CN1142837C - 制造弯曲产品的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于通过压力弯曲可锻材料来制造一种弯曲产品的装置和方法。该弯曲产品在长度方向上被弯曲，并且在断面中具有一个底边和至少一个侧面。该装置最好包括在其表面中具有一个凹槽的模具，该凹槽在长度方向上被弯曲。这装置还包括一个可以被插入到模具的凹槽之中的冲头。模具和冲头基本上相互配合，以使得模具和冲头包括一个具有对应于弯曲产品中一个长度方向上弯曲的第一弯曲半径以及一个对应于弯曲产品的一个线性区域的第二弯曲半径。如果第一弯曲半径小于第二弯曲半径，那么在模具和冲头的第一弯曲半径部分中形成的斜面要比第二弯曲半径部分更浅、更窄。这种关系使得材料的弯曲定时可被调整成为：在纵向变形区域之中的材料比被具有较大弯曲半径的模具和冲头区域弯曲的区域弯曲更早。

Description

制造弯曲产品的装置和方法

本发明涉及一种产品制造技术通过将一个或多个冲头插入到形成在模具中的一个或多个凹槽中，从而将一种可锻材料，例如一种金属板，变形成为与模具中凹槽的形状相一致的形状。

日本特许公开No.3-264116公开了一种用于压力弯曲金属板的方法。参看图11(A)，描述了这样一种已知方法的一个例子，其中冲头2已完全地插入进模具4中。这样一种压力机1以前被用于制造汽车的车挡。在这个例子中，压力机1已被应用于将一块钢板W的两个端部相对于钢板W的中间部分弯折成直角，从而形成一个总体上具有一个U形断面的产品。压力机1包括安装在一个预定位置的模具4和垂直移动冲头2。

冲头2在垂直于如图11(A)所示横断面的方向上延伸。冲头2在纵向方向上被弯曲，并且因此沿着冲头的长度上有一个不规则的曲率半径。图11(B)和图11(C)都大概显示了由沿着冲头长度弯曲的一个冲头2所变形成的一个产品的形状。因而，冲头2通常包括一个具有一个大的或无穷大的弯曲半径的线性伸出部分和另一个具有一个小的弯曲半径的明显弯曲部分。模具4还有一个与冲头2的形状相一致的在纵向方向上延伸出的细长的凹槽4m。该凹槽4m的形状与冲头2的形状相对应，从而使冲头2可插入凹槽4m中。

模具4在其开口的边缘或沿模具4的上表面4u和凹槽4m的边界具有一个倒角面4f。最重要的是，倒角面4f在沿边界长度的截面上具有均匀的形状。

在压力弯曲操作中，将平板W放在模具4的上表面4u上，然后将迫使冲头2向下运动。结果，冲头2被插入进模具4的凹槽4m中，而板材W在凹槽4m和冲头2之间。在冲头2完全被插入进模具4的过程中，板材W被变形成为一个与凹槽4m和冲头2相一致的形状。因而，板材W的两个端部都相对于板材W的中间部分被弯折成直角。

根据这种已知的压力弯曲技术，整个板材W是在大约同一时刻被变形的。例如，如图11(B)和图11(C)中所示，产品的一个通常线性伸出的部分或区域F(线性区域)几乎与产品的弯曲区域同时被变形。贯穿本说明书，参考符号“OU”代表一个外部弯曲区域，参考符号“IN”代表一个内部弯曲区域。

在线性区域F中，作为压力弯曲操作的结果，最终构成最终产品的每一侧面的材料长度不会改变，如图11(B)和图11(C)中所示。因此，在压力弯曲操作之前具有长为c1的材料，在压力弯曲操作之后具有同样的长度c1。

另一方面，在内部弯曲区域IN中，在变形过程期间材料在纵向方向上伸展形成侧面，如图11(B)中所示。更具体地说，在图11(B)的例子中，以后将构成侧面的材料在变形之前具有长度b2。在该材料被变形以形成侧面之后，则其最终产品具有长度b1，其中长度b1大于原始长度b2。因此，在内部弯曲区域中IN的材料是从其原始状态被伸展或扩张的。结果，该伸展的材料受到一个拉应力。

在外部弯曲区域OU中，同时产生一个相反的效果。在这种情况中，板材中在变形之前具有长度a2的材料被压缩以形成第二侧面。如图11(C)中的例子所示，在变形之后该材料具有长度a1，其中长度a1要比原始长度a2小。结果，该压缩的材料受到一个压应力。

在这已知的技术中，整个板材W几乎同时被变形，而没有考虑到最终形成侧面的材料的扩展和压缩的影响。然而，可锻材料的扩展和压缩直接影响到产品的形状。特别如图10(C)中所示，作为材料压缩的结果，在外部弯曲区域OU中可能形成褶皱J。另外，由于在变形过程中在区域IN中材料的伸展，在内部弯曲区域IN中的侧面高度可能比线性延伸区域中的侧面高度要低。

因此，本发明的一个目的在于提供用于变形一种可锻材料的方法，其中可锻材料能以一种在最终产品中减少了拉应力和压应力的方式被成型的，其应力是由冲头弯曲半径的不规则性形成的。

本发明的另一个目的在于提供一种能够执行本发明方法的装置。

因此本发明的一个方面涉及一种用于弯曲可锻材料的装置。该装置可以用于通过压制可锻材料来制造产品，这样最终产品在纵向方向上被弯曲而且最好在其横断面中具有一个底面以及一个或多个侧面。该装置最好包括一个在该模具中有一个凹槽的模具，该模具在纵向方向上被弯曲，从而可形成一个具有理想形状的最终产品，还包括一个冲头，该冲头可以插入到模具的纵向弯曲凹槽中。在这样一种优选的装置中，模具和冲头是相互关联的，因此模具和冲头两者都包括沿着纵向方向上弯曲的相对应的部分。

冲头和模具沿着冲头和模具的边缘具有相应的倒角面。用于变形可锻材料的定时最好能被调节，从而使可锻材料先被具有较小弯曲半径的冲头和模具部分所弯曲。

具有较小弯曲半径的冲头和模具部分中的倒角面最好设计得比具有较大弯曲半径的冲头和模具部分中的倒角面更浅、更窄。采用这种设计，具有较小弯曲半径的模具和冲头边部(并因此具有浅的、窄的倒角面)夹着可锻材料，从而迫使所夹的材料先被变形。因而，被有较大弯曲半径以及具有较深、较宽倒角面的模具和冲头的部分所弯曲的可锻材料的区域，在相应于较小弯曲半径的区域之后完成变形过程。

因此，具有与沿着最终产品纵向轴线具有一个弯曲的最终产品的区域，相对应的具有具有较小弯曲半径边缘的模具和冲头的部分，最好具有浅的和窄的倒角面。另一方面，对应于最终产品中线性或直的区域的具有弯曲半径较大或无穷大的边缘的部分，最好具有较深和较宽的倒角面。

本发明的另一方面涉及一种压力弯曲可锻材料的方法。更具体地说，涉及一种采用一种根据本发明构造的优选装置来制造一种产品优选方法。

采用根据本发明所讲述的压力弯曲方法，材料首先在受到具有较小弯曲半径的模具和冲头部分压制(或被夹着)的区域中变形，该(这些)区域受到一个大的拉伸或压缩。在这个时候，由于可锻材料的这些区域在弯曲过程的开始阶段受到很少或没受到变形压力，所以在具有较大弯曲半径的模具和冲头的边缘之间受到冲压的可锻材料的区域只是轻微地变形。

结果，在具有一个较大弯曲半径的模具和冲头的边部之间受压的可锻材料能够流动或转移到被冲头和模具的小的弯曲半径部分所夹着的区域。

因此，在弯曲过程期间受到剧烈拉伸的可锻材料部分开始在这样一种状态下进行变形：即，额外的可锻材料能够从受到很少或没有受到变形压力的可锻材料部分中供应或引出，例如在最终产品的线性区域中。

同时，在弯曲过程中将受到压缩的可锻材料部分开始在这样一种状态下变形：即，多余的材料可以转移到具有一个大的或线性弯曲半径的部分上。结果，在压力弯曲操作中可以防止拉应力和/或压应力在可锻材料中局部地集中，并因此能够获得一种改进的压力弯曲方法。

另外，应在参照附图和附带的权利要求，再参看详细说明的基础上来更加充分地理解本发明的内容和优点。

图1(A)是本发明一个实施例的压力弯曲装置所用模具的一个凹槽和一个表面之间的边界或边缘的局部透视图；

图1(B)为沿着图1(A)中的B-B线截取的剖面图；

图1(C)为沿着图1(A)中的C-C线截取的剖面图；

图2为压力弯曲装置的一个局部纵向剖面图；

图3(A)和图3(B)为该装置的局部纵向剖面图，显示了根据本发明压力弯曲方法的第一阶段。

图4(A)和图4(B)为该装置的局部纵向剖面图，显示了根据本发明压力弯曲方法的第二阶段。

图5为该装置的一个局部纵向剖面图，显示了根据本发明压力弯曲方法的第三阶段。

图6为该装置的一个局部纵向剖面图，显示了根据本发明压力弯曲方法的第四阶段。

图7为在压力弯曲之前板材的平面图；

图8(A)为在压力弯曲期间板材的平面图；

图8(B)为沿着图8(A)中的B-B线截取的剖面图；

图8(C)为沿着图8(A)中的C-C线截取的剖面图；

图9(A)为在压力弯曲操作完成时板材的平面图；

图9(B)为沿着图9(A)中的B-B线截取的剖面图；

图9(C)为沿着图9(A)中的C-C线截取的剖面图；

图10(A)为在用现有技术的压力弯曲方法加工之前该板材的平面图；

图10(B)为图10(A)中所示板材的侧视图；

图10(C)在用现有技术的压力弯曲方法加工之后产品的透视图；

图11(A)为现有技术中压力弯曲装置的一个纵向剖面图；

图11(B)表示该板材在用现有技术的压力弯曲工艺加工完成之前和之后的一个比较，以显示在一个内部弯曲区域中的材料的拉伸；

图11(C)表示该板材在用现有技术的压力弯曲工艺加工完成之前和之后的一个比较，以显示在一个外部弯曲区域中的材料的压缩。

将参照图1(A)至图9(C)对本发明的优选实施例进行描述。参看图2，显示了本发明一个优选的压力弯曲设备10。压力机10适用于将可锻板材W(参看图5和图7)的两个相对的端部Wt相对于板材的中间部分压弯成直角，从而形成一个具有一种整体为U形断面的产品(参看图9)。压力机10包括一个垂直可动冲头12和一个安装在预定位置上的模具14。

虽然优选的装置和方法最好用于金属板的变形，但该板材可以是任何可锻材料。同时，虽然大部分附图和详细说明讲述了在板材W中制成两个直角折的优选的实施例，相据本发明的一个冲头和模具也可以构造成用于在板材中制作一个单一直角折。此外，对于实施本发明中的折角并不一定需要为90°。

特别地，例如在图9(A)中，还显示了沿着最终产品的纵向部分弯曲产品的方法。虽然根据本发明，各种角度都是可能的，但是沿着纵向部分的弯曲最好在90°和180°之间或在180°和270°之间。

贯穿本说明书，术语“折叠”和“折叠的”是用来表示在变形期间可锻材料的外部边缘的折叠，如图9(B)和图9(C)中的例子所示。术语“弯曲”和“弯曲的”表示最终产品沿着一个纵向轴线的弯曲，如图9(A)中的例子所示。在两个情况中，折叠或弯曲无需为一个锐角折角或一个90°弯曲。对于本发明允许弯曲角度和折角为各种角度或曲率。同时，术语“压力弯曲装置”和“压力弯曲方法”意图覆盖用来将可锻材料折叠和弯曲成一种弯曲产品的机器和方法。

在优选的实施例中，纵向弯曲是由具有比将要弯曲最终弯曲产品的线性区域的冲头和模具部分的弯曲半径要小的模具和冲头部分来进行的。在模具和冲头的较小弯曲半径部分之中的窄而浅的倒角面在弯曲过程的最初阶段中夹着可锻材料，因此压折作用需要那些可锻材料的压折部分先拉伸或压缩。当需要减轻压应力或拉应力时，多余的可锻材料可流向外部或内部弯曲区域，或者从外部或内部弯曲区域流出。

重新参看图2，根据被压力机10形成的产品所要求的形状，冲头12被构造为厚板状。虽然为了简单起见只讨论了一个单一的冲头，但可以采用两个以上的冲头。

冲头12最好包括一个平的底面或末端表面12d和两个板材W在该处被折叠的角。每一个角被倒成为一个斜面12r。与斜面12r邻，冲头最好有一对侧面。冲头的上部(没有表示出)与压力机10相连接，例如通过压力机10的一个冲头夹具(没有表示出)或一个压头(没有表示出)，从而依靠压头的上下运动使冲头12也向上和向下运动。冲头12在一个图2中所示的垂直于横断面的方向上延伸。如图9(A)中所示，冲头最好沿着其纵向有一个不规则的曲率半径。

如图1(A)至(2)中所示，如将要在下面很详细地描述的，模具14最好包括一个平的顶面14u和一个冲头12插入其中的凹槽14m。每一凹槽14m的开口边(顶面14u和凹槽14m的边缘)最好被倒成一个斜面14f(倒角面)。如图1(B)和图1(C)中所示，倒角面或斜面14f被限定为具有一个宽度D1和一个深度D2。

如上所述，在模具中开放边缘基本上线性纵向延伸的部分中，这些面的宽度和深度可以设置得更深或更宽(参看图1(C))。另一方面，在模具14开放边缘纵向弯曲的部分中，这些表面的宽度和深度可以设置得更浅或更窄(参看图1(B))。

换句话说，带有一个直的或线性边缘的用于折叠板材W的模具14和冲头12r，它们的开放边缘区域(即，一个具有一个大的或无穷大的弯曲半径的区域，如图7中所示线性区域F)最好被倒角，以使其更宽和更深。反之，用于弯曲板材W的弯曲区域(OU和IN)的模具14和冲头12r，它们的开放边缘区域(即，一个具有一个较小弯曲半径IN和OU的区域)最好被倒角，以使其更窄和更浅。

如图2所示，模具14在斜面14f和顶面14u的边缘处形成有一个边X。将模具14的凹槽14m和冲头12之间的一个间隙被设置得比板材W的厚度稍大。凹槽14m里面容纳有一块支承板材W的缓冲块16。在压力弯曲操作期间，缓冲连杆17提供一个预定的向上的力量给缓冲块16。

如图7中所示，最好将可锻板材剪切成包括构成底面和侧面或最终产品的部分，如图9(A)所示。本发明最好采用一种平的板材。通过以图7中的方式剪切成一块平的板材，从而不需要对最终产品进行修整。然而，在实施本发明时，对于板材W的最初形状可以采用各种形状。

现在将参照图2至图9(C)对一个优选的压力弯曲方法进行描述。首先，将冲头12夹在一个上部限定位置，并且将板材W放在模具14的顶面14u上。如图2所示，因为缓冲块16的上表面16u与模具14的顶面14u共面，所以板材W被水平地夹持着。在这种状态中，通过操作压头将冲头12向下移动。在向下的运动过程中，冲头12的末端面12d贴靠到板材W的上表面上，因此板材W的中间部分被位于板材W两侧的冲头12和缓冲块16夹持。然后迫使冲头12向下移动，从而缓冲块16也克服缓冲连杆17施加的向上的力与冲头12一起向下运动。

参照图3(A)，板材W的两个相对的端部Wt被模具14的一个边缘X支承着。即，当板材W的中间部分被迫使向下时，通过冲头12的边部T和缓冲块16的相互作用下夹持着板材W。板材W沿着冲头12的末端表面12d的边缘T或者斜面12r的下边缘T(也可参看图3(B))被折叠。在这种操作中，在冲头12的一个边部T和模具14的一个边部X之间在模具14的表面中的距离，在斜面的宽度D1较小的模具14的截面中比在宽度D1较大的模具14的截面中短一些。因此，板材W的弯曲区域(ON和IN)比线性区域F更早开始弯曲。

当按照压力弯曲方法操作时，板材W的弯曲区域(OU和IN)相对的端部Wt比对应于线性范围F的板材W的相对端部Wt更早贴靠到冲头12的斜面12r的上边缘R上。

两相对的端部Wt与模具14的斜面14f逐渐面对面地接触(参看图4(A)和图4(B))。随着冲头12的进一步向下运动，与模具14的斜面14f相接触的板材W的两相对端部Wt被夹持在冲头12的外表面(在点R之上)和模具14的内部表面(在点Y之下)之间。结果，这个例子中，板材W的两相对端部Wt在被折叠以保证一个端部Wt基本平行于冲头12和凹槽14m的侧面的形状(参看图4(A)至图5)。

在凹槽14m的开口边缘上形成的倒角面14f在板材W的弯曲区域(IN和OU)中更浅，而在其线性区域F中更深。因此，板材W的弯曲区域(IN和OU)比板材W的线性区域F弯曲得更早。

图8(A)至图8(C)表示了这种压力弯曲操作：在线性区域F折叠的完成之前，最好先完成在弯曲区域IN和OU中的弯曲和折叠。参照图8(A)，当冲头12的向下运动将要完成时，在弯曲区域IN和OU中的板材W的两相对端部Wt已经几乎弯曲成最终形状。在冲头12被完全插入到模具14中时，在线性区域F中的两相对端部和在弯曲区域(IN和OU)中的两相对端部被压入进冲头12和模具14之间的间隙中，从而板材W被弯曲并折叠成为其最终形状。

在这发明过程的最后步骤中，在一个弯曲外侧角(图8(A)中的点J)中残留的多余材料，可能导致在弯曲区域OU中的褶皱和其它后生物，这些材料能够流到产品的线性区域中去。另一方面，在一个弯曲内侧角(图8(A)中的点K)中缺乏足够量的材料，这会导致在弯曲区域IN中局部翘曲，这可通过从线性区域到内部弯曲区域IN的材料流动来减轻。

这样，当采用本方法时，在压力弯曲操作的最后步骤期间，板材W的线性区域F的两相对端部仍然被折叠(参见图8(B))。因此，线性区域F受到一个来自局部翘曲部分K的拉应力和一个来自褶皱部分J的压应力，从而在上面施加力的方向上变形。在弯曲区域IN和OU正在被变形成为其最终形状的过程中，这些阻力导致在线性区域F和弯曲区域(IN和OU)之间的材料流动。

在图8(A)中的虚箭头表示当可锻材料根据本讲述被变形或成型时材料的流动。在J处的褶皱和在K处的局部翘曲，对于现有技术来说一般产生在弯曲区域(IN和OU)的两相对端部Wt中，而被吸收进线性区域F的两相对端部Wt中。这个没有料到的结果是由于弯曲区域IN和OU首先被弯曲而造成的，这样如果需要减少拉应力和压应力，则可以使可锻材料能够转移到产品中的线性区域，或者从产品的线性区域中转移出来。因此，在侧面Wt中减少了或消除了由于弯曲区域(IN和OU)中材料的不充足或过量而导致的褶皱或/和局部翘曲的出现。另外，由于模具14和冲头12不再被由多余材料导致的褶皱所刮伤，从而能够避免或减少对模具的损害。

此外，模具14的倒角边宽度和/或深度的选择决定了用于完成板材W的两相对端部的折叠和弯曲所需的时间。这种设计选择从而能够简化用于改变定时的结构，导致运行可靠性的改进和装置花费的减少。

虽然本发明已经在上述实施例中应用于将板材W压力弯曲成U形，但是本发明可以应用于一种将板材压力弯曲成为一种例如L形的情况。

上述说明和附图主要是阐述本发明的原理，而不应被认为是一种限制。各种改变和改进对于那些本领域的普通技术人员来说是显而易见的。所有这样的改变和改进都被看作落入由附加的权利要求所限定的本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于从可锻材料制造产品的装置，这种产品在长度方向上具有一个弯曲，包括：

一个其中形成有一个凹槽的模具，对应于在产品中的纵向弯曲，该凹槽在纵向方向上具有至少一个弯曲，该模具在模具的一个表面和凹槽的一个侧面之间具有至少一个边缘；

一个具有一个与模具的纵向弯曲凹槽相一致的形状的冲头，该冲头在模具的一个表面和冲头的一个侧面之间具有至少一个边缘；

其中模具和冲头以这样的方式相互联系：模具和冲头包括一个纵向弯曲的部分，具有比对应于产品线性区域的其它部分更小的弯曲半径，并且通过调整模具和冲头的边缘来设定装置的折叠定时，这样材料上具有较小弯曲半径的纵向弯曲部分比具有一个较大弯曲半径的部分更早地进行折叠。

2.一种如权利要求1所述的装置，其中模具和凹槽的边缘具有一个倒角面，该倒角面在具有较小弯曲半径的纵向弯曲部分中比在具有较大弯曲半径的部分中要更浅。

3.一种如权利要求2所述的装置，其中倒角面构成一个在凹槽的整个长度上具有固定的斜率的斜面，并且该倒角面在具有较小弯曲半径的纵向弯曲部分中比在具有较大弯曲半径的部分中在纵向方向上要更浅和更窄。

4.一种如权利要求1所述的装置，其中模具和凹槽的边缘具有一个倒角面，该倒角面在具有较小弯曲半径的纵向弯曲部分中比在具有较大弯曲半径的部分中要更窄。

5.制造一种产品的方法，该产品被纵向地弯曲并且在其断面中具有一个底面和至少一个侧面，该方法包括以下步骤：

将可锻材料放在一个模具的顶面上，该模具在其中具有一个凹槽；

将冲头对可锻材料进行压制以迫使可锻材料与冲头和模具的凹槽的形状相一致，该可锻材料被折叠以形成至少一个相对底面折叠的侧面，该侧面还沿着弯曲产品的纵向轴线被弯曲；

其中模具的凹槽和冲头基本上相互一致，凹槽和冲头包括一个沿着纵向轴线弯曲的具有一个第一弯曲半径的第一部分以及与产品的线性区域相一致的具有一个第二弯曲半径的第二部分，第一弯曲半径比第二弯曲半径小；

其中由具有第一弯曲半径的凹槽和冲头的第一部分所折叠的可锻材料的第一区域要比由具有第二弯曲半径的凹槽和冲头的第二部分所折叠的可锻材料的第二区域更早被折叠。

6.一种通过压制可锻材料来制造产品的装置，该产品具有一个基本上在一个单一平面上延伸出的底面和一对从底面的两个端部大约以直角折叠起来的侧面，至少一个侧面被纵向弯曲并且在不同部分具有不同弯曲半径，该装置包括：

一个具有将可锻材料放在上面的表面的模具并在该模具中形成一个凹槽，该凹槽具有至少一个沿着产品的纵向轴线的弯曲；

一个安装在凹槽之中的缓冲块，该缓冲板能提供一个反向力；

一个可以插入到凹槽之中的冲头，该冲头基本上与凹槽和缓冲块的形状相一致；

其中在模具和凹槽的表面之间一个边缘为一个倒角面，该倒角面在对应于产品纵向弯曲部分的部分中比对应于产品没有在纵向方向上弯曲的部分中要更浅和更窄。

7.一种如权利要求6所述的装置，其中在具有较小弯曲半径的纵向弯曲部分中的倒角面比在具有较大弯曲半径的纵向弯曲部分中的倒角面更浅。

8.一种如权利要求7所述的装置，其中该倒角面为在凹槽的整个长度上具有一个固定的斜率斜面，并且在具有较小弯曲半径的纵向弯曲部分中的倒角面比在具有较大弯曲半径的纵向弯曲部分中的倒角面更浅且更窄。

9.一种如权利要求6所述的装置，其中在具有较小弯曲半径的纵向弯曲部分中的倒角面比在具有较大弯曲半径的纵向弯曲部分中的倒角面更窄。

Images