高尺寸精度的半壳体的生产方法及顶锻设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高尺寸精度的深冲的半壳体的生产方法，所述半壳体具有底面区和侧框并可选地具有凸缘，其中，将由坯板预制的半壳体形成成品半壳体，其中，预制半壳体由于其几何形状而具有坯料余量，并且在预制半壳体形成成品半壳体的过程中，由于坯料余量，在顶锻设备中经过至少一道锻压工序对半壳体进行顶锻，以形成成品半壳体。此夕卜，本发明涉及一种用于生产高尺寸精度的半壳体的顶锻设备，所述顶锻设备具有至少第一设备半体和第二设备半体，第一设备半体具有顶锻冲头，顶锻冲头的形状对应于成品半壳体的内部轮廓，第二设备半体具有锻模，锻模具有底面区，所述底面区的形状大致对应于成品半壳体的底面区并且可选地对应于从成品半壳体的底面区到侧框的过渡区。
【背景技术】
[0002]在汽车工程领域，密闭空心型材的使用日益增加，其中，为了适应不同的使用场合，密闭空心型材具有不同的横截面和材料厚度。众所周知的是，密闭空心型材由两个深冲的半壳体制成。为达到这个目的，例如，在公开的德国专利文献DE4120404A1中所述的半壳体首先预制，然后在二次成形步骤中大致校准。这种方式生产空心型材的问题在于，在深冲工序中会将应力引入到坯料中，而应力会导致半壳体的回弹。例如，半壳体的回弹使得在将半壳体焊接成密闭空心型材时很难在模具中精确定位半壳体。此外，由于尺寸精度不足，带有明显回弹的半壳体只有经过额外的加工后才能使用。在现有技术中已知多种避免深冲工序后的回弹效应的方法。现有技术的方法(诸如，拉长工件、提供拉道、控制局部夹具、采用设备调整措施或者润滑工件)的共同特征是:一、使用复杂的设备和拉伸工序；二、这些方法的成功率不高。德国专利文献DE102007059251A1和DE102008037612A1公开了生产回弹较低的半壳体的方法，其中，预制的半壳体具有余料，因此在预制半壳体形成其最终形状的过程中，其横截面经过锻压工序被顶锻，从而形成成品半壳体。用这种方法可以对在深冲工序中引入坯料的应力进行导向，以抵消不受控制的回弹。但是在实际生产中，坯料并非始终具有均匀的厚度，因此在深冲工序之后的半壳体的材料厚度至少在侧框区存在一定的公差。但是在上述方法中，存在上述公差的半壳体不能在其圆周方向上完全校准。具体地说，顶锻材料的凸缘区(如果存在凸缘)和侧框区会在顶锻工序中出现不期望的褶皱形状，这种褶皱形状一方面有损半壳体的外观，另一方面会降低局部尺寸精度。此外，因为预制半壳体的回弹和由此造成的预制半壳体的较低尺寸精度，所以在回弹较低的半壳体的加工中也会出现问题。在本文中，工件的尺寸精度可以理解为比常规深冲工序更小的公差。
【发明内容】
[0003]从上述现有技术中看出，本发明基于提出一种在半壳体的生产过程中能够提高工艺可靠性的方法和设备的目的。
[0004]根据本发明的第一教导，由于在顶锻设备闭合时顶锻间隙的尺寸会减少到预制半壳体的侧框的实际厚度，因此通过前述方法可以实现该目的。已经认识到，将顶锻间隙的尺寸设定为预制半壳体的侧框的实际尺寸，也可以使带有回弹和较低尺寸精度的半壳体达到其成品形状。在顶锻工序中，顶锻间隙的尺寸优选保持不变。因此，尤其在顶锻工序中，坯料余量可以从底面区移到侧框，并且作为结果，可以抵消引入到预制半壳体中的应力。通过根据本发明所述的方法可以明显降低预制半壳体的生产要求。因此，可以降低预制半壳体的废品率，从而全面提高高尺寸精度的半壳体的生产过程中的工艺可靠性。
[0005]根据本发明所述的方法的第一个改进方案，顶锻设备具有顶锻冲头和相应的锻模，并设置有用于设置顶锻间隙的可移动侧壁。通过这种方法可以以非常简便的方式完成顶锻间隙的设定。为了准备顶锻工序，将预制半壳体定位在锻模中。此外，还可以想到的是，在顶锻工序开始之前将预制半壳体放置在顶锻冲头上。在顶锻工序中，顶锻冲头会下降到相应锻模中。相应锻模的形状对应于成品半壳体的外轮廓。有利的是，在对预制半壳体进行顶锻之前，顶锻设备的两个侧壁彼此间处于打开的位置，即，此时两个侧壁的间距最大。在靠近时，两个侧壁相对移动，从而缩小顶锻冲头和侧壁之间的顶锻间隙。同时，半壳体的侧框通过这种方式形成成品形状。在预制半壳体布置在相应锻模中的情况下，优选的是，顶锻冲头在侧壁移动的同时移动到预制半壳体的内部形状中。在此，顶锻冲头的形状对应于成品半壳体的内部轮廓。但是，顶锻冲头也可以在侧壁闭合之前或者之后移动到半壳体的内部。
[0006]根据本发明方法的进一步优选的实施例，在成形之前，预制半壳体通过定心装置和/或固定装置在顶锻设备中定位。基准点系统(RPS)尤其适合定位半壳体，因此可以确定地并可重复地将半壳体布置在顶锻设备中。为此，可以提供保证半壳体在相应锻模中或者在顶锻冲头上的位置的精确定位和稳定的点作为基准点。
[0007]优选使用至少一个定心销来对半壳体进行定位，预制半壳体具有至少一个相应的定心孔。所述至少一个定心销可以设置在锻模中或者在顶锻冲头中。没有定心销的设备部分优选具有用于在顶锻工序中接收定心销的定心孔。此外，预制半壳体还具有引导至少一个定心销通过的相应的孔，因此，半壳体可以定位在顶锻设备中而不会从目标位置移动到其它位置。作为结果，通过对预成形半壳体的精确定位，可以进一步提高顶锻工序的工艺可靠性。
[0008]根据进一步优选的实施例，顶锻设备具有至少两个定心装置，优选为两个定心销和两个相应的定心孔。在这种情况下，预制半壳体同样具有用于引导定心销通过的两个定心孔，因此可以进一步提高半壳体的位置的稳定性。可以想到的是，两个定心销都布置在顶锻冲头或相应锻模上，或者在每一个设备(顶锻冲头和锻模)上各设置一个定心销。此夕卜，有利的是，除了构造成定心销以外，作为选择或者附加，例如，定心装置还可以构造成在顶锻冲头或者锻模中的凸起(例如圆锥的形式)。预制半壳体具有用于接收所述凸起的凹部，因此同样可以使半壳体的位置稳定。在这种情况下，可以完成预制半壳体在顶锻设备中的位置的精确定位，并且能够省去接收顶锻设备上的定心装置的定心孔。
[0009]根据本发明方法的更进一步的方案，至少在顶锻工序结束时，使侧框区的顶锻间隙稍微减小。在这种情况下，稍微减小可以理解为最多减小侧框的实际壁厚的5%。因此，可以充分补偿侧框区的不同壁厚。在板材平面内的坯料余量将会被充分压平。作为结果，除了提高成品半壳体的尺寸精度之外，还改善了工件成品的外观，因此，可以明显扩展成品半壳体和/或空心型材的应用领域。
[0010]根据本发明方法的更进一步的改进方案，在顶锻工序结束时，可以通过适当装置使具有水平部分的成品工件的底面区和/或其他区域的间隙稍微减小。作为结果，可以补偿底面区和凸缘区(可选)的坯料厚度变化。
[0011]特别优选的是，通过顶锻设备的可移动侧壁，使侧框的顶锻间隙适应侧框的不同壁厚。优选的是，通过朝向半壳体的侧框施加在侧壁上的力来自动进行适应。因此，即使存在坯料厚度变化，也能防止在半壳体的侧框与顶锻设备之间形成或者扩大顶锻间隙。根据所述的改进方案，因为可以自动补偿坯料厚度变化，所以该方法是自调节的。
[0012]根据本发明方法的更进一步的改进方案，通过布置在轴向端的限制装置对预制半壳体进行轴向限制。限定装置特别优选构造成滑块，所述滑块优选在顶锻工序开始时已经到达其最终位置。但是，可以想到的是，滑块也可以在顶锻工序中移动到其最终位置。因此，可以避免半壳体在顶锻工序中的轴向伸长。作为结果，轴向限制装置的存在有助于挺高轴向尺寸精度。
[0013]根据本发明的第二教导，通过具有权利要求8所述的特征的顶锻设备实现前述目的。因为顶锻设备的相应锻模具有可以沿着相对于顶锻冲头的移动方向垂直或者倾斜的方向移动的侧壁，所以在顶锻设备闭合时，顶锻间隙的尺寸可以非常容易地减小到预制半壳体的侧框的实际壁厚。如果侧壁沿着相对于顶锻冲头的移动方向倾斜的方向移动，那么侧壁的移动优选具有平行于顶锻冲头的移动方向的分量和垂直于顶锻冲头的移动方向的分量。如上文所述，顶锻间隙的适应具有使尺寸精度