專利名稱：借助可流動的工作介質和模具生產構件的方法
技術領域：
本發明涉及一種用能深拉延的材料尤其是鋼制的板坯在使用一種可流動的工作介質的情況下生產構件的方法。
在生產具有復雜幾何形狀的深延或者內部高壓變形的構件時，在許多情況下需要制成中間形狀，因為最終輪廓形狀不能在一個變形步驟中制成。在這里，中間形狀通常在模具內制造，這些模具與為了制成最終形狀所采用的模具無關地工作。模具和工序的這種劃分大大增加了所需要的投資費用，并因此導致提高了與所述類型的構件的生產相關的成本。
除上面說明的為了制成中間形狀借助附加模具的方法外，實際上這種中間形狀還可通過流體力學的變形制成。在這種方法中，要變形的板坯在主成型之前借助工作介質在本來的變形模具內預成形。只有在預成形結束之后，才發生真正的最終變形，并在此時獲得工件的最終形狀。為了達到這一點，預成形的幾何形狀通常至少相應于造型模具構件的輪廓形狀。在預成形時的這種工藝過程已證實在許多情況下不利于隨后的主變形。然而，與此缺點相對的是可在構件中央達到更大的形狀改變的優點，從而可有目的地造成冷作硬化和更好地利用材料特性。
按照本發明此目的通過一種開頭所述類型的方法達到，在此方法中實施下列步驟-將板坯夾緊在變形裝置中，板坯在該變形裝置中至少在一側用工作介質加載；-在板坯的一個區域內，通過提高由工作介質施加的壓力使板坯預成形，該區域限于板坯面積的一個分區并且與板坯(P1-P4)的面積部分(B1、B2)部分重疊，從該面積部分(B1、B2)制成構件的最終形狀；以及-借助于模具使預成形的板坯最終成形。
按照本發明，在第一道工序中在一適用的變形裝置內在采用可流動的工作介質的條件下由板坯制成部分預成形的半成品。然后，由此預成形的半成品成形為構件的最終形狀。
在此，預成形總是只在板坯的一個有限區域內進行。因而，這種預成形與比如構件多步驟深拉延的情況是不同的，不是用于形成確定的模制件，該模制件在繼續的加工行程中成形為最終形狀，而是制成一個預成形件，該預成形件在材料變形與材料分布以及材料特性的充分應用方面，為最終要生產的構件所要求的特性最佳地作好準備。因此，按照本發明的這種預成形只在這些區域進行，即在該區域內在幾何特性(伸展-Abwicklung)和/或構件特殊的性能(強度)方面是有要求的。
取決于對成品所提出的要求，板坯的預成形可以在沒有或借助陰模的情況下完成。沒有陰模預成形的優點是預成形時板坯的材料可無阻礙地流動，從而比如獲得預成形件最佳的強度。相比之下，采用陰模的優點是此預成形件在其空間形狀方面還能最佳地為要制成的最終形狀作好準備。在此，可以在自由變形與在一陰模內完全變形之間找到一種妥協辦法，即板坯的預成形區在預成形結束時只在一個部分區域內貼靠在陰模上，而在其它部分區域內實施自由變形。
預成形板坯變形為構件的最終形狀優選地在克服一個由工作介質施加的支承壓力的情況下進行。通過這種方式能夠以不受損傷的方式制成準確成形的高質量構件，由于這種備受保護的加工，構件具有最佳的機械性能和良好的外觀。
按照本發明預成形的板坯可以在最終變形為構件的最終形狀之前互相連接，從而尤其能夠制成大面積的構件或者這樣一些構件，即在這些構件中，在不同板坯的區域內存在的材料分布或厚度，可有目的地適應在實際使用時構件具體地點產生的負荷。在此，板坯能夠通過材料、力、形封閉地互相連接。作為替選方案，松弛地上下疊置的板坯也可以在預成形之后共同制成最終形狀。
如果在上下疊置和必要時相互連接的預成形板坯之間已經存在一空腔，則借助按照本發明的方法可特別簡單地制成空心成型件。這樣制成的成型件特別適用于通過內部高壓變形成形為構件的最終形狀，其中，在板坯最終變形為最終形狀的過程中，空腔施加高壓。
板坯P1或P2規定用于預成形的區域V1或V2的位置取決于成品構件所要制成的幾何形狀。因此，對于區域V1、V2的設計而言，在圖2中舉例表示的沿成品構件橫截面的伸展起決定性的作用。在圖3以及圖5和6中舉例表示的已部分預成形的板坯P1、P2和P3的幾何形狀可設計為，在接著預成形后進行的最終成形過程中，不會發生任何由于材料過載或者形成不可允許的褶皺而損壞。
規定用于預成形的區域V1或V2必要時可以位于區域B1的輪廓內部(圖3)，由該區域B1最終成形為要制成的構件。在圖3中用虛線表示了它的輪廓形狀，這一輪廓形狀與圖2中所表示的一致。
然而有另外一種類型的幾何形狀或者對成品構件的性能的有另一些要求時，構件可能同樣需要在一個區域V2內進行板坯P2的預成形，而該區域超越相關的區域B2的一些分區(圖4)，構件由該區域B2最終成形。然而即使在這種情況下，也沒有規定用于預成形的區域V2與區域B2完全重疊。預成形總是只發生在板坯P1或者P2相應的準備對于后續的最終成形是恰當和需要的地方，而不是完全重疊。不言而喻，在這種情況下為了預成形而設定的區域的數量不限于1個，而是可以按照需要在一個板坯上規定多個這種類型的預成形區域。
為了板坯P1或者相應于板坯P2分成為一個要預成形的區域和一個由其制成要生產的構件的最終形狀的區域的板坯P4的預成形，采用變形裝置U1、U2。變形裝置U1、U2各有一個充填流動的工作介質，比如為水的容器1。此外，變形裝置U1、U2各配備有一個固定裝置2，該固定裝置將各要預成形的板坯P1、P4的邊緣區固定在圍繞容器1的孔的邊緣上。通過這種方式將板坯P1或P4夾緊在孔上方，從而板坯面朝容器內部的一側可以施加工作介質。在此，容器1的孔的邊緣的走向總是與該被加工的板坯P1，P4的規定用于預成形的區域V1或V2的邊緣走向一致的。
如圖7以板坯P1為例表示的那樣，板坯P1在沒有陰模的情況下進行預成形，但變形裝置U2與變形裝置U1不同，它配備有陰模3，該陰模設置在相對于在此例中夾緊在容器1的孔的上方的板坯P4有一定距離處。
通過提高由工作介質所施加的壓力P，相關的板坯P1或P4在容器孔的區域內朝向外方運動地隆起。在這種情況下，在此變形裝置U1內直到預成形結束時允許板坯P1的鋼材料完全自由流動。
相比之下，在變形裝置U2中，板坯P4的預成形區域V2在經過一段時間自由成形以后貼靠到陰模3上，從而將此預成形區域V2的一個分區壓合成陰模3的形狀。板坯P4的自由成形的分區V2a的幾何形狀和尺寸，在這里取決于陰模3相對于容器1孔的位置。
在變形裝置U1或U2中預成形之后，板坯P1-P4可逐個分別最終成形為相關的構件(圖2)。為此可以采用一個以傳統的方式配備有沖頭10和陰模11的裝置F1，如圖9中舉例表示的那樣。
作為替換方案，板坯P1-P4的最終成形也可以在變形裝置F2內實施，變形裝置F2有一個用于盛裝工作介質21，尤其為水的容器20和一個固定裝置22。借助固定裝置22比如預成形后的板坯P1固定在容器20的孔內。
然后可以借助沖頭23完成板坯P1的最終成形，該沖頭可以插入到容器20的孔內并在它的端面造型出要生產的構件的形狀。在沖頭23的加工行程中，預成形的板坯P1在容器20內被拉延。在此過程中，盛在容器20內的工作介質施加一個與沖頭23的力方向相反的的支承壓力S，從而預成形的板坯P1隨著沖頭23行程的增加貼靠在沖頭上面并且由此獲得由沖頭23規定的形狀。
還可以將例如在裝置U1中的兩個預成形的板坯P2、P3上下疊置，從而構成空心體H1(圖5)或H2(圖6)，它們各自在其上側和下側具有預成形區域V2、V3。在此，構成相關空心體H1、H2的板坯P2、P3可以相互焊接，從而它們形成一個結構單元。由這樣構成的空心體H1、H2最終成形的構件的形狀，在圖5和圖6中用虛線表示。
這些預成形的空心體H1、H2可通過施加內部高壓特別好地最終成形。為此，將空心體H1、H2定位在一適用的在圖中沒有表示的裝置的陰模內并且填充可流動的工作介質，比如水。接著此工作介質施加高壓，使相關空心體H1、H2的薄板材料擴展，直至它完全貼靠在陰模的壁上。
附圖
標記1 容器2 固定裝置3 陰模10 沖頭11 陰模20 容器21 工作介質22 固定裝置23 沖頭F1，F2 最終成形裝置B1，B2 由其制成最終成形的構件的區域H1，H2 空心體P 壓力P1，P2，P3，P4 板坯S 支承壓力U1，U2 變形裝置V1，V2，V3 板坯P1、P2在其中進行預成形的區域V2a 板坯4的自由變形部分
權利要求
1.用一種能深拉延的材料尤其是鋼制的板坯(P1-P4)在使用一種可流動的工作介質的情況下生產構件的方法，其中實施下列步驟-將板坯(P1-P4)夾緊在變形裝置(U1、U2)中，板坯(P1-P4)在該變形裝置中使用工作介質加載；-在板坯(P1-P4)的一個區域內，通過提高由工作介質施加的壓力(P)使板坯(P1-P4)預成形，該區域限于板坯面積的一個分區(V1、V2)并且與板坯(P1-P4)的面積部分(B1、B2)部分重疊，從該面積部分(B1、B2)制成構件的最終形狀；以及-借助于模具(F1、F2)使預成形的板坯(P1-P4)最終成形。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，板坯(P1-P4)在沒有陰模的情況下預成形。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，板坯(P1-P4)借助陰模(3)預成形。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，板坯(P1-P4)的預成形區域(V1、V2)在預成形結束時局部貼靠在陰模(3)上。
5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，板坯(P1-P4)的預成形區域在預成形結束時完全貼靠在陰模(3)上。
6.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，預成形的板坯(P1-P4)為了構件最終形狀的變形在克服一個由工作介質施加的支承壓力(S)的情況下進行。
7.根據上述權利要求之一所述的方法，其特征在于，在預成形之后相互連接至少兩個板坯(P1-P4)；以及這些板坯(P1-P4)共同最終成形至最終形狀。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，這些預成形件材料、力和/或形封閉地相互連接。
9.根據權利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，在預成形之后至少兩個板坯(P1-P4)松弛地相互疊置；以及這些板坯(P1-P4)共同最終成形至最終形狀。
10.根據權利要求7至9之一所述的方法，其特征在于，在板坯(P1-P4)之間存在空腔。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，在板坯(P1-P4)最終成形為最終形狀的過程中，空腔施加高壓力。
全文摘要
本發明涉及一種用能深拉延的材料尤其是鋼制的板坯(P1－P4)在使用一種可流動的工作介質的情況下生產構件的方法。在這種方法的過程中，將板坯(P1－P4)夾緊在變形裝置(U1、U2)中并且用工作介質加載。然后，通過提高由工作介質施加的壓力(P)板坯(P1－P4)在板坯(P1－P4)的一個區域內預成形，該區域限于板坯面積的一個分區(V1、V2)并且與板坯(P1－P4)的面積部分(B1、B2)部分重疊，由該面積部分制成構件的最終形狀。接著，此預成形的板坯(P1－P4)借助模具(F1、F2)最終成形。
文檔編號B21D26/02GK1418137SQ01806847
公開日2003年5月14日 申請日期2001年4月4日 優先權日2000年4月5日
發明者蒂諾·格魯茨卡, 弗蘭茲－約瑟夫·倫策 申請人:蒂森克魯伯鋼鐵股份公司