金属成形方法及设备与流程

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/s5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。

技术实现要素：

本发明的目的是在材料成形中，特别是在高速成形中，改善对提供给工件材料的能量的控制。本发明的另一个目的是提高用于材料成形的设备的零件寿命，特别是用于高速成形中的设备的零件寿命。另一个目的是要提供一种成形材料，其比通过目前成形方式(特别是高速成形方式)所获得的成形材料，具有更高的质量和更小的公差。另一个目的是防止驱动单元(诸如柱塞)在每次成形产品时不止一次碰撞/撞击工具。

这些目的通过权利要求1的方法来实现。因此，这些目的通过一种用于材料成形的方法来实现，该方法借助于可移动冲击头和工具组合以及驱动单元，通过移动驱动单元以向冲击头和工具组合提供动能以用于冲击头和工具组合撞击工件材料，从而使工件材料成形，其中，可移动冲击头和工具组合撞击工件材料之后的远离工件材料的返回运动被衰减。

优选地，冲击头和工具组合的衰减包括消散冲击头和工具组合返回运动的至少一部分动能。优选地，冲击头和工具组合的衰减包括将冲击头和工具组合的返回运动的至少一部分动能转化为热。衰减可以与冲击头和工具组合的速度成比例。

因此，冲击头和工具组合在接近驱动单元时可以被衰减。由于冲击头和工具组合被衰减，因此降低了或防止了回弹的风险。这改善了最终产品的性能，避免了弱化和不均匀的问题，并降低了生产失败的风险。此外，在撞击工件材料之后，冲击头和工具组合与用于执行该操作的设备的其他部分(诸如驱动单元或工具支架)碰撞的风险降低了。这提高了材料成形设备(特别是材料高速成形设备)的零件寿命。该方法也可以用于其他类型的材料成形。

移动驱动单元可以包括加速驱动单元。向冲击头和工具组合提供动能可以以不同的方式完成。例如，驱动单元可能撞击冲击头和工具组合。因此，在驱动单元接近冲击头和工具组合时，冲击头和工具组合可以在撞击之前静止。可替代地，工具可以在驱动单元的加速过程的主要部分或全部期间，与驱动单元接触。在工具撞击工件材料之前，可以将工具与驱动单元分离。为了分离，可以使驱动单元减速。

在一些实施例中，其中移动驱动单元包括使驱动单元加速，该驱动单元为由液压系统驱动的柱塞。柱塞可以可移动地布置在缸壳中。缸壳可以被安装到框架上。在替代实施例中，驱动单元可以被布置成以其他替代方式被驱动，例如通过炸药、通过电磁或通过气动等方式来驱动。

可以通过调节工具的速度和/或质量来调节工具的能量。应当理解，第二工具可以存在于工件材料的相对侧上。工件材料可以为工件，诸如固体材料，例如薄板，例如金属。可替代地，工件材料可以为某种其他形式的材料，例如粉末形式。

优选地，可移动的冲击头和工具组合被衰减，从而防止了冲击头和工具组合在其返回运动时的弹跳。由此，可以防止执行该方法的设备的零件损坏。而且，可以防止冲击头和工具组合在撞击工件材料之后与驱动单元接触。

优选地，该方法包括提供框架。驱动单元可以被安装到框架上。可以将阻尼装置安装到框架上，借助于阻尼装置来衰减冲击头和工具组合。该方法可以将冲击头和工具组合同设置在工具壳体中。工具壳体可以形成框架的一部分。该方法可以将阻尼装置安装到工具壳体中。冲击头和工具组合可以借助于阻尼装置来衰减。在一些实施例中，阻尼装置可以被安装到冲击头和工具组合上。

优选地，冲击头和工具组合的返回运动借助于阻尼装置进行衰减。优选地，阻尼装置被布置成通过消散冲击头和工具组合在返回运动期间的至少一部分动能来进行衰减。优选地，阻尼装置被布置成通过将冲击头和工具组合在返回运动中的至少一部分动能转化成热量来进行衰减。

优选地，工具壳体形成框架的一部分，并且阻尼装置包括第一阻尼元件，该第一阻尼元件被布置在工具壳体与冲击头和工具组合的背向工件材料的表面之间。由此，第一阻尼元件可以衰减冲击头和工具组合的返回运动。第一阻尼元件可以被安装到框架上。第一阻尼元件可以被安装到工具壳体上。可替代地，第一阻尼元件可以被安装到冲击头和工具组合上。

第一阻尼元件优选地布置在框架的肩部(例如，在其工具壳体)与冲击头和工具组合的背向工件材料的表面之间，冲击头和工具组合设置有脚部，该脚部相对于工件材料的撞击方向在冲击头和工具组合的工作表面的外侧横向地设置，工作表面被布置成接触被撞击时的工件材料。

适当地，阻尼装置包括第二阻尼元件。第二阻尼元件可以被布置在框架与冲击头和工具组合的面向工件材料的表面之间。第二阻尼元件可以被布置在工具壳体与冲击头和工具组合的面向工件材料的表面之间。第二阻尼元件可以被安装到框架上。第二阻尼元件可以被安装到工具壳体上。可替代地，第二阻尼元件可以被安装到冲击头和工具组合上。

第二阻尼元件可以采用弹簧。第二阻尼元件可被布置成在工件材料被撞击之前，在冲击头和工具组合朝向工件材料的运动之前累积弹性能量。撞击之后，可以释放弹性能量，以将冲击头和工具组合推离工件材料。由此，第一阻尼元件可以用于衰减冲击头和工具组合的所得返回运动。应当注意，第二阻尼元件也可以被布置成通过在朝向工件材料的运动期间消散冲击头和工具组合的动能的一部分来衰减朝向工件材料的运动。

在一些实施例中，冲击头和工具组合可以被阻尼元件约束。由此，弹性元件可以布置成累积弹性能量，以便产生作用在冲击头和工具组合上的对抗弹簧力。由此，冲击头和工具组合可以被第一阻尼元件和第二阻尼元件挤压在一起。因此，可以减少或消除工具壳体与冲击头和工具组合之间的任何游隙。由此，可以控制冲击头和工具组合的运动，以减少或消除冲击头和工具组合的任何不希望的运动，例如，引起与驱动单元或工件材料的第二次碰撞的运动，横向的运动或旋转运动。优选地，在撞击工件材料的整个过程中，经由阻尼元件在冲击头和工具组合与框架之间保持接触。所述过程可以被认为是从冲击头和工具组合的静止状态，通过工件材料的撞击，到冲击头和工具组合再次静止的时间间隔。

此外，第一阻尼元件的刚度可以优选地低于第二阻尼元件的刚度。由此，当冲击头和工具组合被第一阻尼元件和第二阻尼元件约束时，第一元件可以比第二元件被更多地压缩。由此，可以确保当冲击头和工具组合处于静止时，冲击头和工具与工件材料之间没有接触。优选地，当冲击头和工具组合处于静止时，第一阻尼元件的压缩大于冲击头和工具组合的从静止位置到冲击头和工具组合使加工资料被撞击的位置的距离。由此，可以确保在整个撞击过程中，第一和第二阻尼元件保持与冲击头和工具组合以及与框架接触。例如，如果从静止位置到撞击位置的运动是特定距离，例如2mm，那么第一阻尼元件在静止位置的压缩大于该特定距离，例如，大于2mm。

在一些实施例中，驱动单元通过撞击冲击头和工具组合而将动能提供给冲击头和工具组合。优选地，驱动单元在受到冲击头和工具组合的冲击时从工件材料移开。通过适当地选择驱动单元的质量、冲击头和工具组合的质量以及冲击头冲击时作用在驱动单元上的驱动力，可以确保驱动单元在受到冲击头和工具组合的冲击时的运动。这避免了在冲击头和工具组合的返回运动期间冲击头和工具组合接触驱动单元。

在一些实施例中，可以仅通过将冲击头和工具组合约束在第一阻尼元件和第二阻尼元件之间来提供对冲击头和工具组合的运动的控制。这在冲击头和工具组合相对于框架行进相对较短距离的情况下就足够了。

然而，在一些实施例中，冲击头和工具组合可以行进相对较长的距离。在一些示例中，该方法包括提供用于冲击头和工具组合的引导装置。例如，引导装置可以包括多个销，其可以固定到工具或框架上。然而，替代方案是可能的。例如，环绕冲击头和工具组合的框架或工具导轨可以被布置成将冲击头和工具组合朝向安装在框架上的阻尼装置引导并与其接合。由此，可以将固定在冲击头和工具组合上的一个或多个引导装置布置成在工具沿着框架移动时与框架接合，并在冲击头和工具组合返回运动时朝向安装在框架上的阻尼装置并与其接合。冲击头和工具组合的引导使工具能精确地定位在工件材料上。

在一些实施例中，冲击头和工具组合包括用于撞击工件材料的工具，以及用于从移动的驱动单元接收撞击的冲击头。由此，该方法可包括通过邻近工具和冲击头的周边边缘设置的附接装置将工具和冲击头彼此固定。例如，可以通过包括一个或多个螺栓的螺栓连接将工具和冲击头拉在一起。此外，工具和冲击头的附接装置可以定位在框架的凹部内，例如，其工具壳体内，并由肩部形成。冲击头和工具组合可以作为固体单元连接，其中，工具和冲击头彼此固定，彼此之间没有任何相对运动。此外，冲击头和工具组合在框架(例如，其工具壳体)的凹部内的运动，受限制并且可以被控制。由此，可以提供特别有利的实施例。冲击头和工具组合的环绕工具的工作表面的周边区域可以提供双重功能，即连接冲击头和工具，并通过被限制在第一阻尼元件和第二阻尼元件之间来控制冲击头和工具组合的运动。如下例所示，这样的周边区域可以由冲击头和工具的相应轴环提供。

所述目的还通过根据权利要求22至31中的任一项所述的设备来实现。因此，本发明还提供了一种材料成形的设备，借助于可移动的冲击头和工具组合以及驱动单元，该设备被布置成移动驱动单元以将动能提供给可移动的冲击头和工具组合，以用于可移动的冲击头和工具组合撞击工件材料，以使工件材料成形，其中，该设备被布置成使得通过可移动的冲击头和工具组合撞击工件材料后，可移动的冲击头和工具组合远离工件材料的返回运动被衰减。在布置设备以使可移动的冲击头和工具组合被衰减的情况下，该设备可被布置成防止可移动的冲击头和工具组合在其返回运动时的弹跳。从根据权利要求1至10中的任一项所述的方法的实施例的以上描述中理解了这种设备的优点。

在一些实施例中，驱动单元被布置成安装到框架上，并且阻尼装置被安装到框架上，其中，冲击头和工具组合被布置成借助于阻尼装置被衰减。工具壳体可以形成框架的一部分。阻尼装置可以包括布置在框架(例如，其工具壳体)与冲击头和工具组合的背向工件材料的表面之间的第一阻尼元件。优选地，框架(例如其工具壳体)包括肩部，冲击头和工具组合包括脚部，该脚部相对于工件材料的撞击方向横向设置，冲击头和工具组合的工作表面被布置成当工件材料被撞击时接触工件材料，并且工具壳体的肩部被布置成在脚部的背向工件材料的表面上延伸。优选地，阻尼装置包括布置在框架(例如，其工具壳体)与冲击头和工具组合的面向工件材料的表面之间的第二阻尼元件。冲击头和工具组合可以被布置成在阻尼元件之间被约束地接合。优选地，第一阻尼元件的刚度低于第二阻尼元件的刚度。

在一些实施例中，冲击头和工具组合包括用于撞击工件材料的工具和用于接收来自移动的驱动单元的撞击的冲击头，该工具和冲击头可以通过邻近工具和冲击头的周边边缘的附接装置(例如螺栓)连接彼此固定。优选地，工具和冲击头的附接装置定位在框架的凹部内，例如，其工具壳体内，并由肩部形成。

根据本发明的另一方面，这些目的也通过根据权利要求11所述的方法来实现。因此，这些目的是通过一种借助于可移动工具和驱动单元的材料成形方法来实现的，该方法包括移动驱动单元以向工具提供动能，以使该工具撞击工件材料，从而使工件材料成形，该方法包括在驱动单元和可移动工具之间提供冲击头，并且通过驱动单元撞击冲击头来向工具提供动能，该冲击头从冲击端到基部区域延伸，其中基部区域比冲击端更靠近工具，其中，将冲击头布置成使得冲击端相对于撞击方向在横向上具有比基部区域更小的延伸范围。

由此，可以提供从冲击端到基部区域逐步增加的横向延伸范围。由此，来自驱动单元在冲击头的冲击端上的撞击的能量可以直接地向外分配。由此，动能可以直接方式分布在工具的旨在与工件材料接触的工作表面上。与能量更集中地分布然后向外分布的解决方案相比，这是有利的。由于动能以一定的延迟分配到工具的某些部分，因此它将减少工具的任何变形。因此，可以实现将动能同时传递到冲击头的所有部分。这改善了最终产品的性能，避免了弱化和不均匀的问题，并降低了生产失败的风险。而且，通过减少工具的变形，从而减少疲劳，提高了用于材料成形的设备中包括的零件的寿命。

应当注意，冲击端可以布置成与驱动单元接触，例如在驱动单元撞击冲击头的时候。基部区域可以与冲击头与工具的界面相距一定距离。由此，基部区域可以位于冲击端和界面之间。然而，在一些实施例中，基部区域可以在界面处。冲击头的从冲击端延伸到基部区域的一部分在本文中也被称为冲击头的第一部分。

尽管本文的许多示例涉及高速成形，但该方法也可用于其他类型的材料成形。

优选地，该方法包括提供安装到框架上的驱动单元，并且冲击头和工具可相对于框架(例如框架的工具壳体)移动。优选地，冲击头的基部区域的周边边缘在撞击方向上在工具的工作表面的周边边缘的外侧和/或基本上重合，该工具的工作表面的周边边缘在撞击时与工件材料接触。适当地，冲击头在远离工具的方向上变细，以便冲击头将驱动单元撞击冲击头的动能直接朝着工具的周边边缘传递。此外，该方法优选地包括在远离工件材料的方向上使冲击头逐渐变细。由此，冲击头可以从冲击端到基部区域将动能均匀地散布到工具上。

在一些实施例中，冲击端可以为驱动单元提供圆形冲击表面。由此，冲击表面可以适于接收来自驱动单元的圆柱形活塞的撞击。冲击表面的直径可以与活塞的直径基本上相同。由此，可以实现动能向冲击头的均匀传递。基部区域可以具有任何合适的形状。例如，在相对于工件材料的撞击方向的横向平面中，基部区域可以为矩形或圆形的。因此，在一些实施例中，冲击头可以呈现出从冲击端到基部区域的横截面形状的逐渐变化，例如，从圆形到矩形的逐渐变化。

更进一步地，该方法优选地包括在冲击头和工具之间的界面处向冲击头和工具提供相应的轴环，如沿撞击方向所见，工具的轴环环绕工具的工作表面，该工具的工作表面在撞击时与工件材料接触，其中，冲击头的第一部分从冲击头的轴环延伸到冲击头的冲击端，其中，如沿撞击方向所见，第一部分在轴环处的周边边缘基本上与工作表面重合。优选地，该方法包括布置第一部分，使得第一部分相对于撞击方向在横向上在冲击端处比在冲击头轴环处具有更小的延伸范围。轴环处的周边边缘与工作表面重合，可将动能直接且均匀地分布在整个工作表面上。这减少了工作表面的变形。这提高了加工结果的质量。

优选地，该方法包括将轴环布置在框架(例如其工具壳体)的凹部中。框架(例如其工具壳体)可以被布置成保持冲击头和工具。框架(例如其工具壳体)可以被布置成在撞击工件材料过程中引导冲击头和工具。此外，该方法可以包括将第一阻尼元件布置在冲击头轴环的背向工件材料的表面与框架(例如其工具壳体)的肩部之间。适当地，该方法包括将第二阻尼元件布置在工具轴环的背向冲击头的表面与框架(例如其工具壳体)的肩部之间。轴环可以被约束在阻尼元件之间。因此，轴环可以起到双重目的，即提供冲击头和工具组合的受控运动，以及用于连接冲击头和工具(例如用螺栓连接)。

所述目的还通过根据权利要求32至42中的任一项所述的设备来实现。因此，本发明还提供用于材料成形的设备，借助于工具和驱动单元，该设备被布置成移动驱动单元以向工具提供动能，以使该工具撞击工件材料，从而使工件材料成形，该设备在驱动单元和可移动工具之间设有冲击头，并且该设备被布置成通过驱动单元撞击冲击头来向工具提供动能，该冲击头沿撞击方向从冲击端到基部区域延伸，其中基部区域比冲击端更靠近工具，其中，将冲击头布置成使得冲击端相对于撞击方向在横向上具有比基部区域更小的延伸范围。从根据权利要求11至21中的任一项所述的方法的实施例的以上描述中理解了这种设备的优点。

在一些实施例中，冲击头和工具被布置成可相对于框架移动。框架可以包括工具壳体。框架(例如其工具壳体)可以被布置成保持冲击头和工具。框架(例如其工具壳体)可以被布置成在撞击工件材料过程中引导冲击头和工具。在一些实施例中，驱动单元被安装到框架上，并且冲击头和工具被布置成可相对于框架的工具壳体移动。优选地，设备被布置成使得冲击头的基部区域的周边边缘在撞击方向上在工具的工作表面的周边边缘的外侧和/或基本上重合，该工具的工作表面的周边边缘被布置成在撞击时与工件材料接触。适当地，冲击头在远离工具的方向上变细，并且该设备被布置成通过驱动单元撞击冲击头将动能朝着工具的周边边缘传递。优选地，冲击头在远离工具的方向上逐渐变细，并且该设备被布置成使得冲击头将动能从冲击端到基部区域散布到工具上。优选地，在冲击头和工具之间的界面处，冲击头和工具分别包括的相应轴环，如沿撞击方向所见，工具的轴环环绕工具的工作表面，该工具的工作表面被布置成在撞击时与工件材料接触，其中，冲击头的第一部分从冲击头的轴环延伸到冲击头的冲击端，其中，如沿撞击方向所见，第一部分在轴环处的周边边缘基本上与工作表面重合。可以将第一部分布置成使得第一部分相对于撞击方向在横向上在冲击端处比在冲击头轴环处具有更小的延伸范围。轴环可以被布置在框架(例如，其工具壳体)的凹部中。优选地，第一阻尼元件被布置在冲击头轴环的背向工件材料的表面与框架(例如其工具壳体)的肩部之间。第二阻尼元件可以被布置在工具轴环的背向冲击头的表面与框架(例如其工具壳体)的肩部之间。轴环可以布置成被约束在阻尼元件之间。

在以下描述和从属权利要求中公开了本发明的其他优点和有利特征。

附图说明

下面，将参考附图描述本发明的实施例，其中：

图1示出了根据本发明的一实施例的用于材料成形的设备的局部截面示意图，

图2示意性地示出了图1中的设备的一部分的截面透视图，

图3更详细地示出了图2的一部分，

图4为描述根据本发明的实施例的方法中的步骤的流程图，以及

图5示出了根据本发明的另一实施例的用于材料成形的设备。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一实施例的用于材料成形的设备。该设备包括工具壳体，该工具壳体容纳可移动的冲击头和工具组合4。工具壳体可以形成框架30的一部分。如图1所示，该设备进一步包括呈柱塞2形式的驱动单元。在图1所示的实施例中，驱动组件包括缸壳1。此外，驱动组件包括布置在缸壳1中的柱塞2。缸壳1可以被安装到框架30上。

砧座106被固定在框架上。固定工具5被安装到砧座106上。固定工具5被安装在砧座106的上侧。可移动的冲击头和工具组合4位于固定工具5的上方，下面将参考图2更详细地描述。工具4、5具有彼此面对的互补表面。工件材料w可移除地安装到固定工具5上。可以以任何合适的方式，例如，通过夹紧或通过真空，将工件材料w安装到固定工具5上。工件材料w可以为多种类型，例如一块金属片。应该注意，在一些实施例中，本文称为固定工具的工具也可以是可移动的。

柱塞2被布置成朝向和远离固定工具5移动，如下面更详细地描述的。柱塞2被布置成由液压系统6驱动。关于由液压系统压力驱动的柱塞2，参考ep3122491b1的公开内容，该公开内容通过引用并入本文。

该设备被布置成使柱塞2移动以向可移动冲击头和工具组合4提供动能，以使可移动冲击头和工具组合4撞击工件材料，从而使工件材料w成形。

在通过移动或加速柱塞2以撞击可移动冲击头和工具组合4而向可移动冲击头和工具组合4提供动能之前，可移动冲击头和工具组合4可被定位在距工件材料w任何合适的距离处。作为示例，该距离可以为1-10mm，例如1.5-5mm或2-3mm。

该设备被布置成在可移动冲击头和工具组合4撞击工件材料w之后，可移动的冲击头和工具组合4的远离工件材料w的返回运动被衰减。在布置设备以使可移动的冲击头和工具组合4被衰减的情况下，该设备可被布置成防止可移动的冲击头和工具组合4在其返回运动时的弹跳。

图2示意性地示出了图1中的设备的可移动的冲击头和工具组合4以及周围的部分。框架30可以包括工具壳体34。固定工具5设置在工具支架51中。

为了这个表示，图2示出了工具壳体34与工具支架51分离。然而，当设备在使用中时，工具壳体34将与工具支架51接触。因此，在图2中示出了与固定工具5相距一定距离的冲击和工具组合4。因此，在图2中，冲击头和工具组合4被示出为定位在与工件材料w相距很大距离处。然而，为了撞击工件材料，冲击头和工具组合4在该示例中被定位得实际应该更靠近工件材料w。然而，为了更换工件材料，工具壳体34可以与工具支架51分离，例如如图2所示。例如，这种分离可以通过引导装置辅助，该引导装置被布置成引导工具壳体的运动。

还参考图3。阻尼装置32可以被安装到框架30上，在该示例中被安装到工具壳体34上。冲击头和工具组合4可以被布置成借助于阻尼装置32被衰减。阻尼装置32可以包括第一阻尼元件32'，该第一阻尼元件32'被布置在工具壳体34与冲击头和工具组合4的背向工件材料w的表面36之间。工具壳体34可以设置有肩部38。冲击头和工具组合4可以设置有脚部40，该脚部相对于工件材料的撞击方向d在冲击头和工具组合4的工作表面s的外侧横向地设置，工作表面s被布置成接触被撞击时的工件材料w。在该示例中，工具壳体的肩部38被布置成在脚部40的背向工件材料w的表面上延伸。

优选地，阻尼装置32包括第二阻尼元件32”，该第二阻尼元件32”被布置在工具壳体34与冲击头和工具组合4的面向工件材料w的表面42之间。冲击头和工具组合4可以被布置成在阻尼元件32'、32”之间受约束地接合。优选地，第一阻尼元件32'具有比第二阻尼元件32”更低的刚度。

阻尼元件32’、32”可以为任何合适的材料，例如聚氨酯或橡胶。该材料可以为弹性的。该材料可以具有衰减效果。该材料可适合于消散冲击头和工具组合4的动能。可替代地，阻尼元件32′、32”可以被设置为阻尼弹簧。在该示例中，阻尼元件被设置为细长带32′、32”。带32’、32”具有矩形的横截面。这些带被部分地装配在工具壳体的相应的凹槽中。可替代地或另外地，这些带可以部分地装配在脚部40中的相应凹槽中。带32′、32”位于冲击头和工具组合4的工作表面s的横向外侧。如沿撞击方向d所见，带32′、32”环绕工作表面s。可替代地，阻尼元件32′、32”之一或每一者可以设置有多个分离的元件。

第一阻尼元件的材料可以为弹性的。该材料可以具有衰减效果。该材料可适合于消散冲击头和工具组合4的动能。第一阻尼元件的尺寸和材料选择，要优先考虑避免由于冲击头和工具组合的动能的消散而产生过多的热量。

第二阻尼元件的材料可以为弹性的。该材料可以进一步具有阻尼质量。第二阻尼元件的尺寸和材料选择，要优先考虑避免在撞击过程中在其变形期间产生过多的热量。

在图1和图2所示的实施例中，冲击头和工具组合4包括用于撞击工件材料w的工具4'。冲击头和工具组合4进一步包括用于接收来自移动的驱动单元2的撞击的冲击头4”。工具4'和冲击头4”可通过邻近工具和冲击头的周边边缘设置的附接装置彼此固定，例如通过螺栓连接。优选地，工具4'和冲击头4”的附接装置位于由工具壳体34肩部38形成的凹部44内。所述阻尼元件32'、32”优选地也设置在凹部44内。凹部44横向地定位在冲击头和工具组合4的工作表面s的外侧。如沿撞击方向d所见，凹部44环绕工作表面s。

优选地，冲击头4”和工具4'在冲击头4”和工具4'之间的界面处具有相应的轴环50、52，如沿撞击方向d所见，工具4'的轴环52环绕工具的工作表面s，工作表面s被布置成在撞击时与工件材料w接触。所述轴环50、52可由此形成所述脚部40。两个轴环50、52可以延伸到凹部44中。冲击头4”的轴环50可以布置成与第一阻尼元件32′接触。工具4'的轴环52可以布置成与第二阻尼元件32”接触。所述螺栓可延伸穿过轴环50、52形成螺栓连接。

在撞击时，冲击头和工具组合4朝向工件材料w移动，并因此压缩第二阻尼元件32”。当工件材料w被撞击后，第二阻尼元件32”中的弹性能量使冲击头和工具组合4从工件材料w移开。由此，第一阻尼元件32'衰减了冲击头和工具组合4从工件材料w上移开时的运动。由此，实现了冲击头和工具组合4在撞击过程中往复运动的精确控制。

冲击头4”在撞击方向d上从冲击端46延伸到基部区域48，基部区域48比冲击端46更靠近工具4'。冲击头4”被布置成使得冲击端46相对于撞击方向d在横向上具有比基部区域48更小的延伸范围。在该示例中，基部区域48不在冲击头4”与工具4'的界面处。基部区域与该界面相距一定距离。基部区域48在图2中用虚线指示。

如所建议的，冲击头4”和工具4'可以安装到框架30上，并且可以布置成可相对于框架30的工具壳体34移动。优选地，设备被布置成使得冲击头4”的基部区域48的周边边缘在撞击方向d上与工具4'的工作表面s的周边边缘基本上重合，工具4'的工作表面s被布置成在撞击过程与工件材料w接触。适当地，冲击头4”在远离工具4'的方向da上变细。在该示例中，设备被布置成使得冲击头4”将动能从柱塞2的撞击传递到冲击头4”，直接传递到整个工作表面s。在冲击端和基部区域48之间的冲击头4”的第一部分54在远离工具4'的方向da上逐渐变细。该设备被布置成使得冲击头4”从冲击端46直接在工作表面s上散布动能。

如所建议的，在该示例中，冲击头4”和工具4'在冲击头4”和工具4'之间的界面处具有相应的轴环50、52。如沿撞击方向d所见，工具4'的轴环52环绕工具的工作表面s，该工具的工作表面s被布置成在撞击时与工件材料w接触。冲击头4”的第一部分54从冲击头4”的轴环50延伸到冲击头的冲击端46。第一部分54在轴环50处，即在基部区域48处具有周边边缘，如沿撞击方向d所见，该周边边缘基本上与工作表面s重合。第一部分54可以布置成使得第一部分54相对于撞击方向d在横向上在撞击端46处比在冲击头轴环50处的延伸范围更小。如所建议的，轴环50、52在该示例中被布置在工具壳体34的凹部44中。由此，阻尼元件32'、32”可以将动能从冲击端46直接传递到工作表面s分离，而不是“干扰”。

图4为描述参考图1-3描述的实施例的方法流程图。该方法包括步骤s1，提供冲击头和工具组合4，冲击头和工具组合4具有工具并且具有在远离工具4'的方向上变细的冲击头4”。随后步骤s2，将冲击头和工具组合4布置成被第一阻尼元件32'和第二阻尼元件32”约束。随后步骤s3，驱动单元移动以撞击冲击头，从而向冲击头和工具组合4提供动能。因此，冲击头4”将动能传递至工具的周边边缘。该方法进一步包括步骤s4，允许已被提供动能的冲击头和工具组合撞击工件材料w，从而使工件材料成形。随后是步骤s5，通过第二阻尼元件32”的弹簧作用实现或辅助可移动的冲击头和工具组合4远离工件材料的返回运动。此外还有步骤s6，可移动冲击头和工具组合4的返回运动被第一阻尼元件32′衰减。

优选地，驱动单元2(在该示例中为柱塞)在受到从工件材料移开的冲击头的冲击时移动。因此，驱动单元2可以被布置成在受到从工件材料移开的冲击头的冲击时移动。驱动单元2可以被布置成在用冲击头冲击时弹跳。通过适当选择驱动单元的质量、冲击头和工具组合的质量，可以确保在用冲击头冲击时驱动单元2的移动。可以通过适当地选择在用冲击头冲击时，驱动单元上的驱动力，例如液压力来进一步确保在用冲击头冲击时驱动单元2的移动。

在受到冲击头冲击时，驱动单元远离工件材料的移动避免了在冲击头和工具组合的返回运动期间，冲击头和工具组合持续接触驱动单元。

图5示出了根据本发明的另一实施例的用于材料高速成形的设备。相同的附图标记示出和描述相同的参考图1和2的相应特征。该设备包括框架30。该框架由多个支撑装置110支撑。砧座106被固定在框架上。在该实施例中，砧座106固定在框架30的顶部。

工具，在该实施例中称为固定工具5，被安装到砧座上。固定工具5被安装在砧座106的下侧。可移动的冲击头和工具组合4位于固定工具5的下方，下面将更详细地描述。冲击头和工具组合4以及固定工具5具有彼此面对的互补表面。工件w被可移除地安装到固定工具5上。可以以任何合适的方式，例如，通过夹紧或通过真空将工件w安装到固定工具5上。工件w可以为多种类型，例如一块金属片。

在图5所示的实施例中，包括缸壳102的驱动组件被安装到框架30上。此外，驱动组件包括布置在缸壳102中的柱塞101。柱塞101为细长的，并且如从下面的描述所理解的那样，沿着其纵向轴线具有变化的宽度。优选地，柱塞的任何横截面都是圆形的。柱塞101被布置成朝向和远离固定工具5移动，如下面更详细地描述的。

在该实施例中，当柱塞借助于液压系统6加速时，冲击头和工具组合4与柱塞101接触。因此，在柱塞101与冲击头和工具组合4之间没有冲击。因此，这里所称的冲击头和工具组合4，其“冲击头”仅形成对冲击头和工具组合4的工具的支撑。在通过移动或加速柱塞101将动能提供给工具之前，可以将工具定位在距工件材料w至少12mm，例如50、100mm或200mm的距离处。

柱塞101被布置成使冲击头和工具组合4朝向固定工具加速。柱塞101被布置成由液压系统6驱动。在冲击头和工具组合4撞击工件材料w之前，柱塞101减速，使得冲击头和工具组合4通过惯性继续移动向工件材料w。

当冲击头和工具组合4撞击工件材料w之后，冲击头和工具组合4通过重力从工件材料w移开并朝向柱塞101移动。为了在可移动的冲击头和工具组合4接近柱塞101时制动其返回运动，提供了阻尼装置32。在该示例中，阻尼装置包括安装至柱塞101的阻尼器。阻尼器安装在柱塞的顶端。阻尼器可以为任何合适的类型，例如液压或气动。可替代地或附加地，阻尼器可包括弹性元件，诸如碟簧。在一些实施例中，阻尼装置可包括安装至冲击头和工具组合4的阻尼器。在另外的实施例中，阻尼装置可包括安装在框架30上的阻尼器。阻尼装置将有效地制动可移动工具的返回运动。阻尼装置还可以防止可移动的冲击头和工具组合4在其返回运动结束时弹跳。由此，可移动的冲击头和工具组合4可以以受控的方式被带回搁置在柱塞上。

应当理解，本发明不限于上述和附图中示出的实施例；相反，技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内进行许多改变和修改。