專利名稱:具有壓邊修剪部件的金屬板材和方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明通常涉及金屬板材(blank ),更具體地涉及具有壓邊修剪 部件(binder trim component)并可用于汽車工業(yè)的金屬板材。
背景技術(shù):
在金屬成形工業(yè)中,通常將金屬板材制造為具有繞著金屬板材的 周緣延伸的外凸緣,從而在后續(xù)的金屬成形操作中,在上模具(die) 和下模具中形成的筋條結(jié)構(gòu)(bead structure)會使板材材料接合并夾 緊在該筋條結(jié)構(gòu)上。筋條結(jié)構(gòu)通常包括在模具中的一個的壓邊環(huán)中形
成的陽筋條和在另 一模具的壓邊環(huán)中形成的陰溝槽,并且被設(shè)計成當 上模具和下模具在液力或其它類型的壓力作用下靠近時彼此相配。通
過牢固地將外凸緣夾緊在相對的筋條結(jié)構(gòu)之間,摩擦力和變形力限制 在金屬成形工藝過程中將外凸緣拉入到模具的中心。
另外,筋條結(jié)構(gòu)與金屬板材的外凸緣之間的壓縮性的相互作用對 被拉進模具中的金屬板材料的量產(chǎn)生了影響。如果被拉進的材料太少, 那么會在成形的部件中產(chǎn)生撕裂或破裂;相反,如果被拉進的材料太 多,那么成形的部件會具有褶皺和/或其它表面變形。在金屬成形工藝 之后,通常會將外凸緣從成形的部件上切除或去除,并作為廢料被丟 棄。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個方面,提供了一種金屬板材,所述金屬板材包括外周緣、壓邊^(qū)參剪部件和構(gòu)件(part component)。所述壓邊〗奮剪部件具有非線 性部分,所述非線性部分包括第一突起和第二突起,所述第一突起和 所述第二突起i)彼此的形狀和/或尺寸不同,以及ii)在所述金屬成 形操作過程中向所述構(gòu)件提供不同量的材料,并且提供給所述構(gòu)件的 材料量至少部分地基于所述突起的不同形狀和/或尺寸。
根據(jù)另一方面,提供了一種金屬板材,所述金屬板材包括外周緣、 壓邊修剪部件和構(gòu)件。所述壓邊修剪部件具有非線性部分,所述非線 性部分包括突起、凹陷和平坦部分,其中,所述突起、凹陷和平坦部 分i)被布置在沿著所述非線性部分的特定位置并且對應(yīng)于所述構(gòu)件 的一個或多個特征,以及ii)使所述非線性部分沿其長度不一致。
根據(jù)又一方面,提供了一種金屬板材組件,所述金屬板材組件包 括第一金屬板材、第二金屬板材和將所述第一金屬板材和所述第二金 屬板材連接在一起的焊縫。所述第一金屬板材具有帶非線性部分的壓 邊修剪部件,所述非線性部分包括至少一個突起和至少一個凹陷,所 述突起位于所述非線性部分的第一端,從而所述突起鄰近于所述焊縫, 所述凹陷位于所述非線性部分的第二端,從而所述凹陷位于所述金屬 板材組件的拐角。
根據(jù)又一方面,提供了一種用于設(shè)計金屬板材的壓邊修剪部件的 方法。所述方法包括以下步驟(a)執(zhí)行成形仿真,所述成形仿真確 定至少一個目標成形部分;(b)執(zhí)行排料仿真,所述排料仿真確定至 少一個目標排料部分;(c)利用所述目標成形部分和所述目標排料部 分來確定非線性部分的最佳壓邊修剪位置;以及(d)設(shè)計出非線性部 分,所述非線性部分具有專門為所述最佳壓邊修剪位置和所述建議的 部件i殳計的構(gòu)造的組合。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選示例性實施方式進行描述,在附圖 中相似的標記表示相似的元件,在附圖中
圖1示出了具有在兩側(cè)形成有非線性部分的壓邊修剪部件的金屬 4反材的實施方式;
10圖2示出了具有在一側(cè)形成有非線性部分的壓邊修剪部件的金屬氺反材的實施方式;
圖3示出了可用于汽車門板的金屬板材組件的實施方式,其中,所述金屬板材組件包括帶有非線性部分的壓邊修剪部件;
圖3A是圖3所示的非線性部分的放大圖4是說明用于生產(chǎn)三維金屬部件的方法的實施方式的流程以及
圖5是說明用于設(shè)計金屬板材的壓邊修剪部件的方法的實施方式流程圖。
優(yōu)選實施方式
本文所描述的金屬板材包括壓邊修剪部件,該壓邊修剪部件具有帶非線性部分的至少一個切割邊緣,該非線性部分形成一系列的突起、凹陷、平坦部分以及其它的結(jié)構(gòu)。該非線性部分的產(chǎn)生同時在相鄰的金屬板材的壓邊修剪部件中形成相應(yīng)的特征,從而可以在相鄰的兩個金屬板材之間共享壓邊材料。此外,非線性部分可以包括一個或多個戰(zhàn)略布置的構(gòu)造,這些構(gòu)造使非線性部分沿著其長度是不一致的,從而該非線性部分特別適合成形中的部件的制造需求。
參照圖1,其中示出了金屬板材10的實施方式,金屬板材10可用于各種金屬成形操作,例如沖壓、拉延(drawing)和拉深(deepdrawing),以產(chǎn)生三維金屬部件。盡管以下示例性描述是針對汽車部件,但是應(yīng)該理解本文所述的金屬板材還可用作例如飛機、鐵路、農(nóng)用設(shè)備和家用器具等應(yīng)用中的部件。金屬板材10優(yōu)選地由以大巻供應(yīng)的鍍鋅冷成形鋼制成,然而,金屬板材10的組成和形狀通常由采用金屬板材10的具體應(yīng)用的需求決定并且可與上面所提出的金屬板材的組成和形狀不同。例如,金屬^1材10可由以切割或沖裁(blanked)的板的形式代替巻的形式提供的金屬板材料制成。根據(jù)該具體實施方式
,金屬板材10是大體上為平面的金屬板部件并且包括具有邊緣20-26的外周緣18、具有邊緣30-36的內(nèi)周緣28、在內(nèi)周緣18與外周緣28之間形成的壓邊修剪部件40、以及構(gòu)件42。一旦金屬板材被沖裁,則外周緣18通常構(gòu)成該金屬板材的外周邊或邊界,在該具體情況中,外周緣18包括4個邊緣20-26。邊緣20和22是沿著金屬板材10的長度延伸的通常被拉長的平行邊緣,根據(jù)該具體實施方式
,邊緣20和22是在鋼廠生產(chǎn)的鋼巻的制造邊或鋼巻邊緣。另一方面,邊緣34和36通常在制造邊緣20與22之間延伸并且是在將鋼巻切割成單個部分或金屬板材的操作過程中產(chǎn)生的切割邊緣。術(shù)語"切割邊緣"廣義地指當將金屬板材料分成各部分或板材時通過切割、剪切、沖裁、^修剪、切斷或以其它方式形成的任何邊緣。由于邊緣24是切割邊緣,因此它具有在位于金屬板巻上的金屬板材10左側(cè)的相鄰的金屬纟反材上形成的互補邊緣,而邊緣26具有在位于鋼巻上的金屬板材10右側(cè)的相鄰的金屬板材上形成的互補邊緣。在該實施方式中,切割邊緣24和26中的每個包括形成一系列交替的突起50和凹陷52的非線性部分。盡管該實施方式中的切割邊緣24和26-故顯示為具有這些突起和凹陷,但是應(yīng)該理解,可以將金屬板材設(shè)計成使僅一個切割邊緣遵循這種非線性的路線。例如,金屬板材可以包括具有突起和凹陷的切割邊緣26以及在制造邊緣20與22之間延伸的直的切割邊緣24(見圖2)。事實上,只要金屬板材具有包括如本文所教導(dǎo)的非線性部分的外周緣18的至少一個邊緣,則任何數(shù)量的不同邊緣的組合是可能的。
突起50和凹陷52通常是彼此的配對物,從而當形成突起50時,在相鄰的金屬;^反材上就形成互補的凹陷52。沿著邊緣26的不同特^正的寬度和長度尺寸很大程度上由金屬成形操作的具體需求決定,即由產(chǎn)生充分約束力以將金屬板材保持就位并允許適當?shù)牟牧狭鲃?material flow)所需的壓邊材料量決定,下面將對這一點進行解釋。在該具體實施方式
中,突起被顯示為具有平行四邊形的形式,然而應(yīng)該理解可以采用多種不同構(gòu)造中的一種。比如,圖2示出了具有S形(serpentine)邊緣102的金屬板材100的不同實施方式,邊緣102包括一連串的指狀突起104和具有更加漸縮形狀的凹陷106。與前述實施方式相同,切割邊緣102的形成導(dǎo)致在相鄰的金屬板材中形成相應(yīng)的切割邊緣。此外,由于突起和凹陷的精確形狀、數(shù)量、尺寸等可能與這里所示的不同,因此這些邊緣僅是各種可能的非線性的邊緣中的一些。
內(nèi)周緣28 (以虛線顯示)通常對應(yīng)于部件修剪線并形成壓邊修剪部件40的內(nèi)周邊。內(nèi)周緣28的準確定位可由后續(xù)的金屬成形操作的操作性需求決定并且根據(jù)一個實施方式通常通過復(fù)雜的計算機建模算法確定,該算法對形成期望的部件的所必需的壓邊材料的量進行計算。盡管內(nèi)周緣的邊緣30和32在此被顯示為線性且平行的邊緣,邊緣34和36被顯示為線性且非平行的邊緣,但是應(yīng)該理解這些示例性邊緣可假定包含非線性形式的各種其它形式并且不限于該特定實施方式。例如,盡管內(nèi)周緣28位于壓邊修剪部件40的內(nèi)側(cè),但是壓邊修剪部件40的某些小部分可以延伸超過部件修剪線。
壓邊修剪部件40通常是繞著金屬板材周邊的至少一部分延伸的外周部件,從而在金屬成形工藝過程中,上成形模具和下成形模具可以靠在一起并夾緊在壓邊修剪部件40的不同側(cè)邊上。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解,繞著金屬板材10的外側(cè)的這種夾緊力阻止板材在成型工藝過程中被拉向到模具的中心 壓邊修剪部件40通常包括位于外周緣18與內(nèi)周緣28之間的材料,并且根據(jù)該實施方式減少了沿著切割邊緣24和26的壓邊材料的量。在常規(guī)的金屬板材中,切割邊緣26不包括任何凹陷;因而,可以要求切割邊緣26的外側(cè)與內(nèi)邊緣36之間的材料的總量(尺寸X;通常大約為3")作為這一個金屬板材的壓邊。同樣,右側(cè)相鄰的金屬板材也需要相同量的材料用于該金屬板材的壓邊部件(另一3"的材料,兩個金屬板材總共產(chǎn)生大約6"的壓邊材料)。然而,本申請的金屬板材具有這樣的非線性部分,該非線性部分將突起50用作金屬板材那一側(cè)上的壓邊材料,而凹陷52在相鄰的金屬板材中產(chǎn)生相應(yīng)的突起。因此,具有厚度X的單條壓邊材料(過去僅用于 一 個金屬板材的充足的壓邊材料)現(xiàn)在用作兩個相鄰的金屬板材的共享壓邊材料并減小了間距(pitch )。由于壓邊部件僅在金屬成形工藝過程中使用并在這之后被切除和丟棄,因此共享的壓邊修剪部件40的這種改進的使用減少了廢料量。
構(gòu)件.42位于內(nèi)周緣28的內(nèi)側(cè)并且通常對應(yīng)于金屬板材10的、構(gòu)成成形中的金屬部件的部分。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解,來自壓邊
修剪部件40的材料在金屬成形操作過程中可以并且通常會流到構(gòu)件42,但是最終制成組成部件的材料的主要部分來自構(gòu)件42。由于構(gòu)件的精確形狀、尺寸、特征、布置等可以不同于這里所示的示例性實施方式,因此附圖中所示的構(gòu)件42僅為了說明目的。
為了在相同的沖裁線上生產(chǎn)相同的部件,帶有非線性部分的切割邊緣優(yōu)選地被設(shè)計成生產(chǎn)相鄰的金屬板材,相鄰的金屬板材在被翻轉(zhuǎn)或以其它的方式被操縱時是相同的。例如,突起60優(yōu)選地與凹陷62的尺寸相同;因此,當凹陷62形成時,在相鄰的部件中產(chǎn)生與突起60等同的突起。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3,其中示出了金屬板材組件200的實施方式,可在后續(xù)的制造過程中對金屬板材組件200進行沖壓、拉延和拉深或其它處理來形成三維金屬部件。根據(jù)一個實施方式,金屬板材組件200特別適合用作汽車的兩片前內(nèi)側(cè)門板,將在下面對此進行描述。當然,汽車前門板僅是可使用這種金屬板材組件的潛在應(yīng)用中的一個示例,還存在大量的其它示例,例如包含后門板、非汽車的板以及補焊板等。根據(jù)該實施方式,金屬板材組件200是拼焊板材,其包括通過焊縫214焊接至薄金屬板材212的厚金屬板材210 (類似于圖1和2中的金屬板材10和100)。厚金屬板材210可用于支撐門鉸鏈,因為門鉸鏈相比門板的其它部件通常需要更厚和更結(jié)實的材料以安裝于其上。如果在整個前內(nèi)側(cè)門板上使用該更厚的材料,那么板會相當?shù)刂厍野嘿F。因而,薄金屬板材212用于前內(nèi)側(cè)門板的其余部分,也就是說用于不需要與鉸鏈區(qū)域具有相同強度的那些部分。因此,金屬板材組件200形成了實現(xiàn)其結(jié)構(gòu)目標的兩片前內(nèi)側(cè)門板,并且用更輕的重量、更少的材料以及更低的成本實現(xiàn)該目標。焊縫214可依據(jù)所選擇的焊接工藝而起始或結(jié)束于焊點216,并優(yōu)選地通過激光焊、壓平縫焊或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的某些其它焊接技術(shù)形成。
接著金屬板材組件200可形成具有多個成形特征的前內(nèi)側(cè)門板,包含輪廓為虛線的示例性袋狀件(pocket) 230。即使可以預(yù)想到前內(nèi)側(cè)門板具有除袋狀件230之外的多個成形特征,但是這里為了說明和簡化僅示出了袋狀件。為了說明而從前內(nèi)側(cè)門板省去的成形特征的示 例包括例如用于窗的切口 、用于接納內(nèi)部門模塊的保持特征以及用于 容納電致動器的空間等。在示例性金屬成形操作過程中,有時被稱為 拉延筋的、圍繞上模具和下模具(這里未示出)的周邊設(shè)置的陽筋條
結(jié)構(gòu)和陰筋條結(jié)構(gòu)壓在壓邊修剪部件240上,從而圍繞部件242的周 邊形成拉長的筋條區(qū)域232。在該工藝過程中還可形成一個或多個附 加的筋條區(qū)域234和236(所有的筋條區(qū)域由虛線表示)。筋條區(qū)域234 和236的添加以及這些筋條區(qū)域的尺寸、構(gòu)造、深度等通過通常控制 在成形過程中從壓邊修剪部件240拉延至部件242的材料量來提供更 大的工藝控制。在鄰近或接近筋條區(qū)域的區(qū)域中對材料流動的這種控 制或操縱是最重要的,大多數(shù)筋條區(qū)域優(yōu)選地位于壓邊修剪部件240 的邊界內(nèi)。應(yīng)該理解,雖然這里所示出的示例性筋條區(qū)域234完全包 含在突起248、 252和平坦部分258中,但是筋條區(qū)域可以延伸超出這 些構(gòu)造并延伸到相鄰的凹陷中。
根據(jù)這里所示出的實施方式,壓邊修剪部件240包括非線性部分 250,非線性部分250具有一系列突起246、 248、 252、 260、凹陷254、 266、 268和平坦部分256、 258,而這些不同構(gòu)造的包4舌和布置至少部 分地基于構(gòu)件242的期望特征。例如,如果在形成袋狀件230的過程 中需要額外的材料,那么凹陷254和266可沿著非線性部分被布置從 而鄰近袋狀件。在該示例中,凹陷254和266特意位于袋狀件230附 近,從而在形成三維金屬部件時可更容易地將材料拉延到袋狀件的輪 廓中。如圖3A所示,凹陷254和266位于沿著非線性部分250的特 定位置從而它們大體上沿著拉延線I與袋狀件230對準。拉延線代表 在例如拉延工藝的后續(xù)成形工藝過程中材料流動的大致方向,并非要 精確地詳細表示每個金屬微粒的確切流動。金屬微粒的確切和精確流 動可以遵循比由拉延線I所示意性表示的路線更為復(fù)雜的路線。 一種 用于確定拉延線的可能方法是使用成形仿真軟件,例如由ESI Group 提供的PAM-STAMP。在以上示例中,盡管圍繞凹陷254和266的材 料流動到袋狀件230,但是材料可從非線性部分250的其它項流動到 袋狀件230和/或構(gòu)件242的其它特征。可選地,如果希望約束或限制在鄰近袋狀件230的區(qū)域中的材料 流動的量,'那么可以將突起248和252設(shè)置成通過平坦部分258連接 以限定更大的突起區(qū)域。這樣做提供了附加的筋條區(qū)域234所需的壓 邊材料,從而增加了約束表面并提高了在所述區(qū)域中控制材料流動的 能力。在該具體示例中,平坦部分258沿著非線性部分250 ^皮定位成 使得從平坦部分258延伸至袋狀件230的拉延線II經(jīng)過兩個不同的筋 條區(qū)域,即,筋條區(qū)域232和234。相似的平坦部分以及其它的構(gòu)造 可以沿著非線性部分250選擇性地形成和設(shè)置,從而產(chǎn)生定制的非線 性部分,該非線性部分沿其長度是不一致的并且適合于成形中的特定 部件的需要。換種不同的方式描述,非線性部分250可以包括這樣的 構(gòu)造(例如凹陷、突起、平坦部分等),這些構(gòu)造相互之間具有不同的 形狀和/或尺寸且具有對上模具和下模具不同的約束表面。這些不同的 表面可以在例如拉延的金屬成形才乘作過程中導(dǎo)致從壓邊修剪部4牛240 流到構(gòu)件242的材料量不同。應(yīng)該理解,帶有突起、凹陷、平坦和其 它特征的定制的布置使人能夠操縱拉延或其它成形工藝的材料流動特 性,而無須對上模具和/或下模具進行相當費錢和費時的重新設(shè)置。取 而代之,可以在壓邊修剪部件240而不是成形工具中進行這種改變。
突起246、 248、 252可以^皮設(shè)計和設(shè)置成改善金屬板材的金屬成 形特性并且解決成形中的三維部件的特定需求。例如,希望突起252 具有特定的長度與寬度的關(guān)系,該特定的長度與寬度的關(guān)系與形成突 起的金屬板的厚度相關(guān)。對于厚度< 1.0 mm的金屬板原料(stock), 希望突起所具有的長度A和寬度B滿足關(guān)系B > A/3(尺寸'A, 是沿著其縱向軸線獲得的突起的長度,尺寸'B,是在中途點,即, 位于沿著長度A的一半長度的點處所測得的突起的寬度)。如果突起 具有均勻的寬度,那么可以在沿著突起的長度的任一點處獲得該寬度 尺寸。對于厚度在1.0 mm與1.5mm之間(含兩端值)的金屬4反原料, 希望突起的長度A和寬度B滿足關(guān)系B > A/3.5。對于厚度〉1.5mm 的金屬板原料,希望突起的長度A和寬度B滿足關(guān)系B> A/4。上 述關(guān)系依賴金屬板的厚度尺寸(gauge)的一個原因包括金屬成形的考 慮。金屬+反越薄(例如< 1.0 mm), 哭起在成形工藝過程中就越容易被扯開。因此,較厚的材料(例如> 1.5 mm)的強度通常足夠強壯以允 許更細或更細瘦(skinnier)的突起。盡管非線性部分250可以包括不 符合以上關(guān)系的 一 個或多個突起,在例如汽車前內(nèi)側(cè)門板的應(yīng)用中通 常希望這種關(guān)系的存在。
根據(jù)非線性部分250的另一方面,當突起260和凹陷262的位置 與像這里所示的金屬板材組件200結(jié)合使用時,突起260和凹陷262 的位置尤其有利。突起260位于非線性部分250的一端并且鄰近焊縫 214以改善焊接的完整性。在某些成形操作過程中,焊縫端點216可 構(gòu)成焊縫的脆弱點并易于裂開或者失去其結(jié)構(gòu)完整性中的某些。通過 將焊縫端點216設(shè)置在突起260上,該點遠離前內(nèi)側(cè)門板的、在成形 工藝過程中承受最大應(yīng)力的內(nèi)側(cè)部分。因此,在焊縫端點216處出現(xiàn) 的任何分離是在隨后被切除并丟棄的壓邊修剪部件240的一部分,而 不是最終的門板的一部分。與此相反的是這樣的情形,即,凹陷262 代替突起260沿著焊縫214被設(shè)置。如果出現(xiàn)與焊縫端點的分離,那 么這種分離可能在附近的部件修剪線上延伸,可能會導(dǎo)致門板"^艮廢。
突起260的尺寸和形狀可能影響后續(xù)的金屬成形操作。比如,突 起260的寬度'C,可與突起246、 248、 252的長度'A,相關(guān)并且優(yōu) 選地滿足關(guān)系C > A。如果尺寸C太小,那么可能沒有足夠的表面 讓筋條結(jié)構(gòu)在金屬成形操作過程中接觸和保持焊縫214內(nèi)及其周圍的 材料。示例性筋條區(qū)域232和236被示出為位于突起260中并可^f更于 在金屬成形操作過程中對焊縫區(qū)域進行適當?shù)鼐S護。根據(jù)該實施方式, 突起260經(jīng)由過渡點264與相鄰的凹陷268連接,過渡點264在突起 的上邊緣與側(cè)邊緣之間形成鈍角0。如果采用沖裁工藝制造金屬板材 210,那么鈍角6可能會有幫助,因為它便于沖裁后的部件的容易脫開 并且給予突起260這樣的形狀,該形狀在拉延工藝過程中控制材料流 動并且不會危害焊縫214的質(zhì)量。
由突起260的布置而產(chǎn)生的另 一 優(yōu)點是增加了沿著焊縫214的壓 邊材料,這使得能夠在鄰近焊縫的區(qū)域中設(shè)置一個或多個附加的筋條 區(qū)域236。已經(jīng)發(fā)現(xiàn),在成形操作過程中,沿著焊縫的區(qū)域比金屬板 材組件200的其它區(qū)域更易于失敗。 一種可能的解釋是在材料^皮拉延到前內(nèi)側(cè)門板中時,來自厚板材部件210和薄板材部件212的材料以 不同的方式流動。因此,位于焊縫214的一側(cè)的材料可能與焊縫214 一起拉動位于焊縫的另一側(cè)的材料。筋條區(qū)域236的添加減少了從該 區(qū)域被拉延和拉動的材料量,從而降低了焊縫214分裂或破裂的可能 性。
沿著焊縫214的區(qū)域并不是受益于突起260的布置的唯一區(qū)域。 作為突起262的補充且與突起262同時形成的凹陷262也可以改善金 屬板材組件200的可成形性。如圖3所示,凹陷262通常位于金屬板 材組件200的外側(cè)拐角并可防止各種表面變形,包括不希望出現(xiàn)的褶 疊。在某些情況下,由于施加在限定拐角的相交處的橫向應(yīng)力,形成 拐角可能會產(chǎn)生例如摺疊或褶皺的各種表面缺陷中的 一 種。在前內(nèi)側(cè) 門板的外側(cè)拐角處設(shè)置凹陷262可以減小這些應(yīng)力中的某些并且可以 改善該部件的可成形性。當然,凹陷對成形產(chǎn)生的特定作用很大程度 上取決于例如成形中的門^反或其它部件的形狀和其它特4i的因素。
金屬板材一關(guān)殳包括一個或多個定位特征292、 294,定位特征292、 294圍繞工件的外周邊被設(shè)置并且有助于確保將金屬工件正確地定位 在成形模具中。根據(jù)幾個不同的實施方式中的一個,這些定位特征可 以整體地形成于非線性部分250中。例如,可以通過將相應(yīng)的定位特 征設(shè)置在上成形模具和/或下成形模具中,簡單地將突起246、 248、 252 和凹陷254、 266、 268中的一個或多個用作定位特征是可能的。從而 不需要形成單獨的定位特征,因為還可以將非線性部分250的部件用 于此目的。4艮據(jù)不同的實施例,可以通過在突起、凹陷和平坦部分的 任何組合上形成突片、缺口等,在非線性部分250上形成定位特征292、 294 (未示出的示例)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解,例如拉延的成形工藝在工件中產(chǎn)生的 部分比被較小程度拉延或根本未被拉延的其它部分薄弱。由于在成形 的部件中需要的強度最低,這些薄弱的部分通常規(guī)定必須使用的材料 的厚度和/質(zhì)量。通過對壓邊修剪部件240更具體地是對非線性部分 250進行設(shè)計而對材料流動特性進行操縱和控制,有時可以加強成形 的部件的最薄弱部分的強度,從而可以使用較薄或質(zhì)量較輕的材料。例如,如果將圍繞袋狀件230的區(qū)域確定為成形后的前內(nèi)側(cè)門板的最 薄弱部分,那么可以采用非線性部分250來加強或增厚該袋狀件。既 然曾經(jīng)被認為是最薄弱的連接部分的袋狀件230得到了加強,那么可 以減小金屬板材210的整體厚度或者金屬的質(zhì)量來節(jié)約成本。當然應(yīng) 該iU只到,可以將壓邊i奮剪部件240、非線性部分250和非線性部分 的各種特征包含在金屬板材210和/或金屬板材212的一個或多個邊緣 中,或者可將其與單片的板材(即,在金屬成形操作前未焊接至另一 板材的單一板材)共同使用。在一個實施方式中,金屬板材組件200 的所有外周邊緣具有在其上延伸的某些定制的非線性部分。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖4,圖中所示的流程圖說明了用于形成三維金屬結(jié)構(gòu) 的方法的實施方式300的主要步驟中的一些。首先,在步驟302中, 接收金屬板巻,并且通過浸潤(treating )、清洗和/或裁切鋼巻、將例
任何其它的必要處理步驟來對金屬板巻進行處理。 一旦金屬板巻得到 了正確處理,那么在步驟304中對金屬板巻進行沖裁操作,其中產(chǎn)生 均具有類似于圖1和2所示的外周緣的多個金屬板材。如上面所解釋 地,鄰接的金屬板材的壓邊部件具有共享材料的相應(yīng)的突起和凹陷, 從而減小了所需的材料的總量。根據(jù)一個實施方式,接著在步驟306 中,將單個金屬板材中的每一個激光焊接或以其它方式焊接至具有不 同厚度或等級的金屬板件,從而產(chǎn)生拼焊板材組件。然而這是一個可 選的步驟,因為也可以使用具有如上所述的壓邊部件的非拼焊板材組 件。接著,在步驟308中,對金屬板材組件(無論是拼焊或非拼焊板 材組件)進行形成期望的部件的各種輪廓的金屬成形操作。
根據(jù)一個沖壓操作實施方式,將金屬板材插在上模具與下模具之 間并沿著作為壓邊修剪部件的外側(cè)部分將金屬板材夾緊。兩個模具中 的 一個包括陽部件或陽筋,該陽部件或陽筋繞著模具的外周邊延伸并 且與另 一模具的互補的陰部件或溝槽配接,從而包括各種突起的壓邊
^修剪部件凈皮約束在該陽部件或陽筋與陰部件或溝槽之間。這樣在金屬 板材組件的頂側(cè)和底側(cè)產(chǎn)生了適當?shù)募s束力,從而防止該金屬板材組 件在沖壓過程中過于自由地(可能會引起褶皺)或過于限制性地(可能使金屬板材被撕裂或分裂)被拉延到模具腔中。可以使用大量不同 的筋條結(jié)構(gòu)中的一個,包括正方形、梯形、半圓形或其它已知的構(gòu)造。 一旦金屬板材材料被適當?shù)乩拥搅岁幠>叩某尚吻恢胁⑶倚纬善谕?br>
的形狀,那么在步驟310中釋放部件并且去除壓邊修剪部件。用于去
除壓邊修剪部件的實際方法可以不同,可以包括例如激光切割、水射 流、模切等的技術(shù)。當然應(yīng)該理解,上述方法步驟的描述僅是在這種 操作中使用的主要步驟中的一些的示例性說明,并且可以對該過程進 行很多改變。例如,可以采用特定的拉深、拉伸成形、壓制成形以及 其它的沖壓技術(shù)。
在圖5中示出了用于設(shè)計金屬板材的壓邊修剪部件的方法的實施 方式400,其中金屬板材用于后續(xù)的金屬成形操作以制成建議的部件。 /人步驟402開始,該方法纟丸行成形仿真,該成形仿真分析建i義的部件 上的金屬成形操作。根據(jù)一個實施方式,成形仿真是基于計算機的成 形仿真,該仿真采用非線性有限元分析來仿真金屬成形操作并且預(yù)測 共同的缺陷(例如分裂、撕裂、褶皺、褶疊、回彈、材料變薄等)以 及各部分的拉進(draw-in)距離。如上所述,用于執(zhí)行這種仿真的一 種合適的程序是ESI Group所售的PAM-STAMP;然而,當然可以使 用其它的程序來代替。根據(jù)另一實施方式,成形仿真是基于物理的成 形仿真,例如圓形網(wǎng)格分析(circle-grid analysis ),其通過觀測拉進距 離等分析材料流動。在其它的輸出中,步驟402優(yōu)選地識別出壓邊修 剪部件的、可能發(fā)生顯著材料流動的一個或多個部分;這些部分被稱 為"目標成形部分"并且可通過它們各自的拉進距離確定。在一個實 施方式中,步驟402甚至識別出建議的壓邊修剪部件的、可能出現(xiàn)最 大才立進距離的部分或一側(cè)。
接著,步驟404執(zhí)行排料仿真,該排料仿真分析建議的部件在金 屬板原料(例如,巻、平板等)上的不同布置以確定如何最有效地布 置建議的部件,從而減少廢料量。在一個實施方式中,排料仿真由多
種基于計算機的排料仿真軟件中的一種執(zhí)行。這種基于計算機的排料 仿真軟件可以包括如下的版本例如允許翻轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)動或以其它方式操
縱金屬板原料、考慮所使用的剪切、切割或沖裁工具的局限性以及可以識別出金屬板原料上的缺陷等。用于執(zhí)行這種仿真的 一個合適的程
序是由Javelin Technologies所售的BlankNest;然而,當然可以采用其 它的程序代替。除了大量的其它輸出之外,可以希望步驟404識別出 壓邊々多剪部件的、可以通過^f吏用如上述的非線性部分節(jié)約壓邊^(qū)f"剪材 料的一個或多個部分。下面將這些部分稱為"目標排料部分"。如果沒 有識別出任何的目標排料部分,那么可能有必要重新執(zhí)行排料仿真, 從而以不同的方式在金屬板材料上轉(zhuǎn)動或布置建議的部件。
才妄著,步驟406利用上面所識別的目標成形部分和目標排料部分 確定例如非線性部分250的非線性部分的最佳壓邊修剪位置。因而, 最佳壓邊修剪位置的設(shè)置要注意金屬成形方面的考慮(即,目標成形 部分)和減少廢料方面的考慮(即,目標排料部分)。換種說法,方法 400基于金屬成形方面的考慮確定非線性部分的、繞著壓邊修剪部件 的最佳位置,基于減少廢料方面的考慮確定非線性部分的、繞著壓邊 修剪部件的最佳位置,然后尋求解決或滿足這兩種因素的共同位置; 這種共同或重疊的位置對應(yīng)于最佳壓邊修剪位置。在某些情形下,壓 邊修剪部件的、最多材料可能流動的部分與可以節(jié)省最多金屬廢料的 部分匹配;該公共的部分是非線性部分的最可能的位置。在其它情形 下,壓邊修剪部件的、具有第二或第三多的材料運動的部分對應(yīng)于節(jié) 省最多金屬廢料的部分。在這種情況下,步驟406可以考慮所有的因 素并且基于包括金屬成形方面的考慮、減少金屬廢料方面的考慮等的 全部情形進行決策。
一旦確定了最佳壓邊修剪位置,步驟408設(shè)計出非線性部分,該 非線性部分具有突起、凹陷、平坦部分以及專門為最佳壓邊修剪位置 和建議的部件設(shè)計的其它構(gòu)造。如上面所解釋地,可向袋狀件、凸出、 平坦部分以及其它的部件特4i附近的非線性部分添加例如凹陷的構(gòu)造 以促進區(qū)域中的材料流動;可通過為上模具和下模具提供壓緊于其上 的壓邊材料來添加例如突起的構(gòu)造以限制材料流動;可沿著非線性部 分插入例如平坦部分的構(gòu)造以容納拉延筋條、鎖緊筋條以及在拉延操 作過程等中更進一步限制材料流動的其它類型的特征。這些構(gòu)造的精 確布置、尺寸、形狀、數(shù)量等主要由例如建議的部件和最佳壓邊修剪位置的要求的因素決定。
應(yīng)該理解,以上描述并非對發(fā)明本身的限定,而是對本發(fā)明的一 個或多個優(yōu)選的示例性實施方式的描述。本發(fā)明不限于本文所公開的具體實施方式
。另外,包含在以上描述中的陳述涉及具體實施方式
但 是不構(gòu)成對本發(fā)明的范圍或者對權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語的定義的 限制,除非在以上對術(shù)語或短語進行了清楚地定義。各種其它實施方 式以及對所公開的實施方式的各種改變和修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員
是顯而易見的。例如,結(jié)合圖4和5所描述的具體方法僅是示例性的 步驟序列,因而還可以采用大量的其它序列,包括添加步驟、省去步 驟和/或帶有不同步驟的序列??梢杂山饘侔宕娼饘賻喰纬蓭в猩鲜?的壓邊修剪部件的金屬板材。而且,不僅在示例性實施方式中所示的 外側(cè)切割邊緣上,還可以在內(nèi)側(cè)切割邊緣上使用上述的非線性部分。 所有這樣的其它實施方式、改變和修改都落在所附的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
本說明書和權(quán)利要求書中所使用的用語"例如"、"比如"、"像" 和"如,,,以及動詞"包括"、"具有"、"包含"及它們的其它動詞形式 在結(jié)合一組一個或多個部件或其它項使用時,均被解釋為開放的,意 味著該組不應(yīng)被認為是排除其它附加的部件或項目。其它的術(shù)語應(yīng)被 解釋為采用其最廣義的合理意義,除非它們在需要不同理解的上下文 中使用。
權(quán)利要求
1.一種在金屬成形操作中使用的金屬板材(10,100,210),包括外周緣(18),具有至少一個切割邊緣(24,26,102);壓邊修剪部件(40,240),位于所述外周緣(18)的內(nèi)側(cè)并且具有非線性部分(250),所述非線性部分(250)沿著所述切割邊緣(24,26,102)延伸并包括第一突起和第二突起(50,60,104,246,248,252,260),所述壓邊修剪部件(40,240)有助于在金屬成形工藝過程中將所述金屬板材(10,100,210)保持就位;以及構(gòu)件(42,242),位于所述壓邊修剪部件(40,240)的內(nèi)側(cè),所述第一突起和所述第二突起(50,60,104,246,248,252,260)i)彼此的形狀和/或尺寸不同,以及ii)在所述金屬成形操作過程中向所述構(gòu)件(42,242)提供不同量的材料,并且提供給所述構(gòu)件(42,242)的材料量至少部分地基于所述突起(50,60,104,246,248,252,260)的不同形狀和/或尺寸。
2. 如權(quán)利要求1所述的金屬板材,其中,選自所述第一突起(50,60, 104, 246, 248, 252, 260)、所述第二突起(50, 60, 104, 246,248, 252, 260)、凹陷(52, 62, 106, 254, 262, 266, 268)或平坦部分(256,258)中的至少一個構(gòu)造被布置在沿著所述非線性部分(250)的特定位置,從而所述至少一個構(gòu)造對應(yīng)于所述構(gòu)件(42, 242)的特征(230 )。
3. 如權(quán)利要求2所述的金屬板材,其中,所述至少一個構(gòu)造沿著拉延線(1, II)與所述構(gòu)件的特征(230)對準,從而材料在從所述構(gòu)造向所述特征(230)的方向上流動。
4. 如4又利要求3所述的金屬板材,其中,所述至少一個構(gòu)造是凹陷(52, 62, 106, 254, 262, 266, 268),而所述構(gòu)件的特征(230)是袋狀件。
5. 如權(quán)利要求2所述的金屬板材,其中,所述至少一個構(gòu)造容納筋條區(qū)域(232, 234, 236)并且沿著拉延線(I, II)與所述構(gòu)件的特征(230)對準,從而所述筋條區(qū)域(232, 234, 236)約束從所述構(gòu)造向所述特征(230)的方向上的材料流動。
6. 如權(quán)利要求1所述的金屬板材,其中,所述第一突起和所述第二突起(50, 60, 104, 246, 248, 252, 260)的尺寸依賴于所述金屬板材(10, 100, 210)的厚度;如果所述金屬板材(10, 100, 210)的厚度<1.0 mm,那么所述第一突起和所述第二突起(50, 60, 104, 246, 248, 252, 260)滿足關(guān)系B>A/3;如果所述金屬板材(10, 100, 210)的厚度在1.0 mm與1.5 mm之間,包含兩端值,那么所述第一突起和所述第二突起(50, 60, 104,246, 248, 252, 260)滿足關(guān)系B>A/3.5;以及如果所述金屬板材(10, 100, 210)的厚度〉1.5 mm,那么所述第一突起和所述第二突起(50, 60, 104, 246, 248, 252, 260)滿足關(guān)系B>A/4;其中,尺寸'A,是沿著縱向軸線取得的所述突起(50, 60, 104,246, 248, 252, 260)的長度,而尺寸'B,是在中途點測量的所述突起(50, 60, 104, 246, 248, 252, 260)的寬度。
7. 如權(quán)利要求1所述的金屬板材,其中,所述第一突起(60, 260)位于所述非線性部分(250)的端部,從而所述第一突起(60, 260)鄰近于將所述金屬板材(10, 100, 210)連接至第二金屬板材(212)的焊縫(214)。
8. 如權(quán)利要求7所述的金屬板材,其中,所述第一突起(60, 260)滿足關(guān)系C>A;其中,尺寸'C,是所述第一突起(60, 260)的寬度,而'A,是所述第二突起(50, 104, 246, 248, 252)的長度。
9. 如權(quán)利要求7所述的金屬板材,其中,所述第一突起(60, 260)包括位于所述第一突起(60, 260)的、與所述焊縫(214)相反的一側(cè)的過渡點(264),所述過渡點(264)在所述第一突起(60, 260)的上邊緣與側(cè)邊緣之間形成鈍角e。
10. 如權(quán)利要求7所述的金屬板材,其中,所述第一突起(60,260)容納至少一個筋條區(qū)域(236),所述筋條區(qū)域(236)從所述第一突起(60, 260)越過所述焊縫(214)延伸到所述第二金屬板材(212)中。
11. 如權(quán)利要求7所述的金屬板材,其中,凹陷(62, 262)位于所述非線性部分(250)的、與所述第一突起(60, 260)相反并位于所述金屬板材(10, 100, 210)的拐角的一端,從而所述凹陷(62,262)有助于金屬成形工藝。
12. 如權(quán)利要求1所述的金屬板材,其中,所述非線性部分(250)對應(yīng)于相鄰的金屬板材的壓邊修剪部件中的互補的非線性部分,從而能夠在這兩個非線性部分之間共享壓邊材料。
13. —種在金屬成形操作中使用的金屬板材(10, 100, 210),包括外周緣(18),具有至少一個切割邊緣(24, 26, 102);壓邊修剪部件(40, 240),位于所述外周緣(18)的內(nèi)側(cè)并且具有非線性部分(250),所述非線性部分(250)沿著所述切割邊緣(24,26, 102)延伸并包括突起(50, 60, 104, 246, 248, 252, 260)、凹陷(52, 62, 106, 254, 262, 266, 268)或平坦部分(256, 258 ),所述壓邊修剪部件(40, 240)有助于在金屬成形工藝過程中將所述金屬板材(10, 100, 210)保持就位;以及構(gòu)件(42, 242),位于所述壓邊修剪部件(40, 240)的內(nèi)側(cè),所述突起(50, 60, 104, 246, 248, 252, 260)、所述凹陷(52, 62,106, 254, 262, 266, 268)或所述平坦部分(256, 258 ):i) 被布置在沿所述非線性部分(250)的特定位置并且對應(yīng)于所述構(gòu)件(42, 242)的一個或多個特征(230),以及ii) 使所述非線性部分(250)沿其長度不一致。
14. 如權(quán)利要求13所述的金屬板材,其中,所述非線性部分(250)還包括形狀和/或尺寸彼此不同的第一突起和第二突起(50, 60, 104,246, 248, 252, 260),并且所述第一突起和所述第二突起(50, 60,104, 246, 248, 252, 260)向所述構(gòu)件(42, 242)提供不同量的材料,并且所提供的材料量至少部分地基于所述突起(50, 60, 104, 246,248, 252, 260)的不同形狀和/或尺寸。
15. 如權(quán)利要求13所述的金屬板材,其中,選自所述突起(50,60, 104, 246, 248, 252, 260)、所述凹P各(52, 62, 106, 254, 262,266, 268)或所述平坦部分(256, 258 )中的至少一個構(gòu)造沿著4立延線(I, II)與所述構(gòu)件的特征(230)對準,從而材料在從所述構(gòu)造向所述特征(230)的方向上流動。
16. 如權(quán)利要求15所述的金屬板材,其中,所述至少一個構(gòu)造是凹陷(52, 62, 106, 254, 262, 266, 268),而所述構(gòu)件的特征(230)是袋狀件。
17. 如權(quán)利要求13所述的金屬板材,其中,選自所述突起(50,60, 104, 246, 248, 252, 260)或所述平坦部分(256, 258 )中的至少一個構(gòu)造容納筋條區(qū)域(232, 234, 236)并沿著拉延線(I, II)與所述構(gòu)件的特征(230 )對準,從而所述筋條區(qū)域(232, 234, 236)約束材料在從所述構(gòu)造向所述特征(230)的方向上的流動。
18. 如權(quán)利要求13所述的金屬板材,其中,所述突起(50, 60,104, 246, 248, 252, 260)的尺寸依賴于所述金屬板材(10, 100,210)的厚度;如果所述金屬4反材(10, 100, 210)的厚度<1.0 mm,那么所述突起(50, 60, 104, 246, 248, 252, 260)滿足關(guān)系B>A/3;如果所述金屬一反材(10, 100, 210)的厚度在1.0 mm與1.5 mm之間,包含兩端值,那么所述突起(50, 60, 104, 246, 248, 252,260)滿足關(guān)系B>A/3.5;以及如果所述金屬板材(10, 100, 210)的厚度>1.5 mm,那么所述突起(50, 60, 104, 246, 248, 252, 260)滿足關(guān)系B>A/4;其中,尺寸'A,是沿著縱向軸線取得的所述突起(50, 60, 104,246, 248, 252, 260)的長度,而尺寸'B,是在中途點測量的所述突起(50, 60, 104, 246, 248, 252, 260)的寬度。
19. 如權(quán)利要求13所述的金屬板材,其中,所述突起(60, 260)位于所述非線性部分(250)的端部,從而所述突起(60, 260)鄰近于將所述金屬板材(10, 100, 210)連接至第二金屬板材(212)的焊縫(214)。
20. 如權(quán)利要求19所述的金屬板材,其中,所述突起(60, 260)滿足關(guān)系C>A;其中,尺寸'C,是所述突起(60, 260)的寬度,'A,是第二突起(50, 104, 246, 248, 252)的長度。
21. 如權(quán)利要求19所述的金屬板材,其中,所述突起(60, 260)包括位于所述突起(60, 260)的、與所述焊縫(214)相反的一側(cè)的過渡點(264),所述過渡點(264)在所述突起(60, 260)的上邊緣與側(cè)邊緣之間形成鈍角P。
22. 如權(quán)利要求19所述的金屬板材,其中,所述突起(60, 260) 容納至少一個筋條區(qū)域(236 ),所述筋條區(qū)域(236 )從所述突起(60, 260)越過所述焊縫(214)延伸到所述第二金屬板材(212)中。
23. 如權(quán)利要求19所述的金屬板材,其中,凹陷(62, 262)位 于所述非線性部分(250)的、與所述突起(60, 260)相反并位于所 述金屬板材(IO, 100, 210)的拐角的一端,從而所述凹陷(62, 262) 有助于所述金屬成形工藝。
24. 如權(quán)利要求13所述的金屬板材,其中,所述非線性部分(250) 對應(yīng)于相鄰的金屬板材的壓邊修剪部件中的互補的非線性部分,從而 能夠在這兩個非線性部分之間共享壓邊材料。
25. —種在金屬成形操作中使用的金屬板材組件(200),包括 第一金屬板材(10, 100, 210),具有帶非線性部分(250)的壓邊修剪部件(40, 240),所述非線性部分(250)包括至少一個突起(60, 260)和至少一個凹陷(62, 262),所述壓邊修剪部件(40, 240)有 助于在金屬成形工藝過程中將金屬板材組件(200)保持就位; 第二金屬板材(212);以及將所述第一金屬板材(10, 100, 210)和所述第二金屬板材(212) 連接在一起的焊縫(214),所述突起(60, 260)位于所述非線性部分 (250)的第一端,從而所述突起(60, 260)鄰近所述焊縫(214)并 且改善焊接的完整性,所述凹陷(62, 262)位于所述非線性部分(250) 的第二端,從而所述凹陷(62, 262)位于所述金屬板材組件(200) 的拐角并且有助于金屬成形工藝。
26. 如權(quán)利要求25所述的金屬板材組件,其中,所述金屬板材組 件(200)是拼焊板材組件,所述第一金屬板材(IO, 100, 210)是厚 金屬板材,所述第二金屬板材(212)是薄金屬板材,而所述焊縫(214)是將所述厚金屬板材(10, 100, 210)和所述薄金屬板材(212)連接 在一起的對接焊縫。
27. 如權(quán)利要求26所述的金屬板材組件,其中,所述金屬板材組 件(200)是用于車輛的兩片前內(nèi)側(cè)門板,所述厚金屬板材(IO, 100, 210)用于支撐門鉸鏈,所述薄金屬板材(212)用于所述門板的其余 部分。
28. —種用于設(shè)計金屬板材(10, 100, 210)的壓邊修剪部件(40, 240)的方法,包括以下步驟(a) 執(zhí)行成形仿真,所述成形仿真分析建議的部件上的金屬成形 操作,所述成形仿真確定至少一個目標成形部分;(b) 執(zhí)行排料仿真,所述排料仿真分析所述建議的部件在金屬板 原料上的不同布置,所述排料仿真確定至少 一個目標排料部分;(c )利用所述目標成形部分和所述目標排料部分來確定非線性部 分(250)的最佳壓邊修剪位置,所述最佳壓邊修剪位置考慮金屬成形 方面的考慮和減少金屬廢料方面的考慮;以及(d)設(shè)計出非線性部分(250),所述非線性部分(250)具有專 門為所述最佳壓邊修剪位置和所述建議的部件設(shè)計的構(gòu)造的組合。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法,其中,步驟(a)進一步包括執(zhí) 行釆用非線性有限元分析的基于計算機的成形仿真。
30. 如權(quán)利要求28所述的方法,其中,步驟(a)進一步包括進 行采用圓形網(wǎng)格分析的基于物理的成形仿真。
全文摘要
一種金屬板材(10,100,210),包括壓邊修剪部件(40,240),壓邊修剪部件(40,240)具有帶非線性部分(250)的至少一個切割邊緣(24,26,102)。所述非線性部分(250)的產(chǎn)生同時在相鄰的金屬板材的壓邊修剪部件中形成了相應(yīng)的部分,從而可在這兩個金屬板材之間共享壓邊材料。這樣減少了金屬廢料量,因為隨后所述壓邊修剪部件(40,240)被切除和丟棄。另外,所述非線性部分(250)可包括一個或多個戰(zhàn)略性設(shè)置的構(gòu)造,例如突起(50,60,104,246,248,252,260)、凹陷(52,62,106,254,262,266,268)或平坦部分(256,258)等,這些構(gòu)造使所述非線性部分沿其長度不一致并且特別適合成形中的部件的制造需求。
文檔編號B21D22/22GK101641168SQ200880006337
公開日2010年2月3日 申請日期2008年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者斯蒂芬·A·費特斯科, 約翰·R·艾握斯基, 詹姆士·W·沃爾瑟 申請人:夏伊洛工業(yè)公司