[发明专利]金属中空挤出物的精密成形

说明书

发明背景

技术领域

本发明涉及一种形成中空型材的方法，该中空型材能够实现大的变形，该方法具有严格的容差控制而不需要液压成形方法。具体地，本发明涉及一种形成用于汽车应用的金属中空型材的经济方法，使得沿着型材长度能够实现可变横截面。该方法可适用于具有多腔室的中空截面。该工艺实现高维度(high-dimensional)容差。

背景技术

中空型材通常作为前驱体被用于汽车应用，特别是用于横梁、碰撞盒、纵向构件、门增强件、发动机载体应用。中空型材前驱体在型材长度上呈现统一的横截面，具有单腔室或多腔室横截面。在汽车应用中，为获得所期望的配合和功能特性，形状需求通常非常具有挑战性。因此，为了得到最终的结构部件，要对中空型材施加许多成形步骤。

形成中空型材通常需要昂贵且谨慎的成形步骤，以避免在成形力的外部作用下中空型材的弯曲和/或断裂。

应认识到，这些问题中的许多问题来自中空截面的内部中缺乏支撑件。因此，一些方法依赖于在中空截面中的合适位置处的固定插入件，该固定插入件在成形操作期间支撑中空型材。此方法减轻了通过局部弯曲或断裂而损坏中空型材的风险。该固定插入件由于变形而难以被移除，因此通常必须留在成型的中空截面中。由于所述插入件增加了中空截面的重量且通常不会对刚度有贡献，因而期望的是，避免使用这样的插入件。

专利申请EP2355942A1公开了一种用于具有至少一个开口的中空型材的成形方法，其中刚性插入件被放置在所述中空型材中，并且所述中空型材通过成形设备在至少一个成形力的外部作用下实现中空型材端部形状。该发明的目的在于至少部分地避免用于成形中空型材的传统技术的缺点，并且特别是描述了一种允许以高的形状精度成形中空型材的方法，特别是不需要将插入件保持在成形的中空型材内。所述目的被实现，其中在实现中空型材的端部形状之后和/或在实现中空型材的端部形状时，该插入件至少部分地被转换成液态和/或气态且基本上完全从中空型材中移除。

专利申请US 20090305797 A1公开了一种形成中空型材的方法。中空型材在加工方向上被引导穿过一个模具且被芯轴固定，使得在模具处，所述中空型材具有在加工方向上的材料流动速度，在该方法中，芯轴在加工方向上具有大于材料流动速度的拉制速度。

从现有技术来看，公知的是，使用内部高压成型(也称为液压成形)用于形成中空挤出物。中空截面填充有液体介质，并且该介质在高压下硬化，该介质将中空截面的壁向外压入到成型设备的夹具中。该夹具允许复杂的形状。该夹具非常适合于管材或中空型材。专利申请EP2272601A1描述了一种方法，该方法涉及将中空型材浸没在填充有液压流体的浸没容器中，并且使用上部模具和下部模具将填充有流体的中空型材布置在压模机的标准腔中。在施加压制机的内部压力期间，中空型材的端部在密封钉上被引导，且在腔和中空型材之间设置的流体垫被可控制地保持一段时间，直到在流体排放期间完成在密封钉上引导中空型材端部。专利US5557961描述了一种用于液压成形具有大体为多边形的、平坦壁的横截面的管状结构构件的方法，其中在最终部件中的各个壁不具有相同的厚度。圆柱形管状坯件被挤出，其中外表面是圆形的，但是内表面是不对称的，该内表面设置有变化的宽度和厚度的若干个连续成角度的区段或部分。每个单独的成角度部分被定制为与最终部件中的相应壁相对应的厚度和宽度。所述坯件被定向在模具腔之间，以使每个成角度的部分与成品部件的相应的壁对齐，并且以常规方式液压成形。在汽车行业中可以找到许多液压成形的应用：排气部件、凸轮轴、散热器框架、前轴和后轴、发动机架、曲轴、座椅框架、车身零件、安全部件、空间框架。根据在材料领域中的伍德海德出版社(Woodhead publishing)出版的“先进制造液压成形(Hydroforming for advanced manufacturing)”一般图书，液压成形与常规制造相比具有许多优点。这些优点主要包括通过更有效的截面设计和壁厚度定制来减轻重量，以及严格的尺寸容差和低回弹。主要缺点涉及循环时间较慢以及设备昂贵。它还存在对多腔室中空型材的液压成形工艺的一些限制。由于难以在不同的腔室之间保持平衡的流体压力，所以所述中空型材不容易被液压成形。

发明内容

在机动车辆中对复杂中空构件的需求源于需要优化汽车结构中的可用组装空间内的重量、刚度和强度。这通常导致具有可变横截面以及具有局部凹陷或凸起的部件。通过成形操作所获得的最终形状必须保证高的尺寸形状和平直度的控制。对于行业的挑战是要开发符合这些期望的经济的解决方案。