專利名稱：用于改變工件的工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及一種用于剪裁或接合金屬板的電動(dòng)液壓工具。
背景技術(shù)：
從金屬板制造部件通常需要剪裁和焊接金屬板。在傳統(tǒng)的制造工藝中，使用低碳鋼，這是因?yàn)榈吞间摰难诱剐郧业吞间撊菀准舨煤秃附印Ｒ呀?jīng)提出多種新材料(例如，深拉優(yōu)質(zhì)鋼、拉拔優(yōu)質(zhì)鋼(drawing quality steels)、烘烤硬化鋼、雙相鋼、硼板、招合金)來制造金屬板部件?，F(xiàn)在在車輛的制造中提出用輕質(zhì)材料和高強(qiáng)度材料代替低碳鋼，以增加燃料經(jīng)濟(jì)性。使用傳統(tǒng)的金屬板成形工具和焊接工藝對(duì)這些類型的輕質(zhì)材料進(jìn)行加工在制造過程中導(dǎo)致實(shí)質(zhì)性問題。在剪裁操作中，較硬的材料需要更大的力，以從金屬板剪裁廢料。另外，當(dāng)剪裁更高強(qiáng)度的金屬板時(shí)，由于更大的力施加到成形工具而導(dǎo)致可產(chǎn)生更大的間隙。對(duì)于傳統(tǒng)的低碳鋼，通常建議間隙小于材料厚度的10%。另外的間隙可沿著金屬板的剪裁邊緣以毛刺、裂縫、裂片的形式產(chǎn)生。另外，增加的間隙還可導(dǎo)致工具鋼邊緣的磨損增加。工具鋼邊緣的磨損可通過重新銳化剪裁鋼的邊緣或者通過填塞剪裁鋼嵌件來解決，這增加了制造成本。提出的另一個(gè)方案是包括與剪裁鋼相鄰的彈性廢料支撐件(elastic scrapsupports)，以減少毛刺的變形和彎曲，如申請(qǐng)人在第7，197,970號(hào)美國專利中提出的。根據(jù)申請(qǐng)人的在先專利的彈性廢料支撐件的使用極好地適合于垂直剪裁操作。然而，如果需要通過凸輪操作的剪裁鋼工具進(jìn)行大角度切割(可能需要大到60°的切割角度)，則彈性廢料支撐件的效用降低。在申請(qǐng)人的第7，810，366號(hào)在先專利中，提出對(duì)坯件進(jìn)行電動(dòng)液壓剪裁、翻邊和縫邊(hemming)，但是必須給電動(dòng)液壓工具提供大量液體。由于需要排放和填充電動(dòng)液壓腔，所以大量液體的使用增加了機(jī)械循環(huán)時(shí)間。另外，為了利用更大的電動(dòng)液壓腔中的更大的液體體積對(duì)板進(jìn)行剪裁、翻邊和縫邊，需要增加的電壓以提供足夠的力。此外，放電的多個(gè)電極與板的被作用區(qū)域的位置之間的間隔的增加會(huì)降低來自電動(dòng)液壓脈沖的可用壓力。在焊接操作中，焊接鋁或混合金屬可能需要將粘合劑施加在接合區(qū)域，以獲得需要的接合強(qiáng)度。粘合劑的添加增加了完成的板的重量和成本，還使制造工藝變復(fù)雜。點(diǎn)焊操作和其他熱焊接技術(shù)依賴于金屬板的材料的局部熔化。局部熔化降低了強(qiáng)度且可降低完成的部件的性能。已經(jīng)提出電磁焊接，以接合鋁和其他混合金屬組件。然而，電磁焊接依賴于線圈，而線圈的壽命短且更換的成本高。另外，當(dāng)應(yīng)用于電導(dǎo)率差的材料時(shí)，電磁焊接不是特別有效。上述與剪裁和接合輕質(zhì)金屬板相關(guān)的制造挑戰(zhàn)和問題通過申請(qǐng)人如下面總結(jié)的描述來解決。

發(fā)明內(nèi)容
本公開提出使用圍繞模具的外周延伸的小體積電動(dòng)液壓腔取代金屬板模具上的嵌件和剪裁鋼邊緣。電動(dòng)液壓腔設(shè)置有電極絲，所述電極絲設(shè)置在液體中并連接到存貯電荷源。小體積的電動(dòng)液壓腔圍繞模具的外周延伸。當(dāng)存貯電荷源通過所述電極絲放電時(shí)，在液體中產(chǎn)生壓力脈沖。高電壓放電使所述電極絲破碎。壓力脈沖驅(qū)動(dòng)板抵靠設(shè)置在板的與電動(dòng)液壓腔相對(duì)的側(cè)上的工具鋼嵌件的剪裁鋼邊緣。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，使用類似的小體積的電動(dòng)液壓腔，通過液體傳遞的高壓脈沖可驅(qū)動(dòng)一個(gè)板以高速運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)板。在小的液體填充腔中，固定電極可連接到存貯電荷源，以形成點(diǎn)接合部?？蛇x地，電動(dòng)液壓腔可設(shè)置有電極絲，所述電極絲連接到存貯電荷源，所述存貯電荷源通過所述電極絲放電，以在電動(dòng)液壓腔中產(chǎn)生壓力脈沖。電動(dòng)液壓腔可以是延伸通道，所述延伸通道被設(shè)置為與將被接合到另一個(gè)板或縫邊邊緣的板中的一個(gè)的表面相鄰。如上面總結(jié)的申請(qǐng)人的公開將在參見附圖及下面對(duì)示出的實(shí)施例的詳細(xì)描述時(shí)被更好地理解。


圖1是部分成形的金屬板部件的圖解俯視圖；圖2是沿著圖1的線2-2截取的，電動(dòng)液壓成形工具在金屬板部件上的位置的圖解截面圖；圖3是沿著圖2的線3-3截取的電動(dòng)液壓成形工具的圖解截面圖；圖4是示出在執(zhí)行電動(dòng)液壓剪裁操作之后的電動(dòng)液壓成形工具的圖解截面圖；圖5是電動(dòng)液壓成形工具的可選實(shí)施例的圖解截面圖，示出了在剪裁操作之前設(shè)置在電動(dòng)液壓剪裁工具中的坯件；圖6是在執(zhí)行剪裁操作之后的在圖5中示出的電動(dòng)液壓剪裁工具的圖解截面圖；圖7是在接合之前的點(diǎn)接合工具的圖解截面圖；圖8是在接合之后的在圖7中示出的點(diǎn)接合工具的圖解截面圖；圖9是在接合之前的延伸接合工具的圖解截面圖；圖10是在接合之后的在圖9中示出的延伸接合工具的圖解截面圖；圖11是在接合之前的鉚接工具(clinch tool)和延伸接合區(qū)域的圖解視圖；圖12是在接合之后的在圖11中示出的鉚接工具和延伸接合區(qū)域的圖解視圖。
具體實(shí)施例方式下面提供本發(fā)明的示出的實(shí)施例的詳細(xì)描述。公開的實(shí)施例是可以以各種和可選形式實(shí)施的本發(fā)明的示例。附圖未必按比例繪制?？煽浯蠡蜃钚』恍┨卣鳎允境鼍唧w組件的細(xì)節(jié)。在本申請(qǐng)中公開的具體結(jié)構(gòu)和功能性細(xì)節(jié)不應(yīng)該被解釋為限制，而僅僅是用于教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員如何實(shí)施本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。參照?qǐng)D1，包括已經(jīng)被拉伸成車輛后翼子板的形式的金屬板坯件的拉伸坯件20被示出為處于其“冷拔成”狀態(tài)。還件20沒有被剪裁。剪裁邊緣22的位置被示出為虛線。還件20的在剪裁邊緣22外部的部分被從坯件20剪裁掉，以產(chǎn)生剪裁板24。坯件20的在剪裁邊緣22外部的部分是廢料部分28，廢料部分28也可被稱為下腳料。拉延筋30被示出為處于廢料部分28中。拉延筋30與廢料部分28 —起被去除。參照?qǐng)D2，剪裁工具32的一部分被圖解地示出。如圖2所示，剪裁工具32包括下工具36。應(yīng)該理解的是，在工具倒置的情況下，對(duì)于下工具36的說明可等同地適用于上模具。當(dāng)使用術(shù)語“下”和“上”描述模具部件時(shí)，術(shù)語“下”和“上”不應(yīng)該被解釋為將公開的構(gòu)思限制于示出的實(shí)施例或任何具體的空間方向。液體腔38設(shè)置在下工具36中，液體腔38填充有液體40。液體可以是含添加劑(例如，防銹劑)的水。電極絲42被示出為設(shè)置在液體40中，相對(duì)于液體腔38的邊界處于隔開的關(guān)系，優(yōu)選地設(shè)置在液體腔38內(nèi)的中央位置。液體腔38可具有凹面39，凹面39聚焦在高電壓放電施加到電極絲42時(shí)產(chǎn)生的脈沖。坯件20被示出為設(shè)置在下工具36上，使得坯件20的第一側(cè)48封閉腔38內(nèi)的液體40。上模具50被示出為接合坯件20的第二側(cè)52，上模具50在模具倒置的情況下還可以是下工具，且不應(yīng)該被解釋為限制構(gòu)思。具有切割邊緣55的工具鋼嵌件54設(shè)置在上模具50中，上模具50還接合坯件20的第二側(cè)52。在剪裁工具的實(shí)施例中，工具鋼嵌件54還可被稱為砧區(qū)域，其原因是坯件20被驅(qū)動(dòng)，抵靠工具鋼嵌件54。剪裁間隙區(qū)域56設(shè)置在坯件20的與液體腔38相對(duì)的側(cè)上，并與工具鋼嵌件54相鄰。倒圓的邊緣58設(shè)置在上模具50上，位于剪裁間隙區(qū)域56的與工具鋼嵌件54相對(duì)的側(cè)上。倒圓的邊緣58被設(shè)置為避免在倒圓的邊緣58的區(qū)域中切割或分割坯件20。參照?qǐng)D2和圖3，坯件20被示出為使得工具鋼嵌件54接合坯件20的第二側(cè)52。電極絲42被多個(gè)分隔件60支撐，以使電極絲42不在液體腔38中接合下工具36。所述多個(gè)分隔件60可使電極絲42保持在凹面39的焦點(diǎn)或焦點(diǎn)附近。電極絲42連接到存貯電荷源62，存貯電荷源62可以是一堆電容器，這一堆電容器被充電以通過電極絲42提供高電壓放電，如將在下面參照?qǐng)D4更加全面地描述的。電極絲42設(shè)置在液體40中，液體40使電極絲42與坯件20和下工具36分開。如圖2和圖3所示，當(dāng)電極絲42從存貯電荷源62接收高電壓電荷時(shí)，坯件20位于將被工具鋼嵌件54剪裁的位置。參照?qǐng)D4，示出了在電極絲42 (在圖2和圖3中示出)已經(jīng)從存貯電荷源62接受高壓放電且已經(jīng)在電學(xué)放電期間破碎，導(dǎo)致產(chǎn)生的脈沖通過液體40作用于坯件20的第一側(cè)48之后的坯件20。脈沖也從凹面39反射回來。坯件20被脈沖驅(qū)動(dòng)，抵靠工具鋼嵌件54，以在剪裁板24上形成剪裁邊緣22。坯件20的在剪裁邊緣22外部的部分被驅(qū)動(dòng)，抵靠工具鋼嵌件54，進(jìn)入剪裁間隙區(qū)域56中。坯件20的一部分被驅(qū)動(dòng)，抵靠倒圓的邊緣58，但是不與坯件20斷開并變成廢料部分28。其他廢料切割機(jī)可被設(shè)置為橫向地延伸并從工具鋼嵌件54向外延伸，以將廢料部分或下腳料部分切割成多個(gè)段。在圖4中，液體40基本上留在形成于下工具36中的腔38內(nèi)。在通過電極絲42的高電壓放電期間，上模具50接合坯件20，并使剪裁板24和廢料部分28保持在合適位置。參照?qǐng)D5和圖6，示出了剪裁工具32的可選實(shí)施例。在可選實(shí)施例中，坯件20設(shè)置在下工具36上并覆蓋容納在液體腔38內(nèi)的液體40。電極絲42在圖5中被示出為被與在圖3中示出的分隔件60類似的分隔件支撐。上模具50支撐工具鋼嵌件54且還限定倒圓的邊緣58，如之前參照?qǐng)D2-4描述的。在圖5和圖6的實(shí)施例中，廢料支撐塊64設(shè)置在上模具50的倒圓的邊緣58和工具鋼嵌件54之間。廢料支撐塊64可由彈性聚合物材料(例如，聚氨酯)制成。在剪裁工藝期間，廢料支撐塊64支撐廢料部分28。參照?qǐng)D6，示出了在電極絲42從存貯電荷源62 (在圖3中示出)接受高壓放電之后的剪裁工具32。液體40留在形成于下工具36中的腔38中。在圖6中，剪裁邊緣22通過作為通過電極絲(在圖5中示出，在圖6中破碎)使存貯電荷源放電的結(jié)果的對(duì)廢料部分28的剪裁來形成。通過液體40傳遞的脈沖使得廢料部分28抵靠工具鋼嵌件54而被切割。廢料部分28壓縮用于控制廢料部分28的運(yùn)動(dòng)的廢料支撐塊64。參照?qǐng)D7，點(diǎn)接合工具70被示出為具有第一金屬板72。在進(jìn)行工藝描述時(shí)，第一金屬板72或金屬的厚度可被稱為加速板。還示出了第二金屬板74。在進(jìn)行工藝描述時(shí)，第二金屬板74或金屬的厚度也可被稱為固定坯件或固定管壁。第一板和第二板可以是具有相反地彎曲的邊緣的單個(gè)板或兩個(gè)單獨(dú)的板。分隔塊76被示出為使第一板72與第二板74分隔開。脈沖工具構(gòu)件78被圖解地示出并且可以是更大工具的部件。脈沖工具構(gòu)件78限定腔80，腔80填充有液體82，例如，水或含有防銹添加劑的水。電極84設(shè)置在腔80中并浸沒在液體82中。電極84通過絕緣套86與脈沖工具構(gòu)件78電隔絕。背板88裝配到第二板74，以在接合操作期間使第二板74保持在合適位置。在接合工具的實(shí)施例中，背板88可被稱為砧區(qū)域，這是因?yàn)榈谝唤饘侔?2被驅(qū)動(dòng)，抵靠被支撐在背板88上的第二板74。參照?qǐng)D8，當(dāng)與在圖3中示出的存貯電荷源62類似的存貯電荷源62電連接到電極84時(shí)，形成接合部90。當(dāng)存貯電荷源62放電時(shí)，電能量的脈沖從電極84釋放到脈沖工具構(gòu)件78，或者可以可選地釋放到第二分隔電極(未示出)。當(dāng)高電壓脈沖通過電極84釋放時(shí)，脈沖通過液體82傳遞,使第一板72移動(dòng),如圖8所不，使得第一板72朝著第二板74加速。第二板74通過背板88保持在合適位置。第一板72朝著第二板74的加速產(chǎn)生接合部90。通過在圖7和圖8中示出的脈沖工具構(gòu)件78形成的接合部類似于點(diǎn)焊，其原因是接合部在點(diǎn)位置產(chǎn)生單個(gè)接合區(qū)域，從而與第一板72和第二板74 一起產(chǎn)生基本上為圓形的接合區(qū)域。參照?qǐng)D9和圖10，示出了線性接合工具92。由于與圖7_8的實(shí)施例之間的相似性，使得相似的標(biāo)號(hào)用于指示相似的部件。線性接合工具92包括脈沖工具構(gòu)件78，脈沖工具構(gòu)件78限定延伸通道96，電極絲98設(shè)置在延伸通道96中。延伸通道96包含液體82，液體82包住電極絲98。電極絲98電連接到存貯電荷源62，如之前針對(duì)圖7和圖8描述的。第一板72包括預(yù)成形的局部空腔94。如圖9所示，第一板72跨過延伸通道96，直到存貯電荷源62通過電極絲98放電為止。如圖10所示，在圖9中示出的電極絲98在放電之后破碎成為通過液體82傳遞的脈沖，以使得接合區(qū)域90形成在與延伸通道96的形狀對(duì)應(yīng)的延伸路徑中。延伸通道可以是筆直的或彎曲的。通過使形成在第一板72上的預(yù)成形的局部空腔94壓縮變形，從而第一板72抵靠第二板74來形成接合區(qū)域90，其中，第二板74被形成為通過背板88保持在合適位置。分隔塊76使脈沖工具構(gòu)件78與第一板72分開。參照?qǐng)D11和圖12，卷曲接合工具100被示出為在多個(gè)方面類似于圖7_10的實(shí)施例。相同的標(biāo)號(hào)將用于指示與之前實(shí)施例的部件類似的部件。卷曲接合工具100包括第一板72，第一板72設(shè)置在脈沖工具構(gòu)件78上，以封閉填充有液體82的延伸通道96。在圖11中，電極絲98電連接到存貯電荷源62。在圖11中，預(yù)成形的局部空腔94形成在第二板74中。第二板74和預(yù)成形的局部空腔94通過背板88支承。參照?qǐng)D12，由于存貯電荷源62通過電極絲98 (在圖11中示出)放電而形成接合區(qū)域90。如圖12所示，接合區(qū)域90通過兩個(gè)卷曲區(qū)域102形成在接合區(qū)域90的兩側(cè)上而增大。接合區(qū)域90通過使第一板72朝著第二板74加速而形成，其中，第二板74通過背板88保持在合適位置。雖然在上面描述了示例性實(shí)施例，但是這些實(shí)施例并不意在描述本發(fā)明的所有可能的形式。相反，在說明書中使用的詞語是描述性詞語而非限制性詞語，應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可進(jìn)行各種改變。另外，可結(jié)合實(shí)施的各個(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
1.一種用于改變工件的工具，所述工具包括 電動(dòng)液壓工具，接合工件的第一側(cè)并限定通道； 模具，接合工件的第二側(cè)并在模具的周界的一部分處限定砧區(qū)域； 電極絲，設(shè)置在所述通道內(nèi)； 一定量的液體，設(shè)置在所述通道中； 分隔件，設(shè)置在電極絲、工件和所述通道之間，分隔件防止電極絲接觸工件和電動(dòng)液壓工具； 存貯電荷源，電連接到電極絲，通過電極絲進(jìn)行放電，并在所述通道中產(chǎn)生脈沖，所述脈沖通過液體傳遞，以驅(qū)動(dòng)工件抵靠所述砧區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工具，其中，所述砧區(qū)域?yàn)楣ぞ咪撉都龉ぞ咪撉都薅ㄇ懈钸吘壊⒓舨霉ぜ脑谒銮懈钸吘壍耐獠康膹U料部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工具，其中，工件還包括第一板和第二板，第一板提供工件的第一側(cè)并接合所述砧區(qū)域，第二板提供工件的第二側(cè)且最初與第一板分開，其中，所述脈沖驅(qū)動(dòng)第二板與第一板接合，以使得第二板接合到第一板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工具，所述工具還包括彈性廢料支撐件，所述彈性廢料支撐件接合工件的與限定切割邊緣的工具鋼嵌件相鄰的第二側(cè)，其中，當(dāng)剪裁工件時(shí)，所述彈性廢料支撐件限制工件的廢料部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工具，其中，延伸通道包括凹面，所述凹面的軸與延伸通道的縱向平行地延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的工具，其中，電極絲布置在所述凹面的焦點(diǎn)，使得通過由電極絲放電而產(chǎn)生的脈沖從所述凹面的部分圓柱形表面反射回來。
7.一種剪裁工件的方法，所述方法包括以下步驟 選擇模具，所述模具具有圍繞模具的外周部分的延伸剪裁邊緣； 選擇電動(dòng)液壓工具，所述電動(dòng)液壓工具限定與模具的延伸剪裁邊緣鄰接的腔，所述腔通過在一側(cè)限定開口的壁形成； 將電極絲插入到所述腔中； 支撐所述腔中的電極絲，使得電極絲與所述腔的壁和所述一側(cè)中的開口具有隔開的關(guān)系; 將電極絲連接到存貯電荷源； 將液體填充入所述腔； 將工件插入在模具和電動(dòng)液壓工具之間，并使工件越過所述腔的所述一側(cè)上的開口 ；通過電極絲使存貯電荷源放電，以產(chǎn)生脈沖，所述脈沖通過液體傳遞，以驅(qū)動(dòng)工件抵靠延伸剪裁邊緣，以從工件切割廢料塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，所述方法還包括以下步驟設(shè)置彈性廢料支撐件，當(dāng)剪裁工件時(shí)，所述彈性廢料支撐件接合工件的與剪裁邊緣相鄰的第一側(cè)，以支撐工件的廢料部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，通過電極絲使存貯電荷源放電的步驟產(chǎn)生脈沖，所述脈沖從延伸通道的凹面反射回來。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，所述方法還包括以下步驟在存貯電荷源放電的步驟之后，更換電極絲，再次填充液體，并插入工件。
11.一種接合工件的第一板和第二板的方法，所述方法包括以下步驟 選擇電動(dòng)液壓工具，所述電動(dòng)液壓工具限定腔，所述腔通過在一側(cè)限定開口的壁形成； 將電極設(shè)置在所述腔中，使得電極與所述腔的壁和所述一側(cè)中的開口具有隔開的關(guān)系; 將電極連接到存貯電荷源； 將液體填充入所述腔； 將第一板以及最初與第一板至少部分地隔開的第二板放置在電動(dòng)液壓工具和背板之間，越過所述腔的所述一側(cè)上的開口 ； 通過電極使存貯電荷源放電，以產(chǎn)生脈沖，所述脈沖通過液體傳遞，驅(qū)動(dòng)第一板與第二板接合，以將第一板結(jié)合到第二板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于改變工件的工具，所述工具通過剪裁或接合工件而改變工件。所述工具是使用通過液體傳遞的脈沖以剪裁工件或?qū)煞N厚度的金屬接合在一起的電動(dòng)液壓工具。一種用于剪裁工件的方法包括以下步驟在液體中進(jìn)行高電壓放電，驅(qū)動(dòng)工件與工具鋼嵌件的切割邊緣接合。一種將兩種厚度或更多種厚度的金屬接合在一起的方法包括以下步驟通過電極產(chǎn)生高壓放電，使一個(gè)板或一定厚度的金屬朝著通過支承板保持靜止的第二板加速，同時(shí)使第一厚度的金屬朝著第二厚度的金屬加速。
文檔編號(hào)B23K20/06GK103008765SQ20121034245
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20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