用于制造薄板零件的方法及设备与流程

本发明涉及一种用于制造薄板零件的方法以及设备。

背景技术：

为了制造具有复杂几何结构的薄板零件，通常使用深冲作为有效的改型方法。在此，优选将平面的板坯夹持在压紧装置或薄板固定装置与环形拉模或凹模支承面之间，然后通过凸模拉入底模中。为此，设备用于一次或者多次作用的压制。

通常，零件的轮廓在深冲之后具有小于所使用的板坯的周长。为了避免在对现有材料余量进行改型时造成褶皱形成和/或薄板厚度增加，通过合适的压紧力或者其他措施、例如拉紧凹槽等调节薄板与压紧装置之间的摩擦，使得零件的所需区域尽可能最大程度地伸展并且不产生裂纹或褶皱。通过沿着周向的材料余量引入的压应力由此与拉应力重叠并因此绝大部分地避免了材料的局部增厚。额外地，深冲具有以下优点，通过方法引起的大的塑性拉伸以及因此造成的所用材料(钢板、铝板或其他金属材料)的增强能够获得尽可能大的材料强度。

在传统的深冲中，缺点尤其在于零件由于在拉伸之后不均匀的应力状态而倾向于回弹及其对批次波动的敏感。在设计改型工具时就已经考虑了预期的回弹，方式是通过传统的补偿措施、例如所谓的“正向回弹补偿(forwardspringbackcompensation)”将预期的回弹值以相反的方向加工在工具中，从而由此在释放之后，尽管存在不均匀的应力状态也获得尽可能尺寸精确的零件。因为这些措施尤其在高强度的材料中以及尤其结合低薄板厚度时并不足够，所以经常需要在其他后续操作中进行调整工序和/或校准工序以达到所要求的尺寸精确性。

此外还存在以下问题，在更换材料批次之后，例如在更换绕筒料卷时，则不再能够保持零件的尺寸精确性。这导致必须进行复杂的措施以对调整工序和/或校准工序进行后续调整，和/或必须单独地为新的批次调节深冲工序，在此尤其调节压紧力。工具内的摩擦表现的不稳定性也导致制成零件目标几何形状的不期望的偏差。

除了传统深冲方法的上述优点及缺点以外，在此类制成的零件中，通常紧接着改型还须切掉所谓的深冲边缘。该切边多数进行一个或多个单独的操作，该操作需要自己的工具技术以及自己的物流系统。此外，通过切边通常对材料利用率不利，从而造成其他花费。

尽管如此，为了保持短的工艺链，可以将凸缘切边与最后的深冲操作集成。因此，尽管获得了成本节约，但是仍旧存在一些缺点，例如脚料积压，建立复杂工具，复杂试验，不期望的回弹效应，受限的尺寸精确性以及易受过程干扰的影响。

在现有技术中已知多种方法和设备能够节约或大程度减少u形或帽形剖面类的零件的切边，例如参见公开文献de102007059251a1，de102008037612a1，de102009059197a1，de102013103612a1，de102013103751a1中的教导。这些教导的共同点在于，在第一方法步骤中产生预成型件，其几何形状尽可能接近零件的最终形状，但与其不同地并不包含或仅区段式地包含用于切边的材料余量，并为此在典型的部分区段中、例如底部区域、侧面区域和/或在可能存在的凸缘区域内具有定义的材料盈余，其在第二方法步骤中用于通过对基本整个零件进行特别的顶煅和/或校准在不进行其他剪切操作的条件下调整包括边缘轮廓在内的零件期望的尺寸精确性。尽管这些已知的方法克服了上述不期望的回弹以及切边的缺点，但是可能本身具有一些自己的不期望的副作用。尽管如此制造的预成型件符合要求的几何形状，但是尤其在零件几何形状复杂时并也可能与零件厚度小相关，在其边缘轮廓内可能由于批次变化和/或预成型工具磨损和/或工具和材料的摩擦特性造成的浮动使得横截面展开长度如此变化，即，如此制造的预成型件在后续的顶煅凹模和/或校准凹模内不能够或仅能够受限地得到加工。针对过程可靠性，可进一步优化此方法和设备。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于，提供一种此类方法和一种此类设备，借助其能够与批次和/或摩擦无关地、尤其在薄板预成型件具有重复精确的几何形状的情况下在顶煅凹模和/或校准凹模中过程可靠地、尤其不进行最终切边地加工制成的薄板预成型件。

此目的通过具有权利要求1的特征的此类方法实现。

根据本发明规定，直接邻接至少区域式地切割后的薄板预成型件的薄板预成型边缘的区域至少区域式地在横截面中相对于最终成型的薄板零件的相应区域的展开长度具有正尺寸偏差以用于顶煅和/或校准。

已经确定，尤其对于切割后的薄板预成型件的制造需要措施，借助其确保切割后的薄板预成型件尤其涉及零件边缘的位置的重复精确的几何形状，并因此确保对接着的顶煅/校准重要的薄板预成型边缘。通过确保制成的切割后的薄板预成型件、尤其涉及边缘的空间位置的重复精确的几何形状，根本地实现了在切割后的薄板预成型件的尽可能每个薄板预成型件横截面中分别基本上仅存在对于后续顶煅步骤/校准步骤所必须的材料盈余。

在此，可借助能够任意结合的赋形方法在一个或多个步骤中制造薄板预成型件。预成型可例如包含深冲类的赋形步骤。尤其也可进行多级的赋形，其例如包括对待构建的底部区域的冲制和对待构建的侧面区域的竖立或者可选的对待构建的凸缘区域的放置。也可考虑在一个或多个相继进行的操作中任意地结合倒角和/或折弯和/或(压制)冲制。例如为预成型执行的深冲示例性地一级或多级地实施。通过预成型而获得的薄板预成型件可尤其视作尽可能接近最终形状的薄板零件，其在考虑给定的边界条件、例如所使用材料的回弹和变形能力的条件下尽可能好地符合期望的成品几何形状。作为预成型过程的结果，至少区段式地、尤其薄板预成型件的边缘轮廓与其薄板零件的最终形状的偏差优选为正的(具有更多的材料)。尽管薄板预成型件的边缘轮廓与零件最终形状的边缘轮廓的绝对偏差在技术可能性的范围内通过合适的方法设计应为小的，但这在实践中通常不可能。方法设计的焦点更多地在于使零件预成型件的边缘轮廓彼此的绝对偏差在过程流程中保持得尽可能小。

顶煅/校准可尤其理解为对切割后的薄板预成型件的制成成型或最终成型，其可例如通过一个或多个压制工序实现。由此基本最终成型的薄板零件就此而言可理解为最终成型的薄板零件。但是，仍旧可以对该基本最终成型的薄板零件进行其他的、修改该零件的加工步骤，例如引入连接孔、设置端侧凸缘、引入法兰和/或区段式的边缘切割。但是尽量如此设计校准形状，即基本不再需要其他的改形步骤。

首先产生的薄板预成型件、以及切割后的薄板预成型件以及最后的最终成型的薄板零件主要具有纵向延伸和横向延伸。因此，横截面意味着穿过薄板预成型件/切割后的薄板预成型件/最终成型的薄板零件的横向延伸的剖面。

如果薄板零件并非没有凸缘的，那么，凸缘区域则为至少在最终成型的薄板零件的一侧上、沿着纵向延伸和/或横向延伸至少在一侧上、尤其在制成的薄板零件两侧上的至少区域性设置的凸缘区段，其例如用于与其他零件的连接并也称作接合凸缘。侧面区域至少在最终成型的薄板零件的一侧上、尤其在最终成型的薄板零件的彼此相对的两侧上沿着纵向延伸设置，其中，最终成型的薄板零件具有例如基本为帽形剖面状的截面，在两侧上分别具有侧面区域，其中，侧面区域可以相同，但也可具有不同的高度。在可选存在的凸缘区域与侧面区域之间可选地存在一件式的过渡区域。底部区域通过另一过渡区域与(一个或多个)侧面区域一件式地构造，并且根据待生产的薄板零件的复杂度并不必须限于一个平面内，而也可沿着纵向延伸区域式地设置在不同平面内。在底部区域内的各个平面之间的过渡可以实施为阶梯式的或者弧形的，尤其可考虑所谓的弯折实施。最终成型的薄板零件也可沿着纵向延伸或纵轴具有其他形状，例如可以构造为弧形、c形、l形。

根据该方法的一个实施例，切割后的薄板预成型件至少区域性地在横截面中具有相比于最终成型的薄板零件的展开长度长0.5％至4％的展开长度。在此，切割后的薄板预成型件如此观察的横截面的展开长度区段式地或者整体地相比于最终成型的薄板零件优选长0.7％至3.3％。如果由于在切割后的薄板预成型件的制造中的过程执行使得横截面的展开长度大幅度浮动，那么，在展开长度过短时则会无法提供充足的材料盈余用于后续的顶煅步骤/校准步骤，由此可能影响零件的尺寸精确性。如果与此相反，切割后的薄板预成型件的所观察截面的展开长度过大，那么，在后续的校准过程期间则可能使由此过度的材料盈余萎陷成波浪，这可能导致外观和/或尺寸缺陷。

根据该方法的一个实施例，在将薄板预成型为薄板预成型件期间的材料流动至少区域式地有针对性地受到控制。根据大量实验及仿真显示，有利的是，在产生薄板预成型件时，对特定薄板零件根据其几何形状至少区域式地借助施加力的薄板固定装置或压紧装置有针对性地控制、尤其抑制材料流动，从而由此避免不期望的褶皱形成。替代地或叠加地，在产生薄板预成型件期间能够通过至少区域性地布置的拉伸凹槽和/或拉伸阶梯而以有利的方式控制材料流动，从而能够改善特定零件几何形状的可制造性。

根据该方法的一个实施例，在将薄板预成型为薄板预成型件结束之后，至少区域地提供或生成材料存储部作为盈余的材料。优选在制造薄板预成型件时隆起地、波浪形地和/或轻微褶皱状地引入材料存储部。例如可以在底部区域内、侧面区域内、选择性地在凸缘区域内、在底部区域与侧面区域之间的过渡区域内和/或选择性地在侧面区域与凸缘区域之间的过渡区域内引入或提供材料存储部。

根据该方法的一个实施例，材料存储部有针对性地通过至少一个预成型工具引入或提供。因此可以有利地也过程可靠地制造此类预成型件，其由于其几何结构而非常容易形成褶皱。因此，通过有针对性地引入的材料突起，此种易于产生褶皱的零件也适合于根据本发明的方法。

开头所述的目的在一种此类设备中由此实现，如此设置切割工具，使至少区域式地已经切割过的薄板预成型件的直接邻接于薄板预成型边缘的区域至少区域式地在横截面中相比于最终成型的薄板零件的相应区域保留有正尺寸偏差用于顶煅和/或校准。如前所述，在切割后的薄板预成型件制造时，可确保重复精确的几何形状、尤其涉及切割后的薄板预成型件的零件边缘的位置，并因此确保对于接着的顶煅/校准重要的薄板预成型边缘。因此实现了在切割后的薄板预成型件的尽可能每个横截面内都存在对后续的顶煅/校准步骤所需的材料盈余，并由此也能够补偿由于批次更换和/或预成型工具磨损和/或工具和材料的摩擦特性造成的波动。

根据此设备的一种设计方案，该设备包含例如具有预成型凸模、预成型凹模和压边模具的预成型工具。预成型凹模的底部区域可在需要时能够至少区段式地从预成型凹模的其余部分脱离并移动，从而由此例如构成(内部)压紧装置。除了压紧装置以外，也可使用压边模具。薄板预成型件的制造可优选通过传统的深冲进行。预成型件凹模可至少区域式地具有至少一个拉伸凹槽和/或拉伸阶梯，其在深冲为薄板预成型件的过程中尤其有利地支持延展并且用于确保在材料预成型件上沿着横向延伸和/或纵向延伸充分的展开。薄板预成型件的制造可根据待生产的薄板零件的复杂度在两个或多个阶段、或者说预成型工具内进行。

为了受控地构造材料存储部，根据该设备的一种设计方案，至少一个预成型工具构造用于在薄板预成型为薄板预成型件期间，例如通过深冲，提供材料存储部。

根据该设备的一种设计方案，该设备包含切割工具，尤其用于区段式地在薄板预成型件上执行切割，其具有压紧装置以及凹模。压紧装置和凹模优选构造用于将薄板预成型件夹紧地容纳在其之间，尤其不造成其他的、尤其除了故意的切割以外的塑性赋形。可选地且替代地，也可区域式地集成更小的形变。换而言之，尤其压紧装置和凹模的至少区域式地接触薄板预成型件底部区域和侧面区域的轮廓基本符合期望的薄板预成型件轮廓。由此可确保在薄板预成型件中为顶煅/校准采取的措施不会在切割工具中再次被抵消。此外，切割工具可包括能够相对于凸模和/或凹模移动的切割元件，其尤其为切割凸模和支座的形式。替代切割元件也可使用激光进行切割(激光切割)。

根据该设备的一种设计方案，该设备包含具有校准凸模、校准凹模和闭锁元件的校准工具。校准凸模和校准凹模的轮廓基本上符合待制成的薄板零件的尤其目标几何形状的底部区域、侧面区域以及可选的凸缘区域。闭锁元件在顶煅/校准期间用作尤其制成的薄板零件的凸缘区域内的薄板边缘的支座，并因此阻断材料从薄板零件流走，从而调节待制成的薄板零件内的有方向的应力，以产生尺寸精确性特别高的薄板零件。作为校准工具的一部分，闭锁元件可以相对于校准凸模和/或校准凹模移动，或者能够与二者同轴地移动、或者能够成角度地来回移动。替代地，闭锁元件可尤其作为阶梯和/或突起而一件式地实施在校准凹模中，由此能够降低校准工具的零件数量。顶煅

/校准也可在两个或多个阶段、或者说校准工具中进行。

根据该设备的一种设计方案，该设备集成在多工位压力机中。

尤其在制造批量产品时、例如汽车工业中的产品时，例如薄板零件等产品尤其经济地在多工位压力机中制造。

附图说明

下文中根据附图进一步阐述本发明。同样的零件以同样的附图标记标注。其中详细示出了：

图1平面的薄板的横截面，

图2a,b根据本发明的预成型工具的一个实施例，其用于制造根据本发明的薄板预成型件的实施例；

图3a,b根据本发明的切割工具的一个实施例，其用于制造根据本发明的切割后的薄板预成型件的一个实施例；

图4a,b根据本发明的校准工具的一个实施例，其用于执行根据本发明的校准的一个实施例；

图5第一种制成的薄板零件的一个实施例，以及

图6第二种制成的薄板零件的一个实施例。

具体实施方式

图1中示例性地以横剖图示出了平面的薄板(1)，其从未示出的绕筒展开并分段切割，并尤其作为设定的板坯提供给其他程序。优选薄板(1)由钢材制成，优选由高强度钢材制成。替代地，也可使用铝材或其他金属。薄板也可作为订制产品提供。

根据本发明规定，薄板(1)首先借助常用的方法改型，使得薄板预成型件(2)的具有材料盈余的几何形状提供用于其他程序，该材料盈余例如呈底部区域(2.1)内的至少一个材料存储部(4)的形式。替代地或叠加地，材料盈余也可存在于侧面区域(2.2)、凸缘区域(2.3)和/或在底部区域(2.1)、侧面区域(2.2)与凸缘区域(2.3)之间的过渡区域(2.4，2.5)中，在此未示出此种材料盈余。薄板预成型件(2)可优选通过传统的深冲制造。薄板预成型件(2)例如在预成型工具(5)中制造，其中，将平面的薄板(1)借助合适的、在此未示出的装置放置于开放的预成型工具(5)内，并接着使预成型凸模(5.1)、预成型凹模(5.2)和至少一个压边模具(5.3)作用在薄板(1)上。预成型工具(5)的部件的移动和/或移动方式通过所示的双箭头(5.11,5.31)象征性示出。在放置所述薄板(1)之后，压边模具(5.3)夹持薄板(1)。接着，预成型凸模(5.1)向着方向ut移动并将薄板(1)变形为薄板预成型件(2)。压边模具(5.3)可保持有距离或者可施加力。预成型凹模(5.2)可至少区域性地具有至少一个拉伸凹槽和/或拉伸阶梯(5.4)，其尤其主动地支持深冲为薄板预成型件(2)期间的拉伸并确保对薄板预成型件(2)横向延伸(q″)和/或纵向延伸(a″)的充分展开以及避免不期望的褶皱。为了实现材料存储部(4)受控的构造，例如构造预成型凸模(5.1)、在必要时结合内部压紧装置(在此未示出)，从而在薄板(1)预成型为薄板预成型件(2)的期间引入材料存储部(4)。通过在薄板预成型件(2)的制造期间引入或提供材料存储部(4)的构造，除了使薄板预成型件(2)超尺寸以外，也能够在预成型工具(5)中顾及顶煅/校准所需的、材料存储部(4)形式的材料盈余。薄板预成型件(2)的制造不限于一个预成型工具(5)，而也可根据待产生的薄板零件(3)的复杂度而在两个或多个阶段、或者说预成型工具中进行(在此未示出)。图2a)示出了在所谓的下止点处的预成型工具(5)。在赋形后，薄板预成型件(2)从预成型工具(5)中取出，该薄板预成型件由于不可避免地不均匀的、引入薄板预成型件(2)内的压力状态而具有回弹(图2b)。在预成型工具(5)设计时可已经采取补偿措施，从而获得尽可能好地符合最终几何形状的薄板预成型件(2)。回弹的浮动在顶锻过程/校准过程中补偿，从而在此不需要复杂的修正研磨。对于可能由于预成型工具的批次变换和/或磨损和/或工具和材料的摩擦特性导致的浮动同样如此。薄板预成型件(2)例如具有横向延伸(q″)和纵向延伸(a″)，其中，纵向延伸(a″)例如大于横向延伸(q″)多倍并沿着投影面的方向象征性示出。

取出的薄板预成型件(2)放置到切割工具(6)中，其包括压紧装置(6.1)和凹模(6.2)。压紧装置(6.1)和凹模(6.2)优选构造用于将薄板预成型件(2)夹紧地或固定地容纳在它们之间并尤其不造成其他塑性赋形。压紧装置(6.1)和凹模(6.2)的轮廓基本与预成型凸模(5.1)和预成型凹模(5.2)的轮廓一致，该压紧装置和凹模至少区域性地接触薄板预成型件(2)的底部区域(2.1)和侧面区域(2.2)。由此可确保在用于顶煅/校准的薄板预成型件(2)中实施的措施不在切割工具中受到负面影响。替代地，也可通过相应的措施将额外的、塑性的赋形、例如压印等集成于切割工具中。此外，切割工具(6)还包括可相对于压紧装置(6.1)和/或凹模(6.2)移动的切割元件(6.3,6.4,6.5,6.6)。切割工具(6)的部件的移动和/或移动方式通过所示的双箭头(6.11,6.31,6.41,6.51,6.61)象征性地示出。薄板预成型件(2)如此切割，使得横截面中切割后的薄板预成型件(2′)的展开长度(l)相比于最终成型的薄板零件(3)的展开长度(l′)长0.5％至4％。尤其切割后的薄板预成型件(2′)具有相比于最终成型的薄板零件(3)的凸缘区域(3.3，m′)更长的凸缘区域(2′.3，m)。然后，在切割工具(6)中，在切割过程或冲裁过程中至少区段式地切断凸缘区域(2′.3)，从而由此为之后的顶煅过程/校准过程制造重复精确的横截面展开、或者说薄板预成型边缘(2′.31)。图中示出了四个可移动的切割元件(6.3,6.4,6.5,6.6)，其可分别构造为切刀(6.3,6.5)和可移动的支座(6.4,6.6)。切割元件的数量不是必须为四个，也可每侧分别仅设置一个切割元件，其可由上方或者由下方相切地作用于薄板预成型件(2)的凸缘区域(2.3)。切割后的薄板预成型件(2′)在横截面中具有相比于薄板预成型件(2)的横向延伸(q″)更小的横向延伸(q)，以及可能的、可能相比于薄板预成型件(2)的纵向延伸(a″)更小的纵向延伸(a)。

从切割工具(6)中取出的、切割后的薄板预成型件(2′)仍旧还是和放置以前那样具有回弹，并被放置到校准工具(7)中，该校准工具包括校准凸模(7.1)和校准凹模(7.2)。图4a)示出了处于下止点处的校准工具(7)。此外，校准工具(7)还尤其包括闭锁元件(7.3)，其作为支座作用在切割后的薄板预成型件(2′)的环绕的边缘(2′.31)上，从而在顶煅/校准期间借助压力叠加促使完成的薄板零件(图4b)具有最终的、接近于最终成型的几何形状。校准工具(7)的部件的移动和/或移动方式通过所示的双箭头(7.11,7.21,7.31)象征性地示出。切割后的薄板预成型件(2′)在横截面中展开的长度(l)相比于最终成型的薄板零件(3)的展开的长度(l′)长0.5％至4％，并且切割后的薄板预成型件(2′)具有相比于最终成型的薄板零件(3)的凸缘区域(3.3，m′)更长的凸缘区域(2′.3，m)，由该切割后的薄板预成型件在校准工具(7)中产生尺寸高度精确的、具有凸缘的薄板零件(3)。

除了沿着纵向延伸(a′)和例如小于纵向延伸(a′)多倍的横向延伸(q′)具有基本构造于一个平面内的底部区域(3.1)以及在两侧上基本具有相等高度(t)(图4b)的侧面区域(3.2)以外，弯折的薄板零件(3′)也可具有处于不同平面内的底部区域(3′.1)以及高度(t,t1,t2)不同的、尤其沿着纵向延伸(a′)构造在两侧的侧面区域(3.2,3′.2)。尤其也可尺寸精确地制造尤其具有凸缘区域(3.3)的其他形状，例如沿其纵向延伸(a′)呈c形的薄板零件(3″)(图6)。

根据本发明，在所有实施例中，直接邻接于至少区域性地切割过的薄板预成型件(2′)的薄板预成型边缘(2′.31)的区域(2.2,2.5,2.3)至少区域性地在横截面中相对于最终成型的薄板零件(3,3′，3″)的相应区域(3.2,3.5,3.3)的展开长度(m′)具有正的尺寸偏差(m)以用于顶煅和/或校准。尤其在上述实施例中，正的尺寸偏差(m)例如在横截面(q)中对应于切割过的薄板预成型件(2′)的、相比于最终成型的薄板零件(3,3′，3″)的凸缘区域(3.3)的展开长度(m′)的更长的凸缘区域(2′.3)。

本发明不限于所示的实施例。其他零件形状同样可能并需要相应匹配的工具轮廓。

附图标记说明

1平面的薄板

2薄板预成型件

2.1薄板预成型件以及切割过的薄板预成型件的底部区域

2.2薄板预成型件以及切割过的薄板预成型件的侧面区域

2.3薄板预成型件的凸缘区域

2.4薄板预成型件以及切割过的薄板预成型件的底部区域与侧面区域之间的过渡区域

2.5薄板预成型件以及切割过的薄板预成型件的侧面区域与凸缘区域之间的过渡区域

2′切割过的薄板预成型件

2′.3切割过的凸缘区域

2′.31切割过的薄板预成型件的薄板预成型边缘

3,3′,3″最终成型的薄板零件

3.1最终成型的薄板零件的底部区域

3′.1最终成型的薄板零件的弯折的底部区域

3.2最终成型的薄板零件的侧面区域

3.3最终成型的薄板零件的凸缘区域

3.4最终成型的薄板零件的底部区域与侧面区域之间的过渡区域

3.5最终成型的薄板零件的侧面区域与凸缘区域之间的过渡区域

4作为顶煅余量的材料存储部

5预成型工具

5.1预成型凸模

5.11预成型凸模的移动方向

5.2预成型凹模

5.3压边模具

5.31压边模具的移动方向

5.4预成型凹模上的制动凹槽/制动突起

6切割工具

6.1压紧装置

6.11压紧装置的移动方向

6.2凹模

6.3-6.6切割元件，切刀和支座

6.31-6.61切割元件的移动方向

7校准工具

7.1校准凸模

7.11校准凸模的移动方向

7.2校准凹模

7.21校准凹模的移动方向

7.3闭锁元件

7.31闭锁元件的移动方向

a切割后的薄板预成型件的纵向延伸

a′最终成型的薄板零件的纵向延伸

a″薄板预成型件的纵向延伸

l切割后的薄板预成型件在横截面中的展开长度

l′最终成型的薄板零件在横截面中的展开长度

m切割后的薄板预成型件的凸缘区域内的正尺寸偏差

m′顶煅/校准后的凸缘区域

q切割后的薄板预成型件的横向延伸

q′最终成型的薄板零件的横向延伸

q″薄板预成型件的横向延伸

t，t1，t2侧面区域的高度