專利名稱：用于在金屬板上成形尖銳造型線的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在金屬板上成形造型線。
背景技術(shù)：
汽車車身板通過在具有匹配堅硬表面的兩個沖模之間沖壓軟鋼的常規(guī)工藝來大批量生產(chǎn)。車輛制造商正在減少軟鋼面板的使用，并轉(zhuǎn)向使用鋁、先進(jìn)高強(qiáng)度鋼(AHSS)或超高強(qiáng)度鋼(UHSS)。鋁、AHSS和UHSS提供高強(qiáng)度/低重量來替代軟鋼，但相比于軟鋼來說卻具有較低的可成形性。較低的可成形性限制了造型線的曲率，并且與鋼板上的相應(yīng)造型線相比具有更大半徑的造型線。
在準(zhǔn)備本申請時考慮以下對比文件=Friedman等人的美國專利第6，952，941 B2號以及Golovashchenko的美國專利第7, 467, 532 B2號。

發(fā)明內(nèi)容
公開了用于在插入兩個模具之間的金屬板上成形造型線的設(shè)備。該設(shè)備具有由一個模具保持的彈性件以及從相對模具突出并與彈性件相對的成形邊緣。當(dāng)模具閉合時，成形邊緣接合金屬板以成形造型線。在造型線的成形期間，金屬板具有成形于其中的造型線的部分被推入彈性件中。成形邊緣使金屬板塑性變形同時使彈性件彈性變形。在一些實施例中，成形邊緣位于設(shè)置在相對模具中的工具保持通道中的工具插入件上，以相對于該模具可移動。可移動的工具插入件允許模具沖壓部件的其他特征，同時允許工具插入件以與模具不同的速率、不同的壓力、不同的角度或用不同的位移程度來成形造型線。在其他實施例中，一個模具可以限定孔，并且彈性件是設(shè)置于孔內(nèi)的彈性插入件，以方便更換彈性件。在另一個實施例中，可在彈性件上設(shè)置摩擦減小涂層，以延長彈性件的壽命并且?guī)椭尚谓饘侔?。摩擦減小涂層使成形期間由金屬板相對于彈性件的切向運(yùn)動所引起的不期望結(jié)果最小化。金屬板相對于彈性件的切向運(yùn)動產(chǎn)生可能損害彈性件并在金屬板的外觀中引起瑕疵的摩擦。摩擦減小涂層使得在成形造型線期間金屬板的切向滑動的不利影響最小化。在又一實施例中，彈性件的厚度為造型線沿成形方向的高度的至少兩倍。彈性件的厚度影響在彈性件內(nèi)可獲得多少壓縮。例如，彈性件的厚度必須能夠在成形造型線時彈性變形至金屬板的造型線的尺寸。如果彈性件的厚度太薄，則在成形期間，造型線的頂部可能比造型線的底部經(jīng)受更大的壓力，從而導(dǎo)致不均勻的壓力分布。在再一實施例中，彈性件具有與成形邊緣在造型線成形期間的移動基本正交的面對表面?；菊坏拿鎸Ρ砻媸沟霉ぞ呦鄬τ趶椥约钠D(zhuǎn)最小化，使得力的損失最小且均衡成形期間施加于金屬板的壓力。在又一實施例中，彈性件是有具有30到60的邵氏D硬度的聚氨酯，并且成形邊緣具有半徑為O至2t (金屬板的厚度的兩倍)的前緣。在大多數(shù)實施例中，該設(shè)備使用具有比軟鋼低的可成形性限制的金屬板，諸如鋁、AHSS 或 UHSS 板。根據(jù)本公開 的另一方面，公開了一種用具有成形邊緣的工具對金屬板的一部分成形的方法，成形邊緣前進(jìn)到金屬板被彈性聚合物件支撐的一部分中。金屬板的成形邊緣通過在成形造型線時壓縮彈性聚合物件來成形造型線。根據(jù)本公開的又一方面，提供了一種在金屬板中成形造型線的方法，包括利用彈性聚合物件支撐金屬板的一部分；使具有成形邊緣的工具前進(jìn)到金屬板被彈性聚合物件支撐的部分中；通過成形邊緣使金屬板成形以成形造型線；以及在成形造型線時壓縮彈性聚合物件。根據(jù)本公開的其他方面，當(dāng)成形造型線時，金屬板的一個表面可被壓印與推進(jìn)工具的成形邊緣相同的形狀。當(dāng)成形造型線時，彈性聚合物件與金屬板保持接觸。當(dāng)成形造型線時，彈性聚合物件的外表面以與金屬件的外表面基本相同的速率伸展。在可選實施例中，在成形造型線的同時，容納流體介質(zhì)的腔可用于支撐金屬板。在該實施例中，腔鄰近金屬板的成形部分，并且在成形工具前進(jìn)到金屬板中時，成形工具將金屬板的成形部分推入腔中以使流體介質(zhì)位移。流體介質(zhì)向金屬板提供與前述實施例中的彈性件類似的表面支撐。在可選實施例的另一方面中，密封表面環(huán)繞腔并且與金屬板配合來保持腔內(nèi)的流體介質(zhì)。當(dāng)模具閉合時密封表面接觸金屬板的一個表面，并提供填充有流體介質(zhì)的基本無泄漏的空隙?？梢詫⒚芊庠O(shè)計為在高于環(huán)境壓力的高壓下阻擋流體介質(zhì)。在打開模具之前可從空隙中泵出流體，然后打破密封，以在制造期間提供更清潔的操作環(huán)境。在可選實施例的又一方面中，可設(shè)置與腔流體連通的壓力源。壓力源可用于保持在沖壓操作的任何點(diǎn)期間由流體介質(zhì)施加于金屬板的基本恒定的壓力、增加壓力或者減小壓力。根據(jù)本公開了又一方面，提供了一種用于在具有第一側(cè)和第二側(cè)的金屬板上成形造型線的設(shè)備，金屬板分別插入到第一模具與第二模具之間，該設(shè)備包括由第一模具限定容納流體介質(zhì)的腔，腔鄰近金屬板的第一側(cè)的成形部分；成形工具，由第二模具保持并與第一模具的腔對齊，成形工具能夠相對于金屬板移動；以及成形工具推進(jìn)裝置，能夠?qū)⒊尚喂ぞ邏喝虢饘侔迕鎸η坏乃龅诙?cè)中，將金屬板的第一側(cè)的成形部分推入腔中，使流體介質(zhì)位移以及在金屬板中成形造型線。優(yōu)選地，該設(shè)備進(jìn)一步包括在第一模具上圍繞腔的周界的密封表面，密封表面與金屬板和腔配合基本上保持流體介質(zhì)。優(yōu)選地，該設(shè)備進(jìn)一步包括壓力源，與腔流體連接，使得在流體介質(zhì)位移時壓力源在腔中保持受控壓力范圍。優(yōu)選地，該工藝中使用的金屬板是具有比軟鋼低的可成形性限制的金屬。


圖I是示出具有造型線的金屬板的車輛的后部立體圖；圖2是插入到第一模具與第二模具之間的金屬板的截面圖，其中第一模具保持彈性件，第二模具保持工具插入件，并且第一模具和第二模具是打開的；圖3是插入到保持彈性件的第一模具與保持工具插入件的第二模具之間的金屬板的截面圖，并且第一模具和第二模具是閉合的；；圖4是插入到保持彈性件的第一模具與保持工具插入件的第二模具之間的金屬板的截面圖，其中工具插入件將金屬板按壓到彈性件中來成形造型線；圖5是插入到保持彈性件的第一模具與保持工具插入件的第二模具之間的金屬板的截面圖，其中第一模具和第二模具重新打開以使彈性件返回到其原始尺寸；圖6是插入到保持彈性件的第一模具與保持工具插入件的第二模具之間的金屬板的截面圖，其中工具插入件從金屬板縮回；圖7是插入到限定腔的第一模具與保持工具插入件的第二模具之間的金屬 板的截面圖，腔被填充有加壓的流體介質(zhì)并與金屬板配合來基本上保持流體介質(zhì)中的壓力；圖8是插入到限定腔的第一模具與保持成形工具的第二模具之間的金屬板的截面圖，腔被填充有加壓的流體介質(zhì)并與金屬板配合來基本保持流體介質(zhì)加壓同時成形工具將金屬板按壓到流體介質(zhì)中以成形造型線；以及圖9是插入到處于打開位置的第一模具與第二模具之間的金屬板的截面圖，其中金屬板通過用作保持流體介質(zhì)的容器的壓力源而具有造型線。
具體實施例方式下面公開本發(fā)明的多個詳細(xì)實施例。應(yīng)該理解，所公開的實施例僅是示例，并且本發(fā)明可以各種可選形式來實施。附圖并不一定按比例繪制，并且一些部件可被放大或縮小以示出特定部件的細(xì)節(jié)。特定結(jié)構(gòu)和功能性細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為限制，而是僅作為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員如何實踐本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。參照圖1，車輛10被示出具有包括造型線14的金屬板12。金屬板12由比軟鋼具有更高強(qiáng)度或更輕重量的材料制成，諸如但不限于鋁、AHSS和UHSS。諸如鋁、AHSS和UHSS的金屬與軟鋼相比具有較低的可成形性。相比于利用單個沖壓操作的傳統(tǒng)堅硬模具組所能生產(chǎn)的，所示造型線I 4具有更尖銳的彎曲半徑范圍(sharper bend radius)。參照圖2，模具組16被示出使金屬板12設(shè)置在第一模具18與第二模具20之間，其中模具18、20處于打開位置。第一模具18限定孔22，并且彈性件24設(shè)置于孔22內(nèi)。彈性件24可由具有彈性的任何材料制成，但優(yōu)選為具有30和60之間的邵氏D硬度的聚合物。根據(jù)所期望的用途，ASTMD2240-00測試標(biāo)準(zhǔn)要求12個等級類型A、B、C、D、D0、E、M、0、00、000、000-S和R。每個等級都具有處于O和100之間的值，其中較高的值指示較硬的材料。聚氨酯通常作為邵氏A或邵氏D硬度進(jìn)行討論。為了向讀者提供直觀印象，橡膠帶通常為30的邵氏A硬度，汽車輪胎為60的邵氏A硬度，高爾夫球為60的邵氏D硬度，以及骨骼是85的邵氏D硬度。彈性件24具有面對表面26，并且在一些實施例中面對表面26涂有摩擦減小涂層(未示出)。第二模具20限定工具保持通道28，工具插入件30設(shè)置在工具保持通道28內(nèi)。工具插入件30具有成形邊緣32,其具有第一表面34、第二表面36以及接合第一和第二表面34,36的前緣38。前緣38具有O至2t (被成形材料的厚度的兩倍)之間的半徑。當(dāng)與彈性件24 —起使用時，工具插入件30的前緣38半徑產(chǎn)生具有更小半徑的造型線(參見圖4中的14)。參照圖3，模具組16被示出使金屬板12設(shè)置在第一模具18與第二模具20之間，其中模具18、20處于閉合位置。第一模具18具有第一輪廓表面40，并且第二模具20有第二輪廓表面42，它們相配合以使金屬板12成形為與輪廓表面40、42相對應(yīng)的形狀。當(dāng)模具組16閉合時,金屬板12被相應(yīng)的輪廓表面40、42保持。相應(yīng)的輪廓表面40、42可以為整形模具，其不被設(shè)計為改變金屬板12的形狀。在所示實施例中，具有成形邊緣32的工具插入件30處于受限位置，其不相對于第二模具20移動并且在模具閉合時不使金屬板12成形。當(dāng)模具18、20閉合時，工具插入件30可使成形邊緣32前進(jìn)到金屬板12中。成形邊緣32還可位于第二模具20與彈性件24相對的輪廓表面42的一部分上，并且當(dāng)模具18、20閉合時成形造型線14。參照圖4，模具組16被示出為使得金屬板12的第一側(cè)44和第二側(cè)46分別設(shè)置在第一模具I8與第二模具20之間，其中模具18、20處于閉合位置。彈性件24被示出支撐金 屬板12的第一側(cè)44的一部分。工具插入件30被示出具有從第二模具20突出的成形邊緣32。成形邊緣32被按壓到金屬板12的第二側(cè)46的一部分(該部分與第一側(cè)44被彈性件24支撐的部分相對)中以成形造型線14。金屬板12被壓印為形狀基本上與工具插入件30的成形邊緣32的形狀相同。在成形邊緣32接合金屬板12的同時，金屬板12壓縮彈性件24并使彈性件24彈性地變形，該彈性件與被按壓到彈性件24中的金屬板12的第一側(cè)44的部分保持接觸并以與該部分相同的速度伸展。在所示實施例中，第一模具18和第二模具20沿成形方向往復(fù)以沖壓金屬板12的一部分。工具插入件30沿基本類似的成形方向往復(fù)。然而，工具插入件30和成形邊緣32可被設(shè)計為在與模具18、20不同的方向上往復(fù)移動。彈性件24的面對表面26被設(shè)置為基本與成形邊緣32移動的方向正交。彈性件24應(yīng)該足夠厚以便在成形造型線14時允許材料壓縮并在金屬板12的第一側(cè)44的一部分上提供基本均等的壓力。彈性件24的厚度應(yīng)為沿成形方向在金屬板12中成形的造型線14的高度的至少兩倍?？墒褂貌煌某尚畏较?、部件相對于彼此移動的不同角度以及支撐部的不同厚度。參照圖5，模具組16被示出使金屬板12設(shè)置在第一模具18與第二模具20之間，其中模具18、20處于打開位置。金屬板12已成形為包括造型線14，工具插入件30保持壓入金屬板12中，并且彈性件24在造型線14被移走之后已返回其原始形狀。金屬板12發(fā)生塑性變形以成形造型線14，并且當(dāng)釋放模具18、20時彈性件24返回到其原始形狀。參照圖6，模具組16被示出使金屬板12設(shè)置在第一模具18與第二模具20之間，其中模具18、20處于打開位置。工具插入件30被示出從金屬板12縮回，留下成形在金屬板12中的造型線14。金屬板12保持塑性變形，但是當(dāng)金屬板12隨工具縮回而縮回時，可能有一些彈性變形或回彈。參見圖7，示出了可選實施例，其中模具組16利用流體介質(zhì)48來輔助在金屬板12中成形造型線(參見圖8中的14)?？蛇x實施例利用流體介質(zhì)48而不是彈性件(參見圖3中的24)支撐金屬板12待成形造型線(參見圖8中的14)的部分。金屬板的第一側(cè)44和第二側(cè)46設(shè)置在處于閉合位置的第一模具18和第二模具20之間。第一模具限定容納流體介質(zhì)48的腔50?；绢愃朴诠ぞ卟迦爰?參見圖3的30)的成形工具52被定位為與腔50相對并與腔對齊。成形工具相對于金屬板12可移動。
密封表面54圍繞第一模具18上的腔50的周界以容納流體介質(zhì)48。密封表面54與金屬板12的第一表面44配合，以在成形造型線(參見圖8中的14)期間當(dāng)以高壓置放流體介質(zhì)48時基本保持腔50內(nèi)的流體介質(zhì)48。流體介質(zhì)48可通過泵壓容器56添加到腔50中、從腔中移走和在腔50中加壓。參照圖8，模具組16被示出使金屬板12的第一側(cè)44和第二側(cè)46分別設(shè)置在第一模具18與第二模具20之間,其中模具18、20處于閉合位置。第一模具18限定填充有來自容器56的流體介質(zhì)48的腔50。腔50被示出與金屬板12的造型線區(qū)域58相鄰。成形工具52具有推進(jìn)裝置，諸如但不限于由與滾珠螺桿(未示出)配合的AC伺服電動機(jī)驅(qū)動的伺服機(jī)構(gòu)。成形工具52前進(jìn)并壓入金屬板12的造型線區(qū)域58的第二側(cè)46中。金屬板12的造型線區(qū)域58的第一側(cè)44變形進(jìn)入腔50中來使流體介質(zhì)48位移。流體介質(zhì)48保持在來自泵壓容器56中包括的壓力源60的壓力下。加壓流體介質(zhì)48在成形造型線14時支撐金屬板12的造型線區(qū)域58。金屬板12 (其具有比軟鋼低的可成形性)中的造型線14 比在傳統(tǒng)堅硬表面模具組(未示出)中成形的金屬板具有更小的半徑。流體介質(zhì)48處于由容器56內(nèi)的壓力源60施加的壓力下。但是，可以在與腔50流體連接的任何位置處提供壓力。當(dāng)流體介質(zhì)48通過成形工具52將金屬板12推入腔50中而位移時，壓力源60用于保持腔50中的受控壓力范圍。在優(yōu)選實施例中，壓力源56可在成形造型線14時提供50腔內(nèi)的可變壓力。在金屬板12中初始成形造型線14的過程中(當(dāng)工具插入件30壓入金屬板12中時)可向流體介質(zhì)48施加低壓，然后壓力可以顯著升高以使造型線14成形為其最終尺寸。造型線成形期間的壓力控制取決于金屬板12的可成形性、金屬板12的厚度和成形在金屬板12中的造型線14的幾何形狀。腔50中的流體介質(zhì)48優(yōu)選為不可壓縮液體，通過容器56中具有可壓縮介質(zhì)的壓力源60支撐不可壓縮液體來允許液體在造型線14成形期間位移。然而，可以以除壓力源之外的其它方式來控制液體位移，諸如但不限于體積控制?？蛇x地，可結(jié)合腔50中的液體使用可壓縮流體，或者整個流體介質(zhì)48本身可以是可壓縮流體。參照圖9，模具組16被示出使金屬板12設(shè)置在處于打開位置的第一模具18與第二模具20之間。第一模具18限定在金屬板12中成形造型線14期間可填充有流體介質(zhì)48的腔50。金屬板12包括造型線14，并且泵壓容器56收回用于在成形期間向造型線14提供壓力的一些流體介質(zhì)48。雖然示出本發(fā)明的多種實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以在不背離本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行修改。所有這些修改及其所示實施例的等同物旨在于落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于在金屬板上成形造型線的設(shè)備，所述金屬板插入到第一模具與第二模具之間，所述設(shè)備包括 由所述第一模具提供的彈性件； 從所述第二模具突出的成形邊緣；以及 其中，所述成形邊緣接合所述金屬板以成形所述造型線，同時成形于所述金屬板中的所述造型線使所述彈性件彈性變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括 由所述第二模具限定的工具保持通道；以及 設(shè)置在所述工具保持通道內(nèi)的工具插入件，其中所述成形邊緣設(shè)置在所述工具插入件的表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述工具插入件相對于所述第二模具可移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述成形邊緣進(jìn)一步包括 通過前緣接合的第一表面和第二表面，所述前緣的半徑在O和所述金屬板的厚度的兩倍之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述第一模具限定孔，并且所述彈性件是設(shè)置在所述孔內(nèi)的插入件。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括 設(shè)置在所述彈性件與所述金屬板之間以在成形在所述金屬板中的所述造型線使所述彈性件彈性變形的同時減小摩擦的摩擦減小涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述第一模具和所述第二模具沿成形方向往復(fù)移動，并且所述彈性件沿所述成形方向的厚度為所述造型線沿所述成形方向的高度的至少兩倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述成形邊緣相對于所述金屬板移動，并且所述彈性件具有與所述成形邊緣相對于所述金屬板移動的方向基本正交的面對表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述彈性件是聚氨酯。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述彈性件具有30到60的邵氏D硬度。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述金屬板具有比軟鋼低的可成形性限制。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述金屬板是鋁板。
13.—種在金屬板中成形造型線的方法，所述方法包括 利用彈性聚合物件支撐所述金屬板的一部分； 使具有成形邊緣的工具前進(jìn)到所述金屬板被所述彈性聚合物件支撐的部分中； 通過所述成形邊緣使所述金屬板成形以成形造型線；以及 在成形所述造型線時壓縮所述彈性聚合物件。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，在成形所述金屬板的步驟期間，所述金屬板的一個表面被壓印與所述前進(jìn)工具的所述成形邊緣相同的形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，在所述金屬板的成形期間，當(dāng)成形所述造型線時，所述彈性聚合物件保持與所述金屬板接觸。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，在所述彈性聚合物件的壓縮期間，所述彈性聚合物件以與所述金屬件的外表面相同的速率伸展。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于在金屬板上成型造型線的設(shè)備和方法，該金屬板具有比軟鋼低的可成形性且該成型線具有小半徑。該設(shè)備使用模具組，模具組具有用于支撐金屬的成形造型線的一部分的裝置，該裝置由造型線成形時與造型組的表面一起移動的材料制成。在一個實施例中，彈性件支撐金屬板，并在另一個實施例中，流體介質(zhì)在成形造型線的位置處支撐金屬板。該設(shè)備和方法在諸如鋁、先進(jìn)高強(qiáng)度鋼和超高強(qiáng)度鋼的金屬中獲得了比傳統(tǒng)堅硬表面模具組能夠?qū)崿F(xiàn)的造型線具有更小半徑的造型線。
文檔編號B21D37/10GK102896215SQ201210237578
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者謝爾蓋·費(fèi)奧多羅維奇·戈洛瓦先科 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司