[發(fā)明專利]一種加工具有期望形狀的金屬成形件的方法及成形工具

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310162962.2
• 申請(qǐng)日: 2013-05-06
• 公開（公告）號(hào): CN103464560B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏志永;曹簡(jiǎn);王茜;拉杰什·塔爾瓦;唐納德·J.·格齊納;蒂芙尼·戴維斯·林;劉品智
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福特環(huán)球技術(shù)公司;曹簡(jiǎn);王茜;拉杰什·塔爾瓦;唐納德·J.·格齊納;蒂芙尼·戴維斯·林;劉品智
• 主分類號(hào): B21D22/20
• 分類號(hào): B21D22/20
• 代理公司: 北京德恒律治知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11409
• 代理人: 章社杲,孫征

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總的來說涉及金屬成形，更具體地，涉及能夠在拉伸過程中調(diào)控金屬流動(dòng)模式的改良成形工具（如拉伸模具或沖壓模具）。

背景技術(shù)

金屬板成形技術(shù)在包括汽車車身面板和結(jié)構(gòu)件制造在內(nèi)的很多行業(yè)中得到應(yīng)用。一種常用工藝采用具有沖壓側(cè)和腔體側(cè)的沖壓模具，其中沖壓側(cè)和腔體側(cè)具有匹配的輪廓表面。在沖壓過程中，金屬被拉伸成輪廓表面限定的期望形狀。金屬板的材料流過模具表面，同時(shí)金屬板的材料在模具表面的拉伸所施加的力的作用下彎曲并延展。

重大的工程計(jì)劃對(duì)于設(shè)計(jì)一種金屬成形加工工藝是必不可少的。例如，設(shè)計(jì)者確定模具輪廓表面、約束件的強(qiáng)度和位置以及金屬坯料的形狀和尺寸。當(dāng)加工部件的期望形狀具有陡彎或復(fù)彎曲時(shí)，很難設(shè)計(jì)出一種能夠避免金屬在一個(gè)方向上流動(dòng)過量而在另一方向上流動(dòng)不足的趨勢(shì)的模具。如果沒有合適的流動(dòng)，那么一些區(qū)域在拉伸過程中無(wú)法獲得期望厚度。具體地，完成（即，沖壓）件的部分區(qū)域可能會(huì)由于凈流動(dòng)遠(yuǎn)離該區(qū)域而過薄。

模具表面與流動(dòng)金屬板之間的摩擦?xí)?dǎo)致模具表面的磨損。磨損會(huì)使模具的工具壽命受限。因此，為延長(zhǎng)工具壽命，需要減少工件與工具之間的摩擦。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種加工具有期望形狀的金屬成形部件的方法。限定了一種成形工具的輪廓表面，用于將金屬坯料成形為期望形狀，其中金屬坯料的各個(gè)部分在成形期間流過輪廓表面。將該輪廓表面產(chǎn)生的固有材料流動(dòng)模式與期望流動(dòng)對(duì)比，以確定輪廓表面上具有不恰當(dāng)流動(dòng)的 區(qū)域，其會(huì)在成形金屬坯料上形成接收多于或少于期望金屬量的區(qū)域。將選定模式的表面微觀紋理應(yīng)用到輪廓表面上，通過為輪廓表面的確定區(qū)域提供相對(duì)于鄰近區(qū)域減小了的摩擦來增加沿著確定區(qū)域的金屬流動(dòng)。優(yōu)選地，表面微觀紋理配置為在某些確定區(qū)域來減小摩擦并增加金屬流動(dòng)，但當(dāng)需要時(shí)，也可配置為增加摩擦以減小來自確定區(qū)域的金屬流動(dòng)。

優(yōu)選地，通過為上述輪廓表面的確定區(qū)域提供相對(duì)于鄰近區(qū)域減小了的摩擦，上述表面微觀紋理增加了沿確定區(qū)域的金屬流動(dòng)。表面微觀紋理的模式包括相同的微元，至少一些微元的長(zhǎng)寬比不為1并具有長(zhǎng)軸和短軸，上述流動(dòng)沿著短軸時(shí)遇到流阻最小，并且上述至少一些微元各自的短軸與確定區(qū)域中各自的期望流向一致。

優(yōu)選地，上述方法還包括以下步驟：根據(jù)具有相同流阻系數(shù)的輪廓表面的模型進(jìn)行上述成形的第一次計(jì)算機(jī)仿真，基于上述成形的第一次計(jì)算機(jī)仿真確定固有材料流動(dòng)模式；在確定區(qū)域內(nèi)基于具有改變的流阻系數(shù)的輪廓表面的模型進(jìn)行上述成形的第二次計(jì)算機(jī)仿真，改變的流阻系數(shù)對(duì)應(yīng)于初步微觀紋理；將第二次計(jì)算機(jī)仿真產(chǎn)生的材料流動(dòng)模式與上述期望流動(dòng)進(jìn)行比較；最后將上述表面微觀紋理限定為對(duì)初步微觀紋理的修正以與期望流動(dòng)更好地匹配。

優(yōu)選地，至少一個(gè)單獨(dú)區(qū)域中的改變的流阻系數(shù)取決于金屬坯料在單獨(dú)區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)方向。

優(yōu)選地，上述表面包括由微觀紋理形成的整體背景以基本覆蓋輪廓表面的全部，對(duì)表面微觀紋理的模式進(jìn)行分級(jí)以便最大程度地減小確定區(qū)域內(nèi)的摩擦并在整個(gè)上述表面上減小摩擦以減少磨損。

優(yōu)選地，上述成形工具包括拉伸模具，并且金屬坯料包括金屬板。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種成形工具，其用于將金屬坯料加工成期望形狀。該成形工具包括用于沖壓上述金屬坯料的模具輪廓表面，這使得金屬坯料的各個(gè)部分在金屬坯料成形為期望形狀期間流過上述輪廓表面；上述模具輪廓表面對(duì)應(yīng)于在金屬坯料的區(qū)域內(nèi)引起不均等延伸的固有材料流動(dòng)模式，這使得上述區(qū)域中的不足流動(dòng)會(huì)在成形金屬坯料上形成接收少于期望金屬量的區(qū)域；上述輪廓表面具有以增加金屬流動(dòng)的模式沿 著上述區(qū)域的表面微觀紋理，從而所確定區(qū)域中的摩擦?xí)鄬?duì)于上述輪廓表面的鄰近區(qū)域改變。

優(yōu)選地，上述表面微觀紋理的模式包括相同的微元，至少一些微元的長(zhǎng)寬比不為1并具有長(zhǎng)軸和短軸，上述流動(dòng)沿著短軸時(shí)遇到流阻最小，并且上述至少一些微元各自的短軸在上述確定區(qū)域中與各自的期望流向一致。

優(yōu)選地，上述表面包括由微觀紋理形成的整體背景以基本覆蓋輪廓表面的全部，對(duì)表面微觀紋理的模式進(jìn)行分級(jí)以便最大程度地減小上述確定區(qū)域內(nèi)的摩擦并在整個(gè)表面上減小摩擦以減少磨損。

優(yōu)選地，該成形工具還包括用以容納金屬板形式的金屬坯料的拉伸模具。

附圖說明

圖1是沖壓模具和金屬坯料的立體圖；

圖2是映射到模具表面的期望金屬流動(dòng)模式的示意圖；

圖3是與特定模具表面設(shè)計(jì)的固有流動(dòng)模式對(duì)應(yīng)的實(shí)際金屬流動(dòng)模式的示意圖；