阅读说明：本技术 通过磁性成形进行增量冲压的设备及相关联的方法 (Apparatus for incremental stamping by magnetic forming and associated method ) 是由 吉勒·阿弗里劳德 于 2018-12-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及冲压坯料(50)生产冲压零件的设备。该设备包括冲头(40),其包括支承表面(41)、砧座(70)、冲模(80)和用于产生磁场的装置(60)。该装置设置在冲头中、与支承表面齐平。在初始位置,设备被构造成使得：-冲头的支承表面接收坯料的第一面的一部分,-砧座和该装置被放置在坯料的相同部分的两侧上,该装置(60)与第一面(51)相对,砧座(70)在距该第二面一定距离处与坯料的第二面(52)相对,-冲模(80)与第二面(52)相对、与坯料的另一部分齐平。该装置被构造成在砧座的方向上、在方向Z’Z上对坯料施加压力。设备包括用于在方向Z’Z上移动该冲头的第一装置(43)、以及用于在相同方向上移动砧座的第二装置(72)。(The invention relates to a device for stamping blanks (50) to produce stamped parts. The apparatus comprises a punch (40) comprising a support surface (41), an anvil (70), a die (80) and means (60) for generating a magnetic field. The device is disposed in the punch flush with the support surface. In an initial position, the apparatus is configured such that: -the support surface of the punch receives a portion of the first face of the blank, -the anvil and the device are placed on both sides of the same portion of the blank, the device (60) being opposite the first face (51), the anvil (70) being opposite the second face (52) of the blank at a distance therefrom, -the die (80) being opposite the second face (52), flush with another portion of the blank. The device is configured to apply pressure to the blank in the direction Z' Z in the direction of the anvil. The apparatus comprises first means (43) for moving the punch in the direction Z' Z, and second means (72) for moving the anvil in the same direction.)

通过磁性成形进行增量冲压的设备及相关联的方法

技术领域

本发明属于成形领域、特别是涉及冲压领域。

本发明涉及一种通过磁脉冲冲压坯料以生产冲压零件（尤其是被称为深冲压零件的零件）的设备和方法。

背景技术

在成形领域、尤其是金属成形领域，冲压是经常选择的方法，因为它稳健且很好掌握。

冲压通常用于工业中、尤其是用于汽车工业中，特别是由于较高的可允许生产率而用于形成装饰面板，比如机动车辆发动机罩或车门。

冲压是一种成形方法，其包含通过坯料在压力作用下的塑性变形来获得具有或多或少复杂形状的零件。

用于实施这种方法的冲压设备基本上包含冲模和具有几乎互补形状的冲头，坯料位于该冲模与该冲头之间。通过在冲头的作用下驱动坯料进入冲模中来获得形状。坯料的移动通常由在其上施加保持压力的坯料固持器来控制，以便减少最终的冲压零件上出现的皱纹或裂纹。

然而，在存在难以成型的零件（尤其是深冲压零件）的情况下，选择要施加在坯料固持器上的夹持力被证明是困难的。如果坯料固持器的力太大，则皱纹会被去除，但出现裂纹的风险很高。如果坯料固持器的力太低，则皱纹的风险很高。

为了生产深冲压零件，冲压方法的替代性方案是已知的。

其中，会提及液压成形方法。在这种方法中，坯料通过加压流体的作用成形。

相关联的液压成形设备包含以两个部分形成的密封封闭外壳，该外壳包括中空模具，该中空模具具有与期望获得的零件形状互补的凹部。坯料被放置在外壳内部。在坯料上施加液压力，从而将坯料压靠在模具的凹部上。这种准静态成型方法具有的主要优点是省却了冲孔和生产复杂形状（尤其是底切的）。然而，高压对于成形来说是必不可少的，这对于较大的零件来说往往需要大吨位压机。因此，这种方法主要用于管状零件的成形。该方法的缺点之一是由于填充和加压时间而通常为几十秒的循环时间。

在现有的液压成形方法中，可能提及被称为EHF方法的电动液压成形方法，该方法又是高速变形方法。这种方法具有许多优点，尤其是弹性回复方面的显著减少和增加的金属可成形性。然而，主要的缺点在于需要使要成形的零件与水接触（可能有腐蚀且需要干燥）以及水管理。

还可能提到热成形方法，比如被称为SPF方法的超塑性成形方法。这种方法基于一些合金（例如钛）承受显著变形的能力。这些合金（下文中称为超塑性合金）在一定的温度、压力和变形的条件下，可以达到有时超过1000%的伸长率，而常规合金通常仅在几%至50%的典型范围内变形。

相关联的SPF成形设备包含以两个部分形成的密封封闭外壳，该外壳包括中空模具，该中空模具具有与期望获得的零件的最终外部几何形状互补的凹部。坯料放置在外壳内部，并固定地保持在两个部分之间。加压气体被注入到外壳中，并且在使坯料变形的同时将坯料压靠在凹部上。必须完美地控制钛合金的压力以及大约900°C的温度。

与这种SPF成形设备和相关联的方法相关联的明显缺点在于循环时间、成本、以及只能使用某些材料的事实。

发明内容

本发明的目的尤其是通过提出允许获得冲压零件、尤其是深冲压零件的解决方案，来克服现有技术的解决方案的全部或部分限制、尤其是上文阐述的那些限制。

为此，本发明首先旨在一种冲压坯料以生产冲压零件的设备，该设备包括：

- 冲头，该冲头包括支承表面，

- 砧座，

- 冲模，

- 磁场产生装置，该磁场产生装置设置在冲头中在支承表面处。

术语坯料是指薄板、尤其是由金属材料制成的薄板。当板的维度中的一个明显小于另外两个（通常至少大小的量级）时，该板就被说成是薄的。

在初始位置，也就是说在冲压阶段之前，冲压设备被构造成使得：

- 冲头的支承表面旨在用于接收坯料的第一面的一部分，

- 砧座和磁场产生装置旨在用于被设置在坯料的相同部分的两侧上。

磁场产生装置面对第一面。砧座在距第二面一定距离处面对坯料的与第一面相反的第二面。冲模旨在被设置成在该坯料的另一部分处面对第二面。

磁场产生装置旨在用于并构造成在砧座的方向上、在方向Z’Z上向坯料施加压力。

冲压设备包括第一移位装置，第一移位装置被设置成在方向Z’Z上使冲头相对于冲模移位。冲头有利地以平移的方式进行移位。

冲压设备包括第二移位装置，第二移位装置被设置成在方向Z’Z上使砧座相对于冲模移位。

冲头、砧座和冲模优选由金属材料制成，以承受由磁场产生装置产生的高压。

根据本发明的冲压设备与常规冲压设备的不同之处在于，冲压不是通过冲头本身进行的，而是通过磁场产生装置进行的。

类似地，与一次形成整个坯料的磁性成形方法的传统框架不同地使用该磁场产生装置。磁场产生装置被布置成仅在坯料的一部分上产生磁脉冲。冲头相对于该产生装置的相对移位允许将受到磁脉冲影响的坯料区域移位。

因此，这种设备有利地在具有磁性成形可以带来的优点（比如获得小于2 mm的曲率半径、精细刻印或紧密公差，以及避免在具有高伸长率区域中的材料开裂或裂纹、尤其是对于铝而言）的情况下允许在高速膨胀变形下工作。

因此，这种冲压设备特别适于生产冲压零件、尤其是深冲压零件，而不会在零件中产生裂纹。

它在具有以上提及的磁性成形的优点的情况下，还适于制作翻边边缘。

根据优选实施方式，本发明还满足以下特征，这些特征是单独地实施或者以它们的技术操作组合中的每一个实施。

根据优选实施方式，第一移位装置包括线性致动器。

根据优选实施方式，为了获得该方法的良好效率，磁场产生装置是呈扁平线圈的形式，例如呈螺旋形。线圈基本上设置在平行于冲头的支承表面的平面内。

根据优选实施方式，冲压设备包括坯料固持器，坯料固持器被构造成保持坯料的另一部分抵靠冲模，以对坯料的运动施加保持压力，从而抵靠冲模以便限制皱纹的形成。

本发明还涉及一种用于由根据其实施方式中的至少一个的冲压设备、通过磁脉冲冲压坯料以生产冲压零件的方法。该方法包括以下步骤：

a) 将该坯料定位在该冲压设备中，

b) 使该坯料经受由该磁场产生装置产生的磁场，使得在坯料的第一面上在方向Z’Z上受到压力，将坯料压靠在该砧座上，

c) 通过第一移位装置使冲头在方向Z’Z上相对于冲模移位，并且通过第二移位装置使砧座在该方向上相对于冲模移位，

优选以同步的方式重复步骤b) 和步骤c)，直到获得最终冲压零件的所期望的形状。

同步意味着这些步骤或者连续地一个接一个地、或者同时进行。

在冲头移位时，由磁场产生装置产生磁脉冲，一方面在砧座的方向上对坯料施加轴向压力，将坯料压在砧座上，并且另一方面在冲模的方向上对坯料施加径向压力，将坯料压在冲模上。

有利地，这种轴向和径向双重压力允许坯料变形，而避免了在期望获得的零件中产生裂纹的风险，具有极好的成型精度。

附图说明

通过阅读以下通过非限制性示例给出的并且参考附图的描述，将更好地理解本发明，这些附图示出：

图1至图4，根据本发明的冲压设备的实施方式的示意性剖视图，示出了冲压坯料的连续步骤，

图5，等同于图1的示意图，展示了具有坯料固持器的冲压设备的特定实施方式。

在这些图中，从一个图到另一图的相同附图标记表示相同或相似的元件。为清楚起见，所示的元件不是按比例的，除非另有说明。

具体实施方式

如图1至图4所展示，冲压设备10旨在用于冲压坯料50，以便生产冲压零件、尤其是生产深冲压零件。

在示例性实施方式中，坯料50由金属材料（如钢）制成。

坯料50具有第一面51和与第一面相反的第二面52。

在本发明的优选非限制性示例性实施方式中，如图1至图4中以截面示出的冲压设备10适于生产桶形件。桶形件是指具有中空圆柱形形状、带有或不带有翻边边沿的冲压零件。

本领域技术人员将容易理解的是，本发明的教导可以转用于其他实施方式。

在本说明书中，为了简单起见，参照图1至图4中呈现的各元件的取向，使用了如上、下、高、低、左、右等术语。然而，除非另有说明，这些术语仅表征了在相对于组件在空间中的有效取向的可能的假想旋转之后，这些元件的相对设置。

冲压设备10包括第一框架20和第二框架30。第一框架20可以是冲压设备的下部部分，第二框架30可以是上部部分，如图所展示的。替代性地且在不脱离本发明的范围的情况下，第一框架20可以是冲压设备的上部部分、左部部分或右部部分，第二框架30可以相应地是下部部分、右部部分或左部部分。

第一框架

第一框架20是呈界定第一开放空腔23的第一中空体的形式，第一开放空腔优选地在中央。

在特定实施方式中，第一开放空腔23具有圆柱形形状，优选地具有圆形截面。

如图1至图4所展示的，第一中空体由下部部分21和侧部部分22形成，侧部部分的内壁221界定了第一开放空腔23。

冲头40设置在第一开放空腔23中。

在期望的最终冲压零件是桶形件的特定示例中，冲头40是呈圆柱形主体的形状，优选地具有圆形截面并具有纵向轴线Z’Z。

在图1至图4的示例中，冲头40的纵向轴线是竖直轴线，该竖直轴线优选地与第一开放空腔23的纵向轴线重合。

冲头40优选地是实心的，并且由能够承受磁场产生装置所产生的高压的材料制成，例如金属材料。

冲头包括支承表面41和侧表面42。支承表面41旨在接收要冲压的坯料的一部分。当冲头被定位在第一开放空腔23中时，侧表面42旨在面对第一中空体的侧部部分22的内壁221。

冲头40可在第一开放空腔23中移动。冲头40可沿其纵向轴线Z’Z在以下两个位置之间以平移的方式移动：

- 缩回位置，其中冲头位于第一开放空腔23中，以及

- 展开位置，其中冲头位于第一开放空腔23的外部。

冲头40在方向Z’Z上移位到其展开位置。冲头40在方向ZZ’上朝向其缩回位置移位。

在图4的示例中，冲头40被展示为处于展开位置。

第一移位装置43被构造成使冲头40在缩回位置与展开位置之间移位。第一移位装置43是手动或自动致动的。

在示例性实施方式中，第一移位装置43包括至少一个线性的液压或气动致动器，比如在第一框架20与冲头40之间操作的气缸。在这个示例性实施方式中，优选地，线性致动器的固定部分（例如气缸主体）被容纳在形成于第一框架20中的第一开放空腔23中。线性致动器的可移动部分（例如气缸活塞）能够从第一开放空腔23中移出、用于在方向Z’Z上展开冲头40，并且能够在方向ZZ’上移位到第一开放空腔23、以使冲头40返回到其缩回位置。以特别有利的方式，控制装置控制第一装置43使冲头移位。

在变型实施方式中，第一移位装置43是呈支撑件的形式，支撑件带有能够与冲头40配合以使冲头沿纵向轴线Z’Z以平移的方式移位的推进螺钉。

冲压设备10还包括磁场产生装置60。

磁场产生装置60设置在冲头40内部、在冲头的支承表面41处。

磁场产生装置60被构造成产生在界定的空间中且在非常短的一段时间内集中的磁场，如将在后面描述的那样。

在优选的示例性实施方式中，磁场产生装置60是呈扁平线圈的形式，例如呈螺旋形。扁平线圈优选地设置在基本平行于冲头40的支承表面41的平面内。

磁场产生装置60优选地形成组件的一体部分，该组件进一步包括电能存储单元、以及一个或多个开关（未示出）。

电能存储单元被构造用于并旨在用于存储适度的能量，例如大约几千焦到几十千焦（kJ）的能量。

在优选的示例性实施方式中，存储单元是具有放电电容器的电池。

第二框架

第二框架30是呈界定第二开放空腔33的第二中空体的形式。

在特定实施方式中，第二开放空腔33具有圆柱形形状、优选地具有圆形截面。

如图1至图4所展示的，第二中空体由上部部分31和侧部部分32形成，该侧部部分的内壁321界定了第二开放空腔33。

第二框架30相对于第一框架20布置成使得当冲头40沿着其纵向轴线Z’Z在方向Z’Z上移动到其展开位置时，第二开放空腔33旨在用于接收该冲头。第二框架30的中空体的侧部部分32的自由端322基本上面对第一框架20的第一中空体的侧部部分22的自由端222。

第二中空体和冲头40具有维度，使得冲头40可以在第二开放空腔33中以平移的方式自由移位，并且允许坯料50在其厚度上、在第二开放空腔33的内壁321与冲头40的侧表面42之间通过。

在优选的实施方式中，除了最终的冲压零件的厚度和操作间隙，冲头40的侧表面42和第二中空空腔33的侧壁32具有几乎互补的形状。

在非限制性示例性实施方式中，当冲头40是呈具有圆形截面的圆柱形主体的形状时，第二开放空腔33是圆柱形的、具有圆形截面，其直径大于冲头的外径。

在图1至4的示例中并且优选地，第二开放空腔33的纵向轴线与冲头40的纵向轴线重合。

冲压设备进一步包括砧座70。

砧座70被容纳在第二开放空腔33中。砧座可在第二开放空腔33中移动。砧座可沿纵向轴线Z’Z以平移的方式移动，第二移位装置72被构造成使砧座70在第二开放空腔33中以平移的方式移位。

第二移位装置72是手动或自动致动的。

在示例性实施方式中，第二移位装置72包括至少一个线性的液压或气动致动器，比如在第二框架20与砧座70之间操作的气缸。在这个示例性实施方式中，优选地，线性致动器的固定部分（例如气缸主体）被容纳在第二开放空腔33中。线性致动器的可移动部分（例如气缸活塞）能够在第二开放空腔33中移位、以使砧座70在第二空腔中移位。以特别有利的方式，控制装置控制砧座70的第二移位装置72。

在变型实施方式中，第二移位装置72是呈支撑件的形式，该支撑件带有能够与砧座70配合以冲头其沿轴线ZZ’以平移的方式移位的推进螺钉。

在优选实施方式中，第一移位装置43和第二移位装置72是相似的。

冲压设备进一步包括冲模80。

冲模80设置在第二框架30的侧部部分32的自由端322处。第二框架30的侧部部分32的自由端322形成冲模80的下表面81。

在优选的实施方式中，第二框架30的第二中空体的侧部部分32形成冲模80。

砧座70和冲模80优选地由金属材料制成，例如钢，该金属材料具有足够的结构强度，从而允许在稍后描述的冲压方法期间承受由坯料50对砧座和冲模的冲击所产生的高压。

冲头40、砧座70、冲模80和磁场产生装置60相对于彼此被设置成使得在冲压设备10（图1）的初始位置，也就是说在开始冲压方法之前，坯料50被定位为在各元件之间是平坦的。

更具体地，冲头40被定位使得在冲头的缩回或中间位置，其支承表面41旨在用于接收坯料50的第一面51的一部分。在图1所展示的示例中，坯料的支承表面41旨在用于接收坯料50的第一面51的中心部分。砧座70和磁场产生装置60设置在坯料50的相同部分的两侧上。磁场产生装置60面对坯料50的第一面51。砧座70的下表面71面对坯料50的第二面52。

砧座70的下表面71在坯料50的另一部分处与坯料的第二面52相对设置。在图1所展示的示例中，冲模80的下表面81在坯料50的外围部分处与坯料的第二面52相对设置。

砧座70的下表面71设置在距坯料50的第二面52一定距离处。

优选地，如图1所展示的，被定位的磁场产生装置60因此能够并且旨在用于主要在砧座70的下表面71的方向上、在方向Z’Z上向坯料50施加压力。

在图5所展示的一个实施方式中，冲压设备10包括坯料固持器90。坯料固持器90被容纳在第一中空体和第二中空体的侧部部分22、32的自由端222、322之间。该坯料固持器被构造使得当坯料在冲头40上就位时，坯料在第二中空体的侧部部分32的自由端322处、在坯料固持器与冲模之间被压缩。通过防止或限制皱纹的形成，坯料固持器的力和/或坯料固持器与冲模之间的间隙的调整将调节坯料在其成型期间的吞咽（l’avalement）。

在示例性实施方式中，坯料固持器90通过压缩装置（例如气弹簧）保持压靠在第二框架30的侧部部分32的自由端322上。

现在描述冲压方法的示例。

坯料50旨在用于适形于砧座70的下表面71的形状并适形于第二框架30的侧部部分32的内壁321，以形成桶型的深冲压。所获得的桶形件可以包括或可以不包括翻边边沿。

在前面的步骤中，将坯料50从片材切割成所期望的维度（长度和宽度、或直径、以及厚度）。

在称为步骤a) 的第一步骤中，坯料50被定位在冲压设备10中。

具有基本平坦形状的坯料50被定位在第一框架20与第二框架30之间，如图1所展示的。

在一个实施方式中，坯料50一方面在其中心部分处设置在冲头40上。坯料50被布置成使得其第一面51抵靠冲头的支承表面41。

坯料50被布置成使得其第二面52面对砧座70的下表面71。砧座70的下表面71被定位在距坯料50的第二面52的距离e处。

距离e限定了在每次卸料（décharge）时坯料的变形所期望的深度（如下文所述）。将距离e最大化，以便减少卸料数量，并且因此减少成形时间。

另一方面，坯料50在其外围部分处设置在冲模80的下表面81（因此第二框架30i的侧部部分32的自由端322）与第一框架20的侧部部分22的自由端222之间。坯料50的第二面52被设置成在距冲模80一定距离处面对该冲模。坯料50的第一面51被设置成面对第一框架20的侧部部分22的自由端222。

在示例性实施方式中，当坯料50被放置在冲头40上时，冲头从其缩回位置沿方向Z’Z以平移的方式移位以使坯料50偏移，使得在坯料的外围部分处，坯料的第二面52被放置在第二框架30的侧部部分32的自由端322的紧邻处（例如毫米量级的紧邻处），因此放置在冲模80的下表面81的紧邻处。

当冲压设备10包括坯料固持器90时，坯料50通过坯料固持器保持抵靠第二框架30的侧部部分32的自由端322。

然后，该方法包括称为步骤b) 的第二步骤，即，通过磁性成形使坯料50变形。

位于磁场产生装置60附近的坯料50的中心部分受到源自磁场产生装置60的磁场的作用，使得轴向压力被施加到坯料50的第一面51上，并将坯料紧紧地压靠在砧座70的下表面71上。图2所展示的箭头表示施加在坯料50上的轴向压力的方向。

因此，坯料50变形、抵靠砧座70的下表面71。

在图2所示的这个步骤b) 期间，磁场产生装置60逐渐使坯料50的中心部分变形，以便获得具有小于所寻求的最终冲压的深度P的深度P1的第一冲压件。将外围部分压靠在第二框架30的侧部部分32的自由端322上，因此压靠在冲模80的下表面81上。

砧座70有利地允许限制卸料对坯料的冲击并避免其裂纹。

在这个步骤b) 结束时，坯料50变形并具有第一冲压。

在称为步骤c) 的第三步骤中，冲头40和砧座70被移位。

冲头40通过第一移位装置43在方向Z’Z上移位，直到冲头的支承表面41再次压靠在坯料50的第一面51上，使得坯料50的中心部分返回到磁场产生装置60的紧邻处。坯料50的外围部分保持处于距冲模80一定距离处，如图3所展示的。

在步骤b) 期间，在与坯料50的中心部分的移位的方向相同的方向上进行冲头40的移位。

砧座70通过第二移位装置72在方向Z’Z上移位。

在示例性实施方式中，冲头40和砧座70相对于冲模80的相对移位增量地进行，优选地同时进行。

冲头40的移位和砧座70的移位不一定具有相同的量。

砧座70在方向Z’Z上移位足够的距离，以便限定坯料的增量变形所期望的深度。

在示例性实施方式中，冲头40和砧座70的相对移位是连续进行的。相对于冲头40的移位和砧座70的移位，通过磁场产生装置60进行的坯料50的成型可以认为是瞬时的。事实上，与通过磁场产生装置60产生的磁脉冲的持续时间（具有几微秒的量级）相比，冲头40的移位的持续时间和砧座70的移位的持续时间通常非常慢（具有秒的量级）。在这个实施方式的特定情况下，第二步骤和第三步骤同时进行，而不改变步骤的结果。

在第四步骤中，步骤b) 和步骤c) 被顺序再现。

重复步骤b) 和步骤c)，直到获得期望获得的最终冲压零件的深度P。

在冲头40和砧座70相对于冲模80相对移位时，磁场产生装置60有利地在砧座70的方向上对坯料50的中心部分施加轴向压力，从而将坯料的中心部分压在砧座上。磁场产生装置60还在冲模80的方向上对坯料50施加径向压力，抵靠第二框架30的侧部部分32的内壁321，从而将坯料压靠在内壁上。图3和图4所展示的水平箭头示出了施加在坯料50上的径向压力的方向。坯料50抵靠第二框架30的侧部部分32的内壁321的这个径向压力有利地允许坯料与内壁的形状完全匹配。

步骤b) 和步骤c) 的迭代次数尤其是取决于构成坯料的材料、取决于冲压零件的所期望的深度。

在冲压方法结束时，坯料变为桶型的、带有或不带有翻边边沿的深冲压零件。

在图4的示例中，桶形件是不带有翻边边沿的桶形件类型。

本发明不限于以上通过非限制性举例方式描述的优选实施方式、以及所提及的变型。本发明还涉及本领域技术人员能想到的范围内的变型实施方式。

以上描述清楚地展示了本发明通过其各特征及其优点实现了它本身设定的目标。特别地，本发明提供了一种冲压设备，该冲压设备适于生产冲压零件、尤其是深冲压零件，而不会在零件中产生皱纹或裂纹。这种冲压设备和相关联的冲压方法允许以高速加工零件，并且有利地使坯料变形，而不具有在期望获得的零件中产生裂纹的风险，具有极好的成型精度。

本发明还有利地允许产生翻边边缘。