具有保護(hù)性非織造物保護(hù)層的工具裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適應(yīng)性保護(hù)織品（3）在金屬薄片成形中的使用，適應(yīng)性保護(hù)織品（3）包括被覆蓋在金屬薄片成形工具（2）的作用表面上的非織造材料，其中金屬薄片（4）的表面避免與工具（2）的表面的接觸，并且消除了對潤滑劑的需要。
【專利說明】具有保護(hù)性非織造物保護(hù)層的工具裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于金屬加工的工具裝置，例如，用于諸如沖壓、拉伸成形、深拉、彎曲等的金屬成形的工具裝置，其中由金屬薄片制成的工件例如通過一個(gè)或多個(gè)工具部件成形。
【背景技術(shù)】
[0002]在金屬薄片成形中，通常使用控制金屬薄片的變形與移動同時(shí)與金屬薄片接觸的成形工具。該工具由具有再造最終期望的幾何形狀的幾何形狀并在成形期間補(bǔ)償金屬薄片厚度的回彈和變化的凹部(凹模)和突起(凸模)組成。該工具具有通常超過一公噸的重量，并用液壓機(jī)、電動壓力機(jī)或機(jī)械壓力機(jī)以數(shù)百千牛擠壓工件直到產(chǎn)生期望的變形。工具與金屬薄片之間作用的接觸壓力通常很大。工具表面上的壓力與金屬薄片的移動引起工具材料的粘著、微焊接和/或磨損，這可導(dǎo)致成品部件上的擦痕和表面缺陷。
[0003]為了減少工具和金屬薄片表面上的磨損，在成形中通常使用潤滑劑。在通過減少這些潤滑劑的使用來改進(jìn)在金屬薄片成形工業(yè)中的內(nèi)外環(huán)境中投資了大量資源。
[0004]一種方案在于用保護(hù)層將金屬薄片與工具分離，該保護(hù)層可由直接應(yīng)用到工具的硬化層、置于金屬薄片與工具之間的松散聚合物薄膜或平鋪于金屬薄片表面上的干式潤滑劑組成。
[0005]硬化層可由在加熱條件下提供的硝化、鍍硬鉻和激光處理組成，這可能不利地影響工具的表面光滑度或外部形狀。諸如PVD和CVD層以及例如類金剛石的低摩擦層的替代方法要求光滑的工具表面，以便令人滿意地加工，因此需要增加用于表面改性和表面涂覆的成本。
[0006]對于松散保護(hù)膜，存在很多種類。在較簡單的二維成形中，諸如邊緣彎曲，不同種類的保護(hù)塑料或織品被用作金屬薄片與彎曲工具之間的保護(hù)覆蓋物，參見專利US5542282和 US5887475。
[0007]在具有敏感表面的產(chǎn)品的三維成形中，例如不銹鋼槽等，慣常做法是用也可能被潤滑的聚合物膜覆蓋金屬薄片。這種膜為一次性產(chǎn)品，其在輸送期間保持在已成形的部件上的適當(dāng)位置并還用作防止擦痕，直到安裝和使用。
[0008]干式潤滑劑可在金屬薄片生產(chǎn)時(shí)或在成形之前被涂覆金屬薄片上。干式潤滑劑根據(jù)不同的原理工作。最常用的原理包括一個(gè)在另一個(gè)上滑動的薄片。這種的典型示例為二硫化鑰、氮化硼和石墨。
[0009]另一種常用的干式潤滑劑為聚四氟乙烯，其為具有極低的摩擦系數(shù)和低表面能的熱塑性塑料。PTEE可以很多不同的方式被使用以減小摩擦:作為分散于液體中的細(xì)微粉末或作為表面燒結(jié)涂層。PTEE的一個(gè)缺點(diǎn)在于該材料較軟并不是特別經(jīng)得住磨損。另一個(gè)缺點(diǎn)在于低的導(dǎo)熱性，這連同大約260°C的最大使用溫度限制了在微尺度的局部加熱可毀壞材料表面并增加摩擦性能的過程中的使用。
[0010]上面描述的技術(shù)具有以下局限性:[0011]i)就工具生產(chǎn)而言，工具上的硬化層需要增加成本。在大多數(shù)情況下，在成形中需要潤滑劑。
[0012]ii)用塑料涂覆金屬薄片或干式潤滑劑成形為一次性的方案，其產(chǎn)生額外的成本和環(huán)境污染，因?yàn)槟?潤滑劑不能被再利用。塑料可在不會超過塑料的拉伸極限的成形操作中替代潤滑劑，否則在此也需要潤滑劑。
[0013]iii)用根據(jù)專利US5542282和US5887475的各種保護(hù)材料保護(hù)工具僅包括二維簡單成形。
[0014]因此，非常需要實(shí)現(xiàn)用于金屬加工的改進(jìn)的工具裝置，其允許以高的產(chǎn)品質(zhì)量更有效且更復(fù)雜地加工，并可以被利用為以有效的方式重復(fù)使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的在于消除或至少部分地減輕現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)用于金屬加工的改進(jìn)的工具裝置，該改進(jìn)的工具裝置允許更有效和更復(fù)雜的加工。根據(jù)本發(fā)明一方面，這通過一種用于金屬冷加工的工具裝置而實(shí)現(xiàn)，該工具裝置包括具有至少一個(gè)成形表面的工具，該工具被布置為在加工過程期間根據(jù)包括雙曲率面(double curvaturesurface)的三維圖案或形狀成形一工件，其中工具的成形表面被提供有用于位于成形表面與工件之間以便在加工過程期間保護(hù)工具和/或工件的保護(hù)層，其中保護(hù)層包括粘結(jié)的纖維織物或非織造材料或非織造纖維織物，或者由粘結(jié)的纖維織物或非織造材料或非織造纖維織物形成或組成。
[0016]本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于使金屬薄片成形中的表面問題達(dá)到最小，并使三維產(chǎn)品的金屬薄片成形中使用的潤滑劑的數(shù)量消除或至少達(dá)到最小。
[0017]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，這借助包括特定質(zhì)量的粘結(jié)的纖維織物或非織造材料的織品被用作金屬薄片一側(cè)或兩側(cè)上的成形工具上的保護(hù)覆蓋物的事實(shí)被實(shí)現(xiàn)。例如，覆蓋工具可通過將織品覆蓋在工具上并用設(shè)備固定以使織品在加工過程期間與金屬薄片一起成形而實(shí)現(xiàn)。保護(hù)織品在成形之后保持在工具上并可在許多次成形操作中被再利用。
[0018]織品的一個(gè)功能在于防止諸如金屬薄片的工件與工具之間的接觸。這意味著在金屬薄片的兩側(cè)被保護(hù)的情況下可完全避免潤滑劑，而在金屬薄片的一側(cè)由織品保護(hù)的情況下可部分避免潤滑劑。
[0019]另外，工具維護(hù)和清洗也可能被最小化，例如，這在例如不銹鋼金屬薄片、鈦、鋁和鍍鋅金屬薄片的被粘附到工具上的金屬薄片的成形中是重要的。
[0020]例如，用于加工/成形金屬的工具裝置被布置用于金屬冷成形，其中不需要外部加熱。由此，可提供更有效的金屬加工過程。例如，適于通過壓力機(jī)中的壓制動作成形金屬工件的諸如凹模和凸模以及凹形形式和凸形形式的工具的成形表面，在室溫下、或在大約室溫下和/或在沒有從外部熱源(例如，用于在金屬熱成形期間加熱工件的電熱設(shè)備)提供任意附加熱的情況下被操作。另外，工件可在沒有任何加熱或未從外部熱源提供熱的情況下被加工。另外，根據(jù)一實(shí)施例，用于金屬加工的工具裝置和方法包括在不超過200攝氏度或不超過120度或不超過100攝氏度或在大約室溫下的金屬加工。
[0021]根據(jù)一示例實(shí)施例，形成保護(hù)層的粘結(jié)的非織造纖維織物包括UHMW-PE(超高分子量聚乙烯)纖維。例如，根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，非織造纖維織物包括至少50%重量比的UHMW-PE纖維，或者至少60%、或者至少70%、或者至少80%、或者至少90%重量比的UHMW-PE纖維。由此，根據(jù)本申請，非織造纖維織物中合適的纖維含量可被提供。根據(jù)另一示例實(shí)施例，粘結(jié)的非織造纖維織物由具有20mm和IOOmm之間或40mm和80mm之間或50mm和60mm之間的長度的纖維或人造短纖維形成。由此，纖維織物可具有足夠的強(qiáng)度和內(nèi)部非織造物粘結(jié)，其優(yōu)點(diǎn)在于提供持久耐用的保護(hù)層。
[0022]根據(jù)一示例實(shí)施例，粘結(jié)的非織造纖維織物被覆蓋在工具的成形表面上，并在加工過程期間再成形。因此，保護(hù)層可有利地適于或在加工過程期間被形成為與成形表面一致，這通過形成具有高表面光潔度的接觸表面而在重復(fù)成形操作期間改進(jìn)成品工件的表面光潔度。有利地，保護(hù)層可被再成形并伸出以與包括雙曲率面的三維形狀一致，從而形成沒有折痕或皺褶的平坦的保護(hù)表面。換言之，粘結(jié)的非織造纖維織物以無折痕和皺褶方式形成適于復(fù)雜成形表面的適應(yīng)性保護(hù)層。
[0023]根據(jù)一示例實(shí)施例，工具裝置被構(gòu)造為根據(jù)包括雙曲率面的三維形狀以同步方式成形工件。例如，雙曲率面的彎曲部在由保護(hù)層保護(hù)的同時(shí)以單個(gè)有效的過程有利地形成。
[0024]根據(jù)另一示例實(shí)施例，保護(hù)層為自支撐的并在加工過程期間根據(jù)成形表面被成形，使得保護(hù)層被成形為與成形表面基本相同的形狀和/或剖面輪廓。由此，保護(hù)層為自適應(yīng)的，并且由于保護(hù)層的自支撐結(jié)構(gòu)將力求與成形表面對準(zhǔn)并相對于成形表面保持正確的定向，所以需要更少的設(shè)備來確保保護(hù)層與成形表面的正確對準(zhǔn)。不限于該理論，相信非織造纖維織物的壓制導(dǎo)致分子級別的粘結(jié)，例如，共價(jià)鍵，這有助于自支撐特征，使得保護(hù)層在例如初始成形過程操作之后保持其再成形形狀。
[0025]此外，根據(jù)一示例性實(shí)施例，工具的成形表面具有被布置為根據(jù)三維圖案或形狀來成形工件的構(gòu)造。例如，成形表面的構(gòu)造包括用于在加工過程期間接納和使工件的一部分成形的至少一個(gè)凹部。另外地或可替代地，成形表面的構(gòu)造包括用于在加工過程期間成形工件的至少一個(gè)突起。而且，根據(jù)一實(shí)施例，成形表面的凹部和突起形成成形表面三維圖案或形狀，其中在保護(hù)層中為覆蓋所述凹部和突起的連續(xù)層。
[0026]根據(jù)工具裝置的一示例實(shí)施例，保護(hù)層被布置為重復(fù)使用，這涉及在不需要被更換的情況下形成多個(gè)單獨(dú)的工件或多個(gè)成形操作。例如，多個(gè)單獨(dú)的工件或成形操作包括至少10個(gè)或至少25個(gè)或至少50個(gè)或至少100個(gè)或至少500個(gè)單獨(dú)的工件或成形操作，這允許更有效且更有成本效益的金屬成形操作。
[0027]根據(jù)一示例實(shí)施例，工件由金屬薄片形成。例如，根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，工具裝置被布置為用于形成具有0.1mm和5mm之間或者0.3mm和3mm之間或者0.5mm和2mm之間的厚度的工件。
[0028]而且，根據(jù)一示例實(shí)施例，粘結(jié)的非織造纖維織物具有50和1000克每平方米之間或者100和400克每平方米之間或者200和300克每平方米之間的重量。由此，可提供具有合適的保護(hù)和再成形性能的耐用保護(hù)層。
[0029]根據(jù)一示例實(shí)施例，三維圖案或形狀包括與第一雙曲率面不同的第二雙曲率面，由此形成更復(fù)雜的三維形狀。例如，第一雙曲率面和第二雙曲率面的不同在于它們包括具有不同或不重合的法線方向的第一彎曲部和第二彎曲部。
[0030]根據(jù)工具裝置的再一示例實(shí)施例，織品，即保護(hù)層，包含可被用于對在金屬薄片成形中采用的過程進(jìn)行測量和質(zhì)量控制的傳送功能。[0031]根據(jù)工具裝置的各個(gè)實(shí)施例，其可在例如由不銹鋼、鈦、鋁、鎂制成的金屬薄片以及鍍鋅或高強(qiáng)鋼金屬薄片之類的金屬薄片的成形中使用，金屬薄片粘附地作用在金屬工具表面。而且，根據(jù)一實(shí)施例，工具裝置被布置為在聚合物涂覆的金屬薄片的成形中使用。根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，工具裝置還可被布置為在具有表面結(jié)構(gòu)的金屬薄片的成形中使用，或者在高度拋光或光面軋制的金屬薄片的成形中使用。工具裝置也可被布置為在具有在傳統(tǒng)壓制中處于中遭受被損壞危險(xiǎn)的其它表面處理的金屬薄片的成形中使用。
[0032]根據(jù)再一示例實(shí)施例，工具裝置被布置為在具有比通常的工具低的表面光潔度的工具中的金屬薄片的成形中使用，而在已成形的部件上不具有變差的表面光潔度。換言之，工具裝置可被布置為在具有比通常的工具高的表面粗糙度的工具中屬薄片的成形中使用，而在已成形的部件上不具有變差的表面光潔度。另外，根據(jù)一實(shí)施例，工具裝置被布置為在具有比通常的工具低的表面硬度的工具中的金屬薄片的成形中使用，而不使工具使用壽命變差。
[0033]根據(jù)另外的示例實(shí)施例，工具裝置進(jìn)一步包括第二工具，第二工具具有面向第一工具的成形表面并被布置為與第一工具的成形表面協(xié)作以便根據(jù)三維圖案或形狀在第一成形表面與第二成形表面之間成形工件的第二成形表面。而且，根據(jù)一實(shí)施例，工具裝置可包括根據(jù)第一保護(hù)層布置的第二保護(hù)層，該第二保護(hù)層被布置在工件與第二成形表面之間。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其涉及用于金屬加工的方法，其中工件在加工過程中用具有至少一個(gè)成形表面的工具根據(jù)包括雙曲率面的三維圖案或形狀而被形成，其中工具的成形表面被提供有包括粘結(jié)的非織造纖維織物的保護(hù)層，層被布置在成形表面與工件之間以便在加工過程期間保護(hù)工具和/或工件。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于為金屬工件的金屬成形提供改進(jìn)且更有效的制造，從而允許減少表面問題并消除或至少減少在三維產(chǎn)品的金屬薄片成形中使用的潤滑劑的數(shù)量。該方法以與上述關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的工具裝置描述的相似的方式而進(jìn)一步有利，并將在本文件中進(jìn)一步描述。另外，不需要外部熱并可提供更有效的金屬加工過程。
[0035]根據(jù)一示例實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括在加工過程期間成形粘結(jié)的非織造纖維織物，其中保護(hù)層的至少一部分被延伸，使得保護(hù)層與成形表面一致。由此，獨(dú)立于成形表面的形狀或結(jié)構(gòu)，保護(hù)層在加工過程期間有利地被適應(yīng)。
[0036]根據(jù)一示例實(shí)施例，保護(hù)層在工具的成形表面與工件之間成形。根據(jù)一實(shí)施例，保護(hù)層被進(jìn)一步成形為對應(yīng)于工具的成形表面的自支撐結(jié)構(gòu)。例如，保護(hù)層由布置在工具與工件之間的單獨(dú)的薄片形成。
[0037]根據(jù)一示例實(shí)施例，該方法包括第一步驟，在第一步驟中，具有基本平坦形狀的保護(hù)層在工具的成形表面與工件之間或在工具的成形表面與第二工具之間被擠壓，從而保護(hù)層被再成形為與成形表面一致。例如，根據(jù)一實(shí)施例，第一步驟包括將保護(hù)層布置為平坦的伸出構(gòu)造。
[0038]根據(jù)一示例實(shí)施例，該方法進(jìn)一步包括第二步驟，在第二步驟中，待在加工過程中形成的另一工件用工具根據(jù)三維圖案或形狀而被形成，其中相同的再成形的保護(hù)層被布置在成形表面與工件之間，以便在加工過程期間保護(hù)工具和/或工件。例如，根據(jù)一實(shí)施例，對于多個(gè)單獨(dú)的工件或成形操作而言，第二步驟被重復(fù)許多次。[0039]根據(jù)該方法的另一示例實(shí)施例，再成形保護(hù)層被再成形為延伸至工具的成形表面的向內(nèi)延伸的腔中，并與該向內(nèi)延伸的腔一致，其中再形成保護(hù)層為自支撐的，從而其保持相對于成形表面的向內(nèi)彎曲的腔向內(nèi)延伸并與該向內(nèi)彎曲的腔一致的構(gòu)造。而且，保護(hù)層可有利地布置為在多個(gè)重復(fù)的第二步驟期間保持相對于成形表面的向內(nèi)彎曲的腔向內(nèi)延伸并與該向內(nèi)彎曲的腔一致的構(gòu)造。另外，根據(jù)一實(shí)施例，粘結(jié)的非織造纖維織物可在加工過程期間被有利地?cái)D壓以形成自支撐結(jié)構(gòu)。根據(jù)一實(shí)施例，本發(fā)明還可用于成形具有超敏感表面的金屬薄片，諸如聚合物涂覆金屬薄片和光亮退火金屬薄片以及具有帶結(jié)構(gòu)的表面的金屬薄片。
[0040]一種可能性在于使用織品材料，諸如非織造物。非織造物為不是通過紡織、編織或不需要連續(xù)的紗或線來生產(chǎn)的其它方法生產(chǎn)的織品材料的產(chǎn)品的總稱。
[0041]根據(jù)一示例實(shí)施例，工具裝置的加工過程包括工件相對于覆蓋工具的成形表面的滑移或滑動運(yùn)動，而工件被成形為與工具的成形表面一致。而且，保護(hù)層在加工過程期間可再成形，該再成形包括在粘結(jié)的非織造纖維織物的平面中伸展/延伸該粘結(jié)的非織造纖維織物。
[0042]根據(jù)一示例實(shí)施例，非織造纖維織物，也稱為織品，通過梳理和針刺技術(shù)形成。例如，梳理使待形成纖維織物的纖維變直并分離。使用例如針刺機(jī)的針刺向纖維織物提供強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性。針刺可布置為使得纖維織物足夠薄、堅(jiān)硬和/或堅(jiān)固。例如，使用針刺機(jī)的針刺通過將通常安裝在板上的提供有倒鉤的大量的針穿過纖維織物而被執(zhí)行，從而引起纖維的機(jī)械纏結(jié)。
[0043]根據(jù)一實(shí)施例，非織造纖維織物或織品由具有低摩擦系數(shù)和高強(qiáng)度的纖維組成。例如，根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，粘結(jié)的非織造纖維織物可由包括這樣的材料組成或包括該材料，該材料為由從包括或由UHMW-PE (超高分子量聚乙烯)、LCP PET (液晶聚合物聚對苯二甲酸乙二醇酯)、PEEK (聚醚醚酮)、ΡΒ0 (聚對苯撐苯并二惡唑)、PTEE (聚四氟乙烯)和硅化PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)組成的材料的組中的單種或組合的材料組成。
[0044]本發(fā)明利用的材料在下面部分中描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]現(xiàn)在將參照附圖通過示例的方式描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中:
[0046]圖1為根據(jù)本發(fā)明的用于被布置為在加工過程期間形成工件的用于金屬加工的工具裝置的實(shí)施例的示意性的局部分解的透視圖。
[0047]圖2a_2c為根據(jù)本發(fā)明的用于金屬加工的工具裝置的實(shí)施例的不同的金屬成形步驟的示意圖。
[0048]圖3a_3d為在金屬成形過程中形成的可選擇的金屬工件的示意性透視圖。
[0049]應(yīng)理解，附圖的比例并非正確的，而是，如本領(lǐng)域技術(shù)人員容易認(rèn)識到，除了附圖中例示的那些尺寸之外的尺寸同樣可能在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【具體實(shí)施方式】
[0050]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例由以下部分組成:
[0051]用于金屬薄片成形的一個(gè)或多個(gè)覆蓋工具，其中非織造織品被用作金屬薄片與工具之間的保護(hù)層，尤其用于復(fù)雜的三維幾何形狀的深拉(deep drawing)和其它成形。
[0052]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例包括將用于成形的特別適應(yīng)的織品緊固到工具。
[0053]覆蓋工具可替代成形操作中潤滑劑的使用，包括在工具上具有粘附效應(yīng)的例如不銹鋼金屬薄片、鈦和鋁之類的金屬薄片的成形中。
[0054]覆蓋工具也可在鍍鋅金屬薄片的壓制中使用。產(chǎn)生的典型問題是拉延半徑和拉延筋處的鍍鋅脫落。在纖維被使用的場合，一旦其被鋅層污染，其可被替換。
[0055]由于保護(hù)織品層，金屬薄片產(chǎn)品的表面光潔度可保持不受成形過程影響。
[0056]保護(hù)效應(yīng)還允許已經(jīng)噴漆的金屬薄片可被深拉，而在漆中沒有痕跡或擦痕。
[0057]當(dāng)工具表面由織品保護(hù)時(shí)，基于工具表面的要求變少。覆蓋工具可在沒有表面涂覆的情況下被使用，并且極可能的是可使用比通常的工具表面粗糙得多的工具表面。稍微粗糙的工具表面甚至是優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兛煞乐箍椘吩诔尚纹陂g的滑動和起折痕。較低的表面要求減少對于工具生產(chǎn)中的費(fèi)時(shí)且昂貴的體力勞動。
[0058]本發(fā)明還導(dǎo)致工具維護(hù)和清洗最小化成為可能，這在對工具產(chǎn)生粘附磨損的例如不銹鋼金屬薄片、鈦、鋁和鍍鋅金屬薄片之類的金屬薄片的成形中是特別重要的。
[0059]能量消耗和化學(xué)消耗被減少。金屬薄片部件可在完全沒有潤滑劑的情況下形成。這減少了對環(huán)境有害物質(zhì)的使用并消除了后續(xù)過程沖洗潤滑劑的需要，這能產(chǎn)生大的能量節(jié)省。
[0060]內(nèi)部環(huán)境通過壓制操作中較少的油和較低的噪音水平而改善。較低噪音水平為織品的隔音效果的結(jié)果。
[0061]不同的金屬薄片厚度可在相同的工具中壓制，這通過使用不同厚度的織品而適應(yīng)。
[0062]在圖1中，例示被布置為在諸如金屬冷成形過程的加工過程期間形成工件4的用于金屬加工的工具裝置I的實(shí)施例。該裝置包括包含第一成形表面7的第一工具2。由粘結(jié)的非織造纖維織物形成的保護(hù)層3被布置在成形表面7與工件4之間，以便在加工操作期間保護(hù)工具和/或工件。如所例示的，工具裝置I進(jìn)一步包括包含第二成形表面5的第二工具6，第二成形表面5具有與第一成形表面7對應(yīng)并被布置為與第一成形表面7協(xié)作的形狀，其中工件在第一成形表面7與第二成形表面7之間被壓制和形成。如進(jìn)一步所示，第一工具2包括被布置為與第二工具6的對準(zhǔn)構(gòu)件6a協(xié)作的對準(zhǔn)開口 2a，如圖2a_2c中所例
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[0063]根據(jù)工具裝置I的各實(shí)施例，其可形成機(jī)械和/或液壓驅(qū)動金屬壓制裝置的一部分，其可進(jìn)一步包括沖壓機(jī)和模具構(gòu)件。根據(jù)一實(shí)施例，參照圖1，第一工具2可形成模具，第二工具6可形成壓制機(jī)，其被布置用于冷成形操作，其中壓制機(jī)和模具各自包括被布置為彼此協(xié)作的對應(yīng)的成形表面。
[0064]參照圖2a_2c，如參照圖1描述布置的工具裝置1，如果沒有另外闡述，在不同的金屬成形過程步驟期間被例示。在該實(shí)施例中，成形表面5被布置為從第二工具6向外延伸到第一工具2的向內(nèi)延伸的腔中，該腔限定第一成形表面7。
[0065]在圖2a中，示出第一步驟，一片保護(hù)層3在第一成形表面與由金屬薄片形成的工件4之間以平坦伸出的構(gòu)造被提供為鄰近第一成形表面7。在金屬成形過程期間，第一工具2和第二工具6被壓制在一起，如圖2b中所例示，其中第二成形表面5被接納到形成第一成形表面的腔或模具中，從而保護(hù)層3和工件被成形為由成形表面限定的期望的形狀。保護(hù)層3還可在沒有工件4的情況下執(zhí)行的預(yù)制造壓制步驟中單獨(dú)成形。例如，在操作期間，保護(hù)層與工件之間的摩擦系數(shù)在0.05和0.3之間或在0.1和0.2之間，這確保具有高質(zhì)量結(jié)果的工件的有效形成。
[0066]參照圖2c，第一工具2和第二工具6已經(jīng)分離，且已成形的工件已經(jīng)用將使用相同的保護(hù)層3在第二成形步驟中被成形的另外的未成形工件替代。如所示，保護(hù)層3已經(jīng)被再成形以匹配第一成形表面并通過為自支撐結(jié)構(gòu)而保持該形狀。第一工具2由此形成由根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的保護(hù)層3覆蓋的覆蓋工具。在保護(hù)層3的再成形步驟期間，保護(hù)層的至少一部分，例如伸出部分3’已經(jīng)伸出以與第一成形表面7 —致。
[0067]例如，如圖3a_3c中所示，均具有三維圖案或形狀的示例的工件10a、IOb或IOc可通過用于加工金屬的工具裝置或方法形成。如所例示，三維形狀包括雙曲率輪廓，即至少包括第一彎曲部11和第二彎曲部12的剖面輪廓。例如，第一彎曲部和第二彎曲部相對于彼此沿至少部分相反的方向指向。另外，第一彎曲部11和第二彎曲部12可具有不同的曲率半徑。如進(jìn)一步所示,形狀10a、10b、IOc包括另外的彎曲部，例如圖3c中示出的第三彎曲部13。相比之下，在圖3d中例示的工件IOd的工件形狀具有僅包括第一彎曲部11的三維形狀。
[0068]另外，如圖3a和圖3b中所示，工件IOa或IOb中已形成的三維圖案或形狀形成復(fù)雜的三維形狀，該復(fù)雜的三維形狀包括彼此不同的至少兩個(gè)不同的雙曲率面。換言之，這些復(fù)雜的三維形狀不具有沿從成形工件的一端到相反端穿過三維成形工具的任何幾何直線的恒定的剖面輪廓。例如，相比之下，如在圖3c中例示的成形的工件IOc的形狀的情況下，其在沿著成形工件IOc的整個(gè)長度的方向上具有恒定的剖面輪廓。
[0069]保護(hù)織品由主要由UHMW-PE (超高分子量聚乙烯)生產(chǎn)的纖維組成的非織造物組成。非織造物為不是通過紡織、編織或需要連續(xù)的紗或線來生產(chǎn)的其它方法生產(chǎn)的織品材料的產(chǎn)品的總稱?？稍诒景l(fā)明中使用的非織造材料的各種示例在下文中在“非織造物的類型”下面列出。
[0070]非織造織物在其需要被更換前持續(xù)用于相對大量的壓制。即使在用重型深拉成形復(fù)雜部件時(shí)，織物在磨破前也可用于很多部件，使得每個(gè)部件的成本低于用潤滑劑成形的成本。
[0071]非織造物可以覆蓋所有存在的金屬薄片尺寸的大寬度被生產(chǎn)。
[0072]通過生產(chǎn)具有諸如耐磨和抗摩擦之類的特定性能的織品，非織造材料可特別適于不同的成形幾何形狀、工具表面和金屬薄片表面。
[0073]涉及覆蓋工具的技術(shù)可用于工具中的摩擦性能的局部適應(yīng)性。在某些部件中，織品可被提供有低摩擦性或高摩擦性，以便便于或防止在成形期間金屬薄片的物質(zhì)傳輸。低摩擦性還可被用于減少工具的高應(yīng)力部分中的溫度，同時(shí)避免毀壞織品的纖維的高溫?？刂瞥尚芜^程的另一方式可為織品的延伸性能。可使這些與方向有關(guān)，其可影響金屬薄片在處理期間如何成形。
[0074]還可能產(chǎn)生適應(yīng)性金屬薄片成形過程。目前，傳感器可被集成于層中，例如以傳導(dǎo)纖維的形式。借助這些傳感器，可從工具的不同部分實(shí)時(shí)收集諸如壓力、溫度、延伸率、摩擦等的信息?？椘繁欢ㄎ粸樵诠ぞ吲c金屬薄片之間接觸的事實(shí)允許該信息被用于過程控制，其中傳送信號被用于控制諸如壓制力的過程數(shù)據(jù)。
[0075]織品可被提供有可用于對金屬薄片成形中采用的過程進(jìn)行測量和質(zhì)量控制的傳送功能。適應(yīng)性成形過程可用于減少次品率，增加產(chǎn)品質(zhì)量并減少工具磨損和維護(hù)費(fèi)用。
[0076]覆蓋工具還可形成適應(yīng)性摩擦系統(tǒng)的一部分，其中摩擦性能在實(shí)際成形過程期間可被局部和實(shí)時(shí)控制。這可借助電流通過織物的傳導(dǎo)和電壓場的產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)，電壓場可通過集成極性相反的各向異性的部件來控制潤滑劑的粘性。
[0077]非織造物的類型
[0078]非織造物的生產(chǎn)可被示意性地劃分為纖維成形和纖維粘結(jié)。纖維成形可用三種不同的原理實(shí)現(xiàn):干法成網(wǎng)、濕法成網(wǎng)和氣流成網(wǎng)。通過干法成網(wǎng)意味著首先梳理其變體，其中纖維被機(jī)械地定位為堆。濕法成網(wǎng)，顧名思義，為濕處理，其中纖維在濕的狀態(tài)下被混合在一起并被分配(類似于紙的生產(chǎn))，而氣流成網(wǎng)通過在氣流下將纖維混合在一起并往下吸到成形線材上而實(shí)現(xiàn)。
[0079]織品材料由細(xì)纖維生產(chǎn)。紡織和編織的織品由線生產(chǎn)，線反過來由纖維集結(jié)。非織造材料或有時(shí)被稱作粘結(jié)的纖維織物，直接由纖維生產(chǎn)。存在由PTEE和UHMW-PE組成的纖維商品，其特別被用于期望低摩擦的應(yīng)用中。PTEE纖維通常用于期望極強(qiáng)的耐化學(xué)性而機(jī)械性能為次要的產(chǎn)品中。UHMW-PE纖維幾乎專門基于極高的機(jī)械性能而被使用，其中最大使用溫度較低。UHMW-PE還具有高耐化學(xué)性和低摩擦系數(shù)。UHMW-PE纖維具有大約97%的晶體結(jié)構(gòu)和僅3%的非晶結(jié)構(gòu)。由于晶體非常長且沿纖維方向定向，所以這些纖維獲得比大部分聚合物基纖維高得多的熱傳導(dǎo)性。高熱傳導(dǎo)性被認(rèn)為是由這些纖維獲得的積極成果的強(qiáng)有力的促成因素。
[0080]超高分子量結(jié)晶聚乙烯(UHMW-PE)為已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在要求下列任意特性的應(yīng)用在中的使用日益增加的材料:高強(qiáng)度、優(yōu)良熱傳導(dǎo)性、低摩擦系數(shù)和低重量。雖然其大約144-152°C的低熔化溫度和大約120°C的最大使用溫度，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其以燒結(jié)形式用作期望低摩擦的表面涂層。UHMW-PE的摩擦系數(shù)與PTEE相當(dāng)，但是在纖維形式下具有大約300MPa的斷裂點(diǎn)，比PTEE強(qiáng)數(shù)倍。UHMW-PE由于其高結(jié)晶度而更能傳導(dǎo)熱。
[0081]存在數(shù)個(gè)商業(yè)UHMW-PE的生產(chǎn)商。這種類型的纖維的世界上最主要的生產(chǎn)商為Dutch公司DSM,商標(biāo)為Dyneema。美國的Honeywell生產(chǎn)品牌名稱為Spectra的相應(yīng)的纖維。日本公司Toyobo在與DSM的合資企業(yè)中生產(chǎn)商標(biāo)為Dyneema的纖維。還有大量的中國生產(chǎn)商，有些已經(jīng)成功地開始UHMW-PE纖維生產(chǎn)。纖維的拉伸強(qiáng)度高于對位芳綸(Kevlar，Twaron)，但是從強(qiáng)度方面其壓縮強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和耐磨度與對位芳綸相比是最突出的。UHMW-PE的摩擦系數(shù)稍微低于眾所周知的來自DuPont的商標(biāo)為Teflon的PTEE。
[0082]液晶聚合物聚對苯二甲酸乙二醇酯(LCP PET)幾乎與UHMW-PE—樣堅(jiān)固，但是具有高得多的熔點(diǎn)。然而，這些纖維具有更高的摩擦系數(shù)。硅化PET纖維具有UHMW-PE等級的摩擦系數(shù)，但是較低的強(qiáng)度。還能夠?qū)⒉煌睦w維一起混合在一種織品中。例如，能夠?qū)⑿〗M分的較輕度處理的纖維(例如硅化PET纖維)與UHMW-PE混合，以便改進(jìn)織品的可生產(chǎn)性。
[0083]將用作干式潤滑劑的纖維需要具有諸如低摩擦系數(shù)以及在更廣泛的意義上具有高強(qiáng)度的性能。強(qiáng)度和低摩擦系數(shù)這兩種性能的組合，與非織造結(jié)構(gòu)的織物一起期望用于在沒有潤滑劑的情況下為金屬薄片材料的深拉和拉壓提供先決條件。[0084]存在具有極低的摩擦系數(shù)(與PTEE=聚四氟乙烯，Teflon相當(dāng))和極高的強(qiáng)度的纖維類型，其由UHMW-PE (DSM Dyneema, Honeywell Spectra等)制成。當(dāng)該纖維類型主要用于在工具中結(jié)合所描述的生產(chǎn)過程進(jìn)行覆蓋的織品的生產(chǎn)時(shí)，獲得所需要的性能的組合，即可成形性、低摩擦系數(shù)和壓制的機(jī)械阻力。
[0085]具有令人關(guān)注的性能的另一種纖維為液晶聚合物聚對苯二甲酸乙二醇酯(LCPPET)，其幾乎與UHMW-PE —樣堅(jiān)固，但是具有高得多的熔點(diǎn)。然而，這些纖維具有較高的摩擦系數(shù)。最終，硅化PET纖維(聚對苯二甲酸乙二醇酯)也已經(jīng)被認(rèn)為是令人關(guān)注的。該纖維具有UHMW-PE等級的摩擦系數(shù)，但是具有較低的強(qiáng)度。
[0086]根據(jù)生產(chǎn)要求和期望的性能屬性，例如硅化聚酯纖維或LCP-PET (Vectran)纖維、PTEE (聚四氟乙烯，Teflon)或PEKK (聚醚醚酮,例如Zyex)纖維可被混合。如果Dyneema已經(jīng)與20%的硅化PET (例如，Wellman M700)組合，則能增加耐磨性。其它纖維類型也可以較少的分量被引入，以便促進(jìn)梳理過程。一個(gè)示例為PBO (聚對苯撐苯并二惡唑)。
[0087]應(yīng)注意到，本發(fā)明已經(jīng)參照幾個(gè)實(shí)施例被大體上描述。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員容易意識到的，除了上述公開的實(shí)施例外的其它實(shí)施例同樣地可能在由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0088]進(jìn)一步注意到，在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其它的元件或步驟，不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。單獨(dú)的裝置或其它單元可實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中所述的數(shù)個(gè)項(xiàng)目的功能。不爭事實(shí)的是，記載在相互不同的從屬權(quán)利要求中某些特征或方法步驟并未指出這些特征或步驟的組合的不能用作有利因素。
【權(quán)利要求】
1.一種用于金屬冷加工的工具裝置，包括具有至少一個(gè)成形表面的工具，該工具被布置為在加工過程期間根據(jù)包括雙曲率面的三維圖案或形狀來形成一工件，其中所述工具的所述成形表面被提供有用于位于所述成形表面與所述工件之間以便在所述加工過程期間保護(hù)所述工具和/或所述工件的保護(hù)層，其中所述保護(hù)層包括粘結(jié)的非織造纖維織物。
2.如權(quán)利要求1所述的工具裝置，其中形成所述保護(hù)層的所述粘結(jié)的非織造纖維織物包括UHMW-PE (超高分子量聚乙烯)纖維。
3.如權(quán)利要求2所述的工具裝置，其中所述非織造纖維織物包括至少50%重量比的UHMW-PE纖維，或者至少60%、或者至少70%、或者至少80%、或者至少90%重量比的UHMW-PE纖維。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工具裝置，其中所述粘結(jié)的非織造纖維織物由具有20mm和IOOmm之間或者40mm和80mm之間或者50mm和60mm之間的長度的纖維或人造短纖維形成。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工具裝置，其中所述粘結(jié)的非織造纖維織物被覆蓋在所述工具的所述成形表面上，并被布置為在所述加工過程期間被再成形。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工具裝置，其中所述保護(hù)層為自支撐的，并在所述加工過程期間根據(jù)所述成形表面而被成形。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工具裝置，其中所述粘結(jié)的非織造纖維織物具有50和1000克每平方米之間或者100和400克每平方米之間或者200和300克每平方米之間的重量。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工具裝置，其中所述三維圖案或形狀包括與所述第一雙曲率面不同的第二雙曲率面。`
9.一種用于金屬的冷加工的方法，其中工件在加工過程中用具有至少一個(gè)成形表面的工具根據(jù)包括雙曲率面的三維圖案或形狀而被形成，其中所述工具的所述成形表面被提供有包括粘結(jié)的非織造纖維織物的保護(hù)層，所述層被布置在所述成形表面與所述工件之間，以便在所述加工過程期間保護(hù)所述工具和/或所述工件。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中形成所述保護(hù)層的所述粘結(jié)的非織造纖維織物包括UHMW-PE (超高分子量聚乙烯)纖維。
11.如權(quán)利要求11-12中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括在所述加工過程期間成形所述粘結(jié)的非織造纖維織物，其中所述保護(hù)層的至少一部分伸出，從而所述保護(hù)層與所述成形表面一致。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述保護(hù)層被成形為對應(yīng)于所述工具的所述成形表面的自支撐結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求中9-12中任一項(xiàng)所述的方法，包括第一步驟，在該第一步驟中，最初具有基本平坦形狀的所述保護(hù)層在所述工具的所述成形表面與所述工件之間或在所述工具的所述成形表面與第二工具之間被擠壓，從而所述保護(hù)層被再成形為與所述成形表面一致。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，進(jìn)一步包括第二步驟，在該第二步驟中，待在所述加工過程中形成的另一工件用所述工具根據(jù)所述三維圖案或形狀而被形成，其中相同的再成形的所述保護(hù)層被布置在所述成形表面與所述工件之間，以便在所述加工過程期間保護(hù)所述工具和/或所述工件。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中對于多個(gè)單獨(dú)的工件或成形操作而言，所述第二步驟被重復(fù)許 多次。
【文檔編號】B21D22/00GK103534047SQ201280023690
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月15日
【發(fā)明者】丹尼爾·維克隆德, 安德斯·貝格納, 佩妮拉·瓦爾肯斯特倫·松德貝里, 伯爾·瓦德曼, 拉爾-奧洛夫·英厄馬松 申請人:斯威爾Ivf股份有限公司