用于高速?zèng)_壓成型的裝置和方法
【專利說明】用于高速?zèng)_壓成型的裝置和方法
[0001] 本發(fā)明涉及材料成型的領(lǐng)域。
[0002] 更具體地，本發(fā)明的目標(biāo)在于沖壓成型金屬部件的裝置和方法。
[0003] 前序和現(xiàn)有技術(shù)
[0004] 在主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)（航空、空間和汽車行業(yè)或其它制造業(yè)）中，在部件成型期間所要求的 和必要的精度可能較高，為滿足這些要求而實(shí)施的技術(shù)變得越來越復(fù)雜。
[0005] 當(dāng)金屬部件待成型時(shí)，沖壓之所以通常為所選方法，是因?yàn)樵摲椒ㄊ强煽康牟⑶?可以非常容易地控制。沖壓包括材料板在壓力作用下的塑性變形，以便賦予該板預(yù)定的模 具的形狀。盡管該技術(shù)一般地在金屬材料（鋼、鋁等）上使用，但其也可以應(yīng)用于很多塑料 材料，如PVC、聚乙烯、聚碳酸酯等。
[0006] 用于實(shí)施沖壓成型的變體之一是被稱為彈性成型（Guerin工藝）的工藝，該工藝 的原理是向彈性體施加應(yīng)力（例如借助柱塞），該彈性體隨后起著沖頭或模具的作用。彈性 體將其承受的壓力傳送到待變形的板上，所述待變形的板在沖壓操作期間顯示出其形狀。
[0007] 特別地，在本領(lǐng)域中已知的是專利申請(qǐng)EP 0376808 (Isoform，1988)，其涉及使用 沖頭來沖壓板材的方法和裝置，該板材在活塞的作用下可以變形。
[0008] 然而，該方法的一個(gè)缺點(diǎn)在于其僅能夠?qū)穸刃〉妮p量級(jí)金屬（例如鋁）進(jìn)行較 淺的沖壓操作這一事實(shí)。實(shí)踐中，該方法限于厚度I. 5mm的金屬板。
[0009] 該成型方法的另一缺陷是在待成型的部件松弛之后發(fā)生的彈性回復(fù)。該效果或多 或少地取決于所考慮的材料，并且當(dāng)考慮所預(yù)期的精度時(shí)不再可以忽視該效果的情況下， 該效果會(huì)證明是成問題的。
[0010] 還已知的是專利US 7954357,其公開了使用具有基本平的形狀的可變形沖頭來沖 壓平的板材的方法和裝置。
[0011] 發(fā)明概沐
[0012] 具體地，本發(fā)明的目的在于提供用于顯著減少?gòu)椥曰貜?fù)并用于將彈性成型原理應(yīng) 用到諸如鋼或鉻鎳鐵合金（Inconel)的金屬和/或厚度大的那些金屬上的有效方案。
[0013] 首先，本發(fā)明的目的在于一種用于沖壓成型彎曲的金屬板的裝置，所述裝置包 括：
[0014] -由可變形且基本上不可壓縮的材料制成的沖頭，
[0015] -適配成沿著縱軸（Z)撞擊該沖頭的錘子。
[0016] 該裝置包括用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的機(jī)構(gòu)，該磁場(chǎng)被適配成在所述方向（Z)上賦予錘子大 于預(yù)定值的速度（V z)。
[0017] 該裝置包括基本上沿著縱軸（Z)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的預(yù)定形狀的模具，并且該沖頭基本上 沿著縱軸（Z)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱并且被適配成朝向該模具設(shè)置，以便其在金屬板和模具之間具有非 零的預(yù)定距離G。
[0018] 所述非零的預(yù)定距離G使得確保金屬板14被設(shè)置在運(yùn)動(dòng)中成為可能。特別地，有 利地設(shè)置所述金屬板14以便與模具10不具有任何接觸點(diǎn)，從而使得獲得金屬板14高的沖 擊速度成為可能。該高的沖擊速度允許金屬板14的動(dòng)態(tài)變形，也就是說高速變形。該高速 變形允許更有效的成型并且還允許彈性回復(fù)的減少。在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，沖頭的縱向 尺寸（H)大于或等于垂直于縱軸的其徑向尺寸（R)，或與該徑向尺寸（R)具有相同數(shù)量級(jí)。
[0019] 以該方式，所述沖頭隨后至少?gòu)较蜃冃我员惚诲N子徑向撞擊，并且因此能夠使特 別地設(shè)置在所述沖頭外圍上的金屬板成型。
[0020] 這與用于沖壓成型的現(xiàn)有裝置發(fā)生的情形相反，在現(xiàn)有裝置中，在錘子的軸向沖 擊之后沖頭軸向變形，并且僅使沿著所述沖頭的縱向端部設(shè)置的金屬板成型。
[0021] 用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的機(jī)構(gòu)將預(yù)先選擇的強(qiáng)度的加速傳達(dá)至沖頭持續(xù)有限的時(shí)長(zhǎng)，以便 產(chǎn)生高的撞擊速度。
[0022] 將理解的是，該裝置的作用是允許將壓力以高速（通過所形成的力的電磁性質(zhì)而 允許的）施加至沖頭，以便該沖頭按照所述板被施加到的模具的形狀而使金屬板非?？焖?地變形。
[0023] 該裝置有利地包括用于賦予錘子這樣的軸向速度（Vz)的機(jī)構(gòu)，該軸向速度（V z)大 于或等于用于獲得金屬板的塑性變形的最小軸向速度（Vzjllin)。在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，軸 向速度（V z)大于20m/s。
[0024] 在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，沖頭由泊松比接近0. 5的不可壓縮的彈性體制成。
[0025] 特別地，已經(jīng)令人驚訝地觀察到，當(dāng)彈性體被高速運(yùn)動(dòng)的錘子（撞擊機(jī)構(gòu)）施壓時(shí) 彈性體具有粘彈性行為，這一方面導(dǎo)致該部件更有效的成型（也就是說，更加符合模具）并 且另一方面導(dǎo)致成型部件的彈性回復(fù)的減少。
[0026] 認(rèn)為的是，可變形且基本上不可壓縮的材料是指彈性體類型的材料，該材料適合 用作彈性成型墊。在另一個(gè)實(shí)施方式中，可變形且不可壓縮的材料可以由柔性包封圍繞的 液體構(gòu)成。這樣的材料對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是熟知的。
[0027] 在一個(gè)【具體實(shí)施方式】中，模具的端壁構(gòu)成了沖頭正面的擋塊。
[0028] 在第二方面，本發(fā)明目的在于一種成型組件，包括所述的成型裝置和基本上沿著 縱軸（Z)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的預(yù)定形狀的模具，其特征在于，板與模具之間的距離G非零。
[0029] 特別地，沖頭/金屬板組件對(duì)模具的徑向撞擊速度Vir^該距離G的立方成正比。 當(dāng)徑向速度足夠時(shí)，金屬板具有塑性行為并完全顯示出模具內(nèi)面的形狀。
[0030] 在另一方面，本發(fā)明的目的在于一種使用上述組件通過沖壓使彎曲的金屬板變形 的方法，該方法包括以下步驟：
[0031 ]-將金屬板放在模具內(nèi)，
[0032] -將沖頭放在金屬板內(nèi)部，
[0033] -產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)在該方向（Z)上賦予錘子大于預(yù)定值的速度（Vz)，
[0034] -使錘子沿著縱軸（Z)撞擊到?jīng)_頭上，
[0035] -以足以獲得金屬板的塑性變形的徑向沖擊速度Vr，使沖頭徑向變形。
[0036] 有利地，模具被這樣實(shí)施，以便在金屬板與模具之間具有非零距離G。
【附圖說明】
[0037] 借助下文的描述將更好地領(lǐng)會(huì)本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，該描述借助非限制性應(yīng)用實(shí) 例來說明本發(fā)明的特征。
[0038] 該描述基于附圖，其中：
[0039] 圖Ia示出了根據(jù)第一實(shí)施方式，在成型之前，與中空模具一起使用的彈性成型裝 置中涉及的元件的示意性視圖；
[0040] 圖Ib示出了圖Ia的細(xì)節(jié)的放大圖；
[0041] 圖2示出了在成型過程中這些相同元件的視圖；
[0042] 圖3示出了在成型后這些相同元件的視圖；
[0043] 圖4示出了根據(jù)另一實(shí)施方式，在成型前，與中空模具一起使用的彈性成型裝置 中涉及的元件的示意性視圖；和
[0044] 圖5示出了這些相同元件的截面的平面圖。
[0045] 本發(fā)明的實(shí)施方式的詳沐
[0046] 首先，要注意的是，附圖是不按比例的。在本說明書的剩余部分中，術(shù)語"金屬板" 用來表示待成型的部件，但是本發(fā)明更一般性地涉及由塑料、金屬或其它材料制成的薄板。 當(dāng)板的尺寸之一顯著小于其它兩個(gè)尺寸，通常至少一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，該板被稱作薄板。
[0047] 在該裝置的一個(gè)示例性實(shí)施方式中，后者與模具10相關(guān)聯(lián)。其進(jìn)一步包括彈性 體沖頭11、錘子12和用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置13(在附圖中僅繪制了該裝置13的線圈）。該 裝置適合形成大功率磁場(chǎng)，該大功率磁場(chǎng)可產(chǎn)生錘子12的強(qiáng)加速，結(jié)果是其以高速撞擊沖 頭。有利地，錘子12獨(dú)立于用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置13。
[0048] 本文中認(rèn)為模具10、沖頭11和錘子12是沿著縱軸Z旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的。模具10基本上 具有在其上端處由端壁15封閉的中空?qǐng)A柱體形狀，并且側(cè)向上包括槽16,在此該槽16具有 三角形截面。沖頭11圖示性地由半徑略小于模具10的圓柱形體積表示。錘子12在此具 有認(rèn)為是全局地等同于沖頭11的半徑并且支承在其下面17上。
[0049] 金屬板14,在此其具有在其上端處封閉的圓柱體形狀，被插入模具10,并在其內(nèi) 部體積中接收沖頭11。換言之，金屬板14的形狀不相當(dāng)于管狀。具有封閉的圓柱體形狀的 金屬板的變形受其在其上端處的封閉的影響。將理解的是，更一般性地，放在模具內(nèi)的金屬 板14被彎曲為簡(jiǎn)單的曲線，該模具具有沿著軸Z旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的凹形，沖頭具有基本上互補(bǔ)的 形狀。
[0050] 金屬板14在圖Ia中表示為顯示出沖頭11端部的形狀。在一個(gè)變體實(shí)施方式中， 金屬板具有封閉的圓柱體形狀，并且僅顯示出沖頭11的橫向部分。在圖4中所示的另一個(gè) 變體中，金屬板14具有在其上端處開放的圓柱體形狀。在圖5中所示的另一個(gè)變體中，金 屬板14具有開放的圓柱體形狀并且僅顯不出沖頭11的橫向表面的一部分。
[0051] 應(yīng)當(dāng)注意的是，在本發(fā)明的示例性實(shí)施方式中，在成型裝置被投入運(yùn)行前，沖頭11 在金屬板14的面的主要部分上與金屬板14接觸。金屬板