[发明专利]一种加工具有期望形状的金属成形件的方法及成形工具

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及金属成形，更具体地，涉及能够在拉伸过程中调控金属流动模式的改良成形工具（如拉伸模具或冲压模具）。

背景技术

金属板成形技术在包括汽车车身面板和结构件制造在内的很多行业中得到应用。一种常用工艺采用具有冲压侧和腔体侧的冲压模具，其中冲压侧和腔体侧具有匹配的轮廓表面。在冲压过程中，金属被拉伸成轮廓表面限定的期望形状。金属板的材料流过模具表面，同时金属板的材料在模具表面的拉伸所施加的力的作用下弯曲并延展。

重大的工程计划对于设计一种金属成形加工工艺是必不可少的。例如，设计者确定模具轮廓表面、约束件的强度和位置以及金属坯料的形状和尺寸。当加工部件的期望形状具有陡弯或复弯曲时，很难设计出一种能够避免金属在一个方向上流动过量而在另一方向上流动不足的趋势的模具。如果没有合适的流动，那么一些区域在拉伸过程中无法获得期望厚度。具体地，完成（即，冲压）件的部分区域可能会由于净流动远离该区域而过薄。

模具表面与流动金属板之间的摩擦会导致模具表面的磨损。磨损会使模具的工具寿命受限。因此，为延长工具寿命，需要减少工件与工具之间的摩擦。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种加工具有期望形状的金属成形部件的方法。限定了一种成形工具的轮廓表面，用于将金属坯料成形为期望形状，其中金属坯料的各个部分在成形期间流过轮廓表面。将该轮廓表面产生的固有材料流动模式与期望流动对比，以确定轮廓表面上具有不恰当流动的 区域，其会在成形金属坯料上形成接收多于或少于期望金属量的区域。将选定模式的表面微观纹理应用到轮廓表面上，通过为轮廓表面的确定区域提供相对于邻近区域减小了的摩擦来增加沿着确定区域的金属流动。优选地，表面微观纹理配置为在某些确定区域来减小摩擦并增加金属流动，但当需要时，也可配置为增加摩擦以减小来自确定区域的金属流动。

优选地，通过为上述轮廓表面的确定区域提供相对于邻近区域减小了的摩擦，上述表面微观纹理增加了沿确定区域的金属流动。表面微观纹理的模式包括相同的微元，至少一些微元的长宽比不为1并具有长轴和短轴，上述流动沿着短轴时遇到流阻最小，并且上述至少一些微元各自的短轴与确定区域中各自的期望流向一致。

优选地，上述方法还包括以下步骤：根据具有相同流阻系数的轮廓表面的模型进行上述成形的第一次计算机仿真，基于上述成形的第一次计算机仿真确定固有材料流动模式；在确定区域内基于具有改变的流阻系数的轮廓表面的模型进行上述成形的第二次计算机仿真，改变的流阻系数对应于初步微观纹理；将第二次计算机仿真产生的材料流动模式与上述期望流动进行比较；最后将上述表面微观纹理限定为对初步微观纹理的修正以与期望流动更好地匹配。

优选地，至少一个单独区域中的改变的流阻系数取决于金属坯料在单独区域内的流动方向。

优选地，上述表面包括由微观纹理形成的整体背景以基本覆盖轮廓表面的全部，对表面微观纹理的模式进行分级以便最大程度地减小确定区域内的摩擦并在整个上述表面上减小摩擦以减少磨损。

优选地，上述成形工具包括拉伸模具，并且金属坯料包括金属板。

根据本发明的另一方面，提供了一种成形工具，其用于将金属坯料加工成期望形状。该成形工具包括用于冲压上述金属坯料的模具轮廓表面，这使得金属坯料的各个部分在金属坯料成形为期望形状期间流过上述轮廓表面；上述模具轮廓表面对应于在金属坯料的区域内引起不均等延伸的固有材料流动模式，这使得上述区域中的不足流动会在成形金属坯料上形成接收少于期望金属量的区域；上述轮廓表面具有以增加金属流动的模式沿 着上述区域的表面微观纹理，从而所确定区域中的摩擦会相对于上述轮廓表面的邻近区域改变。

优选地，上述表面微观纹理的模式包括相同的微元，至少一些微元的长宽比不为1并具有长轴和短轴，上述流动沿着短轴时遇到流阻最小，并且上述至少一些微元各自的短轴在上述确定区域中与各自的期望流向一致。

优选地，上述表面包括由微观纹理形成的整体背景以基本覆盖轮廓表面的全部，对表面微观纹理的模式进行分级以便最大程度地减小上述确定区域内的摩擦并在整个表面上减小摩擦以减少磨损。

优选地，该成形工具还包括用以容纳金属板形式的金属坯料的拉伸模具。

附图说明

图1是冲压模具和金属坯料的立体图；

图2是映射到模具表面的期望金属流动模式的示意图；

图3是与特定模具表面设计的固有流动模式对应的实际金属流动模式的示意图；