CN107921507B - 用于生产成型中空型材的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于生产在至少一个轴线(X,Y,Z)上成弧形的金属成型中空型材(1)的方法,其中借助于工具组(11至13)中的至少两个工具元件(16,17,31,32)使中空金属型材元件(25)成型,所述至少两个工具元件(16,17,31,32)将所述中空金属型材元件(25)的横截面部分保持在所述中空金属型材元件(25)的给定长度上,其特征在于,至少两个工具组(11至13)每个包括彼此间隔地设置的两个工具元件(16,17,31,32),其中每个工具组(11至13)至少在一些区域中以基于强制的方式固定到所述中空金属型材元件(25),其中待被成型的所述中空金属型材元件(25)的区域(42,43)被布置在所述工具组(11至13)之间,并且其中通过所述工具组(11至13)彼此相对移动,在位于所述工具组(11至13)之间的自由地布置的区域(42,43)中的所述中空金属型材元件(25)被至少部分地成型。
Description
技术领域
本发明涉及用于生产成型中空型材(formed hollow profile)的方法,所述成型中空型材以二维应变弯曲,更优选地以三维弯曲且由金属构成。所述弯曲的中空型材优选地用作待被集成在机动车辆中的成型中空型材,更优选地用作保险杠。此外,本发明涉及用于实施根据本发明的方法的设备。
背景技术
已经从实践中知晓用于由根据权利要求1的前序部分的型材生产成型中空型材的方法,所述成型中空型材以二维应变弯曲,更优选地以三维弯曲(即,在至少一个轴线上或更优选地在至少两个轴线上成弧形)且由金属构成。例如,US2011/0067473公开了一种方法,该方法以组合的方式包括:辊轧成型机(roll former),该辊轧成型机具有被配置为由片材形成结构梁的轧辊(roll);以及弯起单元(sweep unit),用于在竖直方向、水平方向或组合方向中的任何一个方向上使梁纵向弯起。US2005/0046226公开了一种方法,该方法包括使金属坯件(blank)经受流体压力以形成具有由曲率表征的形状的保险杠。
根据Dorel Banabic的由Springer出版的无标题的“Advanced Methods inMaterials forming”的书(第103页至第108页),已经在多个实施方案中公开了三维弯曲型材。
例如,多轧辊弯曲允许型材曲率在相反方向上弯曲以及生产三维弯曲型材。然而,这样的三维形状仅可以在使管(圆形对称横截面)弯曲时实现。还重要的是,在每种情况下在个体成型操作或弯曲操作之间发生型材的进料移动。
近年来,已经开发了机械加工的完全柔性的三维自由形式的弯曲以允许以三维非对称横截面成型。
DE 10246977公开了一种用于对在整个型材长度上具有任意但恒定的外部尺寸的型材(特别是中空型材)进行三维自由形式弯曲的设备,其中待被弯曲的型材具有一个纵轴并且被移动通过毗连型材表面的导引元件的贯通开口和弯曲套筒(bending sleeve),该弯曲套筒被布置在该导引元件的下游(被称为进料方向),且在平行于该纵轴延伸的送料方向上保持在载体元件中,即,借助于含有旋转驱动器的进料单元。可以使该弯曲套筒绕垂直于该进料方向延伸的轴枢转并且可以使该弯曲套筒垂直于该型材的纵轴移位。当借助于该进料单元使该型材绕它的纵轴转动时,该导引元件和该弯曲套筒可以与该型材一起转动。DE102008006293公开了一种使用自由形式弯曲工艺(也被称为多轧辊弯曲工艺)对圆管和/或型材进行三维弯曲的工艺,其中如果适当地使所述型材可以旋转,待被弯曲的型材的后端被保持在进料托架(feed carriage)内,所述进料托架可以在纵向方向(X方向)上移动,且所述型材的前端被保持在弯曲区内,其中内部由在该弯曲区内附随地导引的芯轴柄(mandrel shank)支撑,并且该弯曲区由至少一个中央轧辊和一个与所述中央轧辊(相对于Y平面)相对布置的轧制轧辊形成,此外至少由布置在Z平面内的两个相对的其他轧制轧辊以及至少一个距其一段距离处布置在出口侧上的弯曲轧辊形成,其特征在于,至少一个或多个中央轧辊被布置在一个公共、可旋转的从动工具改变器(tool changer)上,使得一个特定的中央轧辊可选地被移动为与待被弯曲的管或型材接合,这取决于工具改变器的旋转。
发明内容
从所示出的现有技术出发,本发明所基于的目的是进一步开发一种能够使金属中空型材以二维应变弯曲(这意味着在一个平面,例如XY平面,内变形)的方法。然而,本发明还具有附加的特定目的,来允许还能够以3D弯曲,这意味着在两个平面(例如,XY平面和XZ平面)内变形。
术语“中空型材”在此指的是具有对称的或非对称的闭合横截面的金属部件,所述横截面具有圆形、椭圆形、矩形或多边形形状,所述形状具有一个或多个室。所述中空型材优选地通过挤压坯料(billet)获得,所述中空型材然后优选地是挤压的中空型材。在另一个实施方案中,所述中空型材或挤压的中空型材优选地由铝合金制成,所述铝合金优选地是6xxx系列。
本发明指的是允许以相对较少的设备相关的努力来获得不同曲率或形式的方法。特别地,也将使在具有相对小的半径的成型中空型材上产生曲率成为可能。
根据本发明,此目的大体上通过具有权利要求1的特征的方法来解决:
一种用于生产在至少一个轴线(X,Y,Z)上成弧形的成型中空型材的方法,其中借助于工具组中的至少两个工具元件使中空金属型材元件成型,所述至少两个工具元件将所述中空金属型材元件的横截面部分保持在所述中空金属型材元件的给定长度上,其特征在于,提供至少两个工具组,每个工具组包括彼此间隔设置的两个工具元件,其中每个工具组至少在一些区域中以基于强制的方式固定到所述型材,其中待被成型的所述中空金属型材元件的区域被布置在所述工具组之间,并且其中通过所述工具组彼此相对移动,在位于所述工具组之间的自由地布置的区域中的所述中空金属型材元件被至少部分地成型。
所述工具组在中空金属型材元件的横截面的一个给定区域上以基于强制的方式固定到所述中空金属型材元件。这允许以足够刚性的方式保持所述中空金属型材元件以允许随后的成型,而且允许足够的移动自由度以确保塑性变形。
与开始时最初提及的现有技术相比,变形的获得不需要具有与待被成型的区域接触的元件,诸如,弯曲辊(bending roller)。根据本发明,考虑材料特性,诸如,屈服强度、杨氏模量、泊松系数,通过工具组的对应的相对移动可以实现所述型材的位于工具组之间的部段中的任何变形或曲率。还优选的是,在到目前为止所描述的根据本发明的成型操作期间,在工具组相对于彼此的相对移动期间,在所述工具组的区域中未使所述型材成型。所述工具组沿着至少一个空间轴线(X,Y,Z)线性地移动和/或绕至少一个空间轴线(X,Y,Z)以旋转方式移动。优选地,为了获得三维应变,所述工具组沿着至少两个空间轴线(X,Y,Z)线性地移动和/或绕至少两个空间轴线(X,Y,Z)以旋转方式移动。
由于根据本发明的方法包括彼此间隔的至少两个工具组,显然也包括设置彼此间隔的多于两个(例如,三个或四个)工具组的情况。借助于这样的布置,可以在同一个方法步骤中在每种情况下,例如在所述工具组之间的相应的区域中实现期望的成型。与开始时提及的现有技术相比,同样在成型操作期间不需要通过进料移动来将所述中空金属型材元件移动到对应的成型工具的区域内。所述中空型材在被定位之后在成型序列期间被固定在区域中。
在从属权利要求中提及根据本发明的用于生产在至少一个轴线上成弧形的成型中空型材的方法的有利的进一步开发。在权利要求书、说明书和/或附图中公开的至少两个特征的所有组合都落入本发明的范围内。
在根据本发明的方法的第一实施方案中,可以提供的是,在成型期间所述工具组之间的间隔相对于挤压型材的中性轴线或中性纤维以这样的方式改变:所述中性纤维或中性轴线的长度被增大或被减少或中性纤维的位置被改变。换言之,在所述两个工具组之间发生所述中空型材的成型的区域中,可以发生所述中空型材的型材横截面的逐渐减小或增大(压缩或拉伸)。在中性纤维的位置改变的情况下,例如使避免局部材料结块成为可能,所述局部材料结块可能导致形成褶皱或局部材料收缩,这导致型材上的塌缩区域。
在根据本发明的方法的范围内,不仅可以使所述中空型材的在两个工具组之间的区域相对于一个空间方向或一个轴线成弧形,而且可以形成几乎任何形式。例如通过使所述工具组在不同方向上一个接一个地移动,可以获得在所述中空型材上在多个轴线或空间方向上成型的这些形式。例如,在第一方法步骤中,使一个工具组绕第一轴线相对于另一个工具组枢转或旋转,以在所述中空型材中产生第一曲率。在此之后,可以通过相应的工具组沿着一个空间轴线(X,Y,Z)相对于另一个工具组的线性移动来形成布置在相应的工具组中的中空型材的两部分长度之间的平行偏移。
然而,根据本发明,还可能的是,这样的相对复杂的变形或在多个空间轴线上的变形是通过至少有时同时地执行的所述工具组在多个方向上相对彼此的移动来获得的。“方向”在本发明的范围内被理解为沿着一个轴线的线性移动、绕一个轴线枢转或在一个轴线上转动。除此之外,原则上可以实现所述工具组之间的移动,因为第一工具组被刚性地固定,而另一个工具组相对于所述固定的工具组移动,或因为所有工具组相对于彼此移动。所述工具组可以一个接一个地移动或同时移动。
可以相对容易地且快速地由所述中空金属型材元件实现几乎所有可想到的形式。
然而,本发明将明确地不被限制于这样的情况:其中所述中空金属型材元件的部分部段的成型仅发生在相对于彼此可移动地布置的个体工具组之间的区域中。因此,在根据本发明的方法的一个优选实施方案中提供的是,在使所述工具组相对于彼此移动之前,在一个工具组内使所述中空金属型材元件附加地成型,特别是用于形成在挤压型材的轴线上延伸的曲率。这意味着,相关工具组的工具元件具有适合所述中空金属型材元件的弧形部段的形式的形状或内部轮廓。通过设定形状的工具元件相对于工具组的移位使附加的成型成为可能,所述设定形状的工具元件同时移位或一个接一个地移位。所述设定形状的工具元件的移位沿着待被成型的中空金属型材元件的初始笔直的部分进行。在相关工具组内的所述中空金属型材元件的部分长度设置有对应于所述工具元件的形状的曲率。在形成该曲率之后,所述工具组相对于彼此的相对移动随后发生以实现所述工具组之间、在自由布置的区域中的变形以获得成型的中空型材。
本发明还包括一种用于实施到目前为止所描述的根据本发明的方法的设备,其中所述设备包括至少两个工具组,所述至少两个工具组相对于彼此可移动地布置,其中所述工具组每个包括两个工具元件,所述两个工具元件能够抵靠彼此并且抵靠中空金属型材元件的横截面部分移动,工具组的所述工具元件能够以基于强制的方式将所述中空金属型材元件的横截面部分至少在一些区域中保持在给定长度上,并且其中在所述工具组之间设置间隔,其中待被成型的所述中空金属型材元件被自由地布置而不直接接触所述工具组。
为了在所述工具组之间的区域中成型挤压型材的(几乎)任何形式,在所述设备的进一步开发中提供的是,至少两个工具组相对于彼此可移动地布置并且能够在至少一个线性方向上移动和/或能够在至少一个旋转轴线上或绕至少一个旋转轴线枢转。
有利地,借助于调整驱动器能够使所述工具组沿着至少两个空间轴线(X,Y,Z)线性地移动和/或能够绕至少两个空间轴线(X,Y,Z)枢转。
有利地,通过本发明的方法获得的成型中空型材或借助于用于实施根据本发明的方法的设备生产的成型中空型材在汽车结构中使用,优选地用作保险杠。
从对示例性实施方案的以下描述并且借助于附图获得本发明的另一些益处、特征和细节。
在附图中:
图1以前视图示出在多个方向上(三维)成弧形的成型中空型材,
图2以俯视图示出了根据图1的成型中空型材,
图3a至图3d根据图1和图2的成型中空型材的可能的不同横截面,
图4用彼此间隔的多个工具组示出了用于形成成型中空型材的设备的高度简化表示,其中所述工具组的工具元件彼此间隔,
图5和图6在中空金属型材元件的形成序列期间处于不同时间的根据图4的设备。
图7图5的平面15中的截面。
在附图中用相同的附图标记来标记相同的元件或具有相同功能的元件。
在图1和图2中,分别以前视图和俯视图示出了成型中空型材1。此类型的形状可以在机动车辆的车辆前部的区域中采用,作为保险杠。成型中空型材1由金属、特别是由铝合金构成并且由挤压型材来获得。
成型中空型材1关于中心平面2对称地布置,并且在前视图中具有一个中间区域3和两个边缘区域4,每个区域都被线性地成型。中间区域3被配备有相对于边缘区域4的高度偏移h,该高度偏移通常可以总计高达100mm。在每种情况下,在中间区域3和边缘区域4之间设置至少两个部段5、6,每个部段具有相同的或不同的曲率半径r1和r2,示例性地每个部段具有50mm的曲率半径r1和r2。除此之外,两个边缘区域4(诸如通过图2的表示特别明显的)被布置成相对于中间区域3倾斜一角度α。此外,中间区域3相对于成型中空型材1的两个前面部段7、8缩进深度偏移t,该深度偏移可以总计高达100mm。
在图3a至图3d中示出了穿过迄今为止所描述的成型中空型材1的典型的横截面。在此,成型中空型材1的型材高度H通常在40mm至200mm之间。成型中空型材1的型材厚度T通常大约在20mm至60mm之间。在成型中空型材1的横截面内,该横截面可以由至少一个型材连结板9细分成型材室。相应地,在图3b中,成型中空型材1由型材连结板9细分成两个室,而在图3c中,通过使用两个型材连结板9,成型中空型材1的横截面被细分成三个型材室。在图3d中,设置了总共六个型材室,其中型材室的数目仅受型材连结板9的数目或受生产技术限制。
在图4至图6中,示出了用于生产成型中空型材(1)的设备10,其中为了简化起见,借助于设备10产生的成型中空型材(1)在其几何结构或其横截面上不同于对应于图1和图2的成型中空型材(1)。
设备10示例性地包括三个工具组11至13,同样仅示例性地,所述三个工具组关于对称平面15对称地布置。在此,两个工具组12和13被对称地布置或被布置在(中央)工具组11的相对侧上。工具组11包括下部工具元件16和上部工具元件17,所述下部工具元件和所述上部工具元件被示例性地附接至下部安装单元18或上部安装单元19。设备10能够容易地修改而只需付出很少的工具改变上的努力,以允许获得不同形式的成型中空型材(1)。
工具组11的两个工具元件16、17被示例性地布置成在打开位置和关闭位置之间在每种情况下在双箭头21、22的方向上相对于彼此可移动。此外,在纵向方向上看到的两个工具元件16、17每个被配备有一个在彼此面对的侧上查看到的弧形的或弯曲的轮廓26、27。
从图7的表示中,最初用来获得成型中空型材(1)的中空金属型材元件25的横截面被定位在两个工具元件16、17的下部安装件28或上部安装件29内,其中工具元件16、17一起位于关闭位置。所述定位可以以这样的方式完成:型材25被完全嵌入在下部安装件或上部安装件内,或它可以被部分地被嵌入,即,该型材的横截面的某个壁区域不与安装***(28和/或29)接触。中空金属型材元件25示例性地具有矩形横截面而不具有型材连结板9。中空金属型材元件(25)的横截面的一部分基于强制的方式被固定在中空金属型材元件的给定长度上。
两个工具组12、13被示例性地相同地构成并且每个具有下部工具元件31和上部工具元件32,所述下部工具元件和所述上部工具元件同样在图4中示出的打开位置和图5中示出的关闭位置之间在双箭头33、34的方向上相对于彼此可移动地布置。示例性地,根据图4,设置有彼此间隔的工具元件31、32以至于两个工具组12、13相对于竖直方向以角度β布置。此外,工具元件31、32每个优选地可替换地布置在下部安装单元35或上部安装单元36上,类似于工具组11。工具元件31、32每个也具有未详细示出的轮廓,该轮廓与关闭的工具元件31、32一起使至少部分地、优选地完全地嵌入中空金属型材元件25的横截面成为可能。
在中空金属型材元件25的给定长度上,中空金属型材元件25的横截面的一部分以基于强制的方式通过工具组12、13的工具元件31、32固定。
在所示出的示例性实施方案中,未详细示出的工具元件31、32或它们的用于中空金属型材元件25的安装件被线性地或没有曲率地设计,这意味着布置在工具元件31、32之间的中空金属型材元件25未在工具元件31、32内成型。
对于本发明而言优选的是,布置在中间的工具组11的两侧上的工具组12、13相对于工具组11可调整地布置。为此,工具元件31、32和安装元件35、36分别每个被联接到仅象征性地示出的调整驱动器40。调整驱动器40可以例如被设计为液压的、电动的或气动的调整驱动器40并且借助于控制设备41来激活。除此之外,控制设备41优选地还控制工具组11的工具元件16、17的移动以及工具组12、13的工具元件31、32的移动。
特别地,可以提供的是,调整驱动器40使工具组12、13在三个空间轴线X、Y、Z上或绕三个空间轴线X、Y、Z(即,工具组12、13的线性移动或枢转移动或转动移动)相对于工具组11的移动或可调整性成为可能。换句话说,这意味着调整驱动器40作为六轴调整驱动器40使工具组12、13关于工具组11的任何空间移动成为可能。
如另外在图4至图6的表示的帮助下明显的,工具组12、13和它们的工具元件31、32分别以这样的方式与工具组11间隔布置:在工具组11至13之间在每种情况下设置中空金属型材元件(25)的部段42、43,所述部段在每种情况下被自由地布置,即,不与工具组11至13中的一个接触。
为了由布置在工具元件16、17和31、32之间的中空金属型材元件25获得成型中空型材(1),根据图4最初提供的是初始笔直的型材元件25被定位在打开的工具元件16、17和31、32之间。这可以手动地实现或借助于未示出的搬运机器人实现。在此之后,工具组11的两个工具元件16、17被移动抵靠彼此。在该过程中,工具元件16、17变成与型材元件25接触或变成与型材元件25操作性连接,并且在通过具有对应于轮廓26、27的曲率的安装件28、29时也是如此。因为该曲率的形成,型材元件25的与工具组12、13的下部工具元件31一致的部段变得与工具元件31、32平行对齐,因此工具元件31、32是被放置为抵靠型材25的横截面(图5)。在此之后,两个工具组12、13相对于工具组11的移动,在所示出的示例性实施方案中,根据图6的表示借助于调整驱动器40发生绕垂直于图4至图6的绘制平面布置的空间轴线Z的转动,其中自由地布置在工具组11至13之间的型材元件(25)的部段42、43至少在一些区域中成型并且被示例性地设置有曲率45、46。
在成型图6中示出的曲率45、46之后或在形成曲率45、46的同时,两个工具组12、13可以在两个其他空间轴线X、Y的方向上移动或绕所述空间轴线X、Y转动,或执行中间的工具组11的移动(出于工具组11被联接到调整驱动器40的目的),以例如能够获得在多个空间轴线上成型的成型中空型材(1),例如对应于图1和图2的表示。
在成型序列期间,初始定位在工具元件内的中空金属型材元件25被保持固定;不需要它移动来确保成型。
在不偏离本发明思想的前提下,可以对到目前为止所描述的设备10进行多种修改。特别地,它可以被提供以执行其他机械加工步骤,诸如,在成型之前或之后在成型中空型材1上穿孔、将连接元件或类似物附接在成型中空型材1上。也可以使成型中空型材1不是关于中心平面2对称地成型。非对称性在此情况下将包括在成型中空型材1上的不同的弯曲路线和/或不同的弯曲角度。
附图标记列表:
1 成型中空型材
2 中心平面
3 区域
4 边缘区域
5 部段
6 部段
7 面部段
8 面部段
9 型材连结板
10 设备
11 工具组
12 工具组
13 工具组
15 对称平面
16 下部工具元件
17 上部工具元件
18 下部安装单元
19 上部安装单元
21 双箭头
22 双箭头
25 型材元件
26 轮廓
27 轮廓
28 下部安装件
29 上部安装件
31 下部工具元件
32 上部工具元件
33 双箭头
34 双箭头
35 下部安装单元
36 上部安装单元
40 调整驱动器
41 控制设备
42 部段
43 部段
45 曲率
46 曲率
T 型材厚度
H 型材高度
h 高度偏移
t 深度偏移
r1 曲率半径
r2 曲率半径
α 角度
β 角度
X 轴线
Y 轴线
Z 轴线
Claims (9)
1.一种用于生产在三个轴线(X,Y,Z)上成弧形的具有多个室的金属成型中空型材(1)的方法,其中借助于工具组(11至13)中的工具元件(16,17,31,32)使具有多个室的中空金属型材元件(25)成型,所述工具元件(16,17,31,32)将所述中空金属型材元件(25)的横截面部分保持在所述中空金属型材元件(25)的给定长度上,
其特征在于,
多于两个工具组(11至13)每个包括彼此间隔地设置的两个工具元件(16,17,31,32),其中每个工具组(11至13)至少在一些区域中以基于强制的方式被固定到所述具有多个室的中空金属型材元件(25),其中待被成型的所述具有多个室的中空金属型材元件(25)具有位于所述工具组(11至13)之间的自由地布置的区域(42,43),并且其中通过使所述工具组(11至13)沿着至少两个空间轴线(X,Y,Z)线性地移动和/或绕至少两个空间轴线(X,Y,Z)以旋转方式移动,在位于所述工具组(11至13)之间的自由地布置的区域(42,43)中的所述具有多个室的中空金属型材元件(25)被至少部分地成型。
2.根据权利要求1所述的方法,
其特征在于,
在所述具有多个室的中空金属型材元件(25)的成型期间,所述工具组(11至13)之间的间隔以这样的方式被改变:在所述工具组(11至13)之间的所述具有多个室的中空金属型材元件(25)被拉伸或被压缩或中性纤维的位置被改变。
3.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,
在使所述具有多个室的中空金属型材元件(25)于多个空间轴线(X,Y,Z)上的成型期间,所述工具组(11至13)一个接一个地被移动。
4.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,
为了使所述具有多个室的中空金属型材元件(25)在多个空间轴线(X,Y,Z)上成型,所述工具组(11至13)至少有时同时地被移动。
5.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,
在使所述工具组(11至13)朝向彼此移动之前,在一个具有设定形状的工具元件的工具组(11)内使所述具有多个室的中空金属型材元件(25)附加地成型,用于形成曲率。
6.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,
所述具有多个室的中空金属型材元件(25)是挤压型材。
7.根据权利要求6所述的方法,
其特征在于,
所述具有多个室的中空金属型材元件(25)由铝合金制成。
8.一种用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法的设备(10),其中所述设备(10)具有多于两个工具组(11至13),所述多于两个工具组(11至13)相对于彼此可移动地布置,且借助于调整设备(40)使所述多于两个工具组(11至13)能够沿着至少两个空间轴线(X,Y,Z)线性地移动和/或能够绕至少两个空间轴线(X,Y,Z)枢转,其中所述工具组(11至13)每个包括两个工具元件(16,17,31,32),所述两个工具元件(16,17,31,32)能够抵靠彼此并且抵靠具有多个室的中空金属型材元件(25)的横截面部分移动,所述工具组(11至13)的所述工具元件(16,17,31,32)能够将所述具有多个室的中空金属型材元件(25)的横截面部分以基于强制的方式保持在给定长度上,并且其中在所述工具组(11至13)之间设置间隔,其中具有位于所述工具组(11至13)之间的自由地布置的区域(42,43)的所述具有多个室的中空金属型材元件(25)能够被成型而不直接接触所述工具组(11至13)。
9.根据权利要求8所述的设备,
其特征在于,
至少一个工具组(11)被设计成在所述工具组(11)内使所述具有多个室的中空金属型材元件(25)成型。
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