连续渐进成形金属带以形成具有纵向变化横截面的型材的装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于连续渐进成形金属带以形成具有纵向变化横截面的型材的装置，包括:用于成形金属带的设备，其中该设备包括至少一个工具套件，其具有至少两个可旋转安装且相互关联的工具，其中工具在圆周方向上具有周向压力面，该周向压力面具有用于成形金属带的轮廓，并且其中至少一个工具的压力面的轮廓是非轴对称的。
[0002]本发明还涉及一种用于连续渐进成形金属带以形成具有纵向变化横截面的型材的方法，包括以下步骤:a)提供具有至少两个可旋转安装且相互关联的工具的装置，以及
b)利用所述工具成形金属带。
【背景技术】
[0003]在成形技术领域中，已知多种可能的方法用来将金属带成形为型材。“辊压成形”有时也被称作“辊式成型”，特别适用于连续渐进成形。这是这样一种成形方法，其中可旋转安装的工具例如辊或辊子将金属带成形为型材。为此，可旋转安装的工具通常被布置在固定位置，而待成形的金属带连续移动通过辊。在金属带移动期间，可旋转安装且被驱动的工具在金属带上滚动，并且通过彼此挤压使金属带变形。通常，具有不同成形工具的多个工作台被串联布置，从而金属带被逐步成形，直到获得预期的最终横截面。辊压成形特别适用于制造具有恒定横截面的型材。
[0004]与其他成形方法(例如压制)相比，辊压成形仅在局部形成相对高的成形压力。辊压成形的巨大优点在于连续成形金属带的可能性。另外的优点是结果的高可复制性。基于此，辊压成形的使用特别是对于制造大量相同的组件来说被认为是有利的，例如用于机动车辆用的车身部件。
[0005]用于辊压成形的装置与方法例如在DE102007005880B4、DE19754171A1和DE10011755A1中是已知的。利用其中描述的一些装置与方法，可以利用辊压成形制造其横截面沿其纵轴变化的金属带。这例如是通过在成形过程期间改变或调节工具在横向方向上的位置来实现的。特别地，工具不仅能旋转，还可以执行横向平移运动。变化的横截面使得由此制造的组件能够适应于操作中普遍存在的载荷。
[0006]已知的方案具有以下不足，即关于机械部分需要很大开销，以便使得工具例如辊套件可横向移动。此外，可移动地安装的工具需要复杂的控制部件，其确保工具总是位于正确位置。另外的缺点在于，仅仅移动工具仅能允许型材几何形状或工件几何形状的有限变化。
[0007]JP59027722A中已知另外一种可以通过辊压成形制造具有纵向变化横截面的工件或型材的方案。该文件提出使用其轮廓非轴对称的可旋转安装的工具，而不是改变工具的位置。这样，金属带发生形变，从而成形过程之后金属带的形状近似对应于工具轮廓的形状。为此，具有匹配轮廓和平行旋转轴的两个辊彼此抵靠进行工作，在辊之间引导并成形金属带。
[0008]尽管该方案在构造方面更简单，但是其具有以下缺点，即所描述的旋转轴彼此平行的工具无法制造中空型材，而仅能制造开口型材或半壳，并且为了制造中空型材，两个或更多个半壳必须被接合在一起。这进一步增加了制造成本。由JP59027722A已知方案的另一缺点在于，为了形成开口型材，使用了具有不同轮廓的两个工具(凸出的“阳模(punch)和凹入的“阴模(die)”)。这也导致了更高的模具成本。
【发明内容】
[0009]因此，本发明是基于配置及改善已在介绍部分描述且在上文更为详细解释的装置的目的，从而可以低成本地制造具有纵向变化横截面的工件或型材，特别是具有封闭横截面的纵向变化型材。
[0010]对于根据权利要求1前序部分的装置来说，该目的是如下实现的，即至少一个工具套件的所有工具压力面的轮廓是凹入的，以便形成具有封闭横截面的型材。
[0011]该装置是这样的装置，其连续渐进成形金属带以形成具有纵向变化横截面的型材。连续渐进成形指的是无中断成形金属带的能力，直到其达到其最终形状。使用的材料可以是钢、镁、铝或其它金属或它们的组合，例如是多层材料的形式。成形工件或型材的厚度可以在0.3_至6_之间的范围内。装置首先具有用于成形金属带的设备。该设备包括至少一个工具套件，该至少一个工具套件具有至少两个可旋转安装且相互关联的工具。这些工具例如可以是辊或辊子。工具在圆周方向上具有周向压力面，该周向压力面具有用于成形金属带的轮廓。压力面绕工具的旋转轴延伸，并且其横截表面被称为轮廓。至少一个工具的压力面的轮廓是非轴对称的。这可以如下方式实现，即轮廓如所见的那样在圆周方向上变化，并且用于制造具有纵向变化横截面的工件或型材的目的。
[0012]根据本发明，至少一个工具套件的所有工具的压力面的轮廓是凹入的，以便形成具有封闭横截面的型材。凹入形状应被特别理解为很大程度上向内弯曲，即“孔洞”形状。压力面轮廓的凹入形状对于成形金属带以形成具有纵向槽的纵向变化封闭型材(“带槽型材”)来说是特别有益的，因为封闭型材例如圆形型材的外表面相应地具有凹入的即向内弯曲的形状。由未分割的金属带形成中空型材具有以下实质性优点，即仅一个纵向缝隙需要被焊接或以其他方式封闭，以便形成完全封闭的中空型材。作为对比，已知的用于制造纵向变化型材的辊压成形方法通常仅形成一侧开口的型材，其中两个或更多个型材接合在一起以形成中空型材。然而，为此需要焊接两个或更多个纵向缝隙，这不仅增加了成本，而且还劣化了成品型材的机械性能。只要提供多个工具套件，所有工具套件的工具的压力面的轮廓可以在形状上是大程度凹入的。
[0013]装置的一种配置可以被表征为在每种情形中具有至少两个可旋转安装且相互关联的工具的至少一个工具套件。其他工具套件的使用可以在其他更为分化的步骤中成形金属带，从而可以实现在整个型材长度上横截面的相对大变化。在此情形中，利用至少一个第一工具套件，金属带首先可以被成形为在一侧开口且纵向未变化的型材(“U形型材”)，其具有基本垂直的腿并且在需要的情况下具有圆形边缘。在该上下文中，优选地将要形成的最终几何形状的至少部分最小半截面尺寸和/或最小半径决定了在一侧开口且在纵向上恒定的型材的形状。至少第二下游工具套件随后进一步连续地成形在一侧开口且在纵向上恒定的型材，以形成具有纵向槽的纵向变化的封闭型材。
[0014]根据装置的一个实施例，每个工具套件包括两个、三个或四个可旋转安装的工具。使用多个工具可以同时从不同侧面成形预成形的金属带，并且因此特别地形成具有纵向变化横截面的封闭中空型材。对于两个工具的情形，工具的旋转轴优选地彼此平行布置。对于三个工具的情形，相邻工具的旋转轴优选构成120°的角度，对于四个工具的情形，相邻工具的旋转轴优选构成90°的角度。这导致了在成形预成形金属带时工具成形动作的均匀分布，以形成具有纵向槽的封闭型材。
[0015]在本发明的另一实施例中，至少一个工具的压力面的轮廓很大程度上是卵形特别是椭圆形或多边形或圆形的弧段的形式。圆形弧段形式的设计特别指的是对应于一段圆形(例如半圆、四分之一圆等)的形状。多边形设计特别指的是具有多条很大程度上是直线且在必要时等长的彼此成角度布置的分段长度的形状(例如三角形、四边形、六边形等)。在相应的形式中，卵形或椭圆形设计特别指的是对应于卵形