专利名称：用于制造型材的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于由板材制造型材的装置装置，该装置包括至少一个工作站，
该工作站具有一个基板和两个半模，其中这些半模和基板在要制造的型材的纵向上延伸， 这些半模能垂直于要制造的型材的纵向相对彼此运动地设置在基板上。本发明还涉及一种 用于使用根据本发明的装置来制造型材的方法。
背景技术：
在汽车构造中，越来越多地通过薄壁的中空型材来代替开放的且相互焊接的型 材，这些中空型材的初始形状是纵缝焊接的管。为了满足来自汽车构造的对尽可能轻的质 量和最大的刚度或强度的要求，构件一方面具有特别小的壁厚，另一方面通常具有复杂的 造型。通过复杂的造型使型材精确地与特定的应用状况相匹配。因此，为了经济地制造按 应用特定地成形的中空型材或型材，要求对制造过程进行特别良好的控制。为此，通过对最 终切割而成的板材或金属片成型的不连续的工作方式得到了证实。例如，由德国专利文献 DE 102004046687B3公开了一种用于制造纵缝焊接的中空型材的方法和装置，其中使板材 裁料通过各半模的相对运动自由地绕一个定位在这些半模之间的、沿板材裁料的纵向延伸 的型芯弯曲，该型芯的外部形状决定要制造的中空型芯的内部形状，并且随后通过各半模 和型芯使这样获得的有缝型材最终变形。在这种称为巻压技术(Einrolltechnik)的制造 方式中，只能通过使用耗费的型芯才能制造中空型材的复杂造型。尤其是对于复杂造型通 常需要的大的拉伸深度不能通过型芯获得或者通过型芯很难获得。
发明内容
由此出发，本发明的目的在于，提供同类型的用于制造型材的装置以及方法，通过 该装置或通过该方法也能以高的柔性经济地制造强烈结构化的型材。 根据本发明，上述目的对于同类型的装置通过如下方式实现，即设有用于使板材 成型的冲模，该冲模能与半模的相对运动垂直地且与要制造的型材的纵向延伸垂直地运 动，能相对于各半模运动的基板具有与所述冲模匹配的凹模，板材成型到该凹模中，并且基 板的凹模以及所属的冲模是能更换的。 与迄今为止已知的现有技术相比，根据本发明的装置具有能运动的冲模，该冲模 能与基板的凹模一起更换。因此，在型材造型方面的柔性显著地提高，因为用于构造或压制 板材的不是型芯，而是在要制造的型材的纵向上延伸的冲模。该冲模能在相对简单的设计 形式中得到大的拉伸深度，并且因而以少的消耗保证对强烈结构化的型材的制造。通过凹 模和冲模的能更换性实现了能用相同的装置由板材制造具有不同造型的型材。在本发明的 意义上的板材是板坯、板材裁料、多块单独的板材或者"裁制的坯料"。在本发明的意义上， 型材是指纵缝焊接的型材(例如中空型材)、开放的型材(例如轴瓦)和部分开放的型材。 半模可按装置的造型工具的意义理解。 根据按本发明的装置的第一实施形式，半模中的至少一个以及基板能相对彼此且垂直于要制造的型材的纵轴线移动，其中可选的是一个半模固定地构成。因此，按照本发明 的装置能够较简单地构造，因为省去了用于该固定的半模的驱动装置、尤其是整个液压装置。 如果各半模具有用于接纳要成型的板材的支承面，则可早地开始对板材的成型，
使得板材能在成型的第一阶段中几乎自由地变形并且能得到大的成型程度。 按照本发明的装置这样获得另一种有利的设计形式，即各半模构成为压紧装置，
板材在成型过程期间通过该压紧装置能压靠到冲模上。在成型过程期间，例如在拉伸时，通
过垂直于冲模的相对运动将板材压紧到冲模上，在板材没有变薄拉伸和改变方向的情况下
将该板材拉伸到凹模内。优选地，各半模受到力控制，使得能精确地控制拉伸过程和变薄拉
伸比例。但也可以想到使用传统的压紧装置，该压紧装置在冲模的运动方向上对板材施加力。 如果设有至少一个另外的、能与半模的相对运动垂直地且与要制造的型材的纵向 延伸垂直地运动的冲模，则能在一个装置中实现附加的成型过程。由此使型材的造型进一 步柔性化。 其他的冲模几何结构能以特别简单的方式和方法这样来提供，即设有连续式复合
冲模，该连续式复合冲模具有至少两个子冲模。通过该连续式复合冲模能将成型过程分成
不同的成型步骤，并且总体上得到较大的板材成型程度和较强烈的板材成型部。 根据按本发明的装置的另一有利的设计形式，设有型芯和型芯牵引装置，其中该
型芯在使用型芯牵引装置的情况下能在要制造的型材的纵向上运动以及能连同基板一起
或者独立于基板地与要制造的型材的纵向垂直地运动。因此，在板材的成型期间也可以使
用型芯，其中通常在将板材拉伸成U形的第一成型步骤之后才将该型芯插入到已成型的板
材中。由于使用冲模或连续式复合冲模来对板材进行成型，因而可以特别简单地设计型芯，
因为该型芯不必一定满足附加的压制任务。 但是同样有利的可能是，型芯具有压制装置和/或冲压装置，以便例如将副形状 元素成型到要制造的型材中。副形状元素例如是孔、凸缘、巻边等。 按照本发明的装置的另一设计形式具有缝隙式冲模，在制造纵缝焊接的型材时使
用该冲模，以便使板材的要焊接的棱边精确地对准。该缝隙式冲模也可以在要焊接的棱边
的垂直方向上具有多个厚度，以便例如在多级中执行校准。由此保证，要焊接的棱边精确地
对准并且能通过在各半模同时合拢时缝隙式冲模的拉伸来调节可选的零接合缝。 按照本发明的装置的经济性这样来改善，即该装置具有至少两个工作站，这些工
作站优选设置在一个A形机架上。 一方面，A形机架能实现在两侧操作装置，例如通过取出
制成的型材。另一方面，可以将所用的液压装置和控制单元用于两个工作站，使得投资成本
关于装置的生产能力减少。通过使制造型材的各个步骤并行工作而产生节拍时间优点。例
如，在其中一个工作站成型，同时在另一个工作站焊接。在使用唯一的焊接源时还得到过程
时间的部分重叠，在使用两个焊接源时可以使焊接的过程时间完全重叠，从而进行并行的焊接。 最后可以通过如下方式在执行不同的成型过程方面实现特别高的柔性，S卩能相互 独立地控制冲模的、基板的、各半模的以及可选地型芯的运动。在该装置中能使用例如为此 设置的液压驱动装置和多个受控的轴，它们提供大的力、能与结构形式柔性地匹配，并且能
5借助它们通过可控制的轴相对快速地且精确地进行复杂的成型步骤。 根据本发明的第二教导，上面所述的目的通过一种用于使用根据本发明的装置来 制造型材的方法来实现，其中将板材放置到该装置的各半模上或者各半模之间、优选放置 到为此设置的支承面上，冲模通过与各半模的闭合运动垂直的相对运动将该板材拉伸到基 板的凹模中，各半模在冲模的拉伸过程期间闭合，从而这些半模将该板材压紧在冲模上。通 过按照本发明的方法可以使板材仅在拉伸方向上延展，而不像传统常见的那样由于材料进 入到模具中而引起同时改变方向。尤其是由此可以更珍惜对材料进行加工，并且在材料变 薄拉伸受控制的情况下实现大的拉伸深度。 如果在冲模和各半模运动期间基板连同包含在该基板中的凹模至少相对于半模 中的一个与要制造的型材的纵向垂直地且与各半模闭合平面垂直地一起运动，则可以使用 一个固定的半模并且减少用于要使用的装置的成本。 根据本发明方法的下一改进的实施形式，冲模构成为连续式复合冲模，并且在第 一子冲模的拉伸过程之后通过连续式复合冲模相对于预成型的型材的运动、优选通过垂直 于型材纵向的运动来至少一个另外的、具有其他冲模几何结构的子冲模投入使用，可以将 板材的成型分成多个步骤并且得到更大的成型程度。尤其是也可以得到更复杂的造型，因 为通过附加的冲模几何结构能在相同的装置中实现板材的另一成型步骤。此外也可想到， 在连续式复合冲模中设有多于两个子冲模。 通过U-O成型能够以简单方式这样来提供闭合的中空型材，即在使用连续式复合 冲模的情况下，使通过第一子冲模预成型的板材至少部分地闭合，并且可选地通过使用焊 接装置对该板材进行焊接。因此，在该方法结束时提供焊接而成的、闭合的且纵缝焊接的中 空型材。使该预成型的板材闭合成中空型材例如通过连续式复合冲模的第二子冲模实现。
对成型的型材的校准以及将副形状元素引入型材中可以这样来实现，即在使用连 续式复合冲模的情况下、在型材闭合之前，在使用型芯牵引装置的情况下将型芯引入预成 型的板材中。如上所述，可以通过型芯来应用附加的压制装置和/或冲压装置，并且给型材 配置附加的特征。 替代地，校准也可以在没有型芯的情况下通过使各半模挤压到最终成型的或已经 焊接好的型材上来实现。
现在存在多种可能性来对用于制造型材的按照本发明的装置以及按照发明的方 法进行设计和改进。为此，一方面参见权利要求1和13的从属权利要求，另一方面参见结 合附图对三种实施例的描述。附图中 图1至3以横向于型材的纵向延伸的剖视图、在对板材进行成型的三个不同时刻 示出按照本发明的装置的第一实施例，该装置具有简单的冲模； 图4至7以横向于型材的纵向延伸的示意性剖视图、同样在对板材进行成型的三 个不同时刻示出第二实施例，其具有连续式复合冲模；以及 图8以同样横向于型材的纵向延伸的示意性剖视图示出按照本发明的装置的第 三实施例，该装置具有两个工作站。
具体实施例方式
图1以横向于板材2的纵向延伸的示意性剖视图示出按照本发明的装置1的第一 实施例，该装置用于由板材2制造型材例如轴瓦，该板材也可以是裁制的坯料。装置1包括 一个基板3和两个半模4和5。半模4和5在其形状方面与要使用的成型方法相匹配或与 要制造的构件在其压制部方面相匹配。两个半模4、5能与要制造的型材的纵向延伸垂直地 或者说与要成型的板材2的纵向延伸垂直地相对彼此在基板3上运动。这也适用于基板3， 该基板至少能相对于半模之一、与板材2的纵向延伸垂直地并与冲模6的运动方向垂直地 运动。在本实施例中，半模5位置固定地设置，而基板3以及半模4相对于半模5运动。因 此，可以省去在这里未示出的、用于半模5的驱动装置。冲模6能与各半模的相对运动垂直 地运动，该冲模用于使板材2成型。在第一成型步骤中，图2示出首先通过冲模6使板材2 受控制地变形。在成型期间，半模4、冲模6和基板3不朝向半模5运动，而冲模6垂直于半 模4和基板3的相对运动地执行运动，以便使板材2成型到凹模7中。但原则上通过按照 本发明的装置的所示的实施例也存在这样的可能性，即，使基板3在成型期间一起运动。随 着板材2的成型程度的增大，半模4和5将现已强烈成型的板材压靠到冲模6上，并且受控 制地对板材2进行拉伸，而板材不像在典型的拉深时那样强烈地改变方向。如上所述，半模 4、5优选被力控制，从而能精确调节变薄拉伸比例。 图3现以示意性剖视图示出在完成对板材2的成型之后处于闭合状态的按照本发 明的装置的第一实施例。半模4、5将板材2压靠到冲模6上，并且就此而言起到压紧装置 的作用。通过对半模4、5的力控制能精确地控制板材2的变薄拉伸比例。
图4以沿着板材2的延伸的同样的剖视图示出按照本发明的装置1的第二实施 例，该装置具有连续式复合冲模6。连续式复合冲模6具有两个带有不同冲模几何结构的子 冲模6a、6b，这些子冲模通过连续式复合冲模6的移动而投入使用。在图4中首先示出装 置1以及尚未变形的板材2。而在图5中可看到，用于形成U形板材2的拉深过程已经结 束。在此，半模4、5也再次作为压紧装置用于在材料变薄拉伸受控制的情况下得到最大的 拉伸深度。在第一成型工序结束之后，连续式复合冲模6垂直于板材2的纵向延伸继续运 动，直到子冲模6b设置于被成型的板材的区域中(图6)。子冲模6b例如适合于将通过子 冲模6a的冲模几何结构制成的U形型材以这样的方式成型为闭合的型材，即，使成型的板 材2的向上立起的棱边向内弯曲。优选预先将型芯11装入预成型的、U形的板材2中，以 便能同时实现对型材的校准。这在图7中示出。接着用一未示出的焊接装置、优选激光焊 接装置纵缝焊接如此闭合的型材。 最后在图8中示出按照本发明的具有两个工作站8和9的装置的第三实施例，这 些工作站设置在一个A形机架10上。工作站8和9分别包括一个按照本发明的装置，该装 置具有两个半模4、4' ， 5、5'、一个带有凹模7、7'的基板3、3'和一个连续式复合冲模6、6'。 各工作站在一个A形机座上的布置是有利的，因为这一方面能够使得一个未示出的激光焊 接装置以及多个未示出的液压装置共同用于两个工作站。另一方面使得能从两侧放入要成 型的板材或者从两侧取出制成的型材。总之，通过该布置能够在节省空间的构造中显著提 高在制造型材时的生产能力，其中为此的投资比较低。
权利要求
用于由板材(2)制造型材的装置(1)，包括至少一个工作站(8、9)，该工作站具有一个基板(3)和两个半模(4、5)，其中所述半模(4、5)和基板(3)在要制造的型材的纵向上延伸，所述半模(4、5)能垂直于要制造的型材的纵向相对彼此运动地设置在基板(3)上，其特征在于，设有用于使板材(2)成型的冲模(6)，该冲模能与所述半模(4、5)的相对运动垂直地且与要制造的型材的纵向延伸垂直地运动，能相对于所述半模运动的基板(3)具有与所述冲模(6)匹配的凹模(7)，板材(2)成型到该凹模中，并且基板(3)的凹模(7)以及所属的冲模(6)是能更换的。
2. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，所述半模(4、5)中的至少一个以及所述基 板(3)能相对彼此且垂直于要制造的型材的纵向移动，并且一个半模(4、5)固定地构成。
3. 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述半模(4、5)具有用于接纳要成型 的板材的支承面(12)。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述半模(4、5)构成为压紧 装置，板材(2)在成型过程期间通过该压紧装置能压靠到冲模(6)上。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，设有至少一个另外的、能与 半模(4、5)的相对运动垂直地且与要制造的型材的纵向延伸垂直地运动的冲模(6)。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，设有连续式复合冲模(6)， 该连续式复合冲模具有至少两个子冲模(6a、6b)。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，设有型芯(11)和型芯牵引 装置，其中该型芯(11)在使用型芯牵引装置的情况下能在要制造的型材的纵向上运动以 及能连同基板(3) —起或者独立于基板(3)地与要制造的型材的纵向垂直地运动。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述型芯(11)包括压制装置和/或冲压 装置。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，设有缝隙式冲模。
10. 根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有至少两个工 作站(8、9)，所述工作站优选设置在一个A形机架(10)上。
11. 根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置(1)的至少一个 工作站(8 、9)具有用于纵缝焊接型材的焊接装置。
12. 根据权利要求1至11中任一项所述的装置，其特征在于，能相互独立地控制冲模 (6)的、基板(3)的、半模(4、5)的以及可选地型芯(11)的运动。
13. 用于使用根据权利要求1至12中任一项所述的装置来制造型材的方法，其中将板 材放置到该装置的各半模上或者各半模之间，冲模通过与各半模的闭合运动垂直的相对运 动将板材拉伸到基板的凹模中，并且各半模在冲模的拉伸过程期间闭合，从而所述半模以 力控制的方式将板材压紧在冲模上。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在冲模和各半模运动期间，基板连同包 含在该基板中的凹模相对于半模中的一个、与要制造的型材的纵向垂直地且与各半模的闭 合平面垂直地一起运动。
15. 根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述装置的冲模构成为连续式复 合冲模，并且在第一子冲模的拉伸过程之后通过连续式复合冲模相对于预成型的型材的运 动、优选通过垂直于型材纵向的运动使至少一个另外的、具有其他冲模几何结构的子冲模投入使用。
16. 根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其特征在于，在使用连续式复合冲模 的情况下，使通过第一子冲模预成型的板材至少部分地闭合，并且可选地通过使用焊接装 置对该板材进行焊接。
17. 根据权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，在使用连续式复合冲模 的情况下、在型材闭合之前，在使用型芯牵引装置的情况下将型芯引入到预成型的板材中。
全文摘要
本发明涉及一种用于由板材(2)制造型材的装置(1)，包括至少一个工作站，该工作站具有一个基板(3)和两个半模(4、5)，其中，所述半模(4、5)和基板(3)在要制造的型材的纵向上延伸，所述半模(4、5)能垂直于要制造的型材的纵向相对彼此运动地设置在基板(3)上。本发明的目的在于提供同类型的用于制造型材的装置以及方法，通过该装置或者借助该方法也能以高的柔性经济地制造强烈结构化的型材，该目的这样实现，即设有用于使板材成型的冲模，该冲模能与半模的相对运动垂直地且与要制造的型材的纵向延伸垂直地运动，基板具有与所述冲模匹配的凹模，板材成型到该凹模中，并且基板的凹模以及所属的冲模是能更换的。
文档编号B21D5/10GK101715374SQ200880015070
公开日2010年5月26日 申请日期2008年4月25日 优先权日2007年5月7日
发明者A·黑罗尔德, J·拉普斯, M·布吕根布罗克, M·特法, P·明光巴赫, T·弗莱米希 申请人:蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司