[发明专利]用于金属成形和/或切割的方法和设备

说明书

本发明提供了一种借助于工具(4)和驱动单元(1)进行材料成形和/或切割的方法，该方法包括移动驱动单元(1)以向工具(4)提供动能，以使工具(4)撞击工件材料(W)，以使工件材料(W)成形和/或切割工件材料(W)，其中，在工具(4)撞击工件材料(W)之前，将工具(4)与驱动单元(1)可操作地分离。

技术领域

本发明涉及一种用于材料成形和/或切割的方法。本发明还涉及一种用于材料成形和/或切割的计算机程序、计算机可读介质、控制单元和设备。

背景技术

本发明有利地用于高速成形(HVF)和/或切割，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和/或切割。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。高速切割或高速切割也可以称为高速横切或高速横切。

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；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、拉拔和冲压等方法。在常规金属切割操作中，有许多可用于切割金属的技术，包括诸如车削、铣削、钻孔、磨削、锯切的机械加工技术。除其他技术外，还有焊接/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，通过使其具有较高的速度来赋予工具较高的动能。HVF包括诸如例如借助于电动机的液压成形、爆炸成形、电液压成形和电磁成形的方法。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，优选为至少3m/s，优选为至少5m/s。例如，HVF的速度可以为1-20m/s，优选地为3-15m/s，优选地为5-15m/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。

类似地，如同在HVF中一样，高速切割涉及在使之撞击和切割工件之前，通过使其具有较高的速度来赋予切割工具高的动能。高速切割的速度通常可以为至少1m/s，优选地至少3m/s，优选地至少5m/s。例如，高速切割的速度可以为1-20m/s，优选地3-15m/s，优选地5-15m/s。

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。这产生易于产生复杂的形状而不会在材料中引起不必要的应变。这允许形成具有紧密公差的复杂零件，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。

高速切割的一个优点在于，可以使用生产工程方面更有效、更简单的方法来获得较高的测量精度。此外，可以使切割工具的撞击之间的时间非常短，从而产生高生产率。

HVF和高速切割的另一个优点在于，虽然工具的动能与工具的质量成线性比例，但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和高速切割中，通过第一腔室中的液压从起始位置驱动柱塞，以便通过撞击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，并且结果是工件材料依次撞击工具，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。这是不希望的动作。柱塞仅应撞击工具一次，否则工件的成形和/或切割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。

还期望改善在HVF和高速切割中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中过程的性质。这样做可以进一步扩展HVF和高速切割的适用性，例如与目前的HVF和高速切割过程所能达到的公差相比，其公差甚至更小。还期望找到替代方案而不是使用柱塞作为驱动单元。另一期望是消除对于产品的每次成形和/或切割，柱塞不止一次碰撞/撞击工具的风险。

发明内容