成形部件的方法

2023-08-01 20:42:26 6

專利名稱：成形部件的方法
技術領域：
本發明涉及一種將坯料拉伸成形為部件形狀的方法，其中，模具組中的坯料夾持區域內形成有凹陷以減小模具型腔入口處的應力。
背景技術：
傳統的片材金屬成形工藝通常開始於拉伸工序，其中，坯料被拉伸或者衝壓成所需形狀。拉伸工藝受到成形面板所需的拉伸深度以及拉伸入鑄模 模具型腔的邊緣寬度的限制。隨著型腔深度增加，坯料邊緣必須更寬以提供可拉伸入型腔中的額外的材料。在型腔入口處的施加在坯料上的應力應當低於片材金屬坯料的屈服應力。如果該應力超出了片材金屬坯料的屈服應力，則在鑄模模具入口處的變形可能會導致材料形成分裂。拉伸工藝可劃分為幾個步驟以減少在鑄模型腔入口處的應力。模具型腔入口處的應力的影響因素包括邊緣寬度、由坯料夾具施加的防止起皺的夾緊力的量、摩擦力係數、進入鑄模型腔入口處的圓角尺寸。如果在鑄模入口處的應力超出了最大值，其後應變局部化且坯料正在分裂，則可能需要使用多個拉伸模具用於深拉伸工序。如果增加了模具的數量，則會產生相當大的用於製造模具的支出。另外，如果需要多個拉伸模具，則必須在衝壓線中提供額外的拉伸衝壓機，或者必須在衝床中提供額外的工位。其他減少在模具型腔入口處應力的途徑可包括使用充液拉深技術，其中，衝頭衝壓至放置在充滿液體的模具型腔中的坯料上。隨著衝頭接合坯料，由於流體對衝頭所施加的力的阻力，會環繞衝頭聚集袋狀金屬材料。充液拉深工序通常不能在面板中有效地形成細節特徵。另外，機動車輛面板的充液拉深要求當通過衝頭成形坯料時將數百升工藝用水泵入泵出模具型腔。由於需要將工藝用水泵入泵出模具型腔，所以會延長工序周期。減少型腔入口處的應力的另一個途徑可包括提供減小在型腔入口處的坯料、模具以及夾持環之間的摩擦力的潤滑劑。由於在拉伸工序期間施加的應力，所以鋁合金以及高級高強度鋼(AHSS)會更容易分裂。鋁和AHSS與低碳鋼相比具有降低的成形性。為鋁和AHSS合金提供多步拉伸工序涉及到更多的問題。使用充液拉深工藝可增加拉伸面板的成形性，但是由於需要將工藝用水泵入泵出模具型腔，所以會較慢。上述問題通過下面簡要總結的本發明而得到解決。

發明內容
根據本發明的一個方面，提供了一種將坯料成形為部件形狀的方法，其中，通過施加液壓或者來自硬質工具的壓力按順序將材料拉伸進入一個或者多個凹陷中，以使得坯料在每個凹陷中成形。首先，施加壓力至外側凹陷，隨著面板邊緣接近模具型腔，隨後形成更多內側凹陷。取決於拉伸工序的深度而可以增加凹陷的數量和深度。對於一些部件，單個凹陷可以為足夠的，而其他具有更高的拉伸深度的部件可需求兩個或更多凹陷以確保有足夠可用材料用於部件成形。拉伸凹陷有效地減少了邊緣寬度且還減少了在進入模具入口處的應力。根據本發明的另一方面，提供用於利用夾持在坯料夾具和模具之間的坯料成形片材金屬部件的方法。在相對於該坯料的第一側的選定區域施加壓力。坯料成形進入位於坯料第二側(即位於坯料選定區域的相反側)的槽中。在選定區域釋放壓力且隨後該坯料被拉伸進入模具型腔並從該槽中拉出。根據本發明的一個實施例，其中，所述模具限定了模具型腔，且所述槽形成在所述模具型腔外側的所述下模具中。根據本發明的一個實施例，其中，所述模具限定了模具型腔，且所述槽形成在所述模具型腔外側的所述模具中。根據本發明的一個實施例，其中，槽在模具型腔中向下延伸。根據本發明的一個實施例，其中，在將坯料成形進入槽的步驟之前，該槽填充有流 體。根據本發明的其他方面，可以通過提供穿過在坯料夾具中形成的通道的受壓流體而在選定區域處施加壓力。可替代地，在選定區域處施加壓力的步驟可進一步包括將坯料和穿過坯料夾具通道的衝頭接合。在提供多個凹陷以確保足夠深度的拉伸而沒有超出的應力的情況下，可以提供第一和第二選定區域以及第一和第二槽。釋放在第一選定區域的壓力的同時，在第一選定區域內側且與坯料第一側相同的第二選定區域施加壓力。坯料成形進入第一槽內側的且位於坯料的選定區域相反側的坯料第二側的第二槽中。在拉伸步驟之前釋放在第二選定區域上的壓力。模具可限定模具型腔，且第一和第二槽可形成在位於模具型腔之外的下模具中。第一和第二槽在下模具中向下延伸。根據本發明的一個實施例，模具可限定模具型腔，且第一和第二槽可形成在位於模具型腔之外的模具中。根據本發明另一方面，提供一種拉伸坯料以成形面板件的方法。在由坯料夾具和下模具夾持的坯料部分中形成坯料中第一邊緣槽。在坯料第一邊緣槽內側的由坯料夾具和下模具夾持的坯料部分中形成坯料中第二邊緣槽。隨後坯料被拉伸進入該下模具以形成該拉伸面板件。根據後者的方法，通過將受壓液體導入至該坯料的上側以引起坯料成形，在下模具上的第一和第二槽成形區域中執行第一和第二邊緣槽的成形步驟。第一和第二槽可以順序成形，首先形成第一槽，隨後在釋放在第一槽中的壓力後形成第二槽。在第二槽中的壓力釋放以後執行將坯料拉伸進入下模具的模具型腔中的步驟。根據本發明的一個實施例，其中，成形第一和第二邊緣槽的步驟順序進行，通過注入受壓液體至坯料的上側以引起坯料首先成形進入位於下模具的第一槽成形區域隨後進入第二槽成形區域。根據本發明一個實施例，其中，第一和第二槽順序成形，第一槽首先成形，在釋放第一槽內的壓力後成形第二槽。根據本發明一個實施例，其中，在第二槽內釋放壓力後執行將坯料拉伸進入下模具的步驟。
根據本發明一個實施例，其中，通過將坯料拉伸進入第一槽中，通過將第一通道衝頭接合坯料的上側引起坯料成形進入位於下模具的第一槽成形區域中，且隨後通過將坯料拉伸進入第二槽成形區域中執行第二邊緣槽的成形步驟。根據本發明的一個實施例，其中，第一和第二槽順序成形，首先成形第一槽，在第一通道衝頭與坯料分離之後成形第二槽。根據本發明提供一種拉伸坯料成形拉伸面板件的方法，包括在由坯料夾具夾持在下模具上的所述坯料的一部分中成形第一邊緣槽，其中，第一邊緣槽成形進入提供在夾具和下模具中的一者上的凹陷中；從第一邊緣槽中將坯料部分地拉伸進入下模具中以部分地成形拉伸面板件；在由坯料夾具夾持在下模具上的坯料部分中形成第二邊緣槽，其中，第二邊緣槽成形進入提供在坯料夾具和下模具中的所述一者上的凹陷中；以及從第二邊緣槽中拉伸坯料進入下模具中。根據本發明一個實施例，所述方法進一步包括在由坯料夾具夾持在下模具上的坯料部分形成第三邊緣槽，其中，該第三邊緣槽成形進入提供在坯料夾具和下模具中的所 述一者中的凹陷中；以及從第三邊緣槽拉伸坯料進入下模具以成形拉伸面板件。可替代地，可以通過第一衝頭接合坯料的上側以導致坯料成形進入在下模具中的第一槽成形區域中而將坯料拉伸成形第一槽，隨後坯料被拉伸進入位於下模具中的第二槽成形區域中而執行第二邊緣槽的成形步驟。第一和第二槽按順序通過通道衝頭首先成形第一槽，隨後當第一通道衝頭收回與坯料的接合後，形成第二槽。當第二通道衝頭收回與坯料的接合後，坯料被拉伸進入下模具。當執行第一和第二邊緣槽的成形步驟時，下模具可包括填充有液體的第一和第二型腔。在本發明的另一個可替代實施例中，位於模具組的坯料夾持區域的坯料部分可被拉伸進入凹陷，隨後其被拉伸進入模具型腔。材料被拉伸進入凹陷，且隨後拉伸進入模具型腔的步驟可以重複一次或多次直至部件完全拉伸為希望的形狀。在下面結合附圖和下面說明的實施例的具體說明後，本發明的這些和其他特徵將變得顯而易見。


圖I為顯示在衝壓機單個行程期間在一個工具內成形拉伸部件的工序的簡圖；圖2為由坯料夾具夾持在模具上的坯料簡圖；圖3為坯料的截面簡圖，其中，邊緣部分充液拉深為第一槽；圖4為坯料的截面簡圖，其中，邊緣部分充液拉深為第一槽內側的第二槽；圖5為拉伸為部件形狀的坯料的截面簡圖；圖6為另一替代實施例的截面簡圖，其中，坯料具有通過第一衝頭拉伸為第一槽的邊緣部分；圖7為圖6的實施例中的坯料截面簡圖，顯示了坯料的邊緣部分通過第二衝頭拉伸為第二槽；圖8為圖6的實施例的截面簡圖，顯示了坯料成形為拉伸部件形狀；圖9為另一充液拉深實施例的部分截面簡圖，其中，在充液拉深之前向坯料下方的型腔中提供流體；圖10為利用衝頭的另一實施例的部分截面簡圖，其中，在通過衝頭將周邊部分成形進入槽之前向坯料下方的型腔提供流體進入第一槽中。圖11為顯示可替代的用以形成拉伸部件工序的簡圖，其中，材料被多次拉伸進入凹陷並從凹陷中拉伸進入模具型腔中。
具體實施例方式根據需要，在此揭示了本發明的具體實施例；然而，應當理解揭示的實施例僅僅為本發明的示例，其可以以多種可替代的形式實施。附圖無需按照比例繪製，可放大或縮小一些特徵以顯示特定部件的細節。因此，在此揭示的具體結構性和功能性細節不應當解釋為限制，而是僅用於教導本領域技術人員以多種方式實施本發明的代表性基礎。參考圖1，坯料10顯示為其開始進入根據本發明一個實施例中的製作工序。第一 步預成形料12具有形成在邊緣附近的第一槽14。在圖I中顯示了第一步預成形料12的截面圖。第一槽14可以為沿著圖2至圖10中描述的拉伸模具型腔的整體或者部分延伸的通道。第二步預成形料16具有形成在邊緣附近且在第一槽14內側的第二槽18。最終拉伸部件20通過在圖5和圖8中描述的衝頭成形。參考圖2至圖5，示出了本發明的一個實施例，其中，坯料10在一系列充液拉深步驟後形成為最終拉伸部件20。參考圖2，顯示了坯料10通過坯料夾具22夾持在下模具24上。在坯料夾具22中設置了第一通道26，其與流體源28流體連通。在下模具24中提供了第一凹陷30。同樣，坯料夾具22設置了第二通道32，且下模具24設置了第二凹陷34。下模具24還設置了具有模具進入圓角38的拉伸型腔36。圖5中顯示了衝頭40通過衝壓機(未顯示)衝入模具型腔36中以形成最終拉伸部件20。現在參考圖3，顯示了具有在充液拉深步驟中形成的第一槽14的第一步預成形料12，其中，從流體源28提供的受壓流體穿過第一通道26，從而在由下模具24設置的第一凹陷30中形成第一槽14。參考圖4，顯示了具有在充液拉深步驟中形成的第二槽18的第二步預成形料16，其中，從流體源28提供的受壓流體經由第二通道32，從而在由下模具24設置的第二凹陷34中形成第二槽18。參考圖5，顯示了最終拉伸部件20與置於拉伸型腔36中的衝頭40。最終拉伸部件20被拉伸通過模具入口圓角38，提供該圓角，以用於當形成最終部件形狀20時減小金屬應變。參考圖6至圖8，顯示了可替代的實施例，其中，第一槽14(在圖6中顯示)和第二槽18 (在圖7中顯示)通過由衝壓機(未顯示)或者液壓油缸(未顯示)操作的衝頭形成。參考圖6，顯示了第一步預成形料12，其具有通過將坯料周邊部分拉伸進入形成在下模具46中的第一凹陷50而由第一通道衝頭48形成的第一槽14。第一槽14被拉伸通過第一凹陷入口圓角52。參考圖7，第一步預成形料12 (在圖6中顯示)通過與第二通道衝頭54接合以在第二步預成形料16中形成第二槽18。金屬從第一槽14(顯示在圖6中)中拉伸進入形成在下模具46中的第二凹陷56中。當第一步預成形料12被拉伸進入第二凹陷56中時，沿著第二槽入口圓角58拉伸第一步預成形料12。提供第二槽入口圓角58，以當拉伸面板件進入第二凹陷56時減小面板件上的應變。參考圖8，顯示了在下模具46中設置的拉伸型腔60中的最終拉伸部件20。拉伸型腔60的入口包括模具入口圓角62，當拉伸進入拉伸型腔60中時，提供圓角62，用以減小面板件上的應力。衝壓機(未顯示)驅動衝頭64進入拉伸型腔60並將第二步預成形料16成形為最終拉伸部件20的形狀。參考圖9，說明了與圖2至圖4中的實施例不同的實施例，其中，不同之處在於在坯料上下都提供了液體。為了簡潔起見，在圖2至圖4和圖9中相應部件以相同的標號標記。僅顯示了包括模組左側一半的模組部分。坯料10通過坯料夾具22夾持在下模具24 上。第一通道26設置在坯料夾具22中且與流體源28流體連通。同樣，坯料夾具22設置了第二通道32。由下模具24限定了第一凹陷30和第二凹陷34。由分別穿過第一和第二通道66和68的流體填充第一和第二凹陷30和34，第一和第二通道66和68形成在下模具24中並與流體源28流體連通。在第一和第二凹陷30和34中的流體處於比在坯料夾具22中的第一和第二通道26和32中的壓力更低的壓力。坯料10下面的凹陷30，34中的流體減少了凹陷30，34入口處的摩擦力。參考圖10，說明了與圖5至圖8中不同的另一個可替代實施例，其中，不同之處在於在坯料10的上下都提供了液體。為簡潔起見，在圖5至8和圖10中使用相同標號標記相應部件。僅顯示了包括模組的右側一半的模組部分。坯料10顯示為通過坯料夾具44被夾持在下模具46上。第一通道衝頭48位於坯料夾具44中，其由衝壓機(未顯示)或者液壓驅動(未顯示)驅動。由下模具46限定第一凹陷50和第二凹陷56。第一和第二凹陷50和56填充有分別穿過第一和第二通道70和72的液體，第一和第二通道70和72形成在下模具46中並與流體源28流體連通。在坯料10下方的第一和第二凹陷50和56中的流體減小了凹陷50，56的入口處的摩擦力。參考圖11，說明了另一個可替代實施例的方法，其中，位於模組的坯料夾持部分(例如圖2至圖5中顯示的坯料夾具22，24)中的坯料74的部分可被拉伸進入凹陷(例如在圖2至圖5中顯示的第一凹陷30)中以形成包括槽78的第一步預成形料76。第一步預成形料76的槽78隨後被拉伸進入模具型腔(例如在圖2至圖5和圖8中顯示的)以形成第一部分拉伸料。將材料拉伸進入凹陷中以及隨後進入模具型腔的步驟可以重複一次到多次直至將部件完全拉伸至希望的形狀。之後通過重新形成槽78製造第二步預成形料82，其隨後拉伸為第二拉伸料84。然後可以通過再成形槽78製作第三步預成形料86，其隨後拉伸為最終拉伸部件88。取決於需要的拉伸深度可以再次重複該方法。儘管上面描述了示例性的實施例，並不意味著這些實施例描述了本發明的所有可能形式。相反，在說明書中使用的詞語是描述性而非限制性的，應當理解，在不脫離本發明的精神以及保護範圍的情況下，可以做出多種變形。另外，可以組合多個實施例的特徵以形成本發明的進一步的實施例。
權利要求
1.一種部件成形的方法，包括 在還料夾具和|旲具之間夾持還料； 對所述坯料的第一側在選定區域處施加壓力； 將所述坯料成形進入設置在所述坯料的與所述選定區域相反的第二側的槽； 在所述選定區域釋放所述壓力；以及 將所述坯料拉伸入所述模具且拉伸出所述槽。
2.如權利要求I所述的方法，其中，在所述選定區域施加壓力的所述步驟進一步包括通過形成在所述坯料夾具中的通道提供受壓液體。
3.如權利要求I所述的方法，其中，在所述選定區域施加壓力的所述步驟進一步包括接合所述坯料與穿過所述坯料夾具移動的通道衝頭。
4.如權利要求I所述的方法，其中，所述選定區域為第一選定區域，且所述槽為第一槽，其中，所述方法進一步包括 釋放在所述第一選定區域上的所述壓力； 在第一選定區域內側的與所述坯料的第一側相同的第二選定區域施加壓力； 將所述坯料成形進入第二槽，所述第二槽位於所述坯料的與所述選定區域相反側的第二側上的所述第一槽內側； 在所述拉伸步驟之前釋放在所述第二選定區域上的壓力。
5.如權利要求4所述的方法，其中，所述在所述第二選定區域施加壓力的步驟進一步包括通過形成在所述坯料夾具中的通道提供受壓液體。
6.如權利要求4所述的方法，其中，所述在所述第二選定區域施加壓力的步驟進一步包括接合所述坯料和穿過所述坯料夾具的通道衝頭。
7.如權利要求4所述的方法，其中，所述模具設置有第一模具型腔，且在所述模具型腔外側的所述下模具上形成有所述第一和第二槽。
8.如權利要求7所述的方法，其中，所述第一和第二槽在所述下模具中向下延伸。
9.如權利要求4所述方法，其中，在將所述坯料成形進入所述第一槽的步驟之前所述第一槽填充有流體，且在將所述坯料成形進入所述第二槽之前所述第二槽填充有流體。
10.如權利要求I所述的方法，其中，所述模具設置有模具型腔，且所述槽形成在所述模具型腔外側的所述下模具中。
全文摘要
本發明提供一種成形部件的方法，其中，坯料順序地被拉伸進入一個或者多個凹陷中以成形至少一個槽，其可用於拉伸進入模具型腔。通過經由通道施加液壓或者機械壓力而將所述坯料成形進入凹陷中，從而成形每個槽。這些通道中可以填充有用以減小摩擦力的流體。可替代地，可以將坯料的部分拉伸進入凹陷中，以形成包括槽的第一步預成形料。在第一步預成形料拉伸步驟中，第一步預成形料的槽被拉伸進入模具型腔中。將材料拉伸進入凹陷以及隨後進入模具型腔的步驟可以重複一次或多次直至該部件完全拉伸為希望的形狀。
文檔編號B21D22/20GK102672023SQ201210063790
公開日2012年9月19日 申請日期2012年3月12日 優先權日2011年3月14日
發明者謝爾蓋·法德勒威奇·高洛瓦申科 申請人:福特全球技術公司