头在远离工具的方向上是锥形的，并且设备被布置成得使冲击头在工具上从冲击端向基座区扩散动能。由此，冲击头可以将动能从冲击端均匀地扩散到工具直到基座区。

在一些实施例中，冲击端可以为驱动单元呈现圆形的冲击表面。由此，该冲击表面可适于接收来自驱动单元的圆柱形活塞的撞击。冲击表面的直径可以与活塞的直径基本相同。由此，可以实现动能向冲击头的均匀转移。基座区可以有任何合适的形状。例如，基座区可以是矩形的，或圆形的，在对于工作材料的行程方向横向的平面中。因此，在一些实施例中，冲击头可以呈现出从冲击端到基座区的截面形状的逐渐变化，例如，从圆形形状到矩形形状。

正如建议的那样，冲击头和工具可以在冲击头和工具之间的分界面处包括相应的套环。在行程方向上看，工具的套环可以包围工具的工作表面，该工作表面被布置成在撞击时与工作材料接触。冲击头的第一部分可以从冲击头的套环延伸到冲击头的冲击端，其中第一部分在套环处呈现周边边缘，在行程方向上看，该周边边缘与工作表面基本重合。第一部分可以被布置成使得该第一部分相对于行程方向在冲击端处在横向上具有比在冲击头套环处更小的延伸。该套环可被布置在框架例如其工具外壳的凹槽中。

周边边缘在套环处与工作表面重合，允许动能直接和均匀地分布在整个工作表面上。这减少了工作表面的变形。这改善了过程结果的质量。

正如建议的那样，一个或多个第一弹性元件可以布置在冲击头套环的背向工作材料的表面和框架例如其工具外壳的肩部之间。一个或多个第二弹性元件可以布置在工具套环的背向冲击头的表面和框架例如其工具外壳的肩部之间。套环可以被约束在弹性元件之间。由此，套环可以起到双重作用，即通过弹性元件将冲击头和工具保持在一起，并且提供冲击头和工具的受控移动。

根据权利要求18至21中任一项所述的用于材料成型的方法也达到了这些目的。

本发明的进一步优点和有利特征在以下描述和从属权利要求中公开。

附图说明

下面，将参考附图描述本发明的实施例，在附图中：

-图1是本发明的用于材料成型的设备一实施例的局部截面示意图；

-图2是图1中的设备的一部分的垂直截面透视示意图；

-图3更详细地示出了图2的一部分；

-图4示出了图2中的横截面，其中零件垂直分离，

-图5是本发明的用于材料成型的设备另一个实施例的一部分的垂直截面，以及

-图6是本发明的方法的一实施例的步骤流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一实施例的用于材料成型的设备。在本发明的该实施例中，设备包括工具外壳，其容纳可移动的工具以撞击工作材料W。该设备进一步包括冲击头。冲击头和工具的组合在本文中被称为冲击头和工具组合4。下面更详细描述工具和冲击头。

工具外壳可以形成框架30的一部分。该设备进一步包括呈柱塞2的形式的驱动单元，如图1所示。在图1所示的实施例中，驱动组件包括缸体外壳1。此外，驱动组件还包括布置在缸体外壳1中的柱塞2。缸体外壳1可以安装到框架30。

砧座106固定到框架。固定工具5安装到砧座106。固定工具5安装到砧座106的上侧。下面参考图2更详细描述的可移动冲击头和工具组合4位于固定工具5的上方。工具4、5呈现彼此面对的互补表面。工作材料W可移除地安装到固定工具5。工作材料W可以以任何合适的方式安装到固定工具5，例如通过夹持，或用真空。工作材料W可以具有各种类型，例如一块金属片。应该注意的是，在一些实施例中，本文中被称为固定工具的事物也可以是可移动的。

柱塞2被布置成朝向和远离固定工具5移动，如下面更详细描述。柱塞2被布置成由液压系统6驱动。关于由液压系统压力驱动的柱塞2，请参考EP3122491B1的公开内容，其通过引用并入本文。

设备被布置成移动柱塞2以向可移动冲击头和工具组合4提供动能，来使可移动冲击头和工具组合4撞击工作材料，从而使工作材料W成型。

在通过移动或加速柱塞2以撞击可移动冲击头和工具组合4来向可移动冲击头和工具组合4提供动能之前，可移动冲击头和工具组合4可以被定位在距工作材料W的任何合适的距离，作为示例，该距离可以是1.0-10.0mm，例如1.5-5.0mm，或2.0-3.0mm。

设备被布置成在可移动冲击头和工具组合4撞击工作材料W后，可移动冲击头和工具组合4远离工作材料W的返回移动被抑制。在设备被布置成可移动冲击头和工具组合4被抑制的情况下，设备可以被布置成防止可移动冲击头和工具组合4在其返回移动中的反弹。

图2示意性地示出了图1中的设备的可移动冲击头和工具组合4，以及周围零件。框架30可以包括工具外壳34。固定工具5设置在工具支架51中。

为了便于介绍，图2示出了工具外壳34被呈现为与工具支架51分离。然而，当设备在使用时，工具外壳34会与工具支架51接触。因此，在图2中描绘了冲击和工具组合4距固定工具5一定距离。因此，在图2中，冲击头和工具组合4被示为定位在距工作材料W相当大的距离。然而，为撞击工作材料，冲击头和工具组合4在该示例中被定位成更靠近工作材料W。然而，为改变工作材料，工具外壳34可以与工具支架51分离，例如，如图2中所描绘的。例如，该分离可以由引导机构来协助，引导机构被布置成引导工具外壳的移动。

还参考图3。弹性机构32可以安装到框架30，在该示例中安装到工具外壳34。冲击头和工具组合4可以被布置成通过弹性机构32来进行抑制。弹性机构32可以包括第一弹性元件32'，其布置在工具外壳34和冲击头和工具组合4的背向工作材料W的表面36之间。工具外壳34可具有肩部38。冲击头和工具组合4可具有足部40，该足部40相对于工作材料的行程方向D横向设置，处在冲击头和工具组合4的表面S外侧，被布置成当工作材料被撞击时接触工作材料W。在该示例中，工具外壳的肩部38被布置成在足部40的背向工作材料W的表面上延伸。

优选地，弹性机构32包括第二弹性元件32"，其布置在工具外壳34与冲击头和工具组合4的面向工作材料W的表面42之间。冲击头和工具组合4可布置在弹性元件32'、32"之间的受约束啮合中。优选地，第一弹性元件32'的硬度低于第二弹性元件32"。

弹性元件32'、32"可以是任何合适的材料，例如聚氨酯或橡胶。该材料可以是弹性的。该材料可具有阻尼特性。该材料可适合于耗散冲击头和工具组合4的动能。可替代地，弹性元件32'、32"可以作为阻尼弹簧提供。在该示例中，弹性元件作为伸长条带32'、32"提供。条带32'、32"具有矩形横截面。条带部分地适配在工具外壳的相应凹槽中。可替代地或此外，条带可以部分地适配在足部40的相应凹槽中。条带32'、32"横向定位在冲击头和工具组合4的工作表面S的外部。在行程方向D上看，条带32'、32"围绕工作表面S。可替代地，弹性元件32'、32"中的一个或每个可以提供多个分离元件。

第一弹性元件的材料可以是弹性的。该材料可以具有阻尼特性。该材料可以适合于耗散冲击头和工具组合4的动能。第一弹性元件的尺寸和材料优选适合于避免因耗散冲击头和工具组合的动能而生成过多的热量。

第二弹性元件的材料可以是弹性的。该材料可进一步具有阻尼特性。第二弹性元件的尺寸和材料优选适合于避免其在撞击过程中变形期间生成过多的热量。

在图1和图2所示的实施例中，冲击头和工具组合4包括工具4'以撞击工作材料W。冲击头和工具组合4进一步包括冲击头4"以接收来自移动驱动单元2的撞击。

优选地，冲击头4"和工具4'在位于冲击头4"和工具4'界面处分别具有相应套环50、52，在行程方向D上看，工具4'的套环52包围工具的工作表面S，其被布置成在撞击时与工作材料W接触。所述套环50、52可以由此形成所述足部40。两个套环50、52可以延伸到由肩部38形成的工具外壳34的凹槽44中。所述弹性元件32'、32"优选设置在凹槽44内。凹槽44横向定位在冲击头和工具组合4的工作表面S的外部。在行程方向D上看，凹槽44包围工作表面S。

冲击头4"的套环50可被布置成与第一弹性元件32'接触。工具4'的套环52可被布置成与第二弹性元件32"接触。

在撞击时，冲击头和工具组合4朝向工作材料W移动，并由此其压缩第二弹性元件32"。当工作材料W被撞击时，第二弹性元件32"中的弹性能量使冲击头和工具组合4移动远离工作材料W。由此，当冲击头和工具组合4移动远离工作材料W时，第一弹性元件32'抑制了它的移动。由此，实现了冲击头和工具组合4在撞击时的紧密控制的往复移动。

冲击头4"在行程方向D上从冲击端46延伸到基座区48，其中基座区48比冲击端46更靠近工具4'。冲击头4"被布置成使得冲击端46在横向上相对于行程方向D具有比基座区48更小的延伸。基座区48在该示例中不在冲击头4"与工具4'的分界面处。基座区距该分界面有一定距离。基座区48在图2中用虚线指示。

正如建议的那样，冲击头4"和工具4'可以安装到框架30，并且可以被布置成相对于框架30的工具外壳34可移动。优选地，设备被布置成使得冲击头4"的基座区48的周边边缘在行程方向D上与工具4'的工作表面S的周边边缘基本重合，该工作表面S被布置成在撞击时与工作材料W接触。适当地，冲击头4"在离开工具4'的方向DA上变窄。该示例中的设备被布置成使得冲击头4"将从柱塞2的行程转移到冲击头4"的动能直接转移到整个工作表面S。在冲击端和基座区48之间的冲击头4"的第一部分54在远离工具4'的方向DA上逐渐变细，该设备被布置成使得冲击头4"从冲击端46直接在工作表面S上扩散动能。

正如建议的那样，该示例中的冲击头4"和工具4'在冲击头4"和工具4'的界面处分别具有相应套环50、52。在行程方向D上看，工具4'的套环52包围工具的工作表面S，该工作表面S被布置成在撞击时与工作材料W接触。冲击头4"的第一部分54从冲击头4"的套环50延伸到冲击头的冲击端46。第一部分54在套环50处，即在基座区48处呈现周边边缘，在行程方向D上看，该周边边缘与工作表面S基本重合。第一部分54可以被布置成使得相对于行程方向D，撞击端46处在横向上的延伸，小于冲击头套环50处在横向上的延伸。正如建议的那样，在该示例中，套环50、52布置在工具外壳34的凹槽44中。由此，弹性元件32'、32"可以与动能从撞击端46直接转移到工作表面S的过程分离，并且不对其“干扰”。

在使用时，驱动单元被移动以便撞击冲击头，由此向冲击头和工具提供动能。由此，冲击头4"可以向工具的中心和周边边缘转移动能。因此具有动能的工具被允许撞击工作材料W以便使工作材料成型。随即，在第二弹性元件32"的弹簧作用下，可移动冲击头和工具组合4的远离工作材料的返回移动得以实现或得到协助。此外，可移动冲击头和工具组合4的返回移动被第一弹性元件32'抑制。

优选地，驱动单元2，在该示例中是柱塞，在受到冲击头的冲击击时移动远离工作材料。因此，驱动单元2可以被布置成在受到冲击头的冲击时移动远离工作材料。驱动单元2可以被布置成在受到冲击头的冲击时反弹。通过适当选择驱动单元的质量、冲击头和工具组合的质量，可以确保驱动单元2在受到冲击头的冲击时的移动。可以通过适当选择驱动力，例如在受到冲击头的冲击时对驱动单元的液压力，进一步确保驱动单元2在受到冲击头的冲击时的移动。

在受到冲击头的冲击时，驱动单元远离工作材料的移动，使冲击头和工具组合在在返回移动期间避免接触驱动单元。

从图2可知，在垂直于驱动单元的行程方向D的平面中，冲击头4"被框架30包围。如图3中的箭头所指示，冲击头4"和框架30之间有横向距离LD。更具体地说，在行程方向D上看，在冲击头4"相对于框架30处于中心位置的情况下，在所述平面中，冲击头和框架之间有一定距离。所述距离LD可以是0.1-3.0mm。

还参考图4，该图示出了垂直分离的冲击头4"和工具4'。冲击头4"和工具4'的被布置成与冲击头和工具中的另一个接触的相应表面401、402是平面的，并垂直于驱动单元的行程方向。正如建议的那样，套环50、52被布置成限制在弹性元件32'、32"之间。

由此，冲击头4"被布置成被允许相对于工具4'垂直于驱动单元的行程方向移动。由此，冲击头被布置成相对于工具横向于驱动单元的行程方向扩展。

冲击头4"的横向于驱动单元的行程方向的移动受到框架30的限制。在冲击头4"和框架30之间，横向于驱动单元的行程方向的距离使得允许冲击头横向于行程方向移动。冲击头4"的所述允许移动可以是0.2-6.0mm。

工具4'的横向于驱动单元的行程方向的移动受到框架30的限制。冲击头4"和框架之间的横向于行程方向的距离，以及工具4'和框架之间的横向于行程方向的距离，可以使得允许冲击头的横向移动大于工具。框架被布置成引导工具4'沿行程方向移动。工具4'和框架之间横向于行程方向的距离可以使得在工具和框架之间提供紧密配合。工具和框架之间的配合可以允许工具沿行程方向移动，但可以最小化工具的横向移动。应该注意的是，当驱动单元撞击冲击头时和/或当工具撞击工作材料时，工具可能趋向于横向扩展。由此，工具和框架之间的摩擦力15可用于稍微制动工具移动，尽管是在可接受的程度上。还应该注意的是，可以允许框架与工具一起横向扩展。

参考图5，该图示出了根据本发明的另一个实施例的设备中的零件的横截面。在该实施例中，在行程方向上的中心位置，在冲击头4"和工具4'之间有横向约束411，该横向约束由来自冲击头和工具中的一个的突起提供，该突起延伸到冲击头和工具中的另一个中的凹槽中。冲击头4"的横向于驱动单元的行程方向的移动受到工具4'的限制。

由此，冲击头4"的外围区域可以相对于工具4'在横向上不受约束。由此，可以允许冲击头的外围区域相对于工具横向移动。

参考图6，将描述一种用于使用设备(例如根据参考图1至图4描述的实施例)进行材料成型的方法。因此，该设备包括呈柱塞2的形式的驱动单元，该柱塞布置在缸体外壳1中。该设备还包括冲击头4"和布置在框架30中的工具4'，该框架固定到缸体外壳1。

该方法包括：S1.布置冲击头4"和工具4'，以便在驱动单元2的行程方向上，通过第一弹性元件32'和第二弹性元件32"将该冲击头和工具在框架30中保持在一起；

S2.此后，驱动单元2被移动以撞击冲击头4"；

S3.由此，冲击头4"被允许相对于工具4'横向移动。

应当理解的是，本发明不限于上面描述和附图中示出的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，在所附权利要求的范围内可以进行许多改变和修改。

Claims (21)

1.一种通过冲击进行材料成型的设备，通过工具(4')和驱动单元(2)进行材料成型，所述设备被布置成移动所述驱动单元(2)以向所述工具(4')提供动能，以用于所述工具(4')撞击工作材料(W)，使所述工作材料(W)成型，所述设备在所述驱动单元(2)和所述工具(4')之间设有冲击头(4")，并且所述设备被布置成通过所述驱动单元(2)撞击所述冲击头(4")向所述工具提供所述动能，其特征在于，允许所述冲击头(4")的至少一个区域相对于所述工具(4')横向于所述驱动单元的行程方向移动，借此所述冲击头被布置成相对于所述工具横向扩展。

2.根据权利要求1所述的设备，所述设备包括框架(30)，所述设备包括一个或多个第一弹性元件(32')，其布置在所述框架(30)和所述冲击头(4")之间以便将所述冲击头偏向所述工作材料(W)，所述设备还包括一个或多个第二弹性元件(32")，其布置在所述框架(30)和所述工具(4')之间以便将所述工具偏离所述工作材料(W)。

3.根据权利要求2所述的设备，所述冲击头(4")和所述工具(4')在所述驱动单元的所述行程方向上通过所述第一弹性元件和所述第二弹性元件保持在一起。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备包括框架(30)，所述冲击头(4")和所述工具(4')在所述冲击头(4")和所述工具(4')的界面处分别具有相应套环(50、52)，所述套环(50、52)布置在所述框架(30)的凹槽(44)中。

5.根据权利要求4所述的设备，一个或多个第一弹性元件(32')布置在所述冲击头套环(50)的背向所述工作材料(W)的一个或多个表面(36)和所述凹槽(44)中的一个或多个表面之间，一个或多个第二弹性元件(32")布置在所述工具套环(52)的背向所述冲击头(4")一个或多个表面(42)和所述凹槽(44)中的一个或多个表面之间，所述套环(50、52)被布置成约束在所述弹性元件(32'、32")之间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备包括框架(30)，所述冲击头(4")在垂直于所述驱动单元的所述行程方向的平面中被所述框架包围。

7.根据权利要求6所述的设备，在所述冲击头(4")在所述行程方向上看相对于所述框架定位在中心的情况下，在所述平面中，在所述冲击头和所述框架之间存在距离(LD)。

8.根据权利要求7所述的设备，所述距离(LD)为0.1-3.0mm。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，允许所述冲击头(4")的至少一个外围区域相对于所述工具(4')横向移动。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述冲击头(4")被布置成被允许相对于所述工具(4')垂直于所述驱动单元的所述行程方向移动。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述冲击头(4")和所述工具(4')的被布置成与所述冲击头和所述工具中的另一个接触的任何相应表面(401、402)是平面的，并且垂直于所述驱动单元的所述行程方向。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备包括框架(30)，所述冲击头(4")的横向于所述驱动单元的所述行程方向的移动受到所述框架的限制。

13.根据权利要求12所述的设备，所述冲击头(4")和所述框架之间的横向于所述驱动单元的所述行程方向的距离(LD)，使得所述冲击头能横向于所述行程方向移动。

14.根据权利要求13所述的设备，所述冲击头(4")的所述允许移动为0.2-6.0mm。

15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备包括框架(30)，所述工具(4')的横向于所述驱动单元的所述行程方向的移动受到所述框架的限制。

16.根据权利要求12至14中任一项和权利要求15所述的设备，所述冲击头(4")和所述框架之间横向于所述行程方向的距离(LD)，以及所述工具(4')和所述框架之间横向于所述行程方向的距离，使得允许所述冲击头横向移动大于所述工具。

17.根据权利要求15至16中任一项所述的设备，所述框架被布置成沿所述行程方向引导所述工具(4')。

18.一种通过冲击进行材料成型的方法，通过工具(4')和驱动单元(2)进行材料成型，所述方法包括移动所述驱动单元(2)以向所述工具(4')提供动能，以用于所述工具(4')撞击工作材料(W)，使所述工作材料(W)成型，其中所述动能通过所述驱动单元(2)撞击所述驱动单元(2)和所述工具(4')之间的所述冲击头(4")向所述工具提供，其特征在于，在所述驱动单元撞击所述冲击头时，允许所述冲击头(4")的至少一个区域相对于所述工具(4')横向于所述驱动单元的行程方向移动，借此允许所述冲击头相对于所述工具横向扩展。

19.根据权利要求18所述的方法，将所述冲击头(4")和所述工具(4')布置成在所述驱动单元的所述行程方向上，并通过布置在框架(30)和所述冲击头(4")之间的一个或多个第一弹性元件(32')，以及布置在所述框架(30)和所述工具(4')之间的一个或多个第二弹性元件(32")保持在一起。

20.根据权利要求18至19中任一项所述的方法，在所述驱动单元撞击所述冲击头时，允许所述冲击头(4")的至少一个外围区域相对于所述工具(4')横向移动。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，在所述驱动单元撞击所述冲击头时，允许所述冲击头(4")相对于所述工具(4')垂直于所述驱动单元的所述行程方向移动。

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