專利名稱：板坯的流體輔助非等溫沖壓的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體輔助非等溫板坯沖壓。
背景技術(shù)：
沖壓通常包括多種薄板成型生產(chǎn)過程，例如使用機(jī)器或者沖壓機(jī)的沖孔、沖裁、壓紋、彎曲、折邊、以及壓印。沖壓過程能夠以高生產(chǎn)率形成簡單的或者復(fù)雜的形狀。例如金屬或者塑料的各種基材可以用在這種過程中。將板坯沖壓成理想形狀可以單級操作發(fā)生或者可通過多級完成，其中在單級操作中，沖壓機(jī)的每次沖程都由毛坯形成了理想的成品形狀。經(jīng)常地，沖壓操作產(chǎn)生的成品形狀、以及生產(chǎn)率，受到板坯承受變形且不產(chǎn)生裂縫和撕裂的能力的限制。

發(fā)明內(nèi)容
一種把板坯沖壓成理想形狀的方法包括提供板坯。方法還包括在板坯成型為理想形狀期間，在要經(jīng)歷高應(yīng)力集中的預(yù)定區(qū)域中用流體流局部冷卻板坯。方法還包括在具有沖頭的沖壓機(jī)中使金屬板坯成型為理想形狀。方法還可包括將板坯傳輸?shù)經(jīng)_壓機(jī)，同時(shí)在傳輸期間可用流體流局部地冷卻板坯。也可在成型之前或期間在沖壓機(jī)中用流體流局部地冷卻板坯。板坯具有溫度高于環(huán)境溫度的特征。在這種情況下，使用的流體的特征在于環(huán)境溫度，但是也可是，例如具有溫度低于環(huán)境溫度的特征的壓縮氣體。板坯的特征也可以為溫度基本上等于環(huán)境溫度。在這種情況下，使用的流體的特征在于低于環(huán)境溫度的溫度，例如液態(tài)氮。沖壓機(jī)可包括成型模具，并且成型模具是等溫的，且可以為環(huán)境溫度和升高的溫度之一。成型模具也可是非等溫的，并且沖頭的特征可在于溫度低于模具的溫度。如上所述，還提供了一種成型板坯的系統(tǒng)。本發(fā)明提供了下列技術(shù)方案。技術(shù)方案1 一種把板坯沖壓成理想形狀的方法，該方法包括
在所述板坯成型為所述理想形狀期間，在經(jīng)歷高應(yīng)力集中的預(yù)定區(qū)域內(nèi)用流體流局部冷卻板坯；以及
在具有沖頭的沖壓機(jī)中使金屬板坯成型為所述理想形狀。技術(shù)方案2 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，還包括將所述板坯傳輸?shù)剿鰶_壓機(jī)， 并且其中，在所述傳輸期間完成所述用流體流局部冷卻板坯。技術(shù)方案3 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中在所述成型之前，在沖壓機(jī)中完成所述用流體流局部冷卻板坯。技術(shù)方案4 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中在所述成型期間，在沖壓機(jī)中完成所述用流體流局部冷卻板坯。技術(shù)方案5 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中所述板坯的特征在于溫度高于環(huán)境溫度，且所述流體的特征在于環(huán)境溫度。技術(shù)方案6 根據(jù)技術(shù)方案5所述的方法，其中所述板坯的特征在于溫度基本上等于環(huán)境溫度，且所述流體的特征在于溫度低于環(huán)境溫度。技術(shù)方案7 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中所述流體是液態(tài)氮。技術(shù)方案8 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中所述沖壓機(jī)包括成型模具，并且所述成型模具是等溫的，處于環(huán)境溫度和升高的溫度之一。技術(shù)方案9 根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中所述沖壓機(jī)包括成型模具，成型模具是非等溫的，并且所述沖頭的特征在于溫度低于所述模具的溫度。技術(shù)方案10 —種在沖壓操作期間增加板坯的可成形性的方法，該方法包括 通過用流體流局部冷卻所述板坯，使得變形應(yīng)變遠(yuǎn)離所述板坯上的潛在失效位置；以
及
使用沖頭在成型模具之間將所述板坯沖壓為理想形狀。技術(shù)方案11 根據(jù)技術(shù)方案10所述的方法，還包括將所述板坯傳輸?shù)剿龀尚湍＞?，并且其中，在所述傳輸期間完成所述用流體流局部冷卻板坯。技術(shù)方案12 根據(jù)技術(shù)方案10所述的方法，其中在所述成型之前，在所述成型模具之間完成所述用流體流局部冷卻板坯。技術(shù)方案13 根據(jù)技術(shù)方案10所述的方法，其中在所述成型期間，在所述成型模具之間完成所述用流體流局部冷卻金屬板坯。技術(shù)方案14 根據(jù)技術(shù)方案10所述的方法，其中板坯的特征在于溫度高于環(huán)境溫度，所述流體的特征在于是環(huán)境溫度。技術(shù)方案15 根據(jù)技術(shù)方案14所述的方法，其中所述板坯的特征在于溫度基本上等于環(huán)境溫度，所述流體的特征在于溫度低于環(huán)境溫度。技術(shù)方案16 根據(jù)技術(shù)方案15所述的方法，其中所述流體是液態(tài)氮。技術(shù)方案17 根據(jù)技術(shù)方案10所述的方法，其中至少一個(gè)所述成型模具是等溫的，處于環(huán)境溫度和升高的溫度之一。技術(shù)方案18 根據(jù)技術(shù)方案10所述的方法，其中至少一個(gè)所述成型模具是非等溫的，并且所述沖頭的特征在于溫度低于所述至少一個(gè)模具的溫度。技術(shù)方案19 一種用于成型板坯的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 沖壓機(jī)，其包括
成型模具；以及沖頭；
設(shè)置成將所述板坯傳送到所述沖壓機(jī)的傳輸設(shè)備；以及
一裝置，其構(gòu)造為在所述板坯成型為理想形狀期間，用流體流在要經(jīng)歷高應(yīng)力集中的預(yù)定區(qū)域中局部冷卻所述板坯，所述裝置位于所述沖壓機(jī)和所述傳輸設(shè)備的至少一個(gè)中。技術(shù)方案20 根據(jù)技術(shù)方案19所述的系統(tǒng)，其中所述板坯的特征在于下列之一高于環(huán)境溫度的溫度，且所述流體的特征在于環(huán)境溫度；以及基本上等于環(huán)境溫度的溫度，且所述流體的特征在于溫度低于環(huán)境溫度。本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)以及其它的特征和優(yōu)點(diǎn)將從實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式的以下詳細(xì)描述中結(jié)合附圖而變得顯而易見。


圖1是在成型之前的沖壓機(jī)的橫截面示意圖，沖壓機(jī)包括用于局部冷卻板坯的流體噴射；
圖2是在成型期間圖1中示出的沖壓機(jī)的橫截面示意圖3是在成型期間沖壓機(jī)的橫截面示意圖，沖壓機(jī)包括用于局部冷卻板坯的流體噴射路線的替換實(shí)施例；
圖4是布置用于將板坯傳送到?jīng)_壓機(jī)的傳輸設(shè)備的橫截面示意圖，沖壓機(jī)包括在傳輸期間用于局部冷卻板坯的流體噴射；和
圖5是示出了用于沖壓金屬薄板的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式參看附圖，其中相同的部件始終采用相同的數(shù)字表示，圖1和2示出了布置用于使板坯12成型為理想形狀的沖壓機(jī)10。沖壓機(jī)10包括上成型模具14、下成型模具16和沖頭18。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，為了使板坯12產(chǎn)生理想形狀，板坯設(shè)置在成型模具14、16 之間，并且被沖頭18壓制。如所想象的，使用的板坯12可是任何可變形的基材，例如金屬或者塑料。預(yù)期的成型操作可涉及內(nèi)拉(draw-in)、純拉伸、或者二者的結(jié)合，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣。上模具14和下模具16各自分別包括挖空的中心部分14A、16A。挖空的中心部分 14AU6A可具有大致圓形的橫截面或者任何在沖壓操作期間使板坯12產(chǎn)生理想形狀的其他形狀。類似地，沖頭18的特征在于具有互補(bǔ)于挖空的中心部分14A、16A的橫截面。此外， 沖頭18包括引導(dǎo)部分18A，其特別地形成以在沖壓操作期間使板坯12產(chǎn)生理想的半球形。噴射噴嘴20相對于上模具14設(shè)置在挖空的中心部分14A中。噴嘴20可結(jié)合在上模具14的結(jié)構(gòu)內(nèi)，或者從外部被安裝在上模具上或者其附近。噴嘴20包括用于排放流體流Fl的孔口 20A。在使板坯產(chǎn)生理想形狀的期間，孔口 20A在板坯12上預(yù)定經(jīng)歷高應(yīng)力集中的特定點(diǎn)或者區(qū)域處指向板坯。流體流Fl與板坯12上高應(yīng)力集中的預(yù)定區(qū)域的接觸影響了該特定區(qū)域的局部冷卻，從而在成型操作期間，增加了基材的強(qiáng)度，并且降低了目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的材料薄度。噴射通道22設(shè)置在沖頭18的結(jié)構(gòu)內(nèi)用于傳遞流體流F2以在與流體流Fl冷卻的相同高應(yīng)力區(qū)域內(nèi)冷卻板坯12的下面。因此，流體流可從模具14側(cè)、沖頭 22側(cè)或者從這兩個(gè)方向被引至板坯12。成型材料的典型目標(biāo)是，承受一定大小的應(yīng)力，其產(chǎn)生每秒0. 01到10. 0速率內(nèi)的應(yīng)變，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣。具有潛在高應(yīng)力集中的板坯12的局部區(qū)域冷卻旨在使材料應(yīng)變率降至上述目標(biāo)應(yīng)變率。有意使流體流的溫度低于板坯12的溫度。例如，預(yù)期的流體流可處于室內(nèi)環(huán)境或者環(huán)境溫度下，當(dāng)板坯12的溫度高于環(huán)境溫度時(shí)，在這種情況下，可使用有規(guī)律的加壓空氣或者另一種類型的氣體。例如，可使用特征為大約90Psi壓力的空氣流來冷卻板坯12。在替換實(shí)施例中，當(dāng)板坯12的溫度基本等于環(huán)境溫度時(shí)，流體流的特征可在于低于環(huán)境溫度的溫度，例如液態(tài)氮或者液態(tài)氦。在這種情況下，大約為負(fù)196攝氏度溫度的液態(tài)氮流、 或者大約為負(fù)296攝氏度溫度的液態(tài)氦流可用于冷卻板坯12。對于如鋁和鎂這樣的材料來說，板坯12的額定溫度通常可處于環(huán)境溫度到350攝氏度的范圍內(nèi)，然而在局部冷卻期間， 在潛在高應(yīng)力區(qū)域中的溫度目標(biāo)是比板坯的額定溫度低20攝氏度。通常地，在板坯12上的高應(yīng)力集中的預(yù)定區(qū)域的預(yù)期局部冷卻可在如圖1所示的成型操作開始之前完成、或者在如圖2所示的成型過程期間完成?？蛇M(jìn)行流體流的噴射而上模具14在整個(gè)成型操作期間保持等溫，其中模具的溫度通常保持恒定于環(huán)境溫度、或者一些具體的升高溫度，即高于環(huán)境溫度。此外，可同樣進(jìn)行流體流的噴射而相應(yīng)的上模具和下模具14、16是非等溫的，其中，模具的溫度在成型操作期間隨著它的周圍環(huán)境而發(fā)生變化。在使用非等溫的相應(yīng)的上模具和下模具14、16的情況下，沖頭18可被有意地冷卻至低于上模具溫度的溫度。沖頭18的理想冷卻可由將流體流F2傳遞通過噴射通道22來完成。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，在沖壓操作的建模期間，或者在沖壓操作的測試和開發(fā)階段期間，通?？梢灶A(yù)先確定板坯12上的高應(yīng)力區(qū)域，同時(shí)過程參數(shù)被精調(diào)并確定。 雖然示出的噴嘴20包括單個(gè)孔口，但是也可以包括多個(gè)孔口，以將流體流弓丨導(dǎo)至高應(yīng)力集中的較大的區(qū)域，或者引導(dǎo)到板坯12上高應(yīng)力集中的分散區(qū)域。圖3描述了沖壓機(jī)30，其被設(shè)置用于使板坯12成型為理想形狀。類似于圖2中示出的沖壓機(jī)10的位置，圖3示出了在板坯12成型的過程中的沖壓機(jī)30。沖壓機(jī)30的構(gòu)造大部分地類似于相對于圖1和圖2描述的沖壓機(jī)10。沖壓機(jī)30包括上成型模具34、下成型模具36和沖頭38。上模具34和下模具36均分別包括挖空的中心部分34A、36A。類似于挖空的中心部分14A、16A，挖空的中心部分34A、36A可具有大致圓形的橫截面或者任何其它的理想形狀。沖頭38的特征在于具有互補(bǔ)于挖空的中心部分34A、36A的橫截面，且包括專門形成以用于使板坯12產(chǎn)生理想形狀的引導(dǎo)部分38A。仍然參考圖3，多個(gè)噴射噴嘴(示出為噴嘴40和42，但是也可以包括任意多個(gè)噴嘴)結(jié)合在上模具34的結(jié)構(gòu)內(nèi)。由噴嘴40和42代表的多個(gè)噴射噴嘴也可從外部被安裝在上模具34上或者其附近。如圖所示，代表性的噴嘴40、42包括用于分別排放流體流F3和 F4的各自孔口 40A和42A。與相對于圖1和圖2描述的孔口 20A的情況相同，在使板坯產(chǎn)生理想形狀期間，孔口 40A和42A在板坯12上預(yù)定經(jīng)歷高應(yīng)力集中的特定點(diǎn)或者區(qū)域處指向板坯。流體流與板坯12上高應(yīng)力集中的預(yù)定區(qū)域的接觸影響了該特定區(qū)域的局部冷卻， 且在成型操作期間，增加了基材的強(qiáng)度，并且降低了目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的板坯的可見應(yīng)變率。噴射通道44設(shè)置在沖頭38的結(jié)構(gòu)內(nèi)以傳遞流體流F5，從而冷卻板坯12的下面。 噴射通道44分裂成多個(gè)附屬通道，示出為通道44A和44B，但是可包括任何多個(gè)通道。通道 44A和44B設(shè)置在沖頭18的結(jié)構(gòu)內(nèi)以傳遞由流F5A和F5B代表的多個(gè)流體流，從而在與流體流F3和F4冷卻的相同高應(yīng)力區(qū)域內(nèi)冷卻板坯12的下面。由于與多個(gè)噴射通道協(xié)同工作的多個(gè)噴射噴嘴，可有效地冷卻板坯12的相當(dāng)大的區(qū)域，該區(qū)域在成型期間經(jīng)歷高應(yīng)力集中。通道44A和44B可直接給板坯12上的區(qū)域供流，或者可最初地給圍繞引導(dǎo)部分38A 的周長設(shè)置的凹槽46供流，以便流體流在接觸板坯之前充滿凹槽。圖4描述了傳輸設(shè)備50，其優(yōu)選的是設(shè)置成將板坯12傳輸至沖壓機(jī)10或者沖壓機(jī)30的機(jī)器人設(shè)備。傳輸設(shè)備50包括容納吸盤54A和54B的“端部執(zhí)行器(end-effector)” 或者支架52。吸盤54A和54B設(shè)置成將自身粘附以用于持續(xù)地傳輸板坯12，并且在上成型模具14和下成型模具16之間、或者在上成型模具34和下成型模具36之間釋放板坯。傳輸設(shè)備50還包括噴射噴嘴56，但是也可包括多個(gè)噴嘴。噴射噴嘴56包括構(gòu)造成排放流體流F6的孔口 58。與上面描述的在沖壓機(jī)10、30中使用的噴射噴嘴的孔口類似，在使板坯產(chǎn)生理想形狀期間，孔口 58在板坯12上預(yù)定經(jīng)歷高應(yīng)力集中的特定點(diǎn)或者區(qū)域處指向板坯。在板坯 12傳輸?shù)經(jīng)_壓機(jī)10或者沖壓機(jī)30期間，流體流F6的排放受到影響。流體流F6與在板坯 12上的高應(yīng)力集中的預(yù)先確定區(qū)域的接觸影響了該特別區(qū)域的局部冷卻，從而在成型操作期間，增加了基材的強(qiáng)度，并且降低了目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的板坯的可見應(yīng)變率。圖5描述了沖壓金屬薄板的方法60。這里相對于在沖壓機(jī)10中成型板坯12來描述方法60。方法60同樣可應(yīng)用于在沖壓機(jī)30中成型板坯12，并且在任何沖壓機(jī)中成型板坯12之前使用傳輸設(shè)備50。方法起始于框62，然后繼續(xù)至框64，在框64中提供板坯12。 在框64之后，方法前進(jìn)至框66，在框66中，在板坯成型為理想形狀期間，板坯12在要經(jīng)歷高應(yīng)力集中的預(yù)定區(qū)域中被流體流Fl和/或F2局部冷卻。根據(jù)本方法，在成型操作期間和/或在成型開始之前，執(zhí)行板坯12的局部冷卻。當(dāng)在成型操作開始之前執(zhí)行時(shí)，局部冷卻可在成型開始之前的任何時(shí)間發(fā)生，例如，在將板坯傳輸?shù)經(jīng)_壓機(jī)10之前即刻，在這種傳輸期間，和/或正好在成型開始之前在沖壓機(jī)中。從框66，方法繼續(xù)至框68，在框68中，金屬板坯12由沖頭18在沖壓機(jī)10中成型為理想形狀。 在金屬板坯12成型為理想形狀之后，方法在框70中結(jié)束。盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式，那些熟悉本發(fā)明涉及的技術(shù)領(lǐng)域的人員將意識到在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的用于實(shí)施本發(fā)明的各種替換設(shè)計(jì)以及實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種把板坯沖壓成理想形狀的方法，該方法包括在所述板坯成型為所述理想形狀期間，在經(jīng)歷高應(yīng)力集中的預(yù)定區(qū)域內(nèi)用流體流局部冷卻板坯；以及在具有沖頭的沖壓機(jī)中使金屬板坯成型為所述理想形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述板坯傳輸?shù)剿鰶_壓機(jī)，并且其中，在所述傳輸期間完成所述用流體流局部冷卻板坯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述成型之前，在沖壓機(jī)中完成所述用流體流局部冷卻板坯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述成型期間，在沖壓機(jī)中完成所述用流體流局部冷卻板坯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述板坯的特征在于溫度高于環(huán)境溫度，且所述流體的特征在于環(huán)境溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述板坯的特征在于溫度基本上等于環(huán)境溫度， 且所述流體的特征在于溫度低于環(huán)境溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述流體是液態(tài)氮。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沖壓機(jī)包括成型模具，并且所述成型模具是等溫的，處于環(huán)境溫度和升高的溫度之一。
9.一種在沖壓操作期間增加板坯的可成形性的方法，該方法包括通過用流體流局部冷卻所述板坯，使得變形應(yīng)變遠(yuǎn)離所述板坯上的潛在失效位置；以及使用沖頭在成型模具之間將所述板坯沖壓為理想形狀。
10.一種用于成型板坯的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 沖壓機(jī)，其包括成型模具；以及沖頭；設(shè)置成將所述板坯傳送到所述沖壓機(jī)的傳輸設(shè)備；以及一裝置，其構(gòu)造為在所述板坯成型為理想形狀期間，用流體流在要經(jīng)歷高應(yīng)力集中的預(yù)定區(qū)域中局部冷卻所述板坯，所述裝置位于所述沖壓機(jī)和所述傳輸設(shè)備的至少一個(gè)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及板坯的流體輔助非等溫沖壓，提供了一種把板坯沖壓成理想形狀的方法，該方法包括提供板坯。該方法還包括在板坯成型為理想形狀期間，在要經(jīng)歷高應(yīng)力集中的預(yù)定區(qū)域中用流體流局部冷卻板坯。此外，方法包括在具有沖頭的沖壓機(jī)中使金屬板坯成型為理想形狀。還公開了使用成型板坯的方法的系統(tǒng)。
文檔編號B21D37/16GK102218465SQ201110049608
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者T. 卡特 J., E. 克拉杰夫斯基 P., 費(fèi)爾馬 R. 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司