用于冲压成形可变形材料的组件和方法 技术领域 本发明涉及一种用于冲压成形可变形材料的组件和可使用这种组件的方法。 更具 体地， 本发明提供这样一种用于冲压成形可变形材料的组件 ： 其包括一对相对的模具阵列， 每个模具阵列具有由期望的成形材料的最终构造所决定的互补的外形。 可以有利地利用本 发明的组件的方法典型地确保可变形材料逐渐变形， 以提供期望的最终构造。 更具体地， 本 方法主要旨在将压力沿着材料的加工长度传递至可变形材料， 从而使材料在加工长度上连 续地变形。 在可替代方面中， 本发明涉及这样一种用于冲压成形可变形材料的组件 ： 其包括 单个模具阵列和互补的第二模具， 第二模具不必采用模具阵列的形式。还提供使用这种组 件的方法。更进一步， 本发明涉及一种在用于冲压成形可变形材料的组件中使用的模具组 以及制造这种模具组的方法。
背景技术 用于使可变形材料 ( 例如， 金属板 ) 成形为期望的外形的系统和组件是已知的。 一个这种系统 ( 被称为辊轧成形 ) 是许多行业 ( 例如， 汽车和建筑行业 ) 中沿用已久的工 艺， 以从金属板制成简单和复杂的形状。图 1 中提供了通过辊轧成形制成的一些外形的实 例 10、 11 和 12。
参照图 2A 至图 2C， 辊轧成形包括使连续板 20 通过一系列隔开的轧辊组 21a 至 21f。每个轧辊组 21 使板 20 逐渐变形成期望的最终外形 22。每个轧辊 21 包括至少一个上 辊 23a 至 23f 和至少一个下辊 24a 至 24f。在一些情况中， 还可根据期望的最终外形 22 而 设置侧辊 25。
如上所述， 辊 23、 24 和 25 设计成使得材料板 20 逐渐变形为最终外形 22。为了实 现此变形， 轧辊组 21 必须隔开预定距离， 以便于轧辊组 21 之间的充分变形和张弛。 不利地， 这导致浪费变形能量。而且， 由于每个轧辊组 21 之间的不必要的轴向弯曲和拉伸， 辊轧成 形工艺自然涉及应变路径差异。 轴向塑性弯曲和拉伸导致如图 3A 至图 3D 所示的产品缺陷。 这些缺陷包括所谓的边缘波 ( 图 3A)、 外倾 ( 图 3B)、 弯曲或翘曲 ( 图 3C) 和扭曲 ( 图 3D)。 辊轧成形还具有的缺点在于 ： 由于材料的拉伸， 成形的材料板的表面被置于应力下。 在涂有 金属的情况中， 例如， 这可能对表面抛光的质量具有有害影响。
辊轧成形具有的另一缺点在于 ： 第一轧辊组 21a 与最后一个轧辊组 ( 在本情况中 是 21f) 之间的距离相对较大。结果， 容纳辊轧成形组件所需的空间相当大， 尤其是在需要 成形复杂外形时。此外， 对于每个期望的最终外形 22， 需要专门设立轧辊组 21。因此， 设立 辊轧成形组件并不是简单的过程， 并且， 简单地调换轧辊组 21 而制得不同的最终外形 22 也 是不可能的。
已提出了如上所述的传统辊轧成形组件的替代物， 例如， 德国专利 No.2423279 和 欧洲专利 No.0384287 中的。
德国专利 No.2423279 描述了包括上模具和下模具的冲压成形组件。上模具和下 模具中的每个均具有沿着模具的长度纵向延伸的外形， 上模具和下模具的外形是互补的，
并设计成用于制得期望的最终外形。更具体地， 上模具和下模具的外形是这样的以使供给 至组件的可变形材料 ( 通常是金属 ) 板沿着材料板的纵向长度逐渐变形。
通过例如使用偏心凸轮 ( 该文献的图 19 所示 )， 或使用附设于上模具和下模具的 侧部的枢转臂 ( 该文献的图 28 所示 ) 而同时冲压上模具和下模具来实现材料板的变形。
类似地， 欧洲专利 No.0384287 描述了包括上模具和下模具的组件， 所述上模具和 下模具设计成通过使用偏心凸轮而同时冲压这些模具来使材料板逐渐变形。
在两种情况中， 上模具和下模具与待沿着加工长度变形的材料板接合和脱离。当 接合在脱离操作过程中在上下模具组中水平移动的板时， 板逐渐变形为最终外形。
本发明旨在提供一种替代上述那些的冲压成形组件和方法。 本发明的组件和方法 有利地避免或减轻了与加工过程中材料脱离时可观察到的可变形材料的不必要变形相关 的问题。本发明还旨在提供一种制造适于在这种组件和方法中使用的模具组的方法。 发明内容
根据本发明的一个方面， 提供了一种用于冲压成形可变形材料的组件， 包括 ：
包括多个模具的第一模具阵列， 该第一模具阵列限定第一模具外形 ； 与第一模具阵列互补并包括多个模具的第二模具阵列， 该第二模具阵列限定与第 一模具外形互补的第二模具外形 ； 以及
用于驱动第一模具阵列和第二模具阵列中的至少一个的驱动装置 ；
其中， 在使用中， 第一模具阵列的多个模具和第二模具阵列的多个模具沿着加工 长度与可变形材料相继接合， 以使可变形材料变形为预定外形。
如这里使用的， 可变形材料的相继接合表示， 可变形材料与第一模具阵列的模具 和第二模具阵列的模具相继接合， 以避免或至少减轻可变形材料的不必要变形。第一模具 阵列的模具和第二模具阵列的模具不是同时沿着可变形材料的整个加工长度与可变形材 料接合和脱离。相继接合不应被推断为表示有序接合， 可包括随机接合。
为了实现沿着加工长度的可变形材料的相继接合， 第一模具阵列有利地包括第一 组模具和第二组模具， 在使用中， 第一组模具和第二组模具沿着加工长度与可变形材料板 相继接合。然而， 应理解的是， 本发明不限于此。例如， 如果希望的话， 第一模具阵列可包括 第三组模具和第四组模具等。
以包括第一组模具和第二组模具的阵列为例， 在一个实施方式中， 第一模具阵列 内的第一组模具包括奇数模具， 而第一模具阵列内的第二组模具包括偶数模具。在此情况 中， 第一模具阵列的奇数模具和偶数模具有利地分别由驱动装置驱动。 应理解的是， 可采用 模具的任何组合来形成第一组模具和第二组模具。 这可取决于在使可变形材料成形之后期 望的预定外形。
第一模具组的模具， 以及类似地， 第二模具组的那些模具， 可通过任何适当方式彼 此相关。 在一个实施方式中， 第一模具阵列的奇数模具与第一传动板相关， 而第一模具阵列 的偶数模具与第二传动板相关， 第一传动板和第二传动板中的每个均由驱动装置驱动。在 具体实施方式中， 第一传动板由沿着第一模具阵列的横向边缘延伸的一对纵向板限定， 而 第二传动板由纵向延伸的中心板限定， 限定第一传动板的那对纵向板纵向地跨过中心板。
在某些实施方式中， 优选地， 第一模具阵列和第二模具阵列中的每个均包括第一
组模具和第二组模具， 在使用中， 第一模具阵列和第二模具阵列的第一组模具和第二组模 具沿着加工长度与可变形材料相继接合。在此情况中， 第一模具阵列和第二模具阵列的第 一组模具可同样分别包括第一模具阵列和第二模具阵列内的奇数模具， 而第一模具阵列和 第二模具阵列的第二组模具可分别包括第一模具阵列和第二模具阵列内的偶数模具。
与根据之前描述的实施方式的情况相同， 第一模具阵列以及现在同样第二模具阵 列的奇数模具和偶数模具可单独且分别由驱动装置驱动。
同样， 各个模具组可根据需要通过任何适当方式彼此相关。 在一个实施方式中， 第 一模具阵列的奇数模具与第一传动板相关， 并且第一模具阵列的偶数模具与第二传动板相 关， 而第二模具阵列的奇数模具与第三传动板相关， 并且第二模具阵列的偶数模具与第四 传动板相关， 每个传动板由驱动装置驱动。各个模具板可采用与上述的相似的形式。
应理解的是， 为了实现可变形材料与第一和第二模具阵列的模具的相继接合， 将 需要模具的某些形式的往复运动。根据一个实施方式， 以线性往复运动方式驱动第一模具 阵列的模具和第二模具阵列的模具。线性运动可以例如在模具阵列的各个模具的平面内。 可替代地， 线性运动可与各个模具的平面成倾斜的角度或下倾的角度。 更进一步， 根据其它 实施方式， 往复运动可以是环形的或椭圆形的往复运动。 优选地， 第一模具阵列和第二模具 阵列的奇数模具的往复运动相对于第一模具阵列和第二模具阵列的偶数模具的往复运动 偏移。这种布置有利地便于通过组件来拉拔可变形材料。 第一模具阵列和第二模具阵列的方向不受具体限制。例如， 两个阵列可设置在垂 直面中。然而， 为了方便起见， 第一模具阵列和第二模具阵列优选地设置在水平面中。
在一些情况中， 尤其是在成形更复杂的外形时， 可能期望包括额外的模具阵列来 实现可变形材料的进一步成形。例如， 在一个实施方式中， 组件包括 ：
包括多个模具的第三模具阵列， 该第三模具阵列限定第三模具外形 ；
与第三模具阵列互补并包括多个模具的第四模具阵列， 该第四模具阵列限定与第 三模具外形互补的第四模具外形 ； 以及
用于驱动第三模具阵列和第四模具阵列中的至少一个的驱动装置 ；
其中， 在使用中， 第三模具阵列的多个模具和第四模具阵列的多个模具沿着加工 长度与通过第一模具阵列和第二模具阵列预成形的可变形材料相继接合， 以使可变形材料 变形为最终外形。
当第一模具阵列和第二模具阵列设置在大致的水平面中时， 第三模具阵列和第四 模具阵列通常将设置在与该水平面偏移或成一定角度的平面中。在一些情况中， 第三模具 阵列和第四模具阵列设置在垂直面中。这有利地实现了由可变形材料成形更多样的外形。
在一些情况中， 可能难于将可变形材料供给到组件中。这样， 在优选实施方式中， 组件包括用于在第一模具阵列与第二模具阵列之间引导可变形材料的引导件。
组件的驱动装置不受具体限制， 并且， 本领域技术人员将容易理解各种变型。例 如， 驱动装置可以是机械驱动装置或液压驱动装置。 在某些实施方式中， 驱动装置包括带有 传动装置的机械驱动装置。
以上描述涉及一种包括至少一对彼此配合且彼此互补的模具阵列的组件， 并且， 所述组件在使可变形材料成形为期望的外形中是有用的。 还设想到， 在一些情况中， 例如在 形成不太复杂的外形时， 仅用一个与互补的整体模具匹配的模具阵列来有效地产生期望的
结果也是可行的。
这样， 根据本发明的可替代实施方式， 提供了一种用于冲压成形可变形材料的组 件， 包括 ：
由包括多个模具的模具阵列限定的第一模具， 所述模具阵列限定第一模具外形 ；
与第一模具互补的第二模具 ； 以及
用于至少驱动第一模具的模具阵列的驱动装置 ；
其中， 在使用中， 第一模具阵列的多个模具沿着加工长度与可变形材料相继接合， 以使可变形材料变形为预定外形。
根据此方面， 第二模具可以是整体模具。 那样， 第二模具可限定与第一模具外形互 补的第二模具外形。在此情况中， 第二模具可由与第一模具相同或相似的材料形成。可替 代地， 第二模具可由弹性柔性材料形成， 该材料在与第一模具的模具阵列接合时变形为与 第一模具外形互补的外形。 例如， 设想到， 适当的弹性柔性材料可包括硬橡胶材料或相对硬 的可变形塑性材料。
应理解的是， 涉及本发明的前述方面的上述实施方式和特征将类似地可应用于本 发明的此方面。这样， 为了方便起见， 对其进行参考， 而无需重复关于本发明的此方面的每 个特征。 本发明人已确认通过使用模具阵列使可变形材料成形为期望的外形而可提供的 多个优点， 如下面将更详细地描述的。 因此， 本发明还提供了一种在如上所述的组件中使用 的模具组， 所述模具组包括 ：
包括多个模具的第一模具阵列， 该第一模具阵列限定第一模具外形 ； 以及
与第一模具阵列互补并包括多个模具的第二模具阵列， 该第二模具阵列限定与第 一模具外形互补的第二模具外形。
如将从本发明的组件的上述描述中发现的， 在某些实施方式中， 第一模具阵列和 第二模具阵列每个均包括第一组模具和第二组模具， 第一模具阵列的第一组模具和第二组 模具单独安装， 并且第二模具阵列的第一组模具和第二组模具单独安装。
同样， 第一模具阵列和第二模具阵列的第一组模具可分别包括第一模具阵列和第 二模具阵列内的奇数模具， 而第一模具阵列和第二模具阵列的第二组模具可分别包括第一 模具阵列和第二模具阵列内的偶数模具。
类似地， 如前所述， 第一模具阵列的奇数模具可与第一传动板相关， 并且第一模具 阵列的偶数模具可与第二传动板相关， 而第二模具阵列的奇数模具可与第三传动板相关， 并且第二模具阵列的偶数模具可与第四传动板相关。
根据本发明的可替代方面， 提供了一种在上述组件中使用的模具组， 所述模具组 包括 ：
由包括多个模具的模具阵列限定的第一模具， 该第一模具阵列限定第一模具外 形； 以及
与第一模具互补的第二模具。
与上面的情况一样， 第二模具可以是整体模具并可限定与第一模具外形互补的第 二模具外形， 或者可由弹性柔性材料形成， 该材料在与第一模具的模具阵列接合时变形为 与第一模具外形互补的外形。
可变形材料的特性不受具体限制， 只要其可成形为期望的最终外形即可。 例如， 可 变形材料可以是低规格的材料板， 或者可以是更高规格的材料板。 应理解的是， 尽管材料的 规格可从较宽范围选出， 可适当地使用上述组件和模具， 而无需改变其总体设计。例如， 与 较低规格的板材可能需要的驱动装置相比， 对于组件或更大的模具组， 更重规格的材料可 简单地需要使用更强有力的驱动装置。
类似地， 可变形材料可包括任何适于变形为最终期望外形的材料。 例如， 可变形材 料可以是金属 ( 例如， 铝、 黄铜、 铜、 冷轧钢、 低碳钢、 锡、 镍、 镁、 钛等 ) 片或板。可替代地， 可 变形材料可以是热塑性材料板， 该材料可选地是纤维加强的。本领域技术人员将容易理解 适当的热塑性材料。 例如， 这些材料可包括聚乙烯、 聚丙烯、 聚碳酸酯、 聚对苯二甲酸乙二醇 酯、 聚丙烯酸酯、 聚甲基丙烯酸酯等。
如果可变形材料在室温下不太有延展性， 那么可能希望在变形处理之前和 / 或在 变形处理过程中加热可变形材料。 这样， 在某些实施方式中， 组件包括用于预加热可变形材 料的加热器。类似地， 在某些实施方式中， 组件的模具在变形过程中可被加热， 以将热量传 递至可变形材料。
如上所述， 本发明不仅涉及一种用于冲压成形可变形材料的组件， 而且涉及在这 种组件中使用的模具组。这些模具组可根据具体期望的最终外形的需要来设计。在研究本 发明的过程中， 还已研究出制造这种模具组的有利方法。
因此， 在另一方面中， 本发明提供了一种制造模具组的方法， 该模具组具有用于使 可变形材料从初始外形连续变形为最终外形的外形， 所述方法包括 ：
绘制 (mapping) 模具组的外形 ；
形成模具组， 包括限定模具组外形的第一模具和第二模具 ； 以及
分离第一模具和第二模具中的至少一个， 以形成模具阵列。
绘制模具组的外形可通过任何适当方式实现。通常地， 将考虑从初始外形到最终 外形的途径利用不同的几何形状来实现绘制。 具体地， 根据本发明的此方面， 可适当地采用 基于计算机的绘制。
优选地， 这样进行绘制以使可变形材料的每个部分在变形处理过程中在模具组中 通过相同的距离。 这可以有利地避免与可变形材料的过度拉伸相关的问题， 例如， 由于可能 应用于材料的表面处理而受损。
并且优选地， 这样执行绘制以使多余变形减到最少， 或者使得模具组的外形的长 度减到最小。
形成模具组 ( 包括限定模具组的外形的第一模具和第二模具 ) 可通过本领域已知 的任何适当方法来实现。在具体实施方式中， 通过铸造适当的材料而形成模具组。可替代 地， 可用机器加工模具组。
类似地， 分离第一模具和第二模具中的至少一个可通过任何适当方式来实现。例 如， 这可使用焊丝切割机 ( 即电火花切割 ) 或其它适当的切割设备来实现。
根据本发明的另一方面， 提供了一种用于冲压成形可变形材料的方法， 包括在包 含多个模具的第一模具阵列与包含多个模具的第二模具阵列之间供给可变形材料， 其中， 第一模具阵列的多个模具和第二模具阵列的多个模具沿着加工长度与可变形材料相继接 合， 以使可变形材料变形为预定外形。如前所指出的， 可通过任何适当方式实现相继接合。 在一个实施方式中， 第一模具 阵列的多个模具和第二模具阵列的多个模具沿着可变形材料的加工长度以偏移的往复运 动与可变形材料相继接合。例如， 第一模具阵列和第二模具阵列的奇数模具的往复运动可 相对于第一模具阵列和第二模具阵列的偶数模具的往复运动偏移， 以便于沿着加工长度的 可变形材料的相继接合。
在一些情况中， 可能期望在可变形材料变形为预定外形之后加工该可变形材料。 这样， 在某些实施方式中， 本方法可包括， 在可变形材料冲压成形为预定外形之后对其进行 后加工。例如， 后加工可包括可变形材料的辊轧成形、 矫直和 / 或焊接。本领域技术人员将 容易理解后加工的其它替代方式。
根据本发明的可替代方面， 提供了一种用于冲压成形可变形材料的方法， 包括在 由包含多个模具的模具阵列限定的第一模具与第二模具之间供给可变形材料， 其中， 第一 模具阵列的多个模具沿着加工长度与可变形材料相继接合， 以使可变形材料变形为预定外 形。
如上所指出的， 在一些情况中， 可能期望在可变形材料受到变形处理之前预加热 该可变形材料， 或者在变形处理过程中对可变形材料施加热量。这样， 本方法可包括， 在可 变形材料变形之前和 / 或变形过程中将可变形材料加热至预定温度。 附图说明 现在将参照附图更详细地描述本发明。 应该认识到， 以下详细描述仅用于例证， 而 不应被解释为以任何方式限制本发明。附图中 ：
图 1 示出了成形板材的一些简单外形 ；
图 2A 至图 2C 示出了传统的辊轧成形组件 ；
图 3A 至图 3D 示出了与传统的辊轧成形工艺相关的缺陷 ；
图 4 示出了根据本发明一个实施方式的冲压成形组件 ；
图 5 示出了根据本发明一个实施方式的冲压成形组件的侧截面图 ；
图 6 示出了根据本发明实施方式的冲压成形组件的模具的逐渐相继接合的实例 ；
图 7 示出了根据本发明一个实施方式的模具阵列 ；
图 8 示出了与图 7 的模具阵列互补的模具阵列 ；
图 9 示出了组合中的图 7 与图 8 的模具阵列。
具体实施方式
参照图 4， 示出了包括上模具阵列 41 和下模具阵列 42 的冲压成形组件 40。可变 形材料板 43( 为了方便起见， 在下文中其将被称为金属板 ) 在上模具阵列 41 和下模具阵列 42 之间被供给， 并逐渐变形为期望的最终外形 44。
上模具阵列 41 和下模具阵列 42 每个均包括多个独立的模具。 由上模具阵列 41 中 的奇数模具 45 组成的第一组模具限定上模具阵列。奇数模具 45 由两个纵向延伸的板 46a 和 46b 限定的传动板支撑。板 46a 和 46b 沿着奇数模具 45 的横向边缘纵向地延伸， 并与驱 动装置接合， 以便于奇数模具 45 的从动往复。
还设置由上模具阵列 41 中的偶数模具 47 组成的第二组模具。偶数模具 47 由沿着偶数模具 47 纵向地延伸且支撑奇数模具 45 的板 46a 和 46b 纵向地跨过的传动板 48 支 撑。同样， 传动板 48 与驱动装置接合， 以便于偶数模具 47 的从动往复。
以类似的方式， 下模具阵列 42 包括由奇数模具 49 组成的第一组模具和由偶数模 具 50 组成的第二组模具。如图 4 所示， 奇数模具 49 与传动板 51 相关并由其支撑， 而偶数 模具 50 由纵向延伸的板 52a 和 52b 限定的传动板支撑。
参照图 6， 示出了一对奇数模具 45 和 49 以及一对偶数模具 47 和 50 的往复运动。 驱动模具对 45， 49 和 47， 50， 从而使它们以偏移的往复运动运行。更具体地， 模具对 45， 49 和 47， 50 与穿过上下模具组的金属板 43 相继接合。这有利地便于金属板 43 的逐渐变形， 同时使由于模具阵列与板 43 的脱离而产生的不必要变形减到最小。
参照图 6 所示的一系列画面中的第一画面， 应理解的是， 当金属板进入组件时， 模 具 45 和 49 与金属板 43 接合， 而模具 47 和 50 与金属板 43 脱离。在第二画面中， 所有模具 均与板 43 脱离。应理解的是， 在此情况中， 沿着组件的模具阵列位于更远处的模具将与板 43 接合。图 6 的第三画面中的图示证明了模具的偏移往复运动。在该画面中， 之前与金属 板 43 接合的模具 45 和 49 与金属板 43 完全脱离， 而之前与金属板 43 脱离的模具 47 和 50 现在与金属板 43 接合。模具在上下模具阵列内的这种运动有利地有助于通过组件供给或 拉拔金属板 43。 参照图 7 至图 9， 更详细地示出了上模具阵列 70 和下模具阵列 80 以及它们定位在 一起的实施方式。 然而， 应理解的是， 这仅是根据期望的金属板的最终外形而可采用的许多 实施方式中的一种。
上模具阵列 70 包括由奇数模具 71 组成的第一模具组和由偶数模具 72 组成的第 二模具组。模具 71 和 72 沿着上模具阵列 70 的纵向长度或加工长度限定模具外形 73。模 具外形 73 在供给端 74 具有相对低的外形， 而在出口端 75 具有相对高的外形。这样， 金属 板沿着上模具阵列 70 的加工长度逐渐变形。
以与上模具阵列 70 相似的方式， 下模具阵列 80 包括由奇数模具 81 组成的第一模 具组和由偶数模具 82 组成的第二模具组。同样， 模具 81 和 82 沿着下模具阵列 80 的纵向 长度或加工长度限定模具外形 83。模具外形 83 同样在供给端 84 具有相对低的外形， 而在 出口端 85 具有相对高的外形。这样， 模具外形 73 和 83 是彼此互补的。
通过图 9 可更好地理解上模具阵列 70 的模具外形 73 和下模具阵列 80 的模具外 形 83 的互补特性。在此图示中可以看到， 外形 73 和 83 沿着模具阵列 70 和 80 的加工长度 是互补的。模具外形 73 和 83 使得在模具阵列 70 和 80 之间通过的金属板逐渐变形为期望 的最终外形。此外， 待变形的金属板与上模具阵列 70 和下模具阵列 80 的各个模具 71， 72， 81 和 82 的相继接合减轻或消除了金属板成形过程中的回弹。这通常是由于在成形过程中 在任一时刻至少一个或多个模具与金属板接合的事实。 本组件还有利地减少或消除了金属 板在成形过程中的轴向拉伸和弯曲。
本发明的组件具有许多其它优点， 包括由于浪费的变形能量减少而导致的能耗降 低。本组件的尺寸比其辊轧成形相对部件的尺寸小。这样， 本组件具有更小的 “占地面积” ， 这将导致更低的产品成本。预料本发明的组件还将提供更低的维护成本和运行成本。
当然， 应认识到， 以上仅以本发明的示意性实例的方式给出， 并且， 对本领域技术 人员而言显而易见的本发明的所有这些修改和变型都落在这里阐释的本发明的宽泛范围
和界限内。