專利名稱：借助可流動(dòng)的工作介質(zhì)和模具生產(chǎn)構(gòu)件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用能深拉延的材料尤其是鋼制的板坯在使用一種可流動(dòng)的工作介質(zhì)的情況下生產(chǎn)構(gòu)件的方法。
在生產(chǎn)具有復(fù)雜幾何形狀的深延或者內(nèi)部高壓變形的構(gòu)件時(shí)，在許多情況下需要制成中間形狀，因?yàn)樽罱K輪廓形狀不能在一個(gè)變形步驟中制成。在這里，中間形狀通常在模具內(nèi)制造，這些模具與為了制成最終形狀所采用的模具無(wú)關(guān)地工作。模具和工序的這種劃分大大增加了所需要的投資費(fèi)用，并因此導(dǎo)致提高了與所述類型的構(gòu)件的生產(chǎn)相關(guān)的成本。
除上面說(shuō)明的為了制成中間形狀借助附加模具的方法外，實(shí)際上這種中間形狀還可通過(guò)流體力學(xué)的變形制成。在這種方法中，要變形的板坯在主成型之前借助工作介質(zhì)在本來(lái)的變形模具內(nèi)預(yù)成形。只有在預(yù)成形結(jié)束之后，才發(fā)生真正的最終變形，并在此時(shí)獲得工件的最終形狀。為了達(dá)到這一點(diǎn)，預(yù)成形的幾何形狀通常至少相應(yīng)于造型模具構(gòu)件的輪廓形狀。在預(yù)成形時(shí)的這種工藝過(guò)程已證實(shí)在許多情況下不利于隨后的主變形。然而，與此缺點(diǎn)相對(duì)的是可在構(gòu)件中央達(dá)到更大的形狀改變的優(yōu)點(diǎn)，從而可有目的地造成冷作硬化和更好地利用材料特性。
按照本發(fā)明此目的通過(guò)一種開(kāi)頭所述類型的方法達(dá)到，在此方法中實(shí)施下列步驟-將板坯夾緊在變形裝置中，板坯在該變形裝置中至少在一側(cè)用工作介質(zhì)加載；-在板坯的一個(gè)區(qū)域內(nèi)，通過(guò)提高由工作介質(zhì)施加的壓力使板坯預(yù)成形，該區(qū)域限于板坯面積的一個(gè)分區(qū)并且與板坯(P1-P4)的面積部分(B1、B2)部分重疊，從該面積部分(B1、B2)制成構(gòu)件的最終形狀；以及-借助于模具使預(yù)成形的板坯最終成形。
按照本發(fā)明，在第一道工序中在一適用的變形裝置內(nèi)在采用可流動(dòng)的工作介質(zhì)的條件下由板坯制成部分預(yù)成形的半成品。然后，由此預(yù)成形的半成品成形為構(gòu)件的最終形狀。
在此，預(yù)成形總是只在板坯的一個(gè)有限區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。因而，這種預(yù)成形與比如構(gòu)件多步驟深拉延的情況是不同的，不是用于形成確定的模制件，該模制件在繼續(xù)的加工行程中成形為最終形狀，而是制成一個(gè)預(yù)成形件，該預(yù)成形件在材料變形與材料分布以及材料特性的充分應(yīng)用方面，為最終要生產(chǎn)的構(gòu)件所要求的特性最佳地作好準(zhǔn)備。因此，按照本發(fā)明的這種預(yù)成形只在這些區(qū)域進(jìn)行，即在該區(qū)域內(nèi)在幾何特性(伸展-Abwicklung)和/或構(gòu)件特殊的性能(強(qiáng)度)方面是有要求的。
取決于對(duì)成品所提出的要求，板坯的預(yù)成形可以在沒(méi)有或借助陰模的情況下完成。沒(méi)有陰模預(yù)成形的優(yōu)點(diǎn)是預(yù)成形時(shí)板坯的材料可無(wú)阻礙地流動(dòng)，從而比如獲得預(yù)成形件最佳的強(qiáng)度。相比之下，采用陰模的優(yōu)點(diǎn)是此預(yù)成形件在其空間形狀方面還能最佳地為要制成的最終形狀作好準(zhǔn)備。在此，可以在自由變形與在一陰模內(nèi)完全變形之間找到一種妥協(xié)辦法，即板坯的預(yù)成形區(qū)在預(yù)成形結(jié)束時(shí)只在一個(gè)部分區(qū)域內(nèi)貼靠在陰模上，而在其它部分區(qū)域內(nèi)實(shí)施自由變形。
預(yù)成形板坯變形為構(gòu)件的最終形狀優(yōu)選地在克服一個(gè)由工作介質(zhì)施加的支承壓力的情況下進(jìn)行。通過(guò)這種方式能夠以不受損傷的方式制成準(zhǔn)確成形的高質(zhì)量構(gòu)件，由于這種備受保護(hù)的加工，構(gòu)件具有最佳的機(jī)械性能和良好的外觀。
按照本發(fā)明預(yù)成形的板坯可以在最終變形為構(gòu)件的最終形狀之前互相連接，從而尤其能夠制成大面積的構(gòu)件或者這樣一些構(gòu)件，即在這些構(gòu)件中，在不同板坯的區(qū)域內(nèi)存在的材料分布或厚度，可有目的地適應(yīng)在實(shí)際使用時(shí)構(gòu)件具體地點(diǎn)產(chǎn)生的負(fù)荷。在此，板坯能夠通過(guò)材料、力、形封閉地互相連接。作為替選方案，松弛地上下疊置的板坯也可以在預(yù)成形之后共同制成最終形狀。
如果在上下疊置和必要時(shí)相互連接的預(yù)成形板坯之間已經(jīng)存在一空腔，則借助按照本發(fā)明的方法可特別簡(jiǎn)單地制成空心成型件。這樣制成的成型件特別適用于通過(guò)內(nèi)部高壓變形成形為構(gòu)件的最終形狀，其中，在板坯最終變形為最終形狀的過(guò)程中，空腔施加高壓。
板坯P1或P2規(guī)定用于預(yù)成形的區(qū)域V1或V2的位置取決于成品構(gòu)件所要制成的幾何形狀。因此，對(duì)于區(qū)域V1、V2的設(shè)計(jì)而言，在圖2中舉例表示的沿成品構(gòu)件橫截面的伸展起決定性的作用。在圖3以及圖5和6中舉例表示的已部分預(yù)成形的板坯P1、P2和P3的幾何形狀可設(shè)計(jì)為，在接著預(yù)成形后進(jìn)行的最終成形過(guò)程中，不會(huì)發(fā)生任何由于材料過(guò)載或者形成不可允許的褶皺而損壞。
規(guī)定用于預(yù)成形的區(qū)域V1或V2必要時(shí)可以位于區(qū)域B1的輪廓內(nèi)部(圖3)，由該區(qū)域B1最終成形為要制成的構(gòu)件。在圖3中用虛線表示了它的輪廓形狀，這一輪廓形狀與圖2中所表示的一致。
然而有另外一種類型的幾何形狀或者對(duì)成品構(gòu)件的性能的有另一些要求時(shí)，構(gòu)件可能同樣需要在一個(gè)區(qū)域V2內(nèi)進(jìn)行板坯P2的預(yù)成形，而該區(qū)域超越相關(guān)的區(qū)域B2的一些分區(qū)(圖4)，構(gòu)件由該區(qū)域B2最終成形。然而即使在這種情況下，也沒(méi)有規(guī)定用于預(yù)成形的區(qū)域V2與區(qū)域B2完全重疊。預(yù)成形總是只發(fā)生在板坯P1或者P2相應(yīng)的準(zhǔn)備對(duì)于后續(xù)的最終成形是恰當(dāng)和需要的地方，而不是完全重疊。不言而喻，在這種情況下為了預(yù)成形而設(shè)定的區(qū)域的數(shù)量不限于1個(gè)，而是可以按照需要在一個(gè)板坯上規(guī)定多個(gè)這種類型的預(yù)成形區(qū)域。
為了板坯P1或者相應(yīng)于板坯P2分成為一個(gè)要預(yù)成形的區(qū)域和一個(gè)由其制成要生產(chǎn)的構(gòu)件的最終形狀的區(qū)域的板坯P4的預(yù)成形，采用變形裝置U1、U2。變形裝置U1、U2各有一個(gè)充填流動(dòng)的工作介質(zhì)，比如為水的容器1。此外，變形裝置U1、U2各配備有一個(gè)固定裝置2，該固定裝置將各要預(yù)成形的板坯P1、P4的邊緣區(qū)固定在圍繞容器1的孔的邊緣上。通過(guò)這種方式將板坯P1或P4夾緊在孔上方，從而板坯面朝容器內(nèi)部的一側(cè)可以施加工作介質(zhì)。在此，容器1的孔的邊緣的走向總是與該被加工的板坯P1，P4的規(guī)定用于預(yù)成形的區(qū)域V1或V2的邊緣走向一致的。
如圖7以板坯P1為例表示的那樣，板坯P1在沒(méi)有陰模的情況下進(jìn)行預(yù)成形，但變形裝置U2與變形裝置U1不同，它配備有陰模3，該陰模設(shè)置在相對(duì)于在此例中夾緊在容器1的孔的上方的板坯P4有一定距離處。
通過(guò)提高由工作介質(zhì)所施加的壓力P，相關(guān)的板坯P1或P4在容器孔的區(qū)域內(nèi)朝向外方運(yùn)動(dòng)地隆起。在這種情況下，在此變形裝置U1內(nèi)直到預(yù)成形結(jié)束時(shí)允許板坯P1的鋼材料完全自由流動(dòng)。
相比之下，在變形裝置U2中，板坯P4的預(yù)成形區(qū)域V2在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間自由成形以后貼靠到陰模3上，從而將此預(yù)成形區(qū)域V2的一個(gè)分區(qū)壓合成陰模3的形狀。板坯P4的自由成形的分區(qū)V2a的幾何形狀和尺寸，在這里取決于陰模3相對(duì)于容器1孔的位置。
在變形裝置U1或U2中預(yù)成形之后，板坯P1-P4可逐個(gè)分別最終成形為相關(guān)的構(gòu)件(圖2)。為此可以采用一個(gè)以傳統(tǒng)的方式配備有沖頭10和陰模11的裝置F1，如圖9中舉例表示的那樣。
作為替換方案，板坯P1-P4的最終成形也可以在變形裝置F2內(nèi)實(shí)施，變形裝置F2有一個(gè)用于盛裝工作介質(zhì)21，尤其為水的容器20和一個(gè)固定裝置22。借助固定裝置22比如預(yù)成形后的板坯P1固定在容器20的孔內(nèi)。
然后可以借助沖頭23完成板坯P1的最終成形，該沖頭可以插入到容器20的孔內(nèi)并在它的端面造型出要生產(chǎn)的構(gòu)件的形狀。在沖頭23的加工行程中，預(yù)成形的板坯P1在容器20內(nèi)被拉延。在此過(guò)程中，盛在容器20內(nèi)的工作介質(zhì)施加一個(gè)與沖頭23的力方向相反的的支承壓力S，從而預(yù)成形的板坯P1隨著沖頭23行程的增加貼靠在沖頭上面并且由此獲得由沖頭23規(guī)定的形狀。
還可以將例如在裝置U1中的兩個(gè)預(yù)成形的板坯P2、P3上下疊置，從而構(gòu)成空心體H1(圖5)或H2(圖6)，它們各自在其上側(cè)和下側(cè)具有預(yù)成形區(qū)域V2、V3。在此，構(gòu)成相關(guān)空心體H1、H2的板坯P2、P3可以相互焊接，從而它們形成一個(gè)結(jié)構(gòu)單元。由這樣構(gòu)成的空心體H1、H2最終成形的構(gòu)件的形狀，在圖5和圖6中用虛線表示。
這些預(yù)成形的空心體H1、H2可通過(guò)施加內(nèi)部高壓特別好地最終成形。為此，將空心體H1、H2定位在一適用的在圖中沒(méi)有表示的裝置的陰模內(nèi)并且填充可流動(dòng)的工作介質(zhì)，比如水。接著此工作介質(zhì)施加高壓，使相關(guān)空心體H1、H2的薄板材料擴(kuò)展，直至它完全貼靠在陰模的壁上。
附圖
標(biāo)記1 容器2 固定裝置3 陰模10 沖頭11 陰模20 容器21 工作介質(zhì)22 固定裝置23 沖頭F1，F(xiàn)2 最終成形裝置B1，B2 由其制成最終成形的構(gòu)件的區(qū)域H1，H2 空心體P 壓力P1，P2，P3，P4 板坯S 支承壓力U1，U2 變形裝置V1，V2，V3 板坯P1、P2在其中進(jìn)行預(yù)成形的區(qū)域V2a 板坯4的自由變形部分
權(quán)利要求
1.用一種能深拉延的材料尤其是鋼制的板坯(P1-P4)在使用一種可流動(dòng)的工作介質(zhì)的情況下生產(chǎn)構(gòu)件的方法，其中實(shí)施下列步驟-將板坯(P1-P4)夾緊在變形裝置(U1、U2)中，板坯(P1-P4)在該變形裝置中使用工作介質(zhì)加載；-在板坯(P1-P4)的一個(gè)區(qū)域內(nèi)，通過(guò)提高由工作介質(zhì)施加的壓力(P)使板坯(P1-P4)預(yù)成形，該區(qū)域限于板坯面積的一個(gè)分區(qū)(V1、V2)并且與板坯(P1-P4)的面積部分(B1、B2)部分重疊，從該面積部分(B1、B2)制成構(gòu)件的最終形狀；以及-借助于模具(F1、F2)使預(yù)成形的板坯(P1-P4)最終成形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，板坯(P1-P4)在沒(méi)有陰模的情況下預(yù)成形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，板坯(P1-P4)借助陰模(3)預(yù)成形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，板坯(P1-P4)的預(yù)成形區(qū)域(V1、V2)在預(yù)成形結(jié)束時(shí)局部貼靠在陰模(3)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，板坯(P1-P4)的預(yù)成形區(qū)域在預(yù)成形結(jié)束時(shí)完全貼靠在陰模(3)上。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，預(yù)成形的板坯(P1-P4)為了構(gòu)件最終形狀的變形在克服一個(gè)由工作介質(zhì)施加的支承壓力(S)的情況下進(jìn)行。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，在預(yù)成形之后相互連接至少兩個(gè)板坯(P1-P4)；以及這些板坯(P1-P4)共同最終成形至最終形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，這些預(yù)成形件材料、力和/或形封閉地相互連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，在預(yù)成形之后至少兩個(gè)板坯(P1-P4)松弛地相互疊置；以及這些板坯(P1-P4)共同最終成形至最終形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9之一所述的方法，其特征在于，在板坯(P1-P4)之間存在空腔。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在板坯(P1-P4)最終成形為最終形狀的過(guò)程中，空腔施加高壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用能深拉延的材料尤其是鋼制的板坯(P1－P4)在使用一種可流動(dòng)的工作介質(zhì)的情況下生產(chǎn)構(gòu)件的方法。在這種方法的過(guò)程中，將板坯(P1－P4)夾緊在變形裝置(U1、U2)中并且用工作介質(zhì)加載。然后，通過(guò)提高由工作介質(zhì)施加的壓力(P)板坯(P1－P4)在板坯(P1－P4)的一個(gè)區(qū)域內(nèi)預(yù)成形，該區(qū)域限于板坯面積的一個(gè)分區(qū)(V1、V2)并且與板坯(P1－P4)的面積部分(B1、B2)部分重疊，由該面積部分制成構(gòu)件的最終形狀。接著，此預(yù)成形的板坯(P1－P4)借助模具(F1、F2)最終成形。
文檔編號(hào)B21D26/02GK1418137SQ01806847
公開(kāi)日2003年5月14日 申請(qǐng)日期2001年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月5日
發(fā)明者蒂諾·格魯茨卡, 弗蘭茲－約瑟夫·倫策 申請(qǐng)人:蒂森克魯伯鋼鐵股份公司