[发明专利]材料成形方法及设备

说明书

本发明涉及一种用于借助于可移动的冲击头和工具组合(4)以及驱动单元进行材料成形的方法和装置，具体地，该方法包括移动驱动单元以向冲击头和工具组合(4)提供动能，以使冲击头和工具组合(4)撞击工件材料(W)，以使工件材料(W)成形，其中，在通过冲击头和工具组合(4)撞击工件材料(W)之后，可移动冲击头和工具组合(4)远离工件材料的返回运动被衰减。

技术领域

本发明涉及一种材料成形的方法。本发明还涉及一种材料成形的设备。

背景技术

本发明特别适用于高速成形(HVF)，但是根据本发明的其他实施例，可以用于涉及除HVF以外的其他速度的材料成形。HVF在本文中也称为高速材料成形。金属的HVF也称为高速金属成形。

在常规的金属成形操作中，通过使用简单的锤击或动力压机将力施加到要加工的金属上；所使用的重型工具以相对较低的速度移动。常规技术包括诸如锻造、挤压、拉伸和冲压等方法。除其他技术外，还存在焊接/燃烧技术，诸如激光燃烧、氧燃料燃烧和等离子体。

HVF涉及在使工具碰撞工件之前，通过使工具有较高的速度来赋予工具较高的动能。HVF包括诸如液压成形、爆炸成形、电液压成形和电磁成形等方式，例如借助于电动机。在这些成形过程中，在非常短的时间间隔内将大量能量施加到工件上。HVF的速度通常可以为至少1m/s，优选地为至少3m/s 5或至少5m/s。例如，HVF的速度可以为1-20m/s，优选地为3-15m/s或-15m/s。HVF可以被认为是从动能获得材料成形力的过程，而在常规的材料成形中，材料成形力从压力例如液压力获得。

HVF的一个优点在于，在非常快速的负载作用下，许多金属趋于更容易变形。与常规的成形技术相比，在HVF的单次操作中，应变分布更加均匀。这易于形成复杂的形状而不会在材料中引起不必要的应变。这允许形成具有精密公差的复杂零件，以及形成可能无法通过常规金属成形过程形成的合金。例如，HVF可用于燃料电池中使用的金属流板的制造，这样的制造要求小的公差。

HVF的另一个优点在于，由于工具的动能与工具的质量成线性比例，同时与工具的速度成平方比，因此，与常规的金属成形相比，重量要轻得多的工具可以在HVF中使用。

已知的是，在HVF中，通过第一腔室中的液压从起始位置驱动柱塞，以便通过冲程将高动能传递给工具，该工具继而加工工件材料，例如一个工件。为了避免工具在从柱塞撞击时过度变形，该工具必须具有相对较高的刚度，从而具有相对较高的质量。结果，用于驱动柱塞的系统需要呈现高容量。此外，由于高动能，柱塞可能撞击工具不止一次。如果工件材料由于工具撞击时的变形而反弹，导致工件材料随后撞击工具，从而将工具推向柱塞并再次与柱塞接触，则可能发生这种情况。这是不希望的事件。柱塞仅应撞击工具一次，否则工件的成形可能会导致最终产品的性能受损，诸如变弱和不均匀，甚至导致生产失败。

此外，已知的是，在HVF中需要柱塞和可移动工具之间提供冲击头。

HVF中还期望改善对提供给工件材料的能量的控制。改善的能量控制可以改善工件材料加工过程中的性质。这样做可以提高成形零件的整体质量。这样做可能会进一步扩展HVF的适用性，例如与目前的HVF过程所能达到的公差相比，其公差甚至更小。还期望增加用于高速材料成形的设备的寿命。另一期望是消除每次形成产品时柱塞不止一次碰撞或撞击工具或设置在工具与驱动单元之间的冲击头的风险。

EP3122491B1描述了一种防止HVF设备中的向下移动的柱塞回弹的方法。在柱塞的液压驱动系统中，阀与冲程相关地关闭系统压力与柱塞之间的驱动连接。另外，为了减少工具到达工件的风险，在工具和工具壳体之间布置了阻尼/回弹元件，阻尼/回弹元件相对于该工具提供向上的弹力。

尽管如此，还是期望根据下面提到的目的进一步改善高速成形。

发明内容