CN86107980A - 小延伸率板材的压力成型的工艺及设备 - Google Patents

Abstract

在带有弹性可屈服垫的双动压力机上压力成型板材的工艺，包括把板材的周边部分放于下坯料夹持件上，该件形成一筒状体容纳弹性可屈服垫并与上坯料夹持件配合夹持住板材，外滑块下降、上翻板材的边缘并使垫子内的材料流动使板材中心部分变形，使变形的面积与成品的面积大致相等。移动中心滑块通过支撑材料的最后流动形成带棱角的体积及板材的中心部分。本发明提供了一种双动压力成型设备，适用于大尺寸、小延伸率的板材的成型。

Description

本发明是关于小延伸率板材的压力成形的工艺及设备，更具体些，是关于被称为HEL的，具有高弹性极限的钢材（不排除其它材料）的压力成形的工艺及设备。

大尺寸的零件的压力成形通常是用机械或液压双动压力机通过拉延来实现的。这些设备主要是由一个固定的模和两个单独的滑块组成的。两个滑块中一个是中心滑块，称为带冲压头的柱塞内滑块或压头。另外一个被称为外滑块，用于夹持住板材，即当冲压头压下时，外滑块要提供足够维持力使板材靠反作用力拉延。动作步骤通常如下：（1）坯料夹持件快速下降，该件提供一个稳定的压力压住板材使其不能移动;（2）冲压头的快速下降直到与板材相接触为止，（3）然后在压力成形阶段中冲压头的慢速下降即拉延过程;（4）中心滑块和坯料夹持件的快速升起。

这种传统技术的应用是建立在极软钢的可延伸性基础之上的。而对于HEL钢，由于延伸系数急剧减小（至少减少一半），这种传统技术的使用受到严重限制。

可能的延伸率的减少使在坯料夹持件下的金属板材周边区域的金属消耗受到很大限制。

在压力成形过程中，为避免形成褶，坯料平面投影面积的减少使施加于HEL钢上的夹持压力比施加于极软钢上的力大的多。

这种高压力会导致胶住和引起坯料夹持件及压模入口倒圆的快速磨损。

在HEL钢压力成形中出现的第二个困难是，当冲压头作用于板材时，在被压力成形的板材的中间部分会出现折褶。

这种折褶和起皱的倾向对于给定的冲压头形状在薄板材和高阻力板材中愈加明显。

为了克服以上所述的后一个缺陷，申请人在法国第84.07678号专利中提出了在双动压力机中加弹性可屈服垫做为支承的方法。

根据此种工艺，在第一外滑块上至少有一个工作部分，它的形状与对于板材要被压力成形的体积来说是多余的面积相符合，此工作部分作用板材的圆周部分，板材另一面同弹性可屈服垫相接触。

这种技术允许厚度大致相等的深拉延，尤其可用在特薄板材。然而此种方法比较复杂，因为要靠复杂的数学方法决定出与多余部分相符合的形状，然后用精确的加工方法制成第一外滑块上的工作部分。

这种复杂的方法应用起来非常棘手而且仅特殊地应用于薄板和深拉延产品。

另外还有一种广为人知的使用一个上翻边的压力成形技术，至今此种方法主要应用于具有大延伸率钢的深拉延。

此种技术包括一系列使板材变形的步骤，首先从它的圆周边开始，即形成一个向上的边。它允许很大的变形，其中在每一步骤中，在坯料夹持件作用下的板材面积减少的系数以保持板材厚度基本不变为目标。

然而，这种技术实现不了在压力成形产品的中心部分得到一个复杂的形状。的确，由于边缘部分上翻所得到的连续圆周变形，此技术基本上只能加工形状简单的深压力成形产品。

本发明的一个目的是获得一个大面积的中等深度的压力成形零件，例如汽车零件，其中心部分实际上决无回转体面但表现出复杂的非可展曲面形状。

这种复杂的形状的成形如果仅靠金属冲压头的一步动作加工出，就要冒压力成形产品破裂和形成褶的风险。

发明的一个目的就是在双动压力机上提供一个板材特别是金属板材的压力成形的工艺，包括一个由弹性可屈服性材料制成的垫子，包括把要成形的板材放置在支撑体之上，把第一外滑块作用于板材的圆周部分，然后把第二中心滑块作用于板材的中间部分。所述的方法进一步包括把要成形的板材的圆周部分放置在下坯料夹持件上，该坯料夹持件形成一个筒状体，筒状体内放入弹性可屈服材料制成的垫子，该筒状体还有一个上表面以支持板材，该板材的位置高于弹性可屈服垫的工作表面。然后使用第一个外滑块，外滑块的机体的外横截面小于下坯料夹持件的内孔横截面，并在其圆周面上带有一个上坯料夹持件，它与下坯料夹持件配合夹持住平板。接着外滑块朝弹性可屈服垫下降，使坯料的边缘部分上翻并引起弹性可屈服垫内材料的流动，由此使板材的中心部分变形，要使变形的面积同要得到的成品的面积大致相等，然后移动中心滑块，通过弹性可屈服垫的最后流动实现有棱角体积的形成和板材中间部分的成形。

本发明的基本特征是圆周边缘部分的上翻，其目的是减少要收缩的金属的体积，结果导致相应于冲压头上压力的降低，即在根据本发明中所述的弹性可屈服垫上进行弹性成形的情况下，弹性可屈服垫上的压力降低。

的确，在本发明的工艺中，同板材相接触的中心滑块的表面完成模底的功能。而由可流动材料组成弹性可屈服垫则起冲压头的作用，它把板材顶在模底从而实现有棱角体积的形成。

因为拉压应力基本相等，因此出现褶的可能性大大减少了。

对于在中间部分带有尖角形状或其它小形状的压力成形零件，使用一个外滑块，其工作表面与板材接触，形成一圆周模，其上带有如法国第8407678号专利上所描述的工作部分，与根据本发明的上翻边操作结合在一起。注意对于被设计的零件根据最好的技术方案，这些工作部分形成一个起伏，可以是凸起也可以是凹陷。

我们记得这些工作部分在板材上紧挨着上翻边缘部分的位于外滑块下的圆周部分确定了一些形状，在成品的某些区域，用来补偿对要成形的体积来说为多余的区域，以使原板材的厚度基本不变。

这些工作部分也可以布置在由中心滑块带动的模底上，与成品零件的在以后的加工中要被去掉的区域相符。

根据本发明的另一个特征，在第一个阶段要把中心滑块下降到合适的位置上，该位置能够限制在支撑材料流动影响下，板材中间部分的变形。

构成支撑的材料是具有低回跳硬度的弹性体，例如回跳（肖氏）硬度低于30。

在完成成形操作后，构成支撑的材料要减压。支撑材料也被冷却。

本发明还提供了这样一种压力成形设备，包括一个支撑体，其上放置了要成形的板材，一个第一外滑块，一个第二中心滑块和一个弹性可屈服材料制成的垫子。其中支撑体是由一个下圆周坯料夹持件构成，该件形成一个筒状体，筒状体内放置弹性可屈服垫，并具有一个支持板材的表面，该表面高于垫子的工作表面。外滑块有一个机体，其外横截面积小于下坯料夹持件的内孔横截面积，以使外滑块能够进入后者，使板材的边缘部分上翻，然后到达垫子并引起后者内材料的流动。外滑块的外部带一个上圆周坯料夹持件，该件同下坯料夹持件配合以夹持住板材。中心滑块则带动模底。

根据本设备的改型，外滑块在它的下表面形成一个圆周模，其圆周模至少有一个鲜明凸起或凹陷的工作部分，为了厚度大致相等，其形状同对要成形的体积来说板材的多余部分相符。

根据另一改型的实施例，中心滑块带一个模底，其上至少有一个鲜明的凸起或凹陷的工作部分，为使厚度大致相等，其形状同对要成形体积来说板材的多余部分相符。

弹性支撑的材料最好是易于流动的，例如具有回跳（肖氏）硬度小于30的弹性体。

根据其它特征，提供了这样一种插块，在第一步时把插块插入支撑材料的物质中，在第二步当成形操作完成后插块能退出来，以引起所述材料的减压。

在构成支撑的材料中提供了冷却的装置。

当零件成形后提供了从支撑材料上移去成品的装置。

下面以附图的形式把发明很具体地描述出来。附图示出了本发明的三个实施例。在图上：

图1到图5是根据本发明的压力成形设备在零件成形各阶段过程中的原理性断面图。

图6和图7是根据本发明的压力成形设备的改进形式的两个实施例，仅示出了把要成形的板材放置在成形位置的开始阶段。

根据图1到图5示出的第一个实施例，图1所示的设备（成形前的位置）含有双动压力成形设备中传统的另件，故这里仅示出了与本发明有关的零件。

一个外滑块或压头在它的外部带一个上圆周坯料夹持件2，它同下圆周坯料夹持件3结合组成一个支撑，将被压力成形的板材即放置于上。

下圆周坯料夹持件3构成一个筒状体，弹性可屈服垫5即放置于筒状体内并分布于筒状体内的整个面积，承受板材所用的表面6比垫子的上工作表面7高。

外滑块或压头1有一个机体8，其外部截面积小于下坯料夹持件3的内孔截面积，这样在无板材的情况下朝着板材4的外滑块的下表面9能够进入下坯料夹持件3并到达弹性可屈服性材料制成的垫5从而引起后者的流动。

中心滑块或压头10带有模底11，模的周边部分由外滑块1的下表面9形成。

外滑块1和中心滑块10可以在下面的描述中看出是被同步驱动的，并是靠它们的下表面9和11来起着模的作用。由具有弹性可屈服性材料制成的垫子5则在工作过程中起着凸模的作用。

由具有弹性可屈服性材料制成的垫子5是由具有回跳（肖氏）硬度低于30的弹性体组成。该材料具有快速（时间最好少于1秒）恢复成原始形状的十分重要的特性。例如，可以使用以硅为基础的材料。

中心滑块所带的模底11是由易于加工或成形的材料制成的，例如塑料材料，特别是聚氨基甲酸乙酯，聚环氧树脂（polyepoxy）或聚酯，混凝土，混凝土加树脂，复合材料，这些材料可以可选择地带有纤维类，特别是玻璃纤维，硬木（如黄杨木）纤维的填充物。

可缩回的零件12（插块或可膨胀袋）插入垫子5，它们插入的体积大约等于当弹性体在成形操作后释放时增加的体积。

垫子5具有供冷却液体例如压缩空气循环的管道13。其它管道14，特别是当使用压缩空气时，可以用于移去加工完后的零件。垫子5内还可以嵌入一些金属线或金属粉末类的充填物以增强其导热性，以达到冷却垫子5的目的。

图2示出了上翻零件的周边部分或卷边20的阶段，该卷边20被置在图1示出的外滑块1的机体8外面的环形凹槽21内。

在图2说明的阶段内，带圆周模9的外滑块1降低，该模同板材4相接触，板材4的周边部分逐渐被夹持在上坯料夹持件2和下坯料夹持件3中间，目的是防止发生皱纹和曳裂出现。

在外滑块1下降的过程中，圆周模9在板材上形成卷边20，同时靠反作用力压弹性可屈服垫5。后者在其圆周压力下靠向板材中间区域的流动使板材变形。

板材中间部分的鼓起受中心滑块10上的模底11的限制，以防止由金属的非均匀性和不对称零件的形状引起的无控制的杂乱成形。带圆周模9的外滑块1的下降量是以板材中间部分的变形而产生的表面要和所要获得的成品零件的表面基本相等为限制的。

图3示出了零件成形的最后阶段。带模底11的中心滑块10下降到它最低的位置完成材料4中部的最终成形或拉延工作。在此以前的操作中，板材4已被预成形。

在板材的上面由于承受模底11而引起的压应力靠在板材反面的弹性垫5的作用而转变为板材整个表面上的拉应力，此应力由于不能被模底11的存在平衡从而引起板材在整个可利用的体积内的流动。

这些应力（压应力，拉应力）往往互相抵消（与弹性体的流动性无关）而可使零件最终完成冲压，并使其厚度变化为最小。

图4表示了弹性垫子5在插块12缩回后减压的阶段，此工序的目的是防止冲压后的零件在弹性体释放的反作用力下变形。

图5示出了同时升起带模的滑块1和滑块10从而可以取出成形的零件的过程。为了防止弹性可屈服垫5过热，特别是在大量生产的过程中，在管道13内通入了压缩空气。在上述的减压过程中（图4）也可以起到使弹性体5冷却的作用。下一步压缩空气通过管道14以移动零件21。

在图6所示的改型中，外滑块或压头1带动一个圆周模9，圆周模9的壁角上有一个合适形状的凸起，即形成和圆周模9结合在一起的凸块22（凸块22的形状与对于要被成形零件的体积来说为多余部分相对应），凸块的工作表面应需仔细磨光，以使成形过程中的多余材料能够移动;其工作表面还应经过处理以便于板材的滑动。

图7示出了图6的另一个改进型的实施例，在外滑块1上带有的圆周模9带有凹陷工作部分23，即空穴部分23，其作用同图6中的凸块22的功用一样，其排列的选择要使被压力成形的零件最佳化。因此空穴部分23可以置于压力成形零件的区域内，其在零件加工的最后阶段将被依次切去。当这些工作部分24位于冲压件的中心部分而将在成品中切去时或者当工作部分24与在外模下的板材部分相对应时，同样具有上述功用的工作部分24也可以置于模底11，模底11靠中心滑块10来带动。

这个实施例是用来形成在冲压件的中部有小半径转角的复杂形状。

前述的带圆周卷边的压力成形通过颠倒冲床的传统操作过程可使板材压力成形所需的压力减小。过去仅仅作用在成形时相当于压模入口半径处板材上的压力，经这一翻转后，施加在冲压面积的整个中心区。

板材预压所需的压力是非常低的（不大于10巴（bars）至20巴之间（即1MPa和2MPa之间）。

这种低压允许大面积区域的压力成形，并创造一种新双动冲模技术，此技术使用了低回跳硬度的弹性模，该技术可用于车身的冲压中。压力成形操作的第一阶段是由外模1翻起坯料的圆周边部分（图2）。

在第一阶段同时产生预成形曲面，该曲面引起板材的扩展以防止皱的形成。

必需指出的是上述的扩展是受几个方面的限制的。

1）受弹性体移动的体积限制，该体积成形出板材的曲线面。

2）受冲压头接近度的限制，冲压头防止板材的无规则成形，并控制预变形。

3）受板材周界保持力的限制，保持力通过调整使板材的双轴向膨胀保持在低值上，即3%到5%，以防止皱的形成。

因为板材曲线表面的形成主要是由于板材多方向的弯曲造成的，在将改变这种弯曲的压力成形第二和最后阶段的成形操作过程中有很大的潜力重新成形。

尽管对于板材（即通常指的薄金属板）的成形已经描述过了，但必须明白根据本发明的工艺并非限制在本申请中，如本说明书的头二行就清楚讲明的。因此本发明可以应用于薄片，薄板，例如塑料材料。

能用本发明的工艺压力成形的塑料材料的例子，举不胜举：

聚丁烯，该物质的特性在“Matières    Plactiques”一书中JEAN    BOST在化工方面的应用部分的第244-245页中描述。

聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，PVC。

氯化PVC，ABC树脂（丙烯腈，丁二烯，苯乙烯），聚碳酸脂，氧化聚亚苯基，聚砜，三氟氯乙烯，醋酸纤维素，丁酸-醋酸纤维素，聚缩醛，苯氧基，尼龙6，尼龙66，上述的可塑性材料的特性，在“聚合物工程和科学”一书中做了介绍。该书1971年3月出版，请见第11卷第106页的N°2一节。必须明白可塑性材料还包括一些合成物质并可选择地含有充填物。

因此在本说明书中“板材”一词通常是指薄片和薄板材料，并不仅仅限制在本发明的金属材料，本发明的工艺也可适用于板材的热成形。在这种情况下，板材的预热温度一定要控制在不使弹性可屈服垫的材料软化的条件下。

Claims (18)

1、一种用于板材，特别是金属板材在带有弹性可屈服材料构成的垫子的双动压力机上的压力成形工艺，其特征在于上述工艺包括把将欲成形的板材放置于一个支撑体上，用第一个外滑块作用于板材的圆周部分，然后用第二个中心滑块作用于板材的中心部分，所述工艺进一步包括把将欲成形的板材的圆周边部分放置在下坯料夹持件上，该坯料夹持件构成一个筒状体以放置由弹性可屈服材料构成的垫子，下坯料夹持件有一个上表面，其目的是保持板材位于高于弹性可屈服垫的工作表面的位置上，上述第一外滑块机体的外横截面积小于下坯料夹持件的内孔横截面积，外滑块的圆周面上有一个上坯料夹持件，上坯料夹持件与下坯料夹持件配合，夹持住板材，外滑块继续朝弹性可屈服垫下降使板材的圆周边部分上翻，并引起弹性可屈服垫内物质的流动，从而使板材的中心部分变形，要使变形的中心部分面积与要获得的成品的面积大致相等，接着中心滑块移动以通过弹性体的最后流动形成有棱角的体积和板材的中心部分。

2、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述工艺包括借助于由外滑块所带的圆周模上的至少一个工作部分，在板料紧挨着其翻起的周边部分成形一个圆周部分，以便在成品的某些区域补偿对要成形的体积来说为多余的面积，使原板材的厚度基本不变。

3、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述工艺包括在中心滑块移动的同时借助于由中心滑块所带的模底上的至少一个工作部分成形板材的中心部分，以便在成品的某些区域补偿对要成形的体积来说为多余的面积，使原板材的厚度基本不变。

4、根据任一权利要求1-3所述的工艺，其特征在于所述工艺包括在第一阶段中心滑块到达一个位置，在该位置，中心滑块限制了板材的中心部分在支撑材料流动影响下的变形。

5、根据任一权利要求1-4所述的工艺，其特征在于构成弹性可屈服垫的材料是具有低回跳硬度的弹性体。

6、根据权利要求5所述的工艺，其特征在于弹性体的回跳硬度小于30。

7、根据任一权利要求1-6所述的工艺，其特征在于所述工艺包括，完成成形操作本身之后，对构成弹性可屈服垫的材料进行减压。

8、根据任一权利要求1-7所述的工艺，其特征在于所述工艺包括对构成弹性可屈服垫的材料进行冷却。

9、一种压力成形设备，其特征在于所述压力成形设备包括一个支撑体，将要成形的板材放置于其上，一个第一外滑块，一个第二中心滑块和一个由弹性可屈服材料制成的垫子，所述支撑体由下坯料夹持件组成，它形成一个筒状体以容纳由弹性可屈服材料构成的垫子并且它的上表面使板材保持高于弹性可屈服垫的工作表面，外滑块包括一个机体，机体的外横截面积小于下坯料夹持件的内孔横截面积，以进入后者，使板材的边缘部分上翻并到达弹性可屈服材料制成的垫子并引起所述材料的流动，外滑块的外部带有一个上圆周坯料夹持件，它与下圆周坯料夹持件配合夹持住板材，中心滑块带有一个模底。

10、根据权利要求9所述的设备，其特征在于所述外滑块在其形成圆周模的下表面上带有至少一个凸起或凹陷的工作部分，它的形状与对于要成形板材的体积来说为多余的面积相对应，以便厚度大致不变。

11、根据权利要求9所述的设备，其特征在于所述中心滑块带有一个模底，模底带有至少一个凸起或凹陷工作部分，它的形状与对于要成形板材的体积来说为多余的面积相对应，以使厚度大致不变。

12、根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于构成弹性可屈服垫的材料是回跳硬度最好低于30的弹性体。

13、根据任一权利要求9-12所述的设备，其特征在于由中心滑块所带的模底是由易于加工和成形的材料构成，如塑料材料，特别是聚氨基甲酸乙酯，聚环氧树脂（polgepoxy），聚脂，混凝土，混凝土加树脂，所述材料可选择地带有纤维类，特别是玻璃纤维硬木（如黄杨木）纤维。

14、根据任一权利要求9-13所述的设备，其特征在于所述设备包括插块，在第一阶段，插块插入构成弹性可屈服垫的材料，在第二阶段，在成形操作完成后插块撤出。

15、根据任一权利要求9-14所述的设备，其特征在于所述设备在构成弹性可屈服垫的材料内有冷却装置。

16、根根任一权利要求9-15所述的设备，其特征在于所述设备包括把成品从弹性可屈服垫上分离的装置。

17、一种如前由图1-图5，图6，图7的附图大致描述的用于压力成形板材的工艺。

18、一种如前由图1-图5、图6、图7的附图大致描述的压力成形设备。

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