專利名稱：成形部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(qū)域內(nèi)形成有凹陷以減小模具型腔入口處的應(yīng)力。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的片材金屬成形工藝通常開(kāi)始于拉伸工序，其中，坯料被拉伸或者沖壓成所需形狀。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(yīng)力應(yīng)當(dāng)?shù)陀谄慕饘倥髁系那?yīng)力。如果該應(yīng)力超出了片材金屬坯料的屈服應(yīng)力，則在鑄模模具入口處的變形可能會(huì)導(dǎo)致材料形成分裂。拉伸工藝可劃分為幾個(gè)步驟以減少在鑄模型腔入口處的應(yīng)力。模具型腔入口處的應(yīng)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、摩擦力系數(shù)、進(jìn)入鑄模型腔入口處的圓角尺寸。如果在鑄模入口處的應(yīng)力超出了最大值，其后應(yīng)變局部化且坯料正在分裂，則可能需要使用多個(gè)拉伸模具用于深拉伸工序。如果增加了模具的數(shù)量，則會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的用于制造模具的支出。另外，如果需要多個(gè)拉伸模具，則必須在沖壓線中提供額外的拉伸沖壓機(jī)，或者必須在沖床中提供額外的工位。其他減少在模具型腔入口處應(yīng)力的途徑可包括使用充液拉深技術(shù)，其中，沖頭沖壓至放置在充滿液體的模具型腔中的坯料上。隨著沖頭接合坯料，由于流體對(duì)沖頭所施加的力的阻力，會(huì)環(huán)繞沖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(xì)節(jié)特征。另外，機(jī)動(dòng)車輛面板的充液拉深要求當(dāng)通過(guò)沖頭成形坯料時(shí)將數(shù)百升工藝用水泵入泵出模具型腔。由于需要將工藝用水泵入泵出模具型腔，所以會(huì)延長(zhǎng)工序周期。減少型腔入口處的應(yīng)力的另一個(gè)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(huán)之間的摩擦力的潤(rùn)滑劑。由于在拉伸工序期間施加的應(yīng)力，所以鋁合金以及高級(jí)高強(qiáng)度鋼(AHSS)會(huì)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(wèn)題。使用充液拉深工藝可增加拉伸面板的成形性，但是由于需要將工藝用水泵入泵出模具型腔，所以會(huì)較慢。上述問(wèn)題通過(guò)下面簡(jiǎn)要總結(jié)的本發(fā)明而得到解決。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種將坯料成形為部件形狀的方法，其中，通過(guò)施加液壓或者來(lái)自硬質(zhì)工具的壓力按順序?qū)⒉牧侠爝M(jìn)入一個(gè)或者多個(gè)凹陷中，以使得坯料在每個(gè)凹陷中成形。首先，施加壓力至外側(cè)凹陷，隨著面板邊緣接近模具型腔，隨后形成更多內(nèi)側(cè)凹陷。取決于拉伸工序的深度而可以增加凹陷的數(shù)量和深度。對(duì)于一些部件，單個(gè)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(gè)或更多凹陷以確保有足夠可用材料用于部件成形。拉伸凹陷有效地減少了邊緣寬度且還減少了在進(jìn)入模具入口處的應(yīng)力。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供用于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(duì)于該坯料的第一側(cè)的選定區(qū)域施加壓力。坯料成形進(jìn)入位于坯料第二側(cè)(即位于坯料選定區(qū)域的相反側(cè))的槽中。在選定區(qū)域釋放壓力且隨后該坯料被拉伸進(jìn)入模具型腔并從該槽中拉出。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(cè)的所述下模具中。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(cè)的所述模具中。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，槽在模具型腔中向下延伸。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，在將坯料成形進(jìn)入槽的步驟之前，該槽填充有流 體。根據(jù)本發(fā)明的其他方面，可以通過(guò)提供穿過(guò)在坯料夾具中形成的通道的受壓流體而在選定區(qū)域處施加壓力?？商娲?，在選定區(qū)域處施加壓力的步驟可進(jìn)一步包括將坯料和穿過(guò)坯料夾具通道的沖頭接合。在提供多個(gè)凹陷以確保足夠深度的拉伸而沒(méi)有超出的應(yīng)力的情況下，可以提供第一和第二選定區(qū)域以及第一和第二槽。釋放在第一選定區(qū)域的壓力的同時(shí)，在第一選定區(qū)域內(nèi)側(cè)且與坯料第一側(cè)相同的第二選定區(qū)域施加壓力。坯料成形進(jìn)入第一槽內(nèi)側(cè)的且位于坯料的選定區(qū)域相反側(cè)的坯料第二側(cè)的第二槽中。在拉伸步驟之前釋放在第二選定區(qū)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于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(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，模具可限定模具型腔，且第一和第二槽可形成在位于模具型腔之外的模具中。根據(jù)本發(fā)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(nèi)側(cè)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。隨后坯料被拉伸進(jìn)入該下模具以形成該拉伸面板件。根據(jù)后者的方法，通過(guò)將受壓液體導(dǎo)入至該坯料的上側(cè)以引起坯料成形，在下模具上的第一和第二槽成形區(qū)域中執(zhí)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，隨后在釋放在第一槽中的壓力后形成第二槽。在第二槽中的壓力釋放以后執(zhí)行將坯料拉伸進(jìn)入下模具的模具型腔中的步驟。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，成形第一和第二邊緣槽的步驟順序進(jìn)行，通過(guò)注入受壓液體至坯料的上側(cè)以引起坯料首先成形進(jìn)入位于下模具的第一槽成形區(qū)域隨后進(jìn)入第二槽成形區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)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(nèi)的壓力后成形第二槽。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，其中，在第二槽內(nèi)釋放壓力后執(zhí)行將坯料拉伸進(jìn)入下模具的步驟。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，其中，通過(guò)將坯料拉伸進(jìn)入第一槽中，通過(guò)將第一通道沖頭接合坯料的上側(cè)引起坯料成形進(jìn)入位于下模具的第一槽成形區(qū)域中，且隨后通過(guò)將坯料拉伸進(jìn)入第二槽成形區(qū)域中執(zhí)行第二邊緣槽的成形步驟。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，第一和第二槽順序成形，首先成形第一槽，在第一通道沖頭與坯料分離之后成形第二槽。根據(jù)本發(fā)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)入下模具中。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，所述方法進(jìn)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(jìn)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(jìn)入下模具以成形拉伸面板件?？商娲兀梢酝ㄟ^(guò)第一沖頭接合坯料的上側(cè)以導(dǎo)致坯料成形進(jìn)入在下模具中的第一槽成形區(qū)域中而將坯料拉伸成形第一槽，隨后坯料被拉伸進(jìn)入位于下模具中的第二槽成形區(qū)域中而執(zhí)行第二邊緣槽的成形步驟。第一和第二槽按順序通過(guò)通道沖頭首先成形第一槽，隨后當(dāng)?shù)谝煌ǖ罌_頭收回與坯料的接合后，形成第二槽。當(dāng)?shù)诙ǖ罌_頭收回與坯料的接合后，坯料被拉伸進(jìn)入下模具。當(dāng)執(zhí)行第一和第二邊緣槽的成形步驟時(shí)，下模具可包括填充有液體的第一和第二型腔。在本發(fā)明的另一個(gè)可替代實(shí)施例中，位于模具組的坯料夾持區(qū)域的坯料部分可被拉伸進(jìn)入凹陷，隨后其被拉伸進(jìn)入模具型腔。材料被拉伸進(jìn)入凹陷，且隨后拉伸進(jìn)入模具型腔的步驟可以重復(fù)一次或多次直至部件完全拉伸為希望的形狀。在下面結(jié)合附圖和下面說(shuō)明的實(shí)施例的具體說(shuō)明后，本發(fā)明的這些和其他特征將變得顯而易見(jiàn)。


圖I為顯示在沖壓機(jī)單個(gè)行程期間在一個(gè)工具內(nèi)成形拉伸部件的工序的簡(jiǎn)圖；圖2為由坯料夾具夾持在模具上的坯料簡(jiǎn)圖；圖3為坯料的截面簡(jiǎn)圖，其中，邊緣部分充液拉深為第一槽；圖4為坯料的截面簡(jiǎn)圖，其中，邊緣部分充液拉深為第一槽內(nèi)側(cè)的第二槽；圖5為拉伸為部件形狀的坯料的截面簡(jiǎn)圖；圖6為另一替代實(shí)施例的截面簡(jiǎn)圖，其中，坯料具有通過(guò)第一沖頭拉伸為第一槽的邊緣部分；圖7為圖6的實(shí)施例中的坯料截面簡(jiǎn)圖，顯示了坯料的邊緣部分通過(guò)第二沖頭拉伸為第二槽；圖8為圖6的實(shí)施例的截面簡(jiǎn)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(shí)施例的部分截面簡(jiǎn)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為利用沖頭的另一實(shí)施例的部分截面簡(jiǎn)圖，其中，在通過(guò)沖頭將周邊部分成形進(jìn)入槽之前向坯料下方的型腔提供流體進(jìn)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(jiǎn)圖，其中，材料被多次拉伸進(jìn)入凹陷并從凹陷中拉伸進(jìn)入模具型腔中。
具體實(shí)施例方式根據(jù)需要，在此揭示了本發(fā)明的具體實(shí)施例；然而，應(yīng)當(dāng)理解揭示的實(shí)施例僅僅為本發(fā)明的示例，其可以以多種可替代的形式實(shí)施。附圖無(wú)需按照比例繪制，可放大或縮小一些特征以顯示特定部件的細(xì)節(jié)。因此，在此揭示的具體結(jié)構(gòu)性和功能性細(xì)節(jié)不應(yīng)當(dāng)解釋為限制，而是僅用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種方式實(shí)施本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。參考圖1，坯料10顯示為其開(kāi)始進(jìn)入根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的制作工序。第一 步預(yù)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(yù)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(yù)成形料16具有形成在邊緣附近且在第一槽14內(nèi)側(cè)的第二槽18。最終拉伸部件20通過(guò)在圖5和圖8中描述的沖頭成形。參考圖2至圖5，示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，坯料10在一系列充液拉深步驟后形成為最終拉伸部件20。參考圖2，顯示了坯料10通過(guò)坯料夾具22夾持在下模具24上。在坯料夾具22中設(shè)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(shè)置了第二通道32，且下模具24設(shè)置了第二凹陷34。下模具24還設(shè)置了具有模具進(jìn)入圓角38的拉伸型腔36。圖5中顯示了沖頭40通過(guò)沖壓機(jī)(未顯示)沖入模具型腔36中以形成最終拉伸部件20。現(xiàn)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(yù)成形料12，其中，從流體源28提供的受壓流體穿過(guò)第一通道26，從而在由下模具24設(shè)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(yù)成形料16，其中，從流體源28提供的受壓流體經(jīng)由第二通道32，從而在由下模具24設(shè)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與置于拉伸型腔36中的沖頭40。最終拉伸部件20被拉伸通過(guò)模具入口圓角38，提供該圓角，以用于當(dāng)形成最終部件形狀20時(shí)減小金屬應(yīng)變。參考圖6至圖8，顯示了可替代的實(shí)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(guò)由沖壓機(jī)(未顯示)或者液壓油缸(未顯示)操作的沖頭形成。參考圖6，顯示了第一步預(yù)成形料12，其具有通過(guò)將坯料周邊部分拉伸進(jìn)入形成在下模具46中的第一凹陷50而由第一通道沖頭48形成的第一槽14。第一槽14被拉伸通過(guò)第一凹陷入口圓角52。參考圖7，第一步預(yù)成形料12 (在圖6中顯示)通過(guò)與第二通道沖頭54接合以在第二步預(yù)成形料16中形成第二槽18。金屬?gòu)牡谝徊?4(顯示在圖6中)中拉伸進(jìn)入形成在下模具46中的第二凹陷56中。當(dāng)?shù)谝徊筋A(yù)成形料12被拉伸進(jìn)入第二凹陷56中時(shí)，沿著第二槽入口圓角58拉伸第一步預(yù)成形料12。提供第二槽入口圓角58，以當(dāng)拉伸面板件進(jìn)入第二凹陷56時(shí)減小面板件上的應(yīng)變。參考圖8，顯示了在下模具46中設(shè)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(dāng)拉伸進(jìn)入拉伸型腔60中時(shí)，提供圓角62，用以減小面板件上的應(yīng)力。沖壓機(jī)(未顯示)驅(qū)動(dòng)沖頭64進(jìn)入拉伸型腔60并將第二步預(yù)成形料16成形為最終拉伸部件20的形狀。參考圖9，說(shuō)明了與圖2至圖4中的實(shí)施例不同的實(shí)施例，其中，不同之處在于在坯料上下都提供了液體。為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，在圖2至圖4和圖9中相應(yīng)部件以相同的標(biāo)號(hào)標(biāo)記。僅顯示了包括模組左側(cè)一半的模組部分。坯料10通過(guò)坯料夾具22夾持在下模具24 上。第一通道26設(shè)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(shè)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(guò)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中并與流體源28流體連通。在第一和第二凹陷30和34中的流體處于比在坯料夾具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(shuō)明了與圖5至圖8中不同的另一個(gè)可替代實(shí)施例，其中，不同之處在于在坯料10的上下都提供了液體。為簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，在圖5至8和圖10中使用相同標(biāo)號(hào)標(biāo)記相應(yīng)部件。僅顯示了包括模組的右側(cè)一半的模組部分。坯料10顯示為通過(guò)坯料夾具44被夾持在下模具46上。第一通道沖頭48位于坯料夾具44中，其由沖壓機(jī)(未顯示)或者液壓驅(qū)動(dòng)(未顯示)驅(qū)動(dòng)。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(guò)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中并與流體源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(shuō)明了另一個(gè)可替代實(shí)施例的方法，其中，位于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(jìn)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(yù)成形料76。第一步預(yù)成形料76的槽78隨后被拉伸進(jìn)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(jìn)入凹陷中以及隨后進(jìn)入模具型腔的步驟可以重復(fù)一次到多次直至將部件完全拉伸至希望的形狀。之后通過(guò)重新形成槽78制造第二步預(yù)成形料82，其隨后拉伸為第二拉伸料84。然后可以通過(guò)再成形槽78制作第三步預(yù)成形料86，其隨后拉伸為最終拉伸部件88。取決于需要的拉伸深度可以再次重復(fù)該方法。盡管上面描述了示例性的實(shí)施例，并不意味著這些實(shí)施例描述了本發(fā)明的所有可能形式。相反，在說(shuō)明書(shū)中使用的詞語(yǔ)是描述性而非限制性的，應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神以及保護(hù)范圍的情況下，可以做出多種變形。另外，可以組合多個(gè)實(shí)施例的特征以形成本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施例。
權(quán)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(duì)所述坯料的第一側(cè)在選定區(qū)域處施加壓力； 將所述坯料成形進(jìn)入設(shè)置在所述坯料的與所述選定區(qū)域相反的第二側(cè)的槽； 在所述選定區(qū)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(quán)利要求I所述的方法，其中，在所述選定區(qū)域施加壓力的所述步驟進(jìn)一步包括通過(guò)形成在所述坯料夾具中的通道提供受壓液體。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，在所述選定區(qū)域施加壓力的所述步驟進(jìn)一步包括接合所述坯料與穿過(guò)所述坯料夾具移動(dòng)的通道沖頭。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述選定區(qū)域?yàn)榈谝贿x定區(qū)域，且所述槽為第一槽，其中，所述方法進(jìn)一步包括 釋放在所述第一選定區(qū)域上的所述壓力； 在第一選定區(qū)域內(nèi)側(cè)的與所述坯料的第一側(cè)相同的第二選定區(qū)域施加壓力； 將所述坯料成形進(jìn)入第二槽，所述第二槽位于所述坯料的與所述選定區(qū)域相反側(cè)的第二側(cè)上的所述第一槽內(nèi)側(cè)； 在所述拉伸步驟之前釋放在所述第二選定區(qū)域上的壓力。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述在所述第二選定區(qū)域施加壓力的步驟進(jìn)一步包括通過(guò)形成在所述坯料夾具中的通道提供受壓液體。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述在所述第二選定區(qū)域施加壓力的步驟進(jìn)一步包括接合所述坯料和穿過(guò)所述坯料夾具的通道沖頭。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述模具設(shè)置有第一模具型腔，且在所述模具型腔外側(cè)的所述下模具上形成有所述第一和第二槽。
8.如權(quán)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(quán)利要求4所述方法，其中，在將所述坯料成形進(jìn)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(jìn)入所述第二槽之前所述第二槽填充有流體。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述模具設(shè)置有模具型腔，且所述槽形成在所述模具型腔外側(cè)的所述下模具中。
全文摘要
本發(fā)明提供一種成形部件的方法，其中，坯料順序地被拉伸進(jìn)入一個(gè)或者多個(gè)凹陷中以成形至少一個(gè)槽，其可用于拉伸進(jìn)入模具型腔。通過(guò)經(jīng)由通道施加液壓或者機(jī)械壓力而將所述坯料成形進(jìn)入凹陷中，從而成形每個(gè)槽。這些通道中可以填充有用以減小摩擦力的流體?？商娲?，可以將坯料的部分拉伸進(jìn)入凹陷中，以形成包括槽的第一步預(yù)成形料。在第一步預(yù)成形料拉伸步驟中，第一步預(yù)成形料的槽被拉伸進(jìn)入模具型腔中。將材料拉伸進(jìn)入凹陷以及隨后進(jìn)入模具型腔的步驟可以重復(fù)一次或多次直至該部件完全拉伸為希望的形狀。
文檔編號(hào)B21D22/20GK102672023SQ201210063790
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月14日
發(fā)明者謝爾蓋·法德勒威奇·高洛瓦申科 申請(qǐng)人:福特全球技術(shù)公司