突然弯曲高强度面板的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于在面板上成形翻边的方法和装置。该翻边在压挤下成形以减小成品翻边的外半径。该翻边可围绕外侧拐角成形，其中翻边的末端边缘被形成在模具上的限制边缘所约束。可选地，该翻边可通过由压挤工具施加在翻边的末端边缘上的压挤力而成形到模具的内侧拐角中，同时成形工具使翻边成形为具有减小的最终外半径。本发明的有益效果能使面板成形出期望的突然弯曲。
【专利说明】突然弯曲高强度面板的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及对低成形性的高强度金属薄板面板进行弯曲。
【背景技术】
[0002]在传统的金属薄板弯曲工艺(如翻边或卷边操作)中，弯曲半径受限于材料断裂前的延展能力。该参数在拉力试验中被定义为材料的总延展率。在弯曲工艺中，金属薄板的外层经历最大程度延展。外层由经历大幅减少延展的内层支撑。
[0003]金属薄板弯曲操作中的最大应变的通式可表述为:
[0004]e=t/ (2R+fiB)=总延展率(t=薄板厚度)；
[0005]由该等式可得，最小弯曲半径为:
[0006]R中间面=t/ (2倍总延展率);
[0007]一般对于铝合金而言，总延展率=0.25，则:
[0008]R 中间面=t/(2x0.25)=2t
[0009]与工具的半径相对应的内表面可计算为:
[0010]R 内麵=1.5t
[0011]在实践中，通常，Imm厚的6111-T4招合金薄板的内半径限定成最小值为2.5t,以避免外半径在翻边或卷边生产中发生`断裂。
[0012]已进行多种尝试从而在弯曲、翻边或卷边时形成较小半径。例如，美国第6，865，917号专利公开了利用弹性工具来弯曲材料。该弹性工具承受剧烈压挤，并在承受最显著拉伸的坯料外表面上产生增大的静水压力。对很多材料而言，当施加静水压力时能获得更高的延展率。
[0013]美国第6，928，848号专利所公开的另一种方法为:将薄板在需要小翻边半径的位置处预弯成较大半径，然后执行靠模翻边(cam flanging)操作以在金属薄板坯料上成形更小的内弯半径。例如，将AA6111-T4铝面板预弯成约2.5t，然后执行靠模翻边操作以成形R--Β=0.5t或更小的内半径。将面板弯曲到这种程度是可能的，这是因为材料流被从坯料的翻边提供至延展区域。
[0014]涉及突然弯曲超闻强度厚钢板材的问题的另一实例，例如，6mm厚板材具有约12%的延展率，其呈现出降低的延展。降低的延展特性转化为中间面的最小半径为:
[0015]R 中间面=t/ (2x0.12)=4t
[0016]6mm厚板上的中间面的最小半径(4t)等于24mm,而外半径为30mm。30mm的外半径并不显得尖锐同时也并非所期望的。
[0017]上述问题和其它问题可通过如下概述的本发明来解决。
【发明内容】
[0018]根据所提供的解决方案，有两个方面涉及在可能延展和断裂的区域中形成压挤区的方法。第一方面为:将坯料预弯至较大半径(如，6t至7t)，然后施加基本轴向压挤力以将材料挤压到尖锐内侧拐角中。压挤该翻边会在传统弯曲工艺中产生大量延展的区域内产生压挤应力。第二方面为:以具有大弯曲半径的角度弯曲该坯料直到坯料的边缘容纳在模具的限制边缘中，这会使得翻边形成弓形区域，然后将翻边的弓形区域压挤至拐角中。
[0019]根据本发明的一方面，提供了一种在面板上成形突然弯曲的方法，该方法包括预弯面板以成形出翻边，该翻边在翻边与面板的主体部分之间的基部处具有半径。在翻边的末端与基部之间压紧所述翻边，此时在翻边与砧面之间形成了空隙。然后将翻边压挤在砧面上。
[0020]根据该方法的其它方面，该方法可进一步包括:将面板的主体部分压紧在压紧垫与模具之间，同时冲头往复运动以执行预弯步骤及随后执行压挤步骤。该方法的特征还在于，为模具提供限制边缘，在压挤步骤期间模具的限制边缘与翻边的末端接合。翻边的末端通过冲头成形至与模具的砧面接合。翻边的末端沿着砧面滑动直到该末端与限制边缘接
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[0021]翻边与砧面之间所形成的空隙，可以是限定出靠近翻边基部的空隙的弓形区域。该方法还包括将该弓形区域压挤在砧面上，这会使得面板的基部进入到翻边的基部中。换而言之，翻边与砧面之间形成的空隙由翻边的邻近其基部的弓形部分限定，该方法还包括将弓形部分压挤在砧面上以使得弓形部分向翻边的基部流动。
[0022]根据本发明的另一方面，提供了一种替代方法，该方法可包括将面板的主体部分压紧在压紧垫与模具之间。将翻边的末端压在模具与压挤工具之间。在通过压挤工具压翻边的同时，使用成形工具来使翻边的基部成形到模具的拐角中。翻边与模具的拐角之间所形成的空隙邻近翻边的基部。翻边的基部被迫流入模具的拐角。
[0023]根据本发明的另一方面，提供了一种用于在面板上成形翻边的工具。该工具可包括:模具，该模具具有与翻边的末端接合的限制边缘；用于将面板压紧在模具上的压紧垫；以及冲头，该冲头初始与面板接合以成形出在翻边基部处具有半径的翻边。在翻边被压在压紧垫与限制边缘之间的同时，冲头使翻边倚靠着模具的砧面成形以减小翻边的半径。
[0024]根据该工具的其它方面，可在模具上设置外侧拐角，冲头可与面板接合以使翻边围绕外侧拐角初始地成形。压紧垫将面板压紧在外侧拐角的一侧上。翻边的基部可具有弓形部分，该弓形部分相对于砧面形成了弓形间隙。冲头使翻边的弓形部分成形到翻边的基部中。
[0025]根据替代实施例，提供了一种用于在面板上成形翻边的工具，该工具包括:模具，该模具具有以间隔开的关系容纳翻边的基部的内侧拐角。翻边的基部具有初始半径。提供压紧垫以将面板压紧在模具上。压挤工具与翻边的末端接合。在翻边被压挤工具压挤的同时，成形工具将翻边的基部成形到内侧拐角中以形成小于初始半径的最终半径。
[0026]根据该工具的替代实施例的其它方面，内侧拐角可具有与翻边的最终外半径相同的半径，该成形工具可具有与翻边的最终内半径相同的半径。当成形工具成形最终半径时，该压挤工具可随成形工具移动以压挤所述翻边。该翻边可在成形模具中预成形出大于弯曲该翻边会产生断裂的最小半径的半径。
[0027]本领域技术人员在阅读了附图以及下面对所示实施例的详细说明之后将更好地理解本发明的上述方面和其它方面。【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是处于成套模具中的适当位置以弯曲成形翻边的金属薄板面板的示意性截面图；
[0029]图2是在成套模具中处于预弯曲工艺中以成形大半径弯曲的金属薄板面板的示意性截面图；
[0030]图3是在成套模具中处于压挤如图2所示成形的大半径弯曲的工艺中的金属薄板面板的示意性截面图；
[0031]图4是在成套模具中如图3所示压挤之后具有突然弯曲的金属薄板面板的示意性截面图；
[0032]图5是在成套模具的替代实施例中处于被预弯曲以成形大半径弯曲的金属薄板面板的示意性截面图；以及
[0033]图6是在图5所示成套模具的替代实施例中被压挤以成形突然弯曲后的金属薄板面板的示意性截面图。
【具体实施方式】
[0034]以下提供了对本发明所示实施例的详细说明。在此公开的实施例为本发明的实例并可以多种替代方式实施。附图不一定按比例绘制。可对一些特征放大或缩小以显示具体部件的细节。在本发明中公开的具体结构和功能细节不应视为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员实践本发明的代表性基础。
[0035]参照图1，在面板12上进行作业的工具10被示出处于开始对面板12成形之前的位置。工具10包括为面板12提供支撑的模具14。压紧垫16将面板12压紧在模具14上。冲头18与面板12接合以对面板成形，下面将参照图2至图4进行说明。
[0036]参照图2，工具10示出为正在面板12上成形翻边20。面板12被压紧在压紧垫16与模具14之间。冲头18使翻边20成形。翻边20的末端边缘22被示出朝向模具14的限制边缘24成形。翻边20的基部26具有靠近基部26的初始外半径28。初始外半径28大于使用传统弯曲技术时可能发生断裂的最小半径。模具14上设置有砧部30。冲头18使翻边20倚靠着砧部30并使之包围模具14的外侧拐角32而成形。外侧拐角32形成在模具14的压紧侧36与成形侧38的相交处。翻边20的弓形部分40与模具14的成形侧38之间形成有空隙42。
[0037]参照图3，工具10被示出为:压紧垫16使面板12倚靠着模具14固定。冲头18被示出使翻边20倚靠着模具14的砧部30成形。翻边20的末端边缘22被示出与模具14的限制边缘24接合。所示弓形部分40被压向砧部30，被压挤的弓形部分40的材料向尖角32流动。图3所示空隙与图2所示空隙相比已被减小。模具14的限制边缘24阻止了翻边20的末端边缘22的运动。翻边20在基部26与限制边缘24之间被冲头18压挤。
[0038]参照图4，所示工具10处于最终位置，其中面板12具有倚靠着模具14成形的翻边20。冲头18被示出为:使得翻边20围绕着模具14的压紧侧36与成形侧38之间的外侧拐角32完全成形。翻边20在外侧拐角32的外侧形成了最终外半径44。翻边20的最终外半径44具有的最终半径，小于通过传统成形技术在类似材料上所获得的半径。
[0039]上述突然弯曲工艺基于在传统工艺中大幅延展区域内进行压挤的思想。图1至图4示出了该工艺的第一种形式。在该弯曲工艺的开始阶段，坯料被以相当大的半径弯曲，该半径在材料厚度的5至10倍或更大的范围内。随着冲头18的进一步移动，坯料被朝向固定的工具弯曲，直到翻边20的末端边缘22与模具14的限制边缘24接合。冲头18的进一步移动引起坯料的边缘沿模具14的表面滑动。当翻边20的末端边缘22到达模具14的限制边缘24时，弓形部分40被冲头18加压(upset)。该弓形部分的材料流经模具14的成形侧38。翻边的材料在朝向翻边20的末端边缘22的方向上的移动受到模具14的限制边缘24的约束。这种对翻边20的材料的移动的约束，促进了材料向弯曲区域的移动。通常会产生最大延展的坯料的外半径区域与冲头18接触。压紧垫16、限制边缘24以及冲头18形成了封闭空间，随着基本全部压挤作用在面板表面上，材料流入基部26。
[0040]参照图5，示出了替代实施例，其中，成套模具48对面板50施加作用。成套模具48包括形成有内侧拐角54的模具52，面板50成形到该内侧拐角之中。模具52的靠近内侧拐角54的部分可被称作砧面。翻边58的基部56最初通过单独的成形操作成形或在模具52中通过在先成形操作成形以预成形翻边58。翻边58具有的初始外半径60，大于使用传统成形技术弯曲该翻边时会产生断裂的最小半径。面板50由压紧垫62固定在适当位置。压挤工具64与翻边58的末端边缘66接合。
[0041]成形工具68被移动至与翻边58的基部56接合。成形工具68独立地移动，但其与压挤工具64 —同移动。成形工具68与面板50接合，以使翻边58倚靠着模具52的内侧拐角54成形。成形工具68使面板50的基部56成形为具有与内侧拐角54的半径相同的最终外半径70。最终内半径72在面板50上成形，并与成形工具68的半径部分74的半径相同。翻边58由成形工具68成形，同时通过压挤工具64在翻边58的末端边缘66上施加压挤力。压挤工具64施加的压挤力将翻边58压挤在模具52的内侧拐角54上。
[0042]坯料被预成形为具有较大半径，该较大半径基本大于利用传统弯曲技术会产生断裂的最小弯曲半径。该较大半径可比利用传统弯曲技术可得到的最小外半径大2至4倍。可利用传统弯曲工艺进行预弯曲。可通过将预弯曲翻边轴向压挤到形成有弯曲面板的较小外半径的尖角中，来执行工艺的第二部分。对面板的两侧进行支撑，以防止被压挤到尖角中的坯料部分扭曲。在工艺结束时，对翻边的长度进行校准以避免扭曲。成形工具68所具有的内半径与工艺结束时翻边的最终内半径相同。
[0043]成形工具68的位移可利用下面的描述进行计算。翻边的初始长度(包括弯曲区域)为:
[0044]L=L 57x R0+h0
[0045]其中Rtl为预弯曲薄板的初始半径^为初始延伸超过弯曲区域的翻边长度。弯曲部分的初始半径Rtl对称地转变为较小半径R，这样在翻边的水平区域生成平坦区域，并同时在翻边的垂直部分生成额外的平坦区域。工艺开始时所施加的压挤力的作用点的坐标可根据以下公式计算:
[0046]h=R0+h0
[0047]假设初始半径RQ=5t，
[0048]h=5t+h0
[0049]假设受弯曲的薄板的厚度不变且材料流动一般在平面内部，则所施加的压挤力的作用点的坐标可根据以下公式计算:[0050]1.57R+ (Rq-R) x2_X+h0=l.57R0+h0?
[0051]其中，X为在平面内的方向上为坯料提供压挤的冲头的位移，R为金属薄板坯料的弯曲部分的当前半径。
[0052]那么，
[0053]X= (2-1.57) (R0-R)
[0054]针对几种不同情况，位移计算如下，其中:
[0055]R0=5t, R=4t X=0.43 (5t~4t) =0.43t
[0056]R0=5t, R=3t X=0.43 (5t~3t) =0.86t
[0057]R0=5t, R=2t X=0.43 (5t~2t) =1.29t
[0058]R0=5t, R=It X=0.43 (5t_t) =1.72t
[0059]第二工具的位移X2应为:
[0060]X2=R0-R
[0061]R=4t, X2=t [0062]R=3t, X2=2t
[0063]R=2t, X2=3t
[0064]R=t, X2=41
[0065]从这个意义上讲，成形工具68相较于压挤工具64应具有更高的速度。
[0066]虽然上面描述了示例性实施例，但这不意味着这些实施例描述了所公开装置和方法的所有可能形式。相反，在说明书中使用的词语用于描述而非限制，并且应当理解，可对其做出各种变化而不背离所要求包括的本发明的主旨和范围。可对多种实施例的特征进行组合以形成所公开构思的进一步的实施例。
【权利要求】
1.一种用于在面板上成形突然弯曲的方法，包括: 预弯曲所述面板以成形出翻边，所述翻边在其与所述面板的主体部分之间的基部处具有半径； 在所述翻边的末端与所述基部之间压紧所述翻边，其中在所述翻边与砧面之间形成空隙；以及 将所述翻边压挤在所述砧面上。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述面板的主体部分压紧在压紧垫与模具之间，同时往复移动冲头以执行预弯曲步骤及随后执行所述压挤步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述模具具有在所述压挤步骤中与所述翻边的末端接合的限制 边缘。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述翻边通过所述冲头成形为与所述模具的砧面接合，并且，所述翻边的末端沿着所述砧面滑动直到所述末端与所述限制边缘接合。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述翻边与所述砧面之间形成的所述空隙由所述翻边的邻近其基部的弓形部分限定，并且，所述方法还包括将所述弓形部分压挤在所述砧面上以使得所述弓形部分向所述翻边的所述基部流动。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括: 将所述面板的所述主体部分压紧在压紧垫与模具之间； 在压挤工具与所述模具之间压挤所述翻边的末端；以及 在通过所述压挤工具压挤所述翻边的同时，利用成形工具将所述翻边的所述基部成形到所述模具的拐角中。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述空隙形成在所述翻边与所述模具的所述拐角之间并由所述翻边的位于其所述基部处的弓形部分限定，并且所述方法还包括使所述翻边的所述基部流入所述模具的所述拐角。
8.一种用于在面板上成形翻边的工具，包括: 具有与所述翻边的末端接合的限制边缘的模具； 用于将所述面板压紧在所述模具上的压紧垫；以及 初始与所述面板接合以成形出在所述翻边的基部处具有半径的翻边的冲头，在所述翻边被压挤在所述压紧垫与所述限制边缘之间的同时，所述冲头使所述翻边倚靠着所述模具的砧面成形以减小所述翻边的所述半径。
9.根据权利要求8所述的工具，还包括: 设置在所述模具上的外侧拐角，所述冲头与所述面板接合以使所述翻边围绕着所述外侧拐角初始地成形，并且所述压紧垫将所述面板压紧在所述外侧拐角的一侧上。
10.根据权利要求8所述的工具，其中，所述翻边的基部具有相对于所述砧面形成弓形空隙的弓形部分，并且所述冲头使所述翻边的所述弓形部分成形到所述翻边的所述基部中。
11.一种用于在面板上成形翻边的工具,包括: 模具，所述模具具有以间隔开的关系容纳所述翻边的基部的内侧拐角，所述翻边的所述基部具有初始半径； 用于将所述面板压紧在所述模具上的压紧垫；与所述翻边的末端边缘接合的压挤工具；以及 在所述翻边被所述压挤工具压挤的同时将所述翻边的所述基部成形到所述内侧拐角中以形成小于所述初始半径的最终半径的成形工具。
12.根据权利要求11所述的工具，其中，所述内侧拐角具有与所述翻边的最终外半径相同的半径，并且所述成形工具具有与所述翻边的最终内半径相同的半径。
13.根据权利要求11所述的工具，其中，所述压挤工具在所述成形工具成形所述最终半径的同时随所述成形工具移动以压挤所述翻边。
14.根据权利要求11所述的工具，其中，所述翻边在成形模具中被预成形出大于弯曲所述翻边时会产生断裂的最小半`径的半径。
【文档编号】B21D5/06GK103624117SQ201310359615
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年8月16日 优先权日:2012年8月20日
【发明者】谢尔盖·费奥多罗维奇·戈洛瓦先科 申请人:福特环球技术公司