專利名稱：沖壓薄板材料的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柱塞下方具有可變形凸模沖頭的、沖壓薄板材料，尤其是大尺寸的特別薄的薄板金屬毛坯的方法和裝置，所述薄板金屬毛坯可用于例如汽車工業(yè)并且(或者)具有復(fù)雜的形狀。
沖壓大尺寸、形狀復(fù)雜的零件通常采用雙動(dòng)沖壓。這類機(jī)器主要包括一個(gè)安裝沖模的固定工作臺(tái)，以及兩個(gè)獨(dú)立的滑塊;一個(gè)裝有毛坯夾持器的外滑塊，還有一個(gè)裝有沖頭的中心滑塊，中心滑塊又叫做壓頭。首先，外滑塊和毛坯夾持器下降，夾緊薄板毛坯，然后沖頭在中心滑塊作用下迅速下降，與薄板毛坯接觸，在沖壓階段沖頭繼續(xù)下降，最后，中心滑塊和外滑塊幾乎在同時(shí)上升。
這種傳統(tǒng)的方法不能沖壓特別薄的薄板，例如厚度小于0.45mm的薄板，因?yàn)閯傂缘臎_模和沖頭以及用毛坯夾持器夾緊均會(huì)造成薄板的不均勻變形。這種變形在一些范圍內(nèi)會(huì)導(dǎo)致薄板伸長，考慮到此薄板的初始厚度就小，所以伸長就造成過薄。所述變形還會(huì)在其他范圍內(nèi)導(dǎo)致收縮，使薄板毛坯變厚，產(chǎn)生起皺變形。
另外，對(duì)于具有高彈性極限的鋼來說，為了避免在毛坯夾持器下產(chǎn)生起皺變形，這種傳統(tǒng)的沖壓方法需要由沖頭對(duì)薄板毛坯施加很高的壓力，而大多數(shù)機(jī)器無法提供這么高的壓力。
還知道一種叫做“格林法”(theGuerinmethod)的沖壓方法，它將薄板放置在一個(gè)彈性體上，然后在一個(gè)沖頭作用下成形。沖頭被強(qiáng)迫進(jìn)入構(gòu)成沖模的彈性體中，而后者推動(dòng)薄板毛坯緊靠沖頭。因此彈性體起著沖模的作用。這種方法的主要缺點(diǎn)是能量消耗大，而且不能避免起皺變形。事實(shí)上，在靠近彈性體上表面時(shí)由于彈性體變形而產(chǎn)生的壓力梯度會(huì)減小，在制造帶角形狀時(shí)更是如此，其結(jié)果是薄板毛坯的周邊不能被充分夾緊。
還知道另一種成形方法，它使用一種壓力流體，以便制成例如半球形如(或)回轉(zhuǎn)形的簡單形狀。然而，這種方法只能用于具有回轉(zhuǎn)形或者說軸對(duì)稱形的零件。
從法國專利FR-A-2，564，339以及FR-A-2，590，814中可以知道一種使用彈性墊的沖壓法。在這種方法中，應(yīng)成形的薄板毛坯被放置在一個(gè)彈性墊上，裝有一個(gè)坯料夾持器的外滑塊施力于薄板毛坯的周界部分，從而造成彈性體的質(zhì)量流動(dòng)，并使薄板毛坯的中間部分變形，結(jié)果在預(yù)成形步驟末尾在該處產(chǎn)生一個(gè)表面面積，它大體上等于要獲得的完工零件的表面面積，然后，一個(gè)沖頭在中心滑塊作用下施力于薄板毛坯的中間部分，以便最終成形這個(gè)零件。
然而此方法會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。這可以通過根據(jù)本發(fā)明的方法，以一種有獨(dú)創(chuàng)性的方式得到克服。
實(shí)際上，在彈性墊回復(fù)到平衡狀態(tài)時(shí)，也就是說在柱塞和毛坯夾持器升高時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種所述彈性墊對(duì)于已成形零件的負(fù)壓效應(yīng)，它能導(dǎo)致該零件毀壞，對(duì)于大尺寸零件來說更是如此。還須注意，彈性墊回復(fù)到原始狀態(tài)是從中心開始，沿著朝向周界的方向進(jìn)行的，這又加劇了負(fù)壓效應(yīng)。
從美國專利2，859，719還知道一種沖壓方法，它同時(shí)使用彈性體沖壓和在流體壓力下的沖壓。一個(gè)彈性體被安置在薄板毛坯的頂部，以此彈性體為基礎(chǔ)的元件不僅由彈性體質(zhì)量構(gòu)成，而且還包括一個(gè)可用流體膨脹的囊狀物，這使它類似于液壓成形法。此外，這種方法沒有預(yù)成形步驟，在所述步驟中，預(yù)成形后的薄板毛坯形成一個(gè)表面面積，它大體等于被制造的完工零件的表面面積。
本發(fā)明的目的在于提供一種新穎的方法，它能保持高效率，彈性材料墊的使用壽命長，在此同時(shí)能獲得大面積、中等深度的沖壓零件，例如汽車零件，這類零件的中部實(shí)際上不是回轉(zhuǎn)形，而是呈現(xiàn)不能展開的復(fù)雜形狀，并且不存在負(fù)壓問題，它的其他優(yōu)點(diǎn)將在下文中介紹。
因此本發(fā)明提供一種在沖床上用一個(gè)彈性材料做成的墊來沖壓薄板材料，尤其是金屬薄板的方法。這種方法包括將一個(gè)被成形的薄板毛坯放置在一個(gè)支承物上，該支承物的周界部分形成一個(gè)下毛坯夾持器，而其中間部分構(gòu)成一個(gè)沖模，在一個(gè)外滑塊作用下將一個(gè)上毛坯夾持器施加在薄板毛坯的周界部分上，然后再在壓頭作用下將一個(gè)沖頭施加在毛坯上;所述方法進(jìn)一步包括在第一步驟期間，在壓頭作用下，將一個(gè)構(gòu)成可變形沖頭的彈性墊施加在薄板毛坯上，以便引起此毛坯的預(yù)變形，并且形成一個(gè)表面面積，此面積大致等于要獲得的成品零件的表面面積;然后在第二步驟期間，在壓頭作用下，彈性墊繼續(xù)下降，并同時(shí)移動(dòng)整個(gè)或者部分沖模底面，以便產(chǎn)生零件的最終形狀。
本發(fā)明的另一個(gè)特征在于毛坯上周界夾持器作用于薄板毛坯期間，薄板毛坯邊緣部分的定位區(qū)域被折彎。
本發(fā)明還提供一種沖壓薄板材料，尤其是薄板金屬毛坯的裝置，這種裝置包括一個(gè)由彈性材料制成的墊;一個(gè)用于被成形薄板毛坯的支承物，此支承物的周界部分構(gòu)成一個(gè)下毛坯夾持器，而其中間部分構(gòu)成一個(gè)沖模;用于薄板毛坯預(yù)成形的裝置，它含有一個(gè)裝有上毛坯夾持器的外滑塊;以及用于薄板毛坯最終成形的裝置，它包含一個(gè)作用在沖頭上的壓頭。其中，由彈性材料組成的墊安置在薄板毛坯的頂部，并與可垂直運(yùn)動(dòng)的沖頭相連。
本發(fā)明的其他特征為彈性墊具有恒定的體積，并由裝在一個(gè)外殼中的可變形、不可壓縮的材料構(gòu)成;
沖模具有一個(gè)固定部分以及一個(gè)可垂直運(yùn)動(dòng)的芯子，芯子與控制其位移的裝置配合工作，以便獲得零件的最終形狀;
沖模包括一個(gè)固定芯子以及一個(gè)可垂直運(yùn)動(dòng)的部分，該部分與控制其位移的裝置配合工作，以便獲得零件的最終形狀;
整個(gè)沖模可垂直運(yùn)動(dòng)，并與控制其位移的裝置配合工作，以便獲得零件的最終形狀。
下面結(jié)合附圖進(jìn)行解釋，以便對(duì)本發(fā)明有更好的了解，附圖所示的只是本發(fā)明的實(shí)施例，其中

圖1是組成本發(fā)明沖壓裝置的各元件的透視分解圖;
圖2是其沖模的透視簡圖，畫出了沖壓前薄板毛坯在該沖模上的位置;
圖3至6是在成形一個(gè)零件的逐個(gè)步驟中沿圖1的3-3線得出的剖面簡圖;
圖7是根據(jù)本發(fā)明的沖壓裝置的第一種變形的透視分解圖;
圖8至10是在成形一個(gè)零件的逐個(gè)步驟中沿圖7的8-8線得出的剖面簡圖;
圖11是根據(jù)本發(fā)明的沖壓裝置的第二種變形的剖面圖;
圖12是根據(jù)本發(fā)明的沖壓裝置的第三種變形的剖面圖;
圖13是一張曲線圖，畫出了根據(jù)本發(fā)明的裝置在預(yù)成形及成形零件期間的一個(gè)循環(huán)。
圖1所示的沖壓裝置包括一個(gè)底座1，底座1的中間部分構(gòu)成沖模3所用的一個(gè)凹槽，此凹槽可以與底座1做成一體，并在其上部包括一個(gè)與所獲完工零件輪廓相符的沖模腔或者說模槽。
底座1一方面包括一個(gè)構(gòu)成毛坯夾持器2的內(nèi)部，此內(nèi)部位于一個(gè)高于沖模3模槽的水平面上;另一方面包括一個(gè)構(gòu)成區(qū)域2a的上部，所述區(qū)域2a用來使薄板毛坯20的邊緣部分折彎。
此外，沖模3包括一個(gè)腔4，芯子5可從腔4中穿過并在其中滑動(dòng)，芯子的上表面使產(chǎn)生完工零件輪廓的沖模3的模槽得以完整。
根據(jù)圖1所示的第一個(gè)最佳實(shí)施例，芯子5是可移動(dòng)的，它與控制其移動(dòng)的裝置6配合工作，裝置6可以是一個(gè)多片制動(dòng)器、一個(gè)彈簧、一個(gè)支撐物或者任何其他適用的系統(tǒng)。
此沖壓裝置還包括一個(gè)殼體7，殼體7位于底座1上方，它的下部構(gòu)成上毛坯邊緣夾持器9。
上毛坯邊緣夾持器9的外側(cè)尺寸小于底座1上所用的相關(guān)尺寸，使所述上毛坯邊緣夾持器9能進(jìn)入所述底座，并達(dá)到下面的毛坯夾持器2處。
殼體7包括一個(gè)深槽10，沖頭11就伸入其中。沖頭11包括一個(gè)彈性墊12，它由一種彈性材料制成，上部有一塊板13。此外，殼體7的周界上還設(shè)置著兩個(gè)相互疊合的法蘭盤14和15。
第一法蘭盤14上裝有多個(gè)支承物16，這些支承物的桿分別從第二法蘭盤15的相應(yīng)套17中穿過，并與沖頭11的板13配合，從而構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，此系統(tǒng)在成形步驟末尾能使沖頭升高并可能控制夾持器施加在毛坯上的壓力。
薄板毛坯20的限定區(qū)域內(nèi)具有多個(gè)切除部分，這些切除部分構(gòu)成角狀物20a，當(dāng)此毛坯在底座1的上表面上定位時(shí)，角狀物20a對(duì)準(zhǔn)用來折彎毛坯邊緣部分的預(yù)定區(qū)域2a，如圖2所示。因此，在與底座1上部的2a區(qū)域相應(yīng)的薄板毛坯周界邊緣部分的限定區(qū)域內(nèi)就能完成此邊緣部分的折彎，這一點(diǎn)將在下文中作出介紹。
薄板毛坯20的成形方法如下首先，將薄板毛坯20放置在底座1的上表面，此時(shí)毛坯20只是由角狀物20a支撐在區(qū)域2a上(見圖3)。芯子5從沖模3的模槽上方伸出，而用于控制芯子位移的裝置6由一個(gè)適用的裝置(未畫出)鎖緊。
在第一步驟中，裝有殼體7的沖床外滑塊21(見圖4，殼體7用法蘭盤15固定)逐漸下降，于是上毛坯夾持器9使被彎薄板毛坯的邊緣部分產(chǎn)生折彎，折彎區(qū)域位于薄板毛坯20緊靠區(qū)域2a處。
所述薄板毛坯20的周界部分定位區(qū)域，在與本發(fā)明不同的條件下會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的收縮，而在本發(fā)明第一步驟期間，它被保持在預(yù)定區(qū)域2a以及毛坯夾持器9之間，以便使薄板毛坯邊緣部分在這些區(qū)域中產(chǎn)生折彎，因此能保持住這些會(huì)收縮的金屬。
然后，沖床的壓頭22與沖頭11的板13接觸，使彈性墊12下降，彈性墊12的工作表面與薄板毛坯20接觸。
在這一下降過程中，由于芯子5處于伸出狀態(tài)，彈性墊12被壓縮，在這種壓縮動(dòng)作的作用下，薄板毛坯20變形，于是導(dǎo)致此毛坯的預(yù)成形，造成一個(gè)表面面積，此面積大體等于所獲完工零件的表面面積。
圖6所示為該零件的最終成形步驟，壓頭22下降到其下方位置，借助于彈性墊12，使已在下降第一階段中預(yù)成形的零件產(chǎn)生最終成形。
在中心壓頭22和沖頭11下降的同時(shí)，裝置6松開，于是可動(dòng)芯子5縮回，以便釋放已生成的薄板表面，這是零件最終成形所必須的。
由彈性墊12引起的薄板毛坯20頂緊沖模3的壓應(yīng)力，在所述彈性墊的作用下，轉(zhuǎn)變成施加在此薄板毛坯整個(gè)表面上的拉應(yīng)力，從而導(dǎo)致此毛坯朝可提供空間的地方位移。
在彈性墊下降期間，也就是說在預(yù)成形和成形步驟中，薄板毛坯20的邊緣部分被夾持著，由于這些邊緣部分在下毛坯夾持器2和上毛坯夾持器9之間滑動(dòng)，在定位區(qū)域2a中的毛坯折彎邊緣的高度減小了。
而且，在這些步驟的過程中，沖頭11的板13壓迫支承物16，對(duì)于上毛坯夾持器9施加在薄板毛坯20周界邊緣部分上的力來說，這也起著調(diào)節(jié)作用。
在釋放已成形零件的步驟中，首先進(jìn)行的是提升壓頭22，釋放沖頭11，在支承物16的作用下，沖頭11上升，彈性墊12也隨之上升。彈性墊12沿著從周界到中心的方向離開已成形零件，于是空氣進(jìn)入已成形零件與彈性墊外表面之間，避免了負(fù)壓效應(yīng)。
然后，外滑塊21上升，殼體7也隨之上升，并最后釋放開已成形零件，此零件可能具有如同圖1所示的形狀。
根據(jù)圖7至10所述的本發(fā)明的一種變形，裝有沖模3的底座1可在垂直方向運(yùn)動(dòng)，并因此而支承在一塊底板30上，所述底板30與裝置31配合工作，以便控制底座的位移，所述裝置31可由一個(gè)多片制動(dòng)器、一個(gè)彈簧、一個(gè)支承物或者任何其他適用的系統(tǒng)構(gòu)成。
在上述變形中，沖模3包括一個(gè)腔4，一個(gè)芯子32伸入腔4之中，芯子的上表面構(gòu)成沖模3的用于產(chǎn)生完工零件的模槽，在這一變形中，芯子32是固定的。
在外滑塊21作用下的下降以及殼體7施加的力的控制，是通過彈簧33實(shí)現(xiàn)的，那述彈簧33由插在外滑塊21和殼體7之間的多個(gè)柱狀物34進(jìn)行導(dǎo)向。
薄板毛坯在定位區(qū)域中的周界邊緣部分的折彎(圖8)以及此毛坯的預(yù)成形(圖9)操作均與上文實(shí)施例所述相同，上毛坯夾持器9和沖頭11相繼下降，而控制底座1位移的裝置此時(shí)是鎖緊的。
而在另一方面，與成形操作(圖10)同時(shí)，用于控制底座1位移的裝置31被松開，以便隨著在成形操作期間沖模3的下降，釋放此薄板的已生成表面。
在圖11所示的第二種變形中，底座1是固定的，整個(gè)沖模3都可垂直運(yùn)動(dòng)。沖模3與用來控制其位移的裝置31配合工作，所述裝置31可由一個(gè)多片制動(dòng)器、一個(gè)彈簧、一個(gè)支承物或者任何其他適用的系統(tǒng)構(gòu)成。零件的成形方法與第一種變形相同。
在圖12所示的又一種變形中，沖壓裝置包括用來吸收彈性墊12過量體積的裝置，所述過量體積是相對(duì)于由所獲完工零件的表面面積決定的體積而言的。實(shí)際上，在預(yù)定形步驟期間，彈性墊12的下降使薄板毛坯的中間部分變形，并在預(yù)成形步驟的末尾，給定一個(gè)與所獲完工零件的表面面積大致相等的表面面積。為了此薄板毛坯的最終成形，彈性墊12繼續(xù)下降，導(dǎo)致彈性墊內(nèi)壓力增加，并且由于所生產(chǎn)零件的不同，有可能導(dǎo)致在預(yù)成形步驟和最終成形步驟之間彈性墊的體積不同。
為此，沖頭11(見圖12)包括一個(gè)上部11a和一個(gè)下部11b，在它們之間插入多個(gè)彈簧40或者其他任何類似系統(tǒng)，在壓力超過一個(gè)固定值時(shí)這些彈簧壓縮，以便吸收彈性墊的過量體積。
用來吸收彈性墊過量體積的裝置也可安排在此彈性墊附近，例如在殼體7的側(cè)壁中。
在圖13所示的曲線中，曲線Ⅰ表示外滑塊21的循環(huán)，而曲線Ⅱ表示壓頭22的循環(huán)。外滑塊21的動(dòng)作距離為A，而壓頭22的動(dòng)作距離為B。
在這張Ⅰ、Ⅱ循環(huán)均得到表達(dá)的曲線圖中，C表示薄板毛坯在定位區(qū)域中的邊緣部分被折彎，D表示薄板毛坯周界邊緣部分被夾緊，E表示預(yù)成形操作，而F表示零件的最終成形操作。
在定位區(qū)域中邊緣部分的折彎以及彈性墊的使用，這兩種方法的結(jié)合使獲得復(fù)雜的、不可展開的薄壁零件成為可能，并且變形功率較小。
彈性墊具有一個(gè)不變的體積，它可以用可變形、不可壓縮的材料制成，所述材料可放置在一個(gè)外殼之中。這種材料可以是一種合成橡膠或者其他任何適合此條件的產(chǎn)品。
雖然上面所作的介紹是關(guān)于薄板毛坯，也就是說薄的、通常為金屬的板料成形，但是應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明的這種方法的范圍決不受這種應(yīng)用限制。根據(jù)本發(fā)明的方法可以應(yīng)用于薄板或者塑性良好的板料。
因此，在上述介紹中必須給予術(shù)語“薄板”普遍的薄板材料的含意，而不應(yīng)把本發(fā)明的范圍限制在金屬產(chǎn)品的范圍內(nèi)。
本發(fā)明方法和裝置的優(yōu)點(diǎn)在于應(yīng)用一種特定的雙動(dòng)沖壓，因此與法國專利FR-A-2，564，339以及FR-A-2，590，814中披露的彈性墊沖壓法相比較，有可能增加所沖壓成品零件的尺寸范圍。
還應(yīng)提到的是，與上面所說的方法相比，彈性墊的體積較小。
還有，與在傳統(tǒng)沖壓中所見到的相比，完工零件的立體外觀相近;并且不需要改變設(shè)備，就能使連續(xù)操作機(jī)械化。
權(quán)利要求
1.在沖床上用一個(gè)彈性材料做成的墊來沖壓薄板材料，尤其是金屬薄板的方法，所述方法包括將一個(gè)被成形的薄板毛坯放置在一個(gè)支承物上，該支承物的周界部分形成一個(gè)下毛坯夾持器，而其中間部分構(gòu)成一個(gè)沖模，在一個(gè)外滑塊作用下將一個(gè)上毛坯夾持器施加在薄板毛坯的周界部分上，然后再在壓頭作用下將一個(gè)沖頭施加在毛坯上；所述方法進(jìn)一步包括在第一步驟期間，在壓頭作用下，將一個(gè)構(gòu)成可變形沖頭的彈性墊施加在薄板毛坯上，以便引起此毛坯的預(yù)變形，并且形成一個(gè)表面面積，此面積大致等于要獲得的成品零件的表面面積；然后在第二步驟期間，在壓頭作用下，彈性墊繼續(xù)下降，并同時(shí)移動(dòng)整個(gè)或者部分沖模底面，以便產(chǎn)生零件的最終形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括在薄板毛坯受上毛坯夾持器作用期間，在定位區(qū)域中使此薄板毛坯邊緣部分折彎。
3.用于沖壓薄板材料毛坯，尤其是金屬薄板的一種裝置，包括一個(gè)用彈性材料制成的墊;一個(gè)用于被成形薄板毛坯的支承物，該支承物的周界部分形成一個(gè)下毛坯夾持器，其中間部分構(gòu)成一個(gè)沖模;用于薄板毛坯預(yù)成形的裝置，它包含一個(gè)裝有上毛坯夾持器的外滑塊;一個(gè)用于薄板毛坯最終成形的裝置，它包含一個(gè)作用在沖頭上的壓頭;其中所述彈性材料墊被安置在薄板毛坯的頂部，并與可垂直運(yùn)動(dòng)的沖頭相連結(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種裝置，其中所述彈性墊具有恒定的體積，并由裝在一個(gè)外殼內(nèi)的一種可變形、不可壓縮的材料構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種裝置，其中所述沖模包括一個(gè)固定部分以及一個(gè)可垂直運(yùn)動(dòng)的芯子，所述芯子與用來控制其位移的裝置配合工作，以完成零件的最終成形。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種裝置，其中所述沖模包括一個(gè)固定芯子以及一個(gè)可垂直運(yùn)動(dòng)的部分，所述可運(yùn)動(dòng)部分與用來控制其位移的裝置配合工作，以完成零件的最終成形。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種裝置，其中整個(gè)所述沖?？纱怪边\(yùn)動(dòng)，并與用來控制其位移的裝置配合工作，以完成零件的最終成形。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中任何一項(xiàng)所述的裝置包括一種用來控制所述上毛坯夾持器對(duì)薄板板坯周界區(qū)域的夾緊作用的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中任何一項(xiàng)所述的裝置包括一種用來吸收所述彈性墊的過量體積的裝置，所述過量體積是相對(duì)于被獲得的完工零件表面積所決定的體積而言的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種裝置，其中所述吸收彈性墊過量體積的裝置被設(shè)置在沖頭之中。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種裝置，其中所述吸收彈性墊過量體積的裝置被設(shè)置在所述彈性墊附近。
全文摘要
在沖床上用彈性材料做成的墊沖壓薄板，尤其是金屬薄板的方法包括將一薄板毛坯放置在一支承物上，該支承物的外周部形成下夾持器，而其中部構(gòu)成一沖模，在外滑塊作用下將一上夾持器壓在毛坯外周部上，再在壓頭作用下將沖頭施加在毛坯上，其中在第一步驟期間，通過壓頭將一構(gòu)成可變形沖頭的彈性墊壓在毛坯上使其預(yù)變形，形成一表面積，它大致等于要獲得的成品零件的表面積，在第二步驟期間，彈性墊繼續(xù)下降，并同時(shí)移動(dòng)整個(gè)或者部分沖模底面以便產(chǎn)生零件的最終形狀。
文檔編號(hào)B21D24/02GK1043646SQ8910964
公開日1990年7月11日 申請(qǐng)日期1989年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月30日
發(fā)明者迪·斯米特·加布里爾 申請(qǐng)人:伊索弗姆公司