专利名称：成形部件的方法
技术领域：
本发明涉及一种将坯料拉伸成形为部件形状的方法，其中，模具组中的坯料夹持区域内形成有凹陷以减小模具型腔入口处的应力。
背景技术：
传统的片材金属成形工艺通常开始于拉伸工序，其中，坯料被拉伸或者冲压成所需形状。拉伸工艺受到成形面板所需的拉伸深度以及拉伸入铸模 模具型腔的边缘宽度的限制。随着型腔深度增加，坯料边缘必须更宽以提供可拉伸入型腔中的额外的材料。在型腔入口处的施加在坯料上的应力应当低于片材金属坯料的屈服应力。如果该应力超出了片材金属坯料的屈服应力，则在铸模模具入口处的变形可能会导致材料形成分裂。拉伸工艺可划分为几个步骤以减少在铸模型腔入口处的应力。模具型腔入口处的应力的影响因素包括边缘宽度、由坯料夹具施加的防止起皱的夹紧力的量、摩擦力系数、进入铸模型腔入口处的圆角尺寸。如果在铸模入口处的应力超出了最大值，其后应变局部化且坯料正在分裂，则可能需要使用多个拉伸模具用于深拉伸工序。如果增加了模具的数量，则会产生相当大的用于制造模具的支出。另外，如果需要多个拉伸模具，则必须在冲压线中提供额外的拉伸冲压机，或者必须在冲床中提供额外的工位。其他减少在模具型腔入口处应力的途径可包括使用充液拉深技术，其中，冲头冲压至放置在充满液体的模具型腔中的坯料上。随着冲头接合坯料，由于流体对冲头所施加的力的阻力，会环绕冲头聚集袋状金属材料。充液拉深工序通常不能在面板中有效地形成细节特征。另外，机动车辆面板的充液拉深要求当通过冲头成形坯料时将数百升工艺用水泵入泵出模具型腔。由于需要将工艺用水泵入泵出模具型腔，所以会延长工序周期。减少型腔入口处的应力的另一个途径可包括提供减小在型腔入口处的坯料、模具以及夹持环之间的摩擦力的润滑剂。由于在拉伸工序期间施加的应力，所以铝合金以及高级高强度钢(AHSS)会更容易分裂。铝和AHSS与低碳钢相比具有降低的成形性。为铝和AHSS合金提供多步拉伸工序涉及到更多的问题。使用充液拉深工艺可增加拉伸面板的成形性，但是由于需要将工艺用水泵入泵出模具型腔，所以会较慢。上述问题通过下面简要总结的本发明而得到解决。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种将坯料成形为部件形状的方法，其中，通过施加液压或者来自硬质工具的压力按顺序将材料拉伸进入一个或者多个凹陷中，以使得坯料在每个凹陷中成形。首先，施加压力至外侧凹陷，随着面板边缘接近模具型腔，随后形成更多内侧凹陷。取决于拉伸工序的深度而可以增加凹陷的数量和深度。对于一些部件，单个凹陷可以为足够的，而其他具有更高的拉伸深度的部件可需求两个或更多凹陷以确保有足够可用材料用于部件成形。拉伸凹陷有效地减少了边缘宽度且还减少了在进入模具入口处的应力。根据本发明的另一方面，提供用于利用夹持在坯料夹具和模具之间的坯料成形片材金属部件的方法。在相对于该坯料的第一侧的选定区域施加压力。坯料成形进入位于坯料第二侧(即位于坯料选定区域的相反侧)的槽中。在选定区域释放压力且随后该坯料被拉伸进入模具型腔并从该槽中拉出。根据本发明的一个实施例，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侧的所述下模具中。根据本发明的一个实施例，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侧的所述模具中。根据本发明的一个实施例，其中，槽在模具型腔中向下延伸。根据本发明的一个实施例，其中，在将坯料成形进入槽的步骤之前，该槽填充有流 体。根据本发明的其他方面，可以通过提供穿过在坯料夹具中形成的通道的受压流体而在选定区域处施加压力。可替代地，在选定区域处施加压力的步骤可进一步包括将坯料和穿过坯料夹具通道的冲头接合。在提供多个凹陷以确保足够深度的拉伸而没有超出的应力的情况下，可以提供第一和第二选定区域以及第一和第二槽。释放在第一选定区域的压力的同时，在第一选定区域内侧且与坯料第一侧相同的第二选定区域施加压力。坯料成形进入第一槽内侧的且位于坯料的选定区域相反侧的坯料第二侧的第二槽中。在拉伸步骤之前释放在第二选定区域上的压力。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。根据本发明的一个实施例，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。根据本发明另一方面，提供一种拉伸坯料以成形面板件的方法。在由坯料夹具和下模具夹持的坯料部分中形成坯料中第一边缘槽。在坯料第一边缘槽内侧的由坯料夹具和下模具夹持的坯料部分中形成坯料中第二边缘槽。随后坯料被拉伸进入该下模具以形成该拉伸面板件。根据后者的方法，通过将受压液体导入至该坯料的上侧以引起坯料成形，在下模具上的第一和第二槽成形区域中执行第一和第二边缘槽的成形步骤。第一和第二槽可以顺序成形，首先形成第一槽，随后在释放在第一槽中的压力后形成第二槽。在第二槽中的压力释放以后执行将坯料拉伸进入下模具的模具型腔中的步骤。根据本发明的一个实施例，其中，成形第一和第二边缘槽的步骤顺序进行，通过注入受压液体至坯料的上侧以引起坯料首先成形进入位于下模具的第一槽成形区域随后进入第二槽成形区域。根据本发明一个实施例，其中，第一和第二槽顺序成形，第一槽首先成形，在释放第一槽内的压力后成形第二槽。根据本发明一个实施例，其中，在第二槽内释放压力后执行将坯料拉伸进入下模具的步骤。
根据本发明一个实施例，其中，通过将坯料拉伸进入第一槽中，通过将第一通道冲头接合坯料的上侧引起坯料成形进入位于下模具的第一槽成形区域中，且随后通过将坯料拉伸进入第二槽成形区域中执行第二边缘槽的成形步骤。根据本发明的一个实施例，其中，第一和第二槽顺序成形，首先成形第一槽，在第一通道冲头与坯料分离之后成形第二槽。根据本发明提供一种拉伸坯料成形拉伸面板件的方法，包括在由坯料夹具夹持在下模具上的所述坯料的一部分中成形第一边缘槽，其中，第一边缘槽成形进入提供在夹具和下模具中的一者上的凹陷中；从第一边缘槽中将坯料部分地拉伸进入下模具中以部分地成形拉伸面板件；在由坯料夹具夹持在下模具上的坯料部分中形成第二边缘槽，其中，第二边缘槽成形进入提供在坯料夹具和下模具中的所述一者上的凹陷中；以及从第二边缘槽中拉伸坯料进入下模具中。根据本发明一个实施例，所述方法进一步包括在由坯料夹具夹持在下模具上的坯料部分形成第三边缘槽，其中，该第三边缘槽成形进入提供在坯料夹具和下模具中的所 述一者中的凹陷中；以及从第三边缘槽拉伸坯料进入下模具以成形拉伸面板件。可替代地，可以通过第一冲头接合坯料的上侧以导致坯料成形进入在下模具中的第一槽成形区域中而将坯料拉伸成形第一槽，随后坯料被拉伸进入位于下模具中的第二槽成形区域中而执行第二边缘槽的成形步骤。第一和第二槽按顺序通过通道冲头首先成形第一槽，随后当第一通道冲头收回与坯料的接合后，形成第二槽。当第二通道冲头收回与坯料的接合后，坯料被拉伸进入下模具。当执行第一和第二边缘槽的成形步骤时，下模具可包括填充有液体的第一和第二型腔。在本发明的另一个可替代实施例中，位于模具组的坯料夹持区域的坯料部分可被拉伸进入凹陷，随后其被拉伸进入模具型腔。材料被拉伸进入凹陷，且随后拉伸进入模具型腔的步骤可以重复一次或多次直至部件完全拉伸为希望的形状。在下面结合附图和下面说明的实施例的具体说明后，本发明的这些和其他特征将变得显而易见。
图I为显示在冲压机单个行程期间在一个工具内成形拉伸部件的工序的简图；图2为由坯料夹具夹持在模具上的坯料简图；图3为坯料的截面简图，其中，边缘部分充液拉深为第一槽；图4为坯料的截面简图，其中，边缘部分充液拉深为第一槽内侧的第二槽；图5为拉伸为部件形状的坯料的截面简图；图6为另一替代实施例的截面简图，其中，坯料具有通过第一冲头拉伸为第一槽的边缘部分；图7为图6的实施例中的坯料截面简图，显示了坯料的边缘部分通过第二冲头拉伸为第二槽；图8为图6的实施例的截面简图，显示了坯料成形为拉伸部件形状；图9为另一充液拉深实施例的部分截面简图，其中，在充液拉深之前向坯料下方的型腔中提供流体；图10为利用冲头的另一实施例的部分截面简图，其中，在通过冲头将周边部分成形进入槽之前向坯料下方的型腔提供流体进入第一槽中。图11为显示可替代的用以形成拉伸部件工序的简图，其中，材料被多次拉伸进入凹陷并从凹陷中拉伸进入模具型腔中。
具体实施例方式根据需要，在此揭示了本发明的具体实施例；然而，应当理解揭示的实施例仅仅为本发明的示例，其可以以多种可替代的形式实施。附图无需按照比例绘制，可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此揭示的具体结构性和功能性细节不应当解释为限制，而是仅用于教导本领域技术人员以多种方式实施本发明的代表性基础。参考图1，坯料10显示为其开始进入根据本发明一个实施例中的制作工序。第一 步预成形料12具有形成在边缘附近的第一槽14。在图I中显示了第一步预成形料12的截面图。第一槽14可以为沿着图2至图10中描述的拉伸模具型腔的整体或者部分延伸的通道。第二步预成形料16具有形成在边缘附近且在第一槽14内侧的第二槽18。最终拉伸部件20通过在图5和图8中描述的冲头成形。参考图2至图5，示出了本发明的一个实施例，其中，坯料10在一系列充液拉深步骤后形成为最终拉伸部件20。参考图2，显示了坯料10通过坯料夹具22夹持在下模具24上。在坯料夹具22中设置了第一通道26，其与流体源28流体连通。在下模具24中提供了第一凹陷30。同样，坯料夹具22设置了第二通道32，且下模具24设置了第二凹陷34。下模具24还设置了具有模具进入圆角38的拉伸型腔36。图5中显示了冲头40通过冲压机(未显示)冲入模具型腔36中以形成最终拉伸部件20。现在参考图3，显示了具有在充液拉深步骤中形成的第一槽14的第一步预成形料12，其中，从流体源28提供的受压流体穿过第一通道26，从而在由下模具24设置的第一凹陷30中形成第一槽14。参考图4，显示了具有在充液拉深步骤中形成的第二槽18的第二步预成形料16，其中，从流体源28提供的受压流体经由第二通道32，从而在由下模具24设置的第二凹陷34中形成第二槽18。参考图5，显示了最终拉伸部件20与置于拉伸型腔36中的冲头40。最终拉伸部件20被拉伸通过模具入口圆角38，提供该圆角，以用于当形成最终部件形状20时减小金属应变。参考图6至图8，显示了可替代的实施例，其中，第一槽14(在图6中显示)和第二槽18 (在图7中显示)通过由冲压机(未显示)或者液压油缸(未显示)操作的冲头形成。参考图6，显示了第一步预成形料12，其具有通过将坯料周边部分拉伸进入形成在下模具46中的第一凹陷50而由第一通道冲头48形成的第一槽14。第一槽14被拉伸通过第一凹陷入口圆角52。参考图7，第一步预成形料12 (在图6中显示)通过与第二通道冲头54接合以在第二步预成形料16中形成第二槽18。金属从第一槽14(显示在图6中)中拉伸进入形成在下模具46中的第二凹陷56中。当第一步预成形料12被拉伸进入第二凹陷56中时，沿着第二槽入口圆角58拉伸第一步预成形料12。提供第二槽入口圆角58，以当拉伸面板件进入第二凹陷56时减小面板件上的应变。参考图8，显示了在下模具46中设置的拉伸型腔60中的最终拉伸部件20。拉伸型腔60的入口包括模具入口圆角62，当拉伸进入拉伸型腔60中时，提供圆角62，用以减小面板件上的应力。冲压机(未显示)驱动冲头64进入拉伸型腔60并将第二步预成形料16成形为最终拉伸部件20的形状。参考图9，说明了与图2至图4中的实施例不同的实施例，其中，不同之处在于在坯料上下都提供了液体。为了简洁起见，在图2至图4和图9中相应部件以相同的标号标记。仅显示了包括模组左侧一半的模组部分。坯料10通过坯料夹具22夹持在下模具24 上。第一通道26设置在坯料夹具22中且与流体源28流体连通。同样，坯料夹具22设置了第二通道32。由下模具24限定了第一凹陷30和第二凹陷34。由分别穿过第一和第二通道66和68的流体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中并与流体源28流体连通。在第一和第二凹陷30和34中的流体处于比在坯料夹具22中的第一和第二通道26和32中的压力更低的压力。坯料10下面的凹陷30，34中的流体减少了凹陷30，34入口处的摩擦力。参考图10，说明了与图5至图8中不同的另一个可替代实施例，其中，不同之处在于在坯料10的上下都提供了液体。为简洁起见，在图5至8和图10中使用相同标号标记相应部件。仅显示了包括模组的右侧一半的模组部分。坯料10显示为通过坯料夹具44被夹持在下模具46上。第一通道冲头48位于坯料夹具44中，其由冲压机(未显示)或者液压驱动(未显示)驱动。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填充有分别穿过第一和第二通道70和72的液体，第一和第二通道70和72形成在下模具46中并与流体源28流体连通。在坯料10下方的第一和第二凹陷50和56中的流体减小了凹陷50，56的入口处的摩擦力。参考图11，说明了另一个可替代实施例的方法，其中，位于模组的坯料夹持部分(例如图2至图5中显示的坯料夹具22，24)中的坯料74的部分可被拉伸进入凹陷(例如在图2至图5中显示的第一凹陷30)中以形成包括槽78的第一步预成形料76。第一步预成形料76的槽78随后被拉伸进入模具型腔(例如在图2至图5和图8中显示的)以形成第一部分拉伸料。将材料拉伸进入凹陷中以及随后进入模具型腔的步骤可以重复一次到多次直至将部件完全拉伸至希望的形状。之后通过重新形成槽78制造第二步预成形料82，其随后拉伸为第二拉伸料84。然后可以通过再成形槽78制作第三步预成形料86，其随后拉伸为最终拉伸部件88。取决于需要的拉伸深度可以再次重复该方法。尽管上面描述了示例性的实施例，并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性而非限制性的，应当理解，在不脱离本发明的精神以及保护范围的情况下，可以做出多种变形。另外，可以组合多个实施例的特征以形成本发明的进一步的实施例。
权利要求
1.一种部件成形的方法，包括 在还料夹具和|旲具之间夹持还料； 对所述坯料的第一侧在选定区域处施加压力； 将所述坯料成形进入设置在所述坯料的与所述选定区域相反的第二侧的槽； 在所述选定区域释放所述压力；以及 将所述坯料拉伸入所述模具且拉伸出所述槽。
2.如权利要求I所述的方法，其中，在所述选定区域施加压力的所述步骤进一步包括通过形成在所述坯料夹具中的通道提供受压液体。
3.如权利要求I所述的方法，其中，在所述选定区域施加压力的所述步骤进一步包括接合所述坯料与穿过所述坯料夹具移动的通道冲头。
4.如权利要求I所述的方法，其中，所述选定区域为第一选定区域，且所述槽为第一槽，其中，所述方法进一步包括 释放在所述第一选定区域上的所述压力； 在第一选定区域内侧的与所述坯料的第一侧相同的第二选定区域施加压力； 将所述坯料成形进入第二槽，所述第二槽位于所述坯料的与所述选定区域相反侧的第二侧上的所述第一槽内侧； 在所述拉伸步骤之前释放在所述第二选定区域上的压力。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述在所述第二选定区域施加压力的步骤进一步包括通过形成在所述坯料夹具中的通道提供受压液体。
6.如权利要求4所述的方法，其中，所述在所述第二选定区域施加压力的步骤进一步包括接合所述坯料和穿过所述坯料夹具的通道冲头。
7.如权利要求4所述的方法，其中，所述模具设置有第一模具型腔，且在所述模具型腔外侧的所述下模具上形成有所述第一和第二槽。
8.如权利要求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.如权利要求4所述方法，其中，在将所述坯料成形进入所述第一槽的步骤之前所述第一槽填充有流体，且在将所述坯料成形进入所述第二槽之前所述第二槽填充有流体。
10.如权利要求I所述的方法，其中，所述模具设置有模具型腔，且所述槽形成在所述模具型腔外侧的所述下模具中。
全文摘要
本发明提供一种成形部件的方法，其中，坯料顺序地被拉伸进入一个或者多个凹陷中以成形至少一个槽，其可用于拉伸进入模具型腔。通过经由通道施加液压或者机械压力而将所述坯料成形进入凹陷中，从而成形每个槽。这些通道中可以填充有用以减小摩擦力的流体。可替代地，可以将坯料的部分拉伸进入凹陷中，以形成包括槽的第一步预成形料。在第一步预成形料拉伸步骤中，第一步预成形料的槽被拉伸进入模具型腔中。将材料拉伸进入凹陷以及随后进入模具型腔的步骤可以重复一次或多次直至该部件完全拉伸为希望的形状。
文档编号B21D22/20GK102672023SQ201210063790
公开日2012年9月19日 申请日期2012年3月12日 优先权日2011年3月14日
发明者谢尔盖·法德勒威奇·高洛瓦申科 申请人:福特全球技术公司