突然彎曲高強度面板的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于在面板上成形翻邊的方法和裝置。該翻邊在壓擠下成形以減小成品翻邊的外半徑。該翻邊可圍繞外側(cè)拐角成形，其中翻邊的末端邊緣被形成在模具上的限制邊緣所約束?？蛇x地，該翻邊可通過由壓擠工具施加在翻邊的末端邊緣上的壓擠力而成形到模具的內(nèi)側(cè)拐角中，同時成形工具使翻邊成形為具有減小的最終外半徑。本發(fā)明的有益效果能使面板成形出期望的突然彎曲。
【專利說明】突然彎曲高強度面板的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對低成形性的高強度金屬薄板面板進行彎曲。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)的金屬薄板彎曲工藝(如翻邊或卷邊操作)中，彎曲半徑受限于材料斷裂前的延展能力。該參數(shù)在拉力試驗中被定義為材料的總延展率。在彎曲工藝中，金屬薄板的外層經(jīng)歷最大程度延展。外層由經(jīng)歷大幅減少延展的內(nèi)層支撐。
[0003]金屬薄板彎曲操作中的最大應變的通式可表述為:
[0004]e=t/ (2R+fiB)=總延展率(t=薄板厚度)；
[0005]由該等式可得，最小彎曲半徑為:
[0006]R中間面=t/ (2倍總延展率);
[0007]一般對于鋁合金而言，總延展率=0.25，則:
[0008]R 中間面=t/(2x0.25)=2t
[0009]與工具的半徑相對應的內(nèi)表面可計算為:
[0010]R 內(nèi)麵=1.5t
[0011]在實踐中，通常，Imm厚的6111-T4招合金薄板的內(nèi)半徑限定成最小值為2.5t,以避免外半徑在翻邊或卷邊生產(chǎn)中發(fā)生`斷裂。
[0012]已進行多種嘗試從而在彎曲、翻邊或卷邊時形成較小半徑。例如，美國第6，865，917號專利公開了利用彈性工具來彎曲材料。該彈性工具承受劇烈壓擠，并在承受最顯著拉伸的坯料外表面上產(chǎn)生增大的靜水壓力。對很多材料而言，當施加靜水壓力時能獲得更高的延展率。
[0013]美國第6，928，848號專利所公開的另一種方法為:將薄板在需要小翻邊半徑的位置處預彎成較大半徑，然后執(zhí)行靠模翻邊(cam flanging)操作以在金屬薄板坯料上成形更小的內(nèi)彎半徑。例如，將AA6111-T4鋁面板預彎成約2.5t，然后執(zhí)行靠模翻邊操作以成形R--Β=0.5t或更小的內(nèi)半徑。將面板彎曲到這種程度是可能的，這是因為材料流被從坯料的翻邊提供至延展區(qū)域。
[0014]涉及突然彎曲超聞強度厚鋼板材的問題的另一實例，例如，6mm厚板材具有約12%的延展率，其呈現(xiàn)出降低的延展。降低的延展特性轉(zhuǎn)化為中間面的最小半徑為:
[0015]R 中間面=t/ (2x0.12)=4t
[0016]6mm厚板上的中間面的最小半徑(4t)等于24mm,而外半徑為30mm。30mm的外半徑并不顯得尖銳同時也并非所期望的。
[0017]上述問題和其它問題可通過如下概述的本發(fā)明來解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]根據(jù)所提供的解決方案，有兩個方面涉及在可能延展和斷裂的區(qū)域中形成壓擠區(qū)的方法。第一方面為:將坯料預彎至較大半徑(如，6t至7t)，然后施加基本軸向壓擠力以將材料擠壓到尖銳內(nèi)側(cè)拐角中。壓擠該翻邊會在傳統(tǒng)彎曲工藝中產(chǎn)生大量延展的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生壓擠應力。第二方面為:以具有大彎曲半徑的角度彎曲該坯料直到坯料的邊緣容納在模具的限制邊緣中，這會使得翻邊形成弓形區(qū)域，然后將翻邊的弓形區(qū)域壓擠至拐角中。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種在面板上成形突然彎曲的方法，該方法包括預彎面板以成形出翻邊，該翻邊在翻邊與面板的主體部分之間的基部處具有半徑。在翻邊的末端與基部之間壓緊所述翻邊，此時在翻邊與砧面之間形成了空隙。然后將翻邊壓擠在砧面上。
[0020]根據(jù)該方法的其它方面，該方法可進一步包括:將面板的主體部分壓緊在壓緊墊與模具之間，同時沖頭往復運動以執(zhí)行預彎步驟及隨后執(zhí)行壓擠步驟。該方法的特征還在于，為模具提供限制邊緣，在壓擠步驟期間模具的限制邊緣與翻邊的末端接合。翻邊的末端通過沖頭成形至與模具的砧面接合。翻邊的末端沿著砧面滑動直到該末端與限制邊緣接
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[0021]翻邊與砧面之間所形成的空隙，可以是限定出靠近翻邊基部的空隙的弓形區(qū)域。該方法還包括將該弓形區(qū)域壓擠在砧面上，這會使得面板的基部進入到翻邊的基部中。換而言之，翻邊與砧面之間形成的空隙由翻邊的鄰近其基部的弓形部分限定，該方法還包括將弓形部分壓擠在砧面上以使得弓形部分向翻邊的基部流動。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種替代方法，該方法可包括將面板的主體部分壓緊在壓緊墊與模具之間。將翻邊的末端壓在模具與壓擠工具之間。在通過壓擠工具壓翻邊的同時，使用成形工具來使翻邊的基部成形到模具的拐角中。翻邊與模具的拐角之間所形成的空隙鄰近翻邊的基部。翻邊的基部被迫流入模具的拐角。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于在面板上成形翻邊的工具。該工具可包括:模具，該模具具有與翻邊的末端接合的限制邊緣；用于將面板壓緊在模具上的壓緊墊；以及沖頭，該沖頭初始與面板接合以成形出在翻邊基部處具有半徑的翻邊。在翻邊被壓在壓緊墊與限制邊緣之間的同時，沖頭使翻邊倚靠著模具的砧面成形以減小翻邊的半徑。
[0024]根據(jù)該工具的其它方面，可在模具上設(shè)置外側(cè)拐角，沖頭可與面板接合以使翻邊圍繞外側(cè)拐角初始地成形。壓緊墊將面板壓緊在外側(cè)拐角的一側(cè)上。翻邊的基部可具有弓形部分，該弓形部分相對于砧面形成了弓形間隙。沖頭使翻邊的弓形部分成形到翻邊的基部中。
[0025]根據(jù)替代實施例，提供了一種用于在面板上成形翻邊的工具，該工具包括:模具，該模具具有以間隔開的關(guān)系容納翻邊的基部的內(nèi)側(cè)拐角。翻邊的基部具有初始半徑。提供壓緊墊以將面板壓緊在模具上。壓擠工具與翻邊的末端接合。在翻邊被壓擠工具壓擠的同時，成形工具將翻邊的基部成形到內(nèi)側(cè)拐角中以形成小于初始半徑的最終半徑。
[0026]根據(jù)該工具的替代實施例的其它方面，內(nèi)側(cè)拐角可具有與翻邊的最終外半徑相同的半徑，該成形工具可具有與翻邊的最終內(nèi)半徑相同的半徑。當成形工具成形最終半徑時，該壓擠工具可隨成形工具移動以壓擠所述翻邊。該翻邊可在成形模具中預成形出大于彎曲該翻邊會產(chǎn)生斷裂的最小半徑的半徑。
[0027]本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了附圖以及下面對所示實施例的詳細說明之后將更好地理解本發(fā)明的上述方面和其它方面?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0028]圖1是處于成套模具中的適當位置以彎曲成形翻邊的金屬薄板面板的示意性截面圖；
[0029]圖2是在成套模具中處于預彎曲工藝中以成形大半徑彎曲的金屬薄板面板的示意性截面圖；
[0030]圖3是在成套模具中處于壓擠如圖2所示成形的大半徑彎曲的工藝中的金屬薄板面板的示意性截面圖；
[0031]圖4是在成套模具中如圖3所示壓擠之后具有突然彎曲的金屬薄板面板的示意性截面圖；
[0032]圖5是在成套模具的替代實施例中處于被預彎曲以成形大半徑彎曲的金屬薄板面板的示意性截面圖；以及
[0033]圖6是在圖5所示成套模具的替代實施例中被壓擠以成形突然彎曲后的金屬薄板面板的示意性截面圖。
【具體實施方式】
[0034]以下提供了對本發(fā)明所示實施例的詳細說明。在此公開的實施例為本發(fā)明的實例并可以多種替代方式實施。附圖不一定按比例繪制?？蓪σ恍┨卣鞣糯蠡蚩s小以顯示具體部件的細節(jié)。在本發(fā)明中公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)不應視為限制，而僅作為用于教導本領(lǐng)域技術(shù)人員實踐本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。
[0035]參照圖1，在面板12上進行作業(yè)的工具10被示出處于開始對面板12成形之前的位置。工具10包括為面板12提供支撐的模具14。壓緊墊16將面板12壓緊在模具14上。沖頭18與面板12接合以對面板成形，下面將參照圖2至圖4進行說明。
[0036]參照圖2，工具10示出為正在面板12上成形翻邊20。面板12被壓緊在壓緊墊16與模具14之間。沖頭18使翻邊20成形。翻邊20的末端邊緣22被示出朝向模具14的限制邊緣24成形。翻邊20的基部26具有靠近基部26的初始外半徑28。初始外半徑28大于使用傳統(tǒng)彎曲技術(shù)時可能發(fā)生斷裂的最小半徑。模具14上設(shè)置有砧部30。沖頭18使翻邊20倚靠著砧部30并使之包圍模具14的外側(cè)拐角32而成形。外側(cè)拐角32形成在模具14的壓緊側(cè)36與成形側(cè)38的相交處。翻邊20的弓形部分40與模具14的成形側(cè)38之間形成有空隙42。
[0037]參照圖3，工具10被示出為:壓緊墊16使面板12倚靠著模具14固定。沖頭18被示出使翻邊20倚靠著模具14的砧部30成形。翻邊20的末端邊緣22被示出與模具14的限制邊緣24接合。所示弓形部分40被壓向砧部30，被壓擠的弓形部分40的材料向尖角32流動。圖3所示空隙與圖2所示空隙相比已被減小。模具14的限制邊緣24阻止了翻邊20的末端邊緣22的運動。翻邊20在基部26與限制邊緣24之間被沖頭18壓擠。
[0038]參照圖4，所示工具10處于最終位置，其中面板12具有倚靠著模具14成形的翻邊20。沖頭18被示出為:使得翻邊20圍繞著模具14的壓緊側(cè)36與成形側(cè)38之間的外側(cè)拐角32完全成形。翻邊20在外側(cè)拐角32的外側(cè)形成了最終外半徑44。翻邊20的最終外半徑44具有的最終半徑，小于通過傳統(tǒng)成形技術(shù)在類似材料上所獲得的半徑。
[0039]上述突然彎曲工藝基于在傳統(tǒng)工藝中大幅延展區(qū)域內(nèi)進行壓擠的思想。圖1至圖4示出了該工藝的第一種形式。在該彎曲工藝的開始階段，坯料被以相當大的半徑彎曲，該半徑在材料厚度的5至10倍或更大的范圍內(nèi)。隨著沖頭18的進一步移動，坯料被朝向固定的工具彎曲，直到翻邊20的末端邊緣22與模具14的限制邊緣24接合。沖頭18的進一步移動引起坯料的邊緣沿模具14的表面滑動。當翻邊20的末端邊緣22到達模具14的限制邊緣24時，弓形部分40被沖頭18加壓(upset)。該弓形部分的材料流經(jīng)模具14的成形側(cè)38。翻邊的材料在朝向翻邊20的末端邊緣22的方向上的移動受到模具14的限制邊緣24的約束。這種對翻邊20的材料的移動的約束，促進了材料向彎曲區(qū)域的移動。通常會產(chǎn)生最大延展的坯料的外半徑區(qū)域與沖頭18接觸。壓緊墊16、限制邊緣24以及沖頭18形成了封閉空間，隨著基本全部壓擠作用在面板表面上，材料流入基部26。
[0040]參照圖5，示出了替代實施例，其中，成套模具48對面板50施加作用。成套模具48包括形成有內(nèi)側(cè)拐角54的模具52，面板50成形到該內(nèi)側(cè)拐角之中。模具52的靠近內(nèi)側(cè)拐角54的部分可被稱作砧面。翻邊58的基部56最初通過單獨的成形操作成形或在模具52中通過在先成形操作成形以預成形翻邊58。翻邊58具有的初始外半徑60，大于使用傳統(tǒng)成形技術(shù)彎曲該翻邊時會產(chǎn)生斷裂的最小半徑。面板50由壓緊墊62固定在適當位置。壓擠工具64與翻邊58的末端邊緣66接合。
[0041]成形工具68被移動至與翻邊58的基部56接合。成形工具68獨立地移動，但其與壓擠工具64 —同移動。成形工具68與面板50接合，以使翻邊58倚靠著模具52的內(nèi)側(cè)拐角54成形。成形工具68使面板50的基部56成形為具有與內(nèi)側(cè)拐角54的半徑相同的最終外半徑70。最終內(nèi)半徑72在面板50上成形，并與成形工具68的半徑部分74的半徑相同。翻邊58由成形工具68成形，同時通過壓擠工具64在翻邊58的末端邊緣66上施加壓擠力。壓擠工具64施加的壓擠力將翻邊58壓擠在模具52的內(nèi)側(cè)拐角54上。
[0042]坯料被預成形為具有較大半徑，該較大半徑基本大于利用傳統(tǒng)彎曲技術(shù)會產(chǎn)生斷裂的最小彎曲半徑。該較大半徑可比利用傳統(tǒng)彎曲技術(shù)可得到的最小外半徑大2至4倍?？衫脗鹘y(tǒng)彎曲工藝進行預彎曲?？赏ㄟ^將預彎曲翻邊軸向壓擠到形成有彎曲面板的較小外半徑的尖角中，來執(zhí)行工藝的第二部分。對面板的兩側(cè)進行支撐，以防止被壓擠到尖角中的坯料部分扭曲。在工藝結(jié)束時，對翻邊的長度進行校準以避免扭曲。成形工具68所具有的內(nèi)半徑與工藝結(jié)束時翻邊的最終內(nèi)半徑相同。
[0043]成形工具68的位移可利用下面的描述進行計算。翻邊的初始長度(包括彎曲區(qū)域)為:
[0044]L=L 57x R0+h0
[0045]其中Rtl為預彎曲薄板的初始半徑^為初始延伸超過彎曲區(qū)域的翻邊長度。彎曲部分的初始半徑Rtl對稱地轉(zhuǎn)變?yōu)檩^小半徑R，這樣在翻邊的水平區(qū)域生成平坦區(qū)域，并同時在翻邊的垂直部分生成額外的平坦區(qū)域。工藝開始時所施加的壓擠力的作用點的坐標可根據(jù)以下公式計算:
[0046]h=R0+h0
[0047]假設(shè)初始半徑RQ=5t，
[0048]h=5t+h0
[0049]假設(shè)受彎曲的薄板的厚度不變且材料流動一般在平面內(nèi)部，則所施加的壓擠力的作用點的坐標可根據(jù)以下公式計算:[0050]1.57R+ (Rq-R) x2_X+h0=l.57R0+h0?
[0051]其中，X為在平面內(nèi)的方向上為坯料提供壓擠的沖頭的位移，R為金屬薄板坯料的彎曲部分的當前半徑。
[0052]那么，
[0053]X= (2-1.57) (R0-R)
[0054]針對幾種不同情況，位移計算如下，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應為:
[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]從這個意義上講，成形工具68相較于壓擠工具64應具有更高的速度。
[0066]雖然上面描述了示例性實施例，但這不意味著這些實施例描述了所公開裝置和方法的所有可能形式。相反，在說明書中使用的詞語用于描述而非限制，并且應當理解，可對其做出各種變化而不背離所要求包括的本發(fā)明的主旨和范圍?？蓪Χ喾N實施例的特征進行組合以形成所公開構(gòu)思的進一步的實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在面板上成形突然彎曲的方法，包括: 預彎曲所述面板以成形出翻邊，所述翻邊在其與所述面板的主體部分之間的基部處具有半徑； 在所述翻邊的末端與所述基部之間壓緊所述翻邊，其中在所述翻邊與砧面之間形成空隙；以及 將所述翻邊壓擠在所述砧面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將所述面板的主體部分壓緊在壓緊墊與模具之間，同時往復移動沖頭以執(zhí)行預彎曲步驟及隨后執(zhí)行所述壓擠步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述模具具有在所述壓擠步驟中與所述翻邊的末端接合的限制 邊緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述翻邊通過所述沖頭成形為與所述模具的砧面接合，并且，所述翻邊的末端沿著所述砧面滑動直到所述末端與所述限制邊緣接合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述翻邊與所述砧面之間形成的所述空隙由所述翻邊的鄰近其基部的弓形部分限定，并且，所述方法還包括將所述弓形部分壓擠在所述砧面上以使得所述弓形部分向所述翻邊的所述基部流動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 將所述面板的所述主體部分壓緊在壓緊墊與模具之間； 在壓擠工具與所述模具之間壓擠所述翻邊的末端；以及 在通過所述壓擠工具壓擠所述翻邊的同時，利用成形工具將所述翻邊的所述基部成形到所述模具的拐角中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述空隙形成在所述翻邊與所述模具的所述拐角之間并由所述翻邊的位于其所述基部處的弓形部分限定，并且所述方法還包括使所述翻邊的所述基部流入所述模具的所述拐角。
8.一種用于在面板上成形翻邊的工具，包括: 具有與所述翻邊的末端接合的限制邊緣的模具； 用于將所述面板壓緊在所述模具上的壓緊墊；以及 初始與所述面板接合以成形出在所述翻邊的基部處具有半徑的翻邊的沖頭，在所述翻邊被壓擠在所述壓緊墊與所述限制邊緣之間的同時，所述沖頭使所述翻邊倚靠著所述模具的砧面成形以減小所述翻邊的所述半徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的工具，還包括: 設(shè)置在所述模具上的外側(cè)拐角，所述沖頭與所述面板接合以使所述翻邊圍繞著所述外側(cè)拐角初始地成形，并且所述壓緊墊將所述面板壓緊在所述外側(cè)拐角的一側(cè)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的工具，其中，所述翻邊的基部具有相對于所述砧面形成弓形空隙的弓形部分，并且所述沖頭使所述翻邊的所述弓形部分成形到所述翻邊的所述基部中。
11.一種用于在面板上成形翻邊的工具,包括: 模具，所述模具具有以間隔開的關(guān)系容納所述翻邊的基部的內(nèi)側(cè)拐角，所述翻邊的所述基部具有初始半徑； 用于將所述面板壓緊在所述模具上的壓緊墊；與所述翻邊的末端邊緣接合的壓擠工具；以及 在所述翻邊被所述壓擠工具壓擠的同時將所述翻邊的所述基部成形到所述內(nèi)側(cè)拐角中以形成小于所述初始半徑的最終半徑的成形工具。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工具，其中，所述內(nèi)側(cè)拐角具有與所述翻邊的最終外半徑相同的半徑，并且所述成形工具具有與所述翻邊的最終內(nèi)半徑相同的半徑。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工具，其中，所述壓擠工具在所述成形工具成形所述最終半徑的同時隨所述成形工具移動以壓擠所述翻邊。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的工具，其中，所述翻邊在成形模具中被預成形出大于彎曲所述翻邊時會產(chǎn)生斷裂的最小半`徑的半徑。
【文檔編號】B21D5/06GK103624117SQ201310359615
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月20日
【發(fā)明者】謝爾蓋·費奧多羅維奇·戈洛瓦先科 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司