具有小半徑突角的零件的沖壓方法
【專利摘要】本發明涉及一種沖壓板材的方法和工具。根據本發明，所述方法包括通過沖壓使厚度不變的板(2)成形并且在沖壓行程結束時，通過在板(2)的內表面上局部施加將被沖壓的所述板的材料約束成貼靠在外側上的力而在所述板的外表面上實施小半徑的聯接。
【專利說明】具有小半徑突角的零件的沖壓方法
[0001 ]本發明要求于2013年12月17日遞交的序列號為1362829的法國申請的優先權，該申請的內容(文本、附圖和權利要求)并入本文引作參考。
技術領域
[0002]本發明涉及一種用于使不可展開的幾何零件成形的板材沖壓方法和工具。
【背景技術】
[0003]對于在例如道路或鐵路運輸、建筑、工業、家具、家用電器、電子技術等領域中使用的通過沖壓板材制成的許多零件，由于美觀性和/或功能性原因，期望實施具有局部突角的形狀，其中聯接半徑極小，甚至半徑值為零。
[0004]傳統沖壓技術基于厚度不變的較薄材料的板的成形原理，該板通過沖頭抵靠在模具上成形，該板的與模具接觸的一側為該板的外部。然而不能夠得到具有小半徑突角的不可展開的最終幾何形式。作為示例，對于由厚度為0.5mm并且局部具有在兩個20°迷向區域(zone d6sorient6e)之間的聯接的傳統鋼材制成的沖壓零件，外部聯接半徑現實上不可小于1.5mm(對于大約150°的下部迷向，聯接的外部形狀非常接近于圓形區，這在該材料中稱為“聯接半徑”)，并且即使沖頭半徑為零值，這由于基于厚度不變的幾何“抵消(offset)”原因而失效(caduque)。
[0005](基于局部中性纖維移動的)分析實驗研究(現實零件的實施或測量)或(尤其通過有限元方法來計算的)數字實驗研究(現實零件的實施或測量)能夠根據材料(色調、厚度、機械特征)或工具(定向、要實施的零件的包層、周邊的保留情況、初始變形、工具的角度和局部半徑、摩擦情況等)來確定可允許的最小聯接值。
[0006]考慮到美觀性和經濟性，涉及以多個操作沖壓聯接區域并且/或者在沖壓(加工、乳制)之后減小聯接區域半徑的可選解決方案不令人滿意。
[0007]要通過傳統沖壓實施小半徑突角的不可能性因此限制了沖壓零件的設計。
【發明內容】
[0008]在該文件中描述的本發明能夠解決該突角聯接半徑的限制問題，因此能夠實施具有小半徑(甚至零半徑)突角的沖壓幾何形式。
[0009]本發明的原理涉及厚度不變的板的沖壓，并且在沖壓行程結束時，通過在板的內表面上局部施加將被沖壓的所述板的材料約束成貼靠在外側上的力而在所述板的外表面上實施小半徑的聯接。
[0010]所述板的外表面通常對應于凸表面，然而重要之處在于該外表面通常涉及可見表面。
[0011]考慮到合理分布，被局部施加的力能夠由于體積的保持而補償所述板的局部變薄并且阻止應力。因此，在所述板的外表面上，被這樣移動的材料能夠實施具有極小(甚至零)外半徑的局部聯接。該局部聯接由單一沖壓工序來實施。另外，該局部聯接不受上述傳統沖壓應力限制。
[0012]在變型中，沿與沖壓主方向不同的方向來施加將被沖壓的所述板的材料約束成在小半徑的聯接位置處貼靠在所述板的外表面上的力。
[0013]在變型中，在沖壓行程結束時，將被沖壓的所述板的材料約束成在小半徑的聯接位置處貼靠在所述板的外表面上的力被施加在大于沖壓壓力機的關閉速度的速度上。
[0014]根據本發明的實施方式，通過使用由沖壓壓力機啟動的沖壓工具得到被局部施加的力，所述工具包括在與板的內表面接觸的一側的例如與承重工具連成一體的附加形狀件。
[0015]有利地，所述附加形狀件的體積基本等于為獲得期望的聯接半徑而要移動的材料的體積。
[0016]在變型中，附加形狀件包括在所述附加形狀件頂部的圓柱形部分。
[0017]如之前所指出的，附加形狀件可被一體化在承重工具中，最通常被一體化在片材或相反形狀件(contre-forme)類型的沖頭、或模具、又或沖壓工具的可移動構件中。傳統上，該可移動構件借助于凸輪、滑塊、又或獨立起重器而被移動。
[0018]可移動的片材或相反形狀件可沿與沖壓主軸線相同或不同的方向被移動。
[0019]在變型中，施加力的附加形狀件相對于承重工具可移動:所述附加形狀件有利地在零件的一般形狀沖壓期間位于后退位置上，直到板材與沖頭及模具接觸的時刻(傳統沖壓中的“工具關閉”階段)。然后，在沖壓材料與承重工具之間保持接觸的同時，推動附加形狀件平移，所述平移的移動行程能夠由于體積的保持而補償局部變薄以及應力，這能夠使沖壓材料貼靠在位于外部的縫隙中，被這樣移動的材料能夠實施具有極小(甚至零)半徑的聯接。
[0020]可移動附加形狀件的移動方向被選擇為靠近與小半徑的聯接相關的兩個迷向區域的等分線。該變型因此能夠實施小半徑突角，其中所述小半徑突角的聯接表面等分線與沖壓主軸線完全不同。
[0021]設有精確且堅固的引導的可移動附加形狀件的移動可由取決于或獨立于沖壓壓力機行程的機械、液壓或氣動裝置來控制。
[0022]可移動附加形狀件的移動速度可與壓力機滑塊的移動速度相似，或快很多，這有利于在“動力”模式下的運行。
【附圖說明】
[0023]通過閱讀以下僅作為非限制性實施方式給出的詳細說明和附圖，本發明的其它特征和優點將更加清楚，在附圖中:
[0024]圖1:根據現有技術的成形示例(圖1A)，以及根據本發明第一實施例的具有聯接區域的成形示例，其中使用的沖壓工具的沖頭設置有附加形狀件，示出了沖壓工具完全關閉之前(圖1B)(圖1B待更新)和之后(圖1C)的成形；
[0025]圖2A、2B和2C:附加形狀件的幾何形式的示例；
[0026]圖3:根據本發明另一實施方式的成形示例，其中附加形狀件相對于承重工具可移動，示出了剛好在工具關閉之前的成形，附加形狀件在后退位置上(圖3A)，然后當工具關閉時附加形狀件在前進位置上(圖3B)。
【具體實施方式】
[0027]圖1A示出了根據現有技術的沖壓方法，其中具有不變厚度21的板材2借助于沖壓工具來沖壓，該沖壓工具由具有基本互配的形狀的沖頭I和模具3構成。
[0028]模具3包括區域33，該區域對應于突起區域在形成的板材上的成形。在壓力機關閉的時刻，即使使用形狀與模具嚴格互配的沖頭，板2趨向于在該區域33的位置處貼合半徑圓22，該半徑圓與在該區域33每側的模具3的一般方向相切，區域31構成不被板2占據的空的空間。
[0029]圖1B示出了根據本發明的方法，該方法能夠避免該空的空間并且獲得包括區域33位置的期望幾何形式。為了產生補充的局部力，沖頭I通過添加附加形狀件4而設置有在面對區域33的區域中的附加形狀件4，該附加形狀件的突起部分具有曲率半徑11。在其它情況下，附加形狀件不成圓形而具有半徑接近于區域33的曲率半徑的頂角。
[0030]該附加形狀件的體積有利地對應于為獲得期望的聯接半徑而要移動的材料的體積。該附加形狀件的外形有利地選為有利于材料的局部移動，并且優先考慮剪切并且限制受變形的材料大幅移動(沿聯接區域相對于沖壓軸線的定向方向對稱或不對稱)。為了限制板材的變薄或局部過度變厚，任選地可設置成使附加形狀件包括圓形頂部，這能夠保持低于受變形的材料可允許的延展極限。該附加形狀件的幾何尺寸因此尤其考慮到以下參數來選擇:金屬板的種類及厚度、期望的最終外半徑、聯接表面的迷向角度、以及聯接表面相對于沖壓主軸線的位置。
[0031]該附加形狀件被實施用于抵御與沖壓結束時的材料局部移動相關的大壓力:該附加形狀件由抗性強的材料(例如工具的基礎材料和/或添加的插件和/或增加該工具部分韌性的表層處理)通過加工和/或局部金屬膨脹和/或調節來獲得。潤滑任選地能夠有利于受變形的材料的局部移動并且防止工具上的可能卡死和/或過早磨損的出現。
[0032]如圖1C上所示，在沖壓階段結束時，該附加形狀件4施加使板2貼靠在模具3上以及區域33中的力。
[0033]在沖壓行程結束時的材料局部移動要求的能量大于傳統沖壓所需的能量，而不達到局部模壓所要求的等級(作為指示，按照沖壓材料的種類，具有零模壓半徑的通過長度的聯接功率為傳統沖壓所需的功率的3至8倍):然而工具的設計需考慮該補充功率(工具布的厚度，工具肋的厚度和位置，受力時的變形的可能預測)；另一方面，沖壓壓力機需設有行程結束時所需的功率。
[0034]本發明帶來了要實施的零件的第二改善:該零件的幾何形式比采用傳統沖壓更精確，因為由彈性回復現象導致的扭曲被減小。事實上，附加形狀件在沖壓行程結束時實施材料的局部移動，該局部移動增大了所考慮區域的塑性變形。在聯接區域沖壓之后的彈性回復比采用傳統沖壓更小(局部打開或關閉I至2度，由于補充的局部塑化而最小減小一半)。
[0035]圖2A、2B和2C示出了附加形狀件的可能幾何形式的示例。可具有如在圖2A的情況下的在突起部分中的圓形，該突起部分與沖頭通過光滑斜面聯接。在圖2B的變型中，附加形狀件具有更小的半徑，以使該附加形狀件形成從沖頭的其余部分中突起的球體。最后在圖3B中，附加形狀件的截面由圓形區構成，該圓形區通過被切割的邊與沖頭聯接。附加形狀件的幾何類型的選擇通常按照與工具的實施及設置技術相關的標準來執行。注意到在所示的示例中，附加形狀件的形狀頂部是圓形的，但這不是強制性的:要施加力的附加形狀件的幾何性能產生外部材料的局部移動，并且優先考慮剪切并且限制受變形的材料大幅移動。
[0036]在圖3A和3B中所示的特別優選的變型中，附加形狀件4不與承重工具(圖上的沖頭I或模具或可移動的片材或相反形狀件)連成一體，但相對于承重工具I可移動，所述附加形狀件4由機械、液壓或氣動裝置啟動。
[0037]因此，沿與承重工具(圖上的沖頭I或模具或可移動的片材或相反形狀件)的移動方向不同的方向和/或沿沖壓工具的一般關閉方向以及尤其優選地沿接近于與聯接相關的兩個迷向區域的等分線的移動方向來移動附加形狀件4成為可能。
[0038]還優選地，該附加形狀件4在后退位置(圖3A)與突起位置(圖3B)之間移動，所述后退位置在零件的一般形狀沖壓期間使用，所述突起位置在壓力機的一般關閉之后到達。另夕卜，該可移動附加形狀件的移動速度可有利地大于承重工具和/或壓力機(動力運行)的主滑塊的平均速度。
【主權項】
1.一種通過沖壓使厚度不變的板(2)成形的方法，其特征在于，在沖壓行程結束時，通過在板(2)的內表面上局部施加將被沖壓的所述板的材料約束成貼靠在外側上的力而在所述板的外表面上實施小半徑的聯接。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，沿與沖壓主方向不同的方向來施加將被沖壓的所述板的材料約束成在小半徑的聯接位置處貼靠在所述板的外表面上的力。3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，在沖壓行程結束時，將被沖壓的所述板的材料約束成在小半徑的聯接位置處貼靠在所述板的外表面上的力被施加在大于沖壓壓力機的關閉速度的速度上。4.一種沖壓工具，其用于實施根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，所述沖壓工具包括在與板的內表面接觸的一側的附加形狀件(4)。5.根據權利要求4所述的沖壓工具，其特征在于，所述附加形狀件(4)的體積基本等于為獲得期望的聯接半徑而要移動的材料的體積。6.根據權利要求5所述的沖壓工具，其特征在于，附加形狀件(4)的幾何形式為所述幾何形式能夠由于體積的保持而補償所述板的局部變薄并且阻止應力。7.根據權利要求4至6中任一項所述的沖壓工具，其特征在于，附加形狀件(4)包括在所述附加形狀件頂部的圓柱形部分。8.根據權利要求4至7中任一項所述的沖壓工具，其特征在于，附加形狀件(4)被一體化在承重工具中，所述承重工具在片材或相反形狀件類型的沖頭、模具或沖壓工具的可移動構件中選擇。9.根據權利要求4至7中任一項所述的沖壓工具，其特征在于，附加形狀件(4)相對于承重工具可移動，所述承重工具在片材或相反形狀件類型的沖頭、模具或沖壓工具的可移動構件中選擇。10.根據權利要求9所述的沖壓工具，其特征在于，附加形狀件(4)能夠在后退位置與突起位置之間移動，所述后退位置在零件的一般形狀沖壓期間使用，所述突起位置在沖壓行程結束時使用。
【文檔編號】B21D22/20GK105848800SQ201480069210
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年11月25日
【發明人】D·施拉特
【申請人】標致·雪鐵龍汽車公司