借助可流动的工作介质和模具生产构件的方法 【技术领域】
本发明涉及一种用能深拉延的材料尤其是钢制的板坯在使用一种可流动的工作介质的情况下生产构件的方法。背景技术
为了在充分利用所采用的板坯材料特性的情况下生产具有更好的构件性质地复杂构件中，恰当的是一方面借助于可流动的工作介质使单个板坯变形，以及另一方面是焊接板坯或类似的空心体内部高压变形。在使用工作介质变形单一板坯时，板坯通常借助冲头或类似的模具制成其最终形状，其中，所使用的模具(冲头或阴模)克服由流体垫层施加的支承压力进行生产。在内部高压变形的情况下则相反，在板坯之间或在空心体内存在的空腔充填压力流体并施加高压。通过如此造成的内部压力，相关的工件被压制成由一个围绕着工件的阴模规定的形状。
在生产具有复杂几何形状的深延或者内部高压变形的构件时，在许多情况下需要制成中间形状，因为最终轮廓形状不能在一个变形步骤中制成。在这里，中间形状通常在模具内制造，这些模具与为了制成最终形状所采用的模具无关地工作。模具和工序的这种划分大大增加了所需要的投资费用，并因此导致提高了与所述类型的构件的生产相关的成本。
除上面说明的为了制成中间形状借助附加模具的方法外，实际上这种中间形状还可通过流体力学的变形制成。在这种方法中，要变形的板坯在主成型之前借助工作介质在本来的变形模具内预成形。只有在预成形结束之后，才发生真正的最终变形，并在此时获得工件的最终形状。为了达到这一点，预成形的几何形状通常至少相应于造型模具构件的轮廓形状。在预成形时的这种工艺过程已证实在许多情况下不利于随后的主变形。然而，与此缺点相对的是可在构件中央达到更大的形状改变的优点，从而可有目的地造成冷作硬化和更好地利用材料特性。发明内容
本发明的目的就是提供一种方法，借助本方法可以在最佳地利用所采用的材料特性的情况下来生产形状复杂的构件。
按照本发明此目的通过一种开头所述类型的方法达到，在此方法中实施下列步骤：
-将板坯夹紧在变形装置中，板坯在该变形装置中至少在一侧用工作介质加载；
-在板坯的一个区域内，通过提高由工作介质施加的压力使板坯预成形，该区域限于板坯面积的一个分区并且与板坯(P1-P4)的面积部分(B1、B2)部分重叠，从该面积部分(B1、B2)制成构件的最终形状；以及
-借助于模具使预成形的板坯最终成形。
按照本发明，在第一道工序中在一适用的变形装置内在采用可流动的工作介质的条件下由板坯制成部分预成形的半成品。然后，由此预成形的半成品成形为构件的最终形状。
在此，预成形总是只在板坯的一个有限区域内进行。因而，这种预成形与比如构件多步骤深拉延的情况是不同的，不是用于形成确定的模制件，该模制件在继续的加工行程中成形为最终形状，而是制成一个预成形件，该预成形件在材料变形与材料分布以及材料特性的充分应用方面，为最终要生产的构件所要求的特性最佳地作好准备。因此，按照本发明的这种预成形只在这些区域进行，即在该区域内在几何特性(伸展-Abwicklung)和/或构件特殊的性能(强度)方面是有要求的。
取决于对成品所提出的要求，板坯的预成形可以在没有或借助阴模的情况下完成。没有阴模预成形的优点是：预成形时板坯的材料可无阻碍地流动，从而比如获得预成形件最佳的强度。相比之下，采用阴模的优点是：此预成形件在其空间形状方面还能最佳地为要制成的最终形状作好准备。在此，可以在自由变形与在一阴模内完全变形之间找到一种妥协办法，即板坯的预成形区在预成形结束时只在一个部分区域内贴靠在阴模上，而在其它部分区域内实施自由变形。
预成形板坯变形为构件的最终形状优选地在克服一个由工作介质施加的支承压力的情况下进行。通过这种方式能够以不受损伤的方式制成准确成形的高质量构件，由于这种备受保护的加工，构件具有最佳的机械性能和良好的外观。
按照本发明预成形的板坯可以在最终变形为构件的最终形状之前互相连接，从而尤其能够制成大面积的构件或者这样一些构件，即在这些构件中，在不同板坯的区域内存在的材料分布或厚度，可有目的地适应在实际使用时构件具体地点产生的负荷。在此，板坯能够通过材料、力、形封闭地互相连接。作为替选方案，松弛地上下叠置的板坯也可以在预成形之后共同制成最终形状。
如果在上下叠置和必要时相互连接的预成形板坯之间已经存在一空腔，则借助按照本发明的方法可特别简单地制成空心成型件。这样制成的成型件特别适用于通过内部高压变形成形为构件的最终形状，其中，在板坯最终变形为最终形状的过程中，空腔施加高压。附图说明
下面借助附图表示的实施例说明本发明。附图示意表示：
图1由薄板制成的板坯的透视图；
图2由板坯成形的构件的横截面；
图3图2中所示构件预成形过程中的板坯的横截面；
图4另一个由薄板制成的板坯的透视图；
图5由两个按图4所示类型的预成形的板坯构成的空心成型件的横截面；
图6另一个由两个按图4所示类型的预成形的板坯构成的空心成型件的横截面；
图7用于预成形图1或图4所示类型的板坯的第一种装置的横截面；
图8用于预成形图1或图4所示类型的板坯的第二种装置的横截面；
图9用于在图7或图8所示类型的装置内预成形的板坯的最终成形的第一种装置的横截面；以及
图10用于在图7或图8所示类型的装置内预成形的板坯的最终成形的第二种装置的横截面。具体实施方式
在图1和图4中所示的板坯P1、P2的准备过程中，各板坯P1、P2再分成分区B1、V1或B2、V2。其中在区域B1或B2与区域V1、V2之间是不同的，由区域B1或B2制成最终成形的构件，而在区域V1或V2中进行各板坯P1、P2的预成形。
板坯P1或P2规定用于预成形的区域V1或V2的位置取决于成品构件所要制成的几何形状。因此，对于区域V1、V2的设计而言，在图2中举例表示的沿成品构件横截面的伸展起决定性的作用。在图3以及图5和6中举例表示的已部分预成形的板坯P1、P2和P3的几何形状可设计为，在接着预成形后进行的最终成形过程中，不会发生任何由于材料过载或者形成不可允许的褶皱而损坏。
规定用于预成形的区域V1或V2必要时可以位于区域B1的轮廓内部(图3)，由该区域B1最终成形为要制成的构件。在图3中用虚线表示了它的轮廓形状，这一轮廓形状与图2中所表示的一致。
然而有另外一种类型的几何形状或者对成品构件的性能的有另一些要求时，构件可能同样需要在一个区域V2内进行板坯P2的预成形，而该区域超越相关的区域B2的一些分区(图4)，构件由该区域B2最终成形。然而即使在这种情况下，也没有规定用于预成形的区域V2与区域B2完全重叠。预成形总是只发生在板坯P1或者P2相应的准备对于后续的最终成形是恰当和需要的地方，而不是完全重叠。不言而喻，在这种情况下为了预成形而设定的区域的数量不限于1个，而是可以按照需要在一个板坯上规定多个这种类型的预成形区域。
为了板坯P1或者相应于板坯P2分成为一个要预成形的区域和一个由其制成要生产的构件的最终形状的区域的板坯P4的预成形，采用变形装置U1、U2。变形装置U1、U2各有一个充填流动的工作介质，比如为水的容器1。此外，变形装置U1、U2各配备有一个固定装置2，该固定装置将各要预成形的板坯P1、P4的边缘区固定在围绕容器1的孔的边缘上。通过这种方式将板坯P1或P4夹紧在孔上方，从而板坯面朝容器内部的一侧可以施加工作介质。在此，容器1的孔的边缘的走向总是与该被加工的板坯P1，P4的规定用于预成形的区域V1或V2的边缘走向一致的。
如图7以板坯P1为例表示的那样，板坯P1在没有阴模的情况下进行预成形，但变形装置U2与变形装置U1不同，它配备有阴模3，该阴模设置在相对于在此例中夹紧在容器1的孔的上方的板坯P4有一定距离处。
通过提高由工作介质所施加的压力P，相关的板坯P1或P4在容器孔的区域内朝向外方运动地隆起。在这种情况下，在此变形装置U1内直到预成形结束时允许板坯P1的钢材料完全自由流动。
相比之下，在变形装置U2中，板坯P4的预成形区域V2在经过一段时间自由成形以后贴靠到阴模3上，从而将此预成形区域V2的一个分区压合成阴模3的形状。板坯P4的自由成形的分区V2a的几何形状和尺寸，在这里取决于阴模3相对于容器1孔的位置。
在变形装置U1或U2中预成形之后，板坯P1-P4可逐个分别最终成形为相关的构件(图2)。为此可以采用一个以传统的方式配备有冲头10和阴模11的装置F1，如图9中举例表示的那样。
作为替换方案，板坯P1-P4的最终成形也可以在变形装置F2内实施，变形装置F2有一个用于盛装工作介质21，尤其为水的容器20和一个固定装置22。借助固定装置22比如预成形后的板坯P1固定在容器20的孔内。
然后可以借助冲头23完成板坯P1的最终成形，该冲头可以插入到容器20的孔内并在它的端面造型出要生产的构件的形状。在冲头23的加工行程中，预成形的板坯P1在容器20内被拉延。在此过程中，盛在容器20内的工作介质施加一个与冲头23的力方向相反的的支承压力S，从而预成形的板坯P1随着冲头23行程的增加贴靠在冲头上面并且由此获得由冲头23规定的形状。
还可以将例如在装置U1中的两个预成形的板坯P2、P3上下叠置，从而构成空心体H1(图5)或H2(图6)，它们各自在其上侧和下侧具有预成形区域V2、V3。在此，构成相关空心体H1、H2的板坯P2、P3可以相互焊接，从而它们形成一个结构单元。由这样构成的空心体H1、H2最终成形的构件的形状，在图5和图6中用虚线表示。
这些预成形的空心体H1、H2可通过施加内部高压特别好地最终成形。为此，将空心体H1、H2定位在一适用的在图中没有表示的装置的阴模内并且填充可流动的工作介质，比如水。接着此工作介质施加高压，使相关空心体H1、H2的薄板材料扩展，直至它完全贴靠在阴模的壁上。附图标记1 容器2 固定装置3 阴模10 冲头11 阴模20 容器21 工作介质22 固定装置23 冲头F1，F2 最终成形装置B1，B2 由其制成最终成形的构件的区域H1，H2 空心体P 压力P1，P2，P3，P4 板坯S 支承压力U1，U2 变形装置V1，V2，V3 板坯P1、P2在其中进行预成形的区域V2a 板坯4的自由变形部分