小延伸率板材的壓力成型的工藝及設備的製作方法
2023-06-21 06:56:56 2
專利名稱:小延伸率板材的壓力成型的工藝及設備的製作方法
本發明是關於小延伸率板材的壓力成形的工藝及設備，更具體些，是關於被稱為HEL的，具有高彈性極限的鋼材(不排除其它材料)的壓力成形的工藝及設備。
大尺寸的零件的壓力成形通常是用機械或液壓雙動壓力機通過拉延來實現的。這些設備主要是由一個固定的模和兩個單獨的滑塊組成的。兩個滑塊中一個是中心滑塊，稱為帶衝壓頭的柱塞內滑塊或壓頭。另外一個被稱為外滑塊，用於夾持住板材，即當衝壓頭壓下時，外滑塊要提供足夠維持力使板材靠反作用力拉延。動作步驟通常如下(1)坯料夾持件快速下降，該件提供一個穩定的壓力壓住板材使其不能移動;(2)衝壓頭的快速下降直到與板材相接觸為止，(3)然後在壓力成形階段中衝壓頭的慢速下降即拉延過程;(4)中心滑塊和坯料夾持件的快速升起。
這種傳統技術的應用是建立在極軟鋼的可延伸性基礎之上的。而對於HEL鋼，由於延伸係數急劇減小(至少減少一半)，這種傳統技術的使用受到嚴重限制。
可能的延伸率的減少使在坯料夾持件下的金屬板材周邊區域的金屬消耗受到很大限制。
在壓力成形過程中，為避免形成褶，坯料平面投影面積的減少使施加於HEL鋼上的夾持壓力比施加於極軟鋼上的力大的多。
這種高壓力會導致膠住和引起坯料夾持件及壓模入口倒圓的快速磨損。
在HEL鋼壓力成形中出現的第二個困難是，當衝壓頭作用於板材時，在被壓力成形的板材的中間部分會出現折褶。
這種折褶和起皺的傾向對於給定的衝壓頭形狀在薄板材和高阻力板材中愈加明顯。
為了克服以上所述的後一個缺陷，申請人在法國第84.07678號專利中提出了在雙動壓力機中加彈性可屈服墊做為支承的方法。
根據此種工藝，在第一外滑塊上至少有一個工作部分，它的形狀與對於板材要被壓力成形的體積來說是多餘的面積相符合，此工作部分作用板材的圓周部分，板材另一面同彈性可屈服墊相接觸。
這種技術允許厚度大致相等的深拉延，尤其可用在特薄板材。然而此種方法比較複雜，因為要靠複雜的數學方法決定出與多餘部分相符合的形狀，然後用精確的加工方法製成第一外滑塊上的工作部分。
這種複雜的方法應用起來非常棘手而且僅特殊地應用於薄板和深拉延產品。
另外還有一種廣為人知的使用一個上翻邊的壓力成形技術，至今此種方法主要應用於具有大延伸率鋼的深拉延。
此種技術包括一系列使板材變形的步驟，首先從它的圓周邊開始，即形成一個向上的邊。它允許很大的變形，其中在每一步驟中，在坯料夾持件作用下的板材面積減少的係數以保持板材厚度基本不變為目標。
然而，這種技術實現不了在壓力成形產品的中心部分得到一個複雜的形狀。的確，由於邊緣部分上翻所得到的連續圓周變形，此技術基本上只能加工形狀簡單的深壓力成形產品。
本發明的一個目的是獲得一個大面積的中等深度的壓力成形零件，例如汽車零件，其中心部分實際上決無迴轉體面但表現出複雜的非可展曲面形狀。
這種複雜的形狀的成形如果僅靠金屬衝壓頭的一步動作加工出，就要冒壓力成形產品破裂和形成褶的風險。
發明的一個目的就是在雙動壓力機上提供一個板材特別是金屬板材的壓力成形的工藝，包括一個由彈性可屈服性材料製成的墊子，包括把要成形的板材放置在支撐體之上，把第一外滑塊作用於板材的圓周部分，然後把第二中心滑塊作用於板材的中間部分。所述的方法進一步包括把要成形的板材的圓周部分放置在下坯料夾持件上，該坯料夾持件形成一個筒狀體，筒狀體內放入彈性可屈服材料製成的墊子，該筒狀體還有一個上表面以支持板材，該板材的位置高於彈性可屈服墊的工作表面。然後使用第一個外滑塊，外滑塊的機體的外橫截面小於下坯料夾持件的內孔橫截面，並在其圓周面上帶有一個上坯料夾持件，它與下坯料夾持件配合夾持住平板。接著外滑塊朝彈性可屈服墊下降，使坯料的邊緣部分上翻並引起彈性可屈服墊內材料的流動，由此使板材的中心部分變形，要使變形的面積同要得到的成品的面積大致相等，然後移動中心滑塊，通過彈性可屈服墊的最後流動實現有稜角體積的形成和板材中間部分的成形。
本發明的基本特徵是圓周邊緣部分的上翻，其目的是減少要收縮的金屬的體積，結果導致相應於衝壓頭上壓力的降低，即在根據本發明中所述的彈性可屈服墊上進行彈性成形的情況下，彈性可屈服墊上的壓力降低。
的確，在本發明的工藝中，同板材相接觸的中心滑塊的表面完成模底的功能。而由可流動材料組成彈性可屈服墊則起衝壓頭的作用，它把板材頂在模底從而實現有稜角體積的形成。
因為拉壓應力基本相等，因此出現褶的可能性大大減少了。
對於在中間部分帶有尖角形狀或其它小形狀的壓力成形零件，使用一個外滑塊，其工作表面與板材接觸，形成一圓周模，其上帶有如法國第8407678號專利上所描述的工作部分，與根據本發明的上翻邊操作結合在一起。注意對於被設計的零件根據最好的技術方案，這些工作部分形成一個起伏，可以是凸起也可以是凹陷。
我們記得這些工作部分在板材上緊挨著上翻邊緣部分的位於外滑塊下的圓周部分確定了一些形狀，在成品的某些區域，用來補償對要成形的體積來說為多餘的區域，以使原板材的厚度基本不變。
這些工作部分也可以布置在由中心滑塊帶動的模底上，與成品零件的在以後的加工中要被去掉的區域相符。
根據本發明的另一個特徵，在第一個階段要把中心滑塊下降到合適的位置上，該位置能夠限制在支撐材料流動影響下，板材中間部分的變形。
構成支撐的材料是具有低回跳硬度的彈性體，例如回跳(肖氏)硬度低於30。
在完成成形操作後，構成支撐的材料要減壓。支撐材料也被冷卻。
本發明還提供了這樣一種壓力成形設備，包括一個支撐體，其上放置了要成形的板材，一個第一外滑塊，一個第二中心滑塊和一個彈性可屈服材料製成的墊子。其中支撐體是由一個下圓周坯料夾持件構成，該件形成一個筒狀體，筒狀體內放置彈性可屈服墊，並具有一個支持板材的表面，該表面高於墊子的工作表面。外滑塊有一個機體，其外橫截面積小於下坯料夾持件的內孔橫截面積，以使外滑塊能夠進入後者，使板材的邊緣部分上翻，然後到達墊子並引起後者內材料的流動。外滑塊的外部帶一個上圓周坯料夾持件，該件同下坯料夾持件配合以夾持住板材。中心滑塊則帶動模底。
根據本設備的改型，外滑塊在它的下表面形成一個圓周模，其圓周模至少有一個鮮明凸起或凹陷的工作部分，為了厚度大致相等，其形狀同對要成形的體積來說板材的多餘部分相符。
根據另一改型的實施例，中心滑塊帶一個模底，其上至少有一個鮮明的凸起或凹陷的工作部分，為使厚度大致相等，其形狀同對要成形體積來說板材的多餘部分相符。
彈性支撐的材料最好是易於流動的，例如具有回跳(肖氏)硬度小於30的彈性體。
根據其它特徵，提供了這樣一種插塊，在第一步時把插塊插入支撐材料的物質中，在第二步當成形操作完成後插塊能退出來，以引起所述材料的減壓。
在構成支撐的材料中提供了冷卻的裝置。
當零件成形後提供了從支撐材料上移去成品的裝置。
下面以附圖的形式把發明很具體地描述出來。附圖示出了本發明的三個實施例。在圖上圖1到圖5是根據本發明的壓力成形設備在零件成形各階段過程中的原理性斷面圖。
圖6和圖7是根據本發明的壓力成形設備的改進形式的兩個實施例，僅示出了把要成形的板材放置在成形位置的開始階段。
根據圖1到圖5示出的第一個實施例，圖1所示的設備(成形前的位置)含有雙動壓力成形設備中傳統的另件，故這裡僅示出了與本發明有關的零件。
一個外滑塊或壓頭在它的外部帶一個上圓周坯料夾持件2，它同下圓周坯料夾持件3結合組成一個支撐，將被壓力成形的板材即放置於上。
下圓周坯料夾持件3構成一個筒狀體，彈性可屈服墊5即放置於筒狀體內並分布於筒狀體內的整個面積，承受板材所用的表面6比墊子的上工作表面7高。
外滑塊或壓頭1有一個機體8，其外部截面積小於下坯料夾持件3的內孔截面積，這樣在無板材的情況下朝著板材4的外滑塊的下表面9能夠進入下坯料夾持件3併到達彈性可屈服性材料製成的墊5從而引起後者的流動。
中心滑塊或壓頭10帶有模底11，模的周邊部分由外滑塊1的下表面9形成。
外滑塊1和中心滑塊10可以在下面的描述中看出是被同步驅動的，並是靠它們的下表面9和11來起著模的作用。由具有彈性可屈服性材料製成的墊子5則在工作過程中起著凸模的作用。
由具有彈性可屈服性材料製成的墊子5是由具有回跳(肖氏)硬度低於30的彈性體組成。該材料具有快速(時間最好少於1秒)恢復成原始形狀的十分重要的特性。例如，可以使用以矽為基礎的材料。
中心滑塊所帶的模底11是由易於加工或成形的材料製成的，例如塑料材料，特別是聚氨基甲酸乙酯，聚環氧樹脂(polyepoxy)或聚酯，混凝土，混凝土加樹脂，複合材料，這些材料可以可選擇地帶有纖維類，特別是玻璃纖維，硬木(如黃楊木)纖維的填充物。
可縮回的零件12(插塊或可膨脹袋)插入墊子5，它們插入的體積大約等於當彈性體在成形操作後釋放時增加的體積。
墊子5具有供冷卻液體例如壓縮空氣循環的管道13。其它管道14，特別是當使用壓縮空氣時，可以用於移去加工完後的零件。墊子5內還可以嵌入一些金屬線或金屬粉末類的充填物以增強其導熱性，以達到冷卻墊子5的目的。
圖2示出了上翻零件的周邊部分或卷邊20的階段，該卷邊20被置在圖1示出的外滑塊1的機體8外面的環形凹槽21內。
在圖2說明的階段內，帶圓周模9的外滑塊1降低，該模同板材4相接觸，板材4的周邊部分逐漸被夾持在上坯料夾持件2和下坯料夾持件3中間，目的是防止發生皺紋和曳裂出現。
在外滑塊1下降的過程中，圓周模9在板材上形成卷邊20，同時靠反作用力壓彈性可屈服墊5。後者在其圓周壓力下靠向板材中間區域的流動使板材變形。
板材中間部分的鼓起受中心滑塊10上的模底11的限制，以防止由金屬的非均勻性和不對稱零件的形狀引起的無控制的雜亂成形。帶圓周模9的外滑塊1的下降量是以板材中間部分的變形而產生的表面要和所要獲得的成品零件的表面基本相等為限制的。
圖3示出了零件成形的最後階段。帶模底11的中心滑塊10下降到它最低的位置完成材料4中部的最終成形或拉延工作。在此以前的操作中，板材4已被預成形。
在板材的上面由於承受模底11而引起的壓應力靠在板材反面的彈性墊5的作用而轉變為板材整個表面上的拉應力，此應力由於不能被模底11的存在平衡從而引起板材在整個可利用的體積內的流動。
這些應力(壓應力，拉應力)往往互相抵消(與彈性體的流動性無關)而可使零件最終完成衝壓，並使其厚度變化為最小。
圖4表示了彈性墊子5在插塊12縮回後減壓的階段，此工序的目的是防止衝壓後的零件在彈性體釋放的反作用力下變形。
圖5示出了同時升起帶模的滑塊1和滑塊10從而可以取出成形的零件的過程。為了防止彈性可屈服墊5過熱，特別是在大量生產的過程中，在管道13內通入了壓縮空氣。在上述的減壓過程中(圖4)也可以起到使彈性體5冷卻的作用。下一步壓縮空氣通過管道14以移動零件21。
在圖6所示的改型中，外滑塊或壓頭1帶動一個圓周模9，圓周模9的壁角上有一個合適形狀的凸起，即形成和圓周模9結合在一起的凸塊22(凸塊22的形狀與對於要被成形零件的體積來說為多餘部分相對應)，凸塊的工作表面應需仔細磨光，以使成形過程中的多餘材料能夠移動;其工作表面還應經過處理以便於板材的滑動。
圖7示出了圖6的另一個改進型的實施例，在外滑塊1上帶有的圓周模9帶有凹陷工作部分23，即空穴部分23，其作用同圖6中的凸塊22的功用一樣，其排列的選擇要使被壓力成形的零件最佳化。因此空穴部分23可以置於壓力成形零件的區域內，其在零件加工的最後階段將被依次切去。當這些工作部分24位於衝壓件的中心部分而將在成品中切去時或者當工作部分24與在外模下的板材部分相對應時，同樣具有上述功用的工作部分24也可以置於模底11，模底11靠中心滑塊10來帶動。
這個實施例是用來形成在衝壓件的中部有小半徑轉角的複雜形狀。
前述的帶圓周卷邊的壓力成形通過顛倒衝床的傳統操作過程可使板材壓力成形所需的壓力減小。過去僅僅作用在成形時相當於壓模入口半徑處板材上的壓力，經這一翻轉後，施加在衝壓面積的整個中心區。
板材預壓所需的壓力是非常低的(不大於10巴(bars)至20巴之間(即1MPa和2MPa之間)。
這種低壓允許大面積區域的壓力成形，並創造一種新雙動衝模技術，此技術使用了低回跳硬度的彈性模，該技術可用於車身的衝壓中。壓力成形操作的第一階段是由外模1翻起坯料的圓周邊部分(圖2)。
在第一階段同時產生預成形曲面，該曲面引起板材的擴展以防止皺的形成。
必需指出的是上述的擴展是受幾個方面的限制的。
1)受彈性體移動的體積限制，該體積成形出板材的曲線面。
2)受衝壓頭接近度的限制，衝壓頭防止板材的無規則成形，並控制預變形。
3)受板材周界保持力的限制，保持力通過調整使板材的雙軸向膨脹保持在低值上，即3%到5%，以防止皺的形成。
因為板材曲線表面的形成主要是由於板材多方向的彎曲造成的，在將改變這種彎曲的壓力成形第二和最後階段的成形操作過程中有很大的潛力重新成形。
儘管對於板材(即通常指的薄金屬板)的成形已經描述過了，但必須明白根據本發明的工藝並非限制在本申請中，如本說明書的頭二行就清楚講明的。因此本發明可以應用於薄片，薄板，例如塑料材料。
能用本發明的工藝壓力成形的塑料材料的例子，舉不勝舉聚丁烯，該物質的特性在「Matières Plactiques」一書中JEAN BOST在化工方面的應用部分的第244-245頁中描述。
聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯，PVC。
氯化PVC，ABC樹脂(丙烯腈，丁二烯，苯乙烯)，聚碳酸脂，氧化聚亞苯基，聚碸，三氟氯乙烯，醋酸纖維素，丁酸-醋酸纖維素，聚縮醛，苯氧基，尼龍6，尼龍66，上述的可塑性材料的特性，在「聚合物工程和科學」一書中做了介紹。該書1971年3月出版，請見第11卷第106頁的N°2一節。必須明白可塑性材料還包括一些合成物質並可選擇地含有充填物。
因此在本說明書中「板材」一詞通常是指薄片和薄板材料，並不僅僅限制在本發明的金屬材料，本發明的工藝也可適用於板材的熱成形。在這種情況下，板材的預熱溫度一定要控制在不使彈性可屈服墊的材料軟化的條件下。
權利要求
1.一種用於板材，特別是金屬板材在帶有彈性可屈服材料構成的墊子的雙動壓力機上的壓力成形工藝，其特徵在於上述工藝包括把將欲成形的板材放置於一個支撐體上，用第一個外滑塊作用於板材的圓周部分，然後用第二個中心滑塊作用於板材的中心部分，所述工藝進一步包括把將欲成形的板材的圓周邊部分放置在下坯料夾持件上，該坯料夾持件構成一個筒狀體以放置由彈性可屈服材料構成的墊子，下坯料夾持件有一個上表面，其目的是保持板材位於高於彈性可屈服墊的工作表面的位置上，上述第一外滑塊機體的外橫截面積小於下坯料夾持件的內孔橫截面積，外滑塊的圓周面上有一個上坯料夾持件，上坯料夾持件與下坯料夾持件配合，夾持住板材，外滑塊繼續朝彈性可屈服墊下降使板材的圓周邊部分上翻，並引起彈性可屈服墊內物質的流動，從而使板材的中心部分變形，要使變形的中心部分面積與要獲得的成品的面積大致相等，接著中心滑塊移動以通過彈性體的最後流動形成有稜角的體積和板材的中心部分。
2.根據權利要求
1所述的工藝，其特徵在於所述工藝包括藉助於由外滑塊所帶的圓周模上的至少一個工作部分，在板料緊挨著其翻起的周邊部分成形一個圓周部分，以便在成品的某些區域補償對要成形的體積來說為多餘的面積，使原板材的厚度基本不變。
3.根據權利要求
1所述的工藝，其特徵在於所述工藝包括在中心滑塊移動的同時藉助於由中心滑塊所帶的模底上的至少一個工作部分成形板材的中心部分，以便在成品的某些區域補償對要成形的體積來說為多餘的面積，使原板材的厚度基本不變。
4.根據任一權利要求
1-3所述的工藝，其特徵在於所述工藝包括在第一階段中心滑塊到達一個位置，在該位置，中心滑塊限制了板材的中心部分在支撐材料流動影響下的變形。
5.根據任一權利要求
1-4所述的工藝，其特徵在於構成彈性可屈服墊的材料是具有低回跳硬度的彈性體。
6.根據權利要求
5所述的工藝，其特徵在於彈性體的回跳硬度小於30。
7.根據任一權利要求
1-6所述的工藝，其特徵在於所述工藝包括，完成成形操作本身之後，對構成彈性可屈服墊的材料進行減壓。
8.根據任一權利要求
1-7所述的工藝，其特徵在於所述工藝包括對構成彈性可屈服墊的材料進行冷卻。
9.一種壓力成形設備，其特徵在於所述壓力成形設備包括一個支撐體，將要成形的板材放置於其上，一個第一外滑塊，一個第二中心滑塊和一個由彈性可屈服材料製成的墊子，所述支撐體由下坯料夾持件組成，它形成一個筒狀體以容納由彈性可屈服材料構成的墊子並且它的上表面使板材保持高於彈性可屈服墊的工作表面，外滑塊包括一個機體，機體的外橫截面積小於下坯料夾持件的內孔橫截面積，以進入後者，使板材的邊緣部分上翻併到達彈性可屈服材料製成的墊子並引起所述材料的流動，外滑塊的外部帶有一個上圓周坯料夾持件，它與下圓周坯料夾持件配合夾持住板材，中心滑塊帶有一個模底。
10.根據權利要求
9所述的設備，其特徵在於所述外滑塊在其形成圓周模的下表面上帶有至少一個凸起或凹陷的工作部分，它的形狀與對於要成形板材的體積來說為多餘的面積相對應，以便厚度大致不變。
11.根據權利要求
9所述的設備，其特徵在於所述中心滑塊帶有一個模底，模底帶有至少一個凸起或凹陷工作部分，它的形狀與對於要成形板材的體積來說為多餘的面積相對應，以使厚度大致不變。
12.根據權利要求
10或11所述的設備，其特徵在於構成彈性可屈服墊的材料是回跳硬度最好低於30的彈性體。
13.根據任一權利要求
9-12所述的設備，其特徵在於由中心滑塊所帶的模底是由易於加工和成形的材料構成，如塑料材料，特別是聚氨基甲酸乙酯，聚環氧樹脂(polgepoxy)，聚脂，混凝土，混凝土加樹脂，所述材料可選擇地帶有纖維類，特別是玻璃纖維硬木(如黃楊木)纖維。
14.根據任一權利要求
9-13所述的設備，其特徵在於所述設備包括插塊，在第一階段，插塊插入構成彈性可屈服墊的材料，在第二階段，在成形操作完成後插塊撤出。
15.根據任一權利要求
9-14所述的設備，其特徵在於所述設備在構成彈性可屈服墊的材料內有冷卻裝置。
16.根根任一權利要求
9-15所述的設備，其特徵在於所述設備包括把成品從彈性可屈服墊上分離的裝置。
17.一種如前由圖1-圖5，圖6，圖7的附圖大致描述的用於壓力成形板材的工藝。
18.一種如前由圖1-圖5、圖6、圖7的附圖大致描述的壓力成形設備。
專利摘要
在帶有彈性可屈服墊的雙動壓力機上壓力成型板材的工藝，包括把板材的周邊部分放於下坯料夾持件上，該件形成一筒狀體容納彈性可屈服墊並與上坯料夾持件配合夾持住板材，外滑塊下降、上翻板材的邊緣並使墊子內的材料流動使板材中心部分變形，使變形的面積與成品的面積大致相等。移動中心滑塊通過支撐材料的最後流動形成帶稜角的體積及板材的中心部分。本發明提供了一種雙動壓力成型設備，適用於大尺寸、小延伸率的板材的成型。
文檔編號B21D22/00GK86107980SQ86107980
公開日1987年7月29日 申請日期1986年12月2日
發明者加布裡爾·迪·斯麥特 申請人:於西諾爾鋼鐵公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan