专利名称：液压成形工艺和液压成形产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于利用模具成型原始管件的液压成形工艺，其中该模具具有和原始管件外周面接触的部分，并且还涉及利用该液压成形工艺得到的液压成形产品。
背景技术：
在用于加强诸如汽车的车辆的每个部分的加固件领域，使用通过液压成形原始管件所成型的加固件目前得以发展。
参照图5A到6C，说明现有液压成形工艺的一个例子。如图5A所示的模具组件5包括具有用做模制表面1的下表面的上模2，以及具有用做模制表面3的上表面的下模4。原始管件，例如钢管6，放置在模具组件5内。
然后，如图5B所示，加压液体(例如水)供入钢管6内，从而由内部压力扩张钢管6。这样，钢管6沿宽度方向扩张。扩张后的钢管6压靠在模具组件5的模制表面1和3上。结果是，形成如图5C所示的具有封闭横截面的加固件7。
通过液压成形钢管6所获得的具有封闭横截面的加固件7具有外围连续壁。该外壁通过由壁的圆周延展导致的加工硬化效应而被硬化。从而，加固件7的特征在于具有薄壁厚和高刚性。
加固件7的形状可以通过如图5C所示在截面上按照需要包含凹痕和/或突起而被复杂化。
为了形成具有复杂横截面的加固件7，有必要使用具有对应于加固件7的横截面的各个复杂模制表面的上模2和下模4。
但是，特定截面形状的模具会妨碍钢管6的扩张，因为在液压成形过程中只有部分模具接触到钢管6的外周边表面。
例如，如图5A和5B所示的模具组件5具有梯形凹槽形式的模制表面3。另一个模制表面1包含凹痕1a、突起1b、阶梯部分1c等。
因此，液压成形时，钢管6的某些部分在其他部分之前接触到模制表面1和3，如图6A所示。例如，靠近模具组件5的内表面的突起1b的末端的第一角部X1，相对于角部X1的内表面X2，临近角部X1的第二角部Y1，以及相对于角部Y1的内表面Y2在其他部分之前接触到钢管6的外周边表面。在该示例中，突起1b对应于本发明所称的“模具的预定部分”。
此后，如图6B所示进行管的扩张。在该扩张过程中，在位于突起1b的角部X1和内表面X2之间的模制区域L1中钢管6被扩张，保持与角部X1和内表面X2接触并且由这些部分夹持。而且在位于角部Y1和内表面Y2之间的阶梯形模制区域L2中钢管6被扩张，保持与角部Y1和内表面Y2接触并且由这些部分夹持。
在该现有示例中，假设通过从内部向放置在模具组件5内的钢管6施加液压压力来开始液压成形。当钢管6在液压压力作用下扩张时，它接触到突起1b的角部X1和Y1，一侧的内表面X2，以及另一侧的内表面Y2。从而，如图6A所示，钢管6的外周边通过摩擦保持在模具组件5内的角部X1和Y1以及内表面X2和Y2处。
由于钢管6保持在模具组件5的角部X1和Y1，从而如图6B和6C所示，防止圆周上的均匀延展，并且因此防止均匀扩张。
特别地，将被扩张的钢管6通过摩擦保持在模制区域L1和L2内的角部X1和Y1以及内表面X2和Y2处。因此，整个钢管6不均匀地扩张。钢管6的外壁在角部X1和内表面X2之间以及角部Y1和内表面Y2之间进行延展。也就是说，在模制区域L1和L2内的部分的延展程度大于其他部分的延展程度。
在液压成形过程中，如果钢管6的某些部分的延展程度大于其他部分的延展程度，那么如图6C所示所得到的钢管6的壁厚在圆周上不均匀。在该示例中，所得到的钢管6在模制区域L1和L2处的壁厚t2薄，而对应于角部X1和Y1以及内表面X2和Y2的部分的壁厚t1厚。
这样，在具有复杂横截面的液压成形产品中，壁厚可能在圆周上不均匀，这使得难于获得预定的刚性。而且，如果钢管6的一部分过度延展，它将变的非常薄因此可能会破损。
为了避免这种问题，提出在模具组件5和钢管6之间提供润滑油，从而使得它们的接触光滑。然而这种措施并不充分，还需要进一步的改进。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够扩张原始管件以具有充分均匀的壁厚的液压成形工艺，以及利用该液压成形工艺获得的液压成形产品。
在本发明中，当液压成形原始管件时，由比原始管件软的不可压缩的材料制成的辅助工件装配于原始管件。辅助工件至少具有原始管件的外周边表面的最早接触模具组件的预定部分的部分。预定部分例如是面对原始管件的外周边表面的突起。
当液压成形原始管件时，模具组件的内表面的预定部分最早接触原始管件的外周边。在预定部分接触辅助工件的位置，压缩载荷施加在辅助工件上。辅助工件由比原始管件软的不可压缩的材料制成，它对于该压缩载荷仅表现出很小的变化。因此，在液压成形时当预定部分接触辅助工件并接收压缩载荷时，辅助工件材料的一部分沿远离和模具组件接触的部分的方向塑性流动。
当辅助工件塑性流动时，包含于辅助工件中与之紧密接触的原始管件通过二者之间的摩擦沿着和塑性流动方向相同的方向延展。这样，在现有情况中甚至不延展的部分也可以沿和辅助工件的材料流动方向相同的方向延展。
辅助工件在对应于模具的预定部分的区域以及与之连续的区域均覆盖原始管件。因此，由于辅助工件的塑性流动，原始管件的扩张在模制区域以及其他区域都均匀进行。从而，消除了原始管件的局部壁厚减小。
因此，在液压成形时即使辅助工件的部分接触模具，辅助工件内的原始管件也可以扩张，从而其壁厚在圆周方向上将基本保持均匀。根据本发明，即使液压成形产品的横截面复杂，原始管件也可以扩张，从而原始管件的壁厚在圆周方向上基本均匀。
在本发明中，优选地辅助工件是装配在原始管件的外周边表面上的管状件。当使用这种辅助工件时，当原始管件扩张时原始管件的外周边表面紧密接触辅助工件的内表面。因此，根据靠近预定部分的辅助工件的材料塑性流动，原始管件的对应部分平滑地延展，这使得整个原始管件平滑扩张。
在利用本发明制成的液压成形产品中，由比原始管件软的不可压缩的材料制成的辅助工件至少连接于包括在原始管件的外周边表面内并对应于模具的内表面的突起的区域。
本发明利用液压成形工艺的上述特征，从而提供一种具有高刚性的液压成形产品，其中原始管件的圆周方向不均匀壁厚得以消除。
原始管件例如是钢管。辅助工件例如由低碳钢、软铁、铜或铝制成。在本说明书中，“铝”表示铝合金，以及100％纯铝。
图1A是透视图，示出用于本发明的一个实施例中的钢管和辅助工件；图1B是透视图，示出图1A中的辅助工件，并且还示出模具组件的部分截面图；图2A是透视图，示出图1B中的模具组件的某些部分，以及液压成形产品；图2B是透视图，示出图2A中的液压成形产品；图3A是截面图，示出利用图2A中的模具组件实施的液压成形的初始阶段的辅助工件和钢管；图3B是截面图，示出在稍后的成形阶段的钢管和辅助工件；图3C是截面图，示出在完成液压成形时所获得的钢管和辅助工件；图4是放大截面图，示出图3B中的部分A；图5A是透视图，示出用于现有液压成形工艺中的钢管和模具组件的某些部分；图5B是透视图，示出钢管放置在图5A的模具组件中的状态；图5C是透视图，示出现有液压成形产品；
图6A是截面图，示出现有液压成形工艺的初始阶段的钢管和模具组件；图6B是截面图，示出在稍后的成形阶段的现有钢管；以及图6C是截面图，示出在完成液压成形时所获得的现有钢管。
具体实施例方式
参照图1A到4，将说明本发明的一个实施例。
在该实施例中，将针对通过液压成形工艺得到作为液压成形产品的一个例子的加固件7的情况进行说明。如图2B所示，加固件7具有复杂横截面，该横截面在预定圆周部分上具有突起和凹痕。
加固件7是一个复合件，包括对应于本发明所述的原始管件的钢管6以及对应于本发明所述的辅助工件的变形辅助工件10。
当液压成形加固件7时，变形辅助工件10预先连接于钢管6，以便辅助钢管6的变形。钢管6的液压成形利用变形辅助工件10来实施。在该实施例中，当钢管6如下文所述沿径向扩张时，沿圆周方向的基本均匀的壁厚是可能的。
特别地，当液压成形钢管6时，用于辅助钢管6的变形的变形辅助工件10至少连接于包含在钢管6的外周边表面内的以下区域。
其上设置有变形辅助工件10的区域，它是包括钢管6外周边表面的液压成形时最先接触到模制表面1和3的部分的区域。如果例如使用如图3A所示的模具组件5，其上设置有变形辅助工件10的区域包括钢管6外周边表面的对应于突起1b的角部X1和Y1，以及对应于分别相对于角部X1和Y1的内表面X2和Y2的区域。
另外，其上设置有变形辅助工件10的区域，它包括钢管6外周边表面的对应于X1和X2之间的模制区域L1以及Y1和Y2之间的模制区域L2的区域。可以理解，液压成形时角部X1和Y1以及内表面X2和Y2比其他部分更早地接触到变形辅助工件10，从而在模制区域L1和L2发生局部变形。
如图1A-4所示的模具组件5和钢管6类似于如图5和6所示的上述部件。因此，对于模具组件5和钢管6，在这些附图中相同的标号表示相同的部件，并且不再对其进行说明。
以下说明使用变形辅助工件10的液压成形工艺。
首先，变形辅助工件10连接于钢管6的外周边表面。如图1B和2A所示，用于液压成形加固件7的模具组件5具有一个模制表面1，它包含凹痕1a、突起1b、阶梯部分1c等。当钢管6扩张时，角部X1和Y1以及内表面X2和Y2是变形辅助工件10最早接触到的区域。也就是说，角部X1和Y1以及内表面X2和Y2用做液压成形时限制钢管6的扩张的部件。
角部X1和Y1以及内表面X2和Y2基本上设置在沿模具组件5的轴线的整个模制表面1上(沿如图1B的箭头Z所示的方向)。另外，模制表面1具有和角部X1和Y1以及内表面X2和Y2连续的模制区域L1和L2，如图3B所示。模制区域L1和L2也基本上设置在沿模具组件5的轴线的整个模制表面1上。
在该实施例中，如图1A所示，变形辅助工件10，例如是一个管状件，其尺寸使得它基本上装配在钢管6的外周边表面上。该管状件(变形辅助工件10)比钢管6软，并由相对较软的金属，例如铝、低碳钢、铜等制成，它是不可压缩的、可塑性变形的材料，在压缩载荷下表现出很小的体积改变。
将钢管6插入模具组件5之前，变形辅助工件10如图1B所示基本上装配在钢管6的整个外周边表面上。此时，在钢管6的外周边和变形辅助工件10的内周边之间是否有小间隙无关紧要。变形辅助工件10覆盖了钢管6的外周边表面的至少对应于角部X1和Y1、内表面X2和Y2以及模制区域L1和L2的部分。
当变形辅助工件10连接于钢管6之后，钢管6和变形辅助工件10放置在模具组件5内，即如图1B和2A所示，放置在由上模2的模制表面1和下模4的模制表面3确定的模制空间内。
此后，加压液体，例如加压水，供入钢管6内，从而由内部压力扩张钢管6。作为扩张的结果，钢管6的外周边表面开始紧密接触变形辅助工件10的内表面。
当钢管6开始扩张时，覆盖钢管6的变形辅助工件10也如图3A所示扩张。因此，变形辅助工件10的外周边表面开始紧密接触角部X1和Y1以及内表面X2和Y2。从而，随着变形辅助工件10和角部X1和Y1以及内表面X2和Y2保持接触，促进钢管6的扩张。
在上述现有的液压成形工艺中，当钢管6扩张时，存在的问题是钢管6的壁厚在模制区域L1和L2处比其他部分开始变薄。而在另一方面，在本发明的实施例中，设置在钢管6的外周边上的变形辅助工件10消除了这种不足。现在将说明其原因。
变形辅助工件10由比钢管6软的材料制成并在压缩载荷下表现出很小的体积改变。当变形辅助工件10接触角部X1和Y1以及内表面X2和Y2时，工件10的对应于角部X1和Y1以及内表面X2和Y2的部分接收压缩载荷，如图3B和4所示。此时，变形辅助工件10的部分材料塑性流动从角部X1和Y1逸出。图4中的箭头F1表示变形辅助工件10的材料流动方向。
当变形辅助工件10塑性流动时，钢管6的外周边表面通过施加在钢管6上的内部压力紧压接触变形辅助工件10的内表面。因此，钢管6的和变形辅助工件10发生塑性流动的部分交迭的外周壁通过二者之间的摩擦被沿变形辅助工件10的材料流动方向拖动。
从而，钢管6的外周壁沿变形辅助工件10的流动方向F1在如图4的箭头F2所示的方向上延展。这样，钢管6的变形不会被与模具组件5保持接触的部分妨碍，即钢管平滑地扩张。
变形辅助工件10沿角部X1和Y1以及内表面X2和Y2设置，其中液压成形时钢管6的外周边最先接触该角部X1和Y1以及内表面X2和Y2，并且还沿局部提前地变形的模制区域L1和L2设置。因此，当变形辅助工件10塑性流动时，模制区域L1和L2的变形和其他部分发展到相同程度，如图3C所示。也就是说，壁厚没有局部减小地进行液压成形。
如图3C所示，变形辅助工件10最终压靠在模具组件5的模制表面1和3上，并且和钢管6一起形成所希望的产品形状。这样，获得如图2B所示的带有压配合在管件上的变形辅助工件10的加固件7。在所得到的加固件7中，变形辅助工件10的对应于模制区域L1和L2的部分由于塑性流动的原因较厚。因而，加固件7的对应于模制区域L1和L2的部分比其他部分厚。
如果液压成形产品具有复杂形状，如在先技术中那样只要使用原始管件(例如钢管)，由于原始管件和模具组件5之间在成形时发生的局部接触，原始管件的壁厚被局部减小。
另一方面，在该实施例中，由于使用了由钢管6和变形辅助工件10构成的复合件的特性的液压成形，钢管6的壁厚t3(如图3C所示)在整个圆周上基本均匀。这样，可以避免钢管6的诸如裂缝、破损等等的缺陷。
而且，在该实施例中，由管状件构成的变形辅助工件10装配在钢管6的外周边表面上。因此，当钢管6扩张时，钢管6的外周边表面能够容易并紧密地连接于变形辅助工件10的内表面。从而，因变形辅助工件10的塑性流动引起的钢管6的变形(扩张)可以平滑地进行。
另外，由于钢管6的壁厚t3可以做的均匀，即使是诸如具有复杂截面形状的加固件7的液压成形产品也能够通过减小壁厚同时利用液压成形工艺的特征作的具有高刚性。
本发明不局限于上述实施例，而是可以以各种方式修改，而不脱离其范围。例如，钢管的部分可以个别地用多个变形辅助工件覆盖，而不是如实施例中那样用单个变形辅助工件覆盖钢管的较大部分。
在该实施例中，由管状件构成的变形辅助工件保持和钢管的外周边表面的紧密接触，从而根据变形辅助工件的塑性流动延展钢管的外周壁。但是，辅助工件不限于管状变形辅助工件。
例如，片状形式的辅助工件可以通过诸如焊接或粘胶的固定手段固定在钢管的外周边表面上。特别地，辅助片件可以设置在从钢管的外周边表面的当扩张时最先接触到模具组件的内表面的预定部分到发生局部延展的模制区的范围内的区域上。
本发明的辅助工件可以不仅仅设置在从上述原始管件的预定部分到模制区的范围内的区域上，而且还可以设置在其他外周边表面上。尽管实施例说明了一种用于车体中的加固件，但是本发明不限于加固件的成形，还可以应用于成形其他车辆部件或者用于其他目的的部件。原始管件不限于钢管，可以是其他管件。
工业应用性本发明的液压成形产品除了成形用于加固车体的加固件之外，还可以用于成形各种部件。另外，它也可以用于除车辆之外的各种结构。
权利要求
1.一种液压成形产品，通过利用具有模制表面(1、3)和包含在模制表面内并且朝向原始管件(6)的外周边表面突出的预定部分(1b)的模具组件(5)从内部压缩原始管件(6)将原始管件(6)成形为对应于模制表面(1、3)的形状而得到，其特征在于，由比原始管件(6)软的不可压缩材料制成的辅助工件(10)至少接触包含在原始管件(6)的外周边表面内并对应于模具组件(5)的预定部分(1b)的区域。
2.如权利要求1所述的液压成形产品，其特征在于，辅助工件(10)是一个将被放置在原始管件(6)的外周边表面上的管状件。
3.如权利要求1或2所述的液压成形产品，其特征在于，原始管件(6)是钢管，并且辅助工件(10)由低碳钢制成。
4.如权利要求1或2所述的液压成形产品，其特征在于，原始管件(6)是钢管，并且辅助工件(10)由铝制成。
全文摘要
当液压成形钢管(6)时，由比钢管(6)软的不可压缩的材料制成的管状变形辅助工件(10)装配在钢管(6)的外周边表面上。变形辅助工件(10)至少连接于对应于设置在模具组件(5)的内表面的突起(1b)的区域，液压成形时该突起最早接触钢管(6)的外周边表面。当液压成形钢管(6)时，变形辅助工件(10)的材料在靠近角部(X1、Y1)处塑性流动，在该角部(X1、Y1)处变形辅助工件(10)接触突起(1b)。塑性流动促进钢管(6)的圆周方向均匀延展。
文档编号B21D26/033GK1827253SQ20051009161
公开日2006年9月6日 申请日期2002年5月16日 优先权日2001年5月22日
发明者高桥纯一 申请人:三菱自动车工业株式会社