CN102560295A - 一种改善铝合金冲压成形的热加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善铝合金冲压成形的热加工方法，在进行冲压成形之前，将铝合金型材在230℃～330℃处理1min～20min，再在20s内将铝合金型材转移到0℃～50℃的水中，冷却后，在8h内完成冲压成形，从而改善铝合金工件的冲压成形，解决了冷加工成形技术要求高、难于控制、成本较高和材料改进成本高、通用性差的技术问题。本发明方法通过在冲压成形之前增加一道热处理工序，进而达到改善铝合金型材的成形性能，本发明方法原理简单、易于操作且耗能低，通用性广，并能有效地控制铝合金型材的冲压成形时的报废率，大大提高了合金型材的冲压成形的合格率。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金热处理领域，具体涉及一种改善铝合金冲压成形的热加工方法。
背景技术
为满足汽车轻量化要求，符合节能环保、安全可靠的要求，各种轻量化材料得到了迅猛的发展。与汽车用钢板相比，铝合金板具有密度小、强度高、耐锈蚀等优点，能满足汽车轻量化的特殊要求，已成为汽车轻量化技术中替代钢板的主要材料。目前，汽车行业中已经有铝制发动机体、铝制缸盖、铝制进气歧管、铝制制动鼓、甚至铝皮车身和铝车架等，总的发展趋势是将所有的铸铁件都用铝来替代。但由于晶体结构上的差异，铝合金板与钢板的材料性能有很大的差异，普通的铝合金材料成形性较差，在冲压成形过程中，极易造成裂纹、开裂、变形等缺陷，因此传统钢板的成形理论与技术不能直接应用到铝合金板上，需要探索出适合汽车用铝合金板冲压成形的理论和技术。
现有的技术中，大多是从冷加工技术和材料研究方面进行冲压成形的改善，冷加工成形技术归纳起来主要有三种方法：一是从成形模具的结构上进行冲压成形的改善，如压料面形状、模具圆角半径、拉深筋等；二是从工艺条件上进行冲压成形的改善，如压边力、润滑条件、板料形状等；三是从提高材料本身塑性上进行冲压成形的改善，如中温成形、超塑性成形等。材料研究方面，主要是从微观上对各种元素进行分析，在基体材料中添加不同的合金元素，控制其成分、含量，或是对材料基体的晶粒尺寸进行控制，从而达到改善材料成形性能的效果目的。冷加工成形技术的改进虽然也可改善铝合金材料的成形性能，但是改变模具、压边力和成形温度的方法都存在着技术要求高、难于控制以及成本较高的缺点。从材料研究方面改善铝合金的成形性，其需要投入较大，并且，其适用对象具有局限性，只能针对特殊的一些材料，通用性差，存在着技术问题。
公开号为CN 101545083A的专利申请公开了一种提高6XXX系铝合金加工成形性和烘烤硬化特性的热处理方法，6XXX系铝合金薄板固溶淬火处理后在1分钟内进行60℃～120℃的热处理，处理时间为30分钟～30小时；或者，6XXX系铝合金薄板固溶淬火处理后在1小时内进行120℃～180℃的热处理，处理时间为5分钟～30分钟，然后在一天内接着进行50℃～80℃的热处理，处理时间1小时～30小时。该公开的技术方案虽然能提高加工成形性，但是该热处理过程是在铝合金板材的制备过程中，即在轧制过程中，固溶淬火处理后增加了热处理方法，使得制备出的铝合金板材在交付给汽车生产时易于加工变形且无过渡回弹，因此，该技术方案仅限于制备铝合金板材本身性质进行改进，即针对铝合金板材在运输和库存过程中过饱和溶质原子发生偏聚，强度高于淬火态但冲压成形性降低的问题，并未涉及汽车生产过程中对铝合金板材冲压成形方法的改进，该铝合金板材本身性质的改变对铝合金板材冲压成形的改善效果不明显，存在着技术缺陷。
公开号为CN 101476094A的专利申请公开了一种汽车变形铝合金板材的预处理工艺，将铝合金板材放入固溶处理炉中，在520℃～550℃温度下固溶加热保温30分钟后，淬入5％～10％的聚醚水溶性介质中，冷却后室温停留2～3天，将其放入时效处理炉中，在140℃～170℃温度下时效处理10～15分钟。铝合金板材生产厂家经过增加该道生产工序，改善了铝合金板材的成形性、抗时效稳定性及烘烤硬化性，从而提高铝合金板材的成形性，但是该工艺仍仅限于铝合金板材生产厂家对生产的铝合金板材本身性质进行改进，并未涉及汽车生产过程中对铝合金板材冲压成形方法的改进，存在着技术缺陷。
发明内容
本发明提供了一种改善铝合金冲压成形的热加工方法，通过增加热处理工序，从而改善铝合金型材的冲压成形，解决了冷加工成形技术要求高、难于控制、成本较高和材料改进成本高、通用性差的技术问题。
一种改善铝合金冲压成形的热加工方法，在进行冲压成形之前，将铝合金型材在230℃～330℃处理1min～20min，再在20s内将铝合金型材转移到0℃～50℃的水中，冷却后，在8h内完成冲压成形。
一般在230℃～330℃的范围内，选择处理温度越高，所需处理的时间越短。
铝合金型材通过热处理工序进行回归处理，回归处理的工艺过程主要是控制其在某一加热速度下升至特定温度然后保温一定的时间，再以适当的速度冷却，从而改变其组织，达到改善性能目的。回归现象的实质是经过自然时效后的铝合金生成的亚稳定相，形成G·P区尺寸较小，在快速短时加热时发生溶解，这些小的G·P区不再稳定而重新溶入固溶体中，此时将合金快冷至室温，则铝合金又变成新的淬火状态，与原有的淬火状态相似，仍可重新计算自然时效。因而，铝合金的性能也恢复到新淬火状态下的性能。
为了得到更好的发明效果，对本发明进行进一步的优选：
在进行冲压成形之前，将铝合金型材放入100℃～200℃淬火炉中，以1℃/min～20℃/min的升温速度将温度升至230℃～330℃，保温1min～20min，再在20s内将铝合金型材转移到0℃～50℃的水中，冷却后，在8h内完成冲压成形。对铝合金型材进入淬火炉时温度和升温速率进行了限定，使得放入的铝合金型材不会因为温度过高和升温速率过快而影响铝合金内部组织，从而使得经过该热处理工序之后，不但保证铝合金型材的冲压成形的合格率，而且能保证铝合金型材性能基本不受影响。
在进行冲压成形之前，将铝合金型材在260℃～300℃处理3min～10min，再在5s内将铝合金型材转移到0℃～30℃的水中，冷却后，在8h内完成冲压成形。该热处理工序在该条件下，具有更高的铝合金型材的冲压成形的合格率，并且能最大限度的保证铝合金型材性能。进一步优选，在进行冲压成形之前，将铝合金型材放入100℃～200℃淬火炉中，以1℃/min～20℃/min的升温速度将温度升至260℃～300℃，保温3min～10min，再在5s内将铝合金型材转移到0℃～30℃的水中，冷却后，在8h内完成冲压成形。使得放入的铝合金型材不会因为温度过高和升温速率过快而影响铝合金内部组织，具有很高的铝合金型材的冲压成形的合格率，并且能最大限度的保证铝合金型材性能。
所述的铝合金型材为锻铝或者硬铝。尤其是形状特殊的锻铝零部件和硬铝零部件。由于这些铝合金型材经常要制备一些形状特殊的零件，并且这些铝合金型材较难加工成形，合格率偏低，因此，经过本发明方法处理后，其合格率可以大大提高。
所述的冲压成形的条件为：冲压速度为0.08～0.12mm/s，冲压的变形温度为225℃～275℃。进一步优选，冲压成形的条件为：冲压速度为0.10mm/s，冲压的变形温度为250℃。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明方法通过在冲压成形之前增加一道热处理工序，进而达到改善铝合金型材的成形性能，本发明方法原理简单、易于操作且耗能低，通用性广，并能有效地控制铝合金型材的冲压成形时的报废率，大大提高了铝合金型材的冲压成形的合格率，具有广阔的工业化应用前景。
附图说明
图1为实施例7不同冲压变形温度下的铝合金型材的电镜扫描照片。
具体实施方式
实施例1
以普通的锻铝材质插头壳体为例，锻铝型材选用的牌号为LD2，在未改进之前，其主要加工工艺包括：锻铝型材经过车床、铣床后，进行冲压成形，再经过检验、钳工、电镀后得到成品，在检验过程中，冲压成形的合格率为78％(以加工1000个铝合金工件进行计算)，不合格主要是冲压裂纹、开裂、变形等情形。
在上述进行冲压成形前，增加一道热处理工序，将上述的锻铝型材在280℃处理8min，再3s～4s将锻铝型材转移到10℃的水中，冷却后，在3h～6h内完成冲压成形，在检验过程中，冲压成形的合格率为88％(以加工1000个铝合金工件进行计算)，不合格主要是冲压裂纹、开裂、变形等情形。
实施例2
以普通的锻铝材质插头壳体为例，锻铝型材选用的牌号为LD2，在未改进之前，其主要加工工艺包括：锻铝型材经过车床、铣床后，进行冲压成形，再经过检验、钳工、电镀后得到成品，在检验过程中，冲压成形的合格率为78％(以加工1000个铝合金工件进行计算)，不合格主要是冲压裂纹、开裂、变形等情形。
在上述进行冲压成形前，增加一道热处理工序，将上述的锻铝型材放入150℃的淬火炉中，以5℃/min的升温速度将温度升至280℃，在280℃处理8min，再3s～4s将锻铝型材转移到10℃的水中，冷却后，在3h～6h内完成冲压成形，在检验过程中，冲压成形的合格率为90％(以加工1000个铝合金工件进行计算)，不合格主要是冲压裂纹、开裂、变形等情形。
实施例3
以普通的锻铝材质插头壳体为例，锻铝型材选用的牌号为LD2，在未改进之前，其主要加工工艺包括：锻铝型材经过车床、铣床后，进行冲压成形，再经过检验、钳工、电镀后得到成品，在检验过程中，冲压成形的合格率为78％(以加工1000个铝合金工件进行计算)，不合格主要是冲压裂纹、开裂、变形等情形。
在上述进行冲压成形前，增加一道热处理工序，将上述的锻铝型材放入150℃的淬火炉中，以5℃/min的升温速度将温度升至330℃，在330℃处理1min，再3s～4s将锻铝型材转移到10℃的水中，冷却后，在3h～6h内完成冲压成形，在检验过程中，冲压成形的合格率为85％(以加工1000个铝合金工件进行计算)，不合格主要是冲压裂纹、开裂、变形等情形。
实施例4
以普通的锻铝材质插头壳体为例，锻铝型材选用的牌号为LD2，在未改进之前，其主要加工工艺包括：锻铝型材经过车床、铣床后，进行冲压成形，再经过检验、钳工、电镀后得到成品，在检验过程中，冲压成形的合格率为78％(以加工1000个铝合金工件进行计算)，不合格主要是冲压裂纹、开裂、变形等情形。
在上述进行冲压成形前，增加一道热处理工序，将上述的锻铝型材放入150℃的淬火炉中，以5℃/min的升温速度将温度升至230℃，在230℃处理20min，再10s～15s将锻铝型材转移到10℃的水中，冷却后，在3h～6h内完成冲压成形，在检验过程中，冲压成形的合格率为85％(以加工1000个铝合金工件进行计算)，不合格主要是冲压裂纹、开裂、变形等情形。
实施例5
以硬铝型材制备仪表板横梁为例，硬铝型材选用的牌号为2A11，在未改进之前，其主要加工工艺包括：硬铝型材经过车床、铣床后，进行冲压成形，再经过检验、钳工、电镀后得到成品，在检验过程中，冲压成形的合格率为76％(以加工1000个铝合金工件进行计算)，不合格主要是冲压裂纹、开裂、变形等情形。
在上述进行冲压成形前，增加一道热处理工序，将上述的硬铝型材在280℃处理8min，再3s～4s将硬铝型材转移到30℃的水中，冷却后，在3h～6h内完成冲压成形，在检验过程中，冲压成形的合格率为86％(以加工1000个铝合金工件进行计算)，不合格主要是冲压裂纹、开裂、变形等情形。
实施例6
选用的铝合金型材为铝合金6016板材，由以下重量百分含量的化学成分组成：Mg 0.39％，Si 0.80％，Cu 0.011％，Mn 0.051％，Cr 0.055％，其余为铝，以制备前防撞梁为例。合金硬度测试在HXD-1000T型Vickers硬度机上进行，实验载荷为4.9N，持续时间为10s，测得韦氏显微硬度(HV)。拉伸实验采用标准为：GB228-87。取1mm厚的铝合金6016薄板，在加工之前，进行硬度测试和拉伸测试，其测试结果详见表1。
在未改进之前，其主要加工工艺包括：1mm厚的铝合金6016薄板经过车床、铣床后，进行冲压成形，再经过检验、钳工、电镀后得到成品，在检验过程中，冲压成形的合格率为79％(以加工1000个铝合金工件进行计算)，不合格主要是冲压裂纹、开裂、变形等情形。并对得到的成品分别在1周、2周、4周进行硬度测试和拉伸测试，其测试结果详见表1。
在上述进行冲压成形前，增加一道热处理工序，将上述的铝合金6016薄板放入150℃的淬火炉中，以5℃/min的升温速度将温度升至280℃，在280℃处理8min，再3s～4s将铝合金6016薄板转移到10℃的水中，冷却后，在3h～6h内完成冲压成形，在检验过程中，冲压成形的合格率为93％(以加工1000个铝合金工件进行计算)，不合格主要是冲压裂纹、开裂、变形等情形。并对得到的成品分别在1周、2周、4周进行硬度测试和拉伸测试，其测试结果详见表1。表1中，HV表示韦氏显微硬度值(HV)；σ0.2表示条件屈服强度(MPa)；δ％表示断裂延伸率。
表1
由表1可见，从铝合金型材的出厂厂家购买的铝合金型材将其直接冲压成形不合格率还比较高，通过增加一道热处理工序，不但其合格率大大提高，而且成品的性能几乎不受影响，在冲压成形的四周后，基本上能保持与直接冲压成形的铝合金型材的性能保持一致。
实施例7
选用的铝合金型材为铝合金5182板材，取1.4mm厚的铝合金5182薄板，由以下重量百分含量的化学成分组成：Si 0.20％，Fe 0.35％，Cu 0.15％，Mn0.24％，Mg 4.33％，Cr 0.1％，Ni 0.01％，Zn 0.25％，Ti 0.1％，其余为铝，以制备翼子板为例。
在未改进之前，其主要加工工艺包括：铝合金5182板材经过车床、铣床后，进行冲压成形，再经过检验、钳工、电镀后得到成品，在检验过程中，冲压成形的合格率为79％，不合格主要是冲压裂纹、开裂、变形等情形。
在上述进行冲压成形前，增加一道热处理工序，将上述的铝合金5182板材放入150℃的淬火炉中，以5℃/min的升温速度将温度升至280℃，在280℃处理8min，再3s～4s将铝合金5182板材转移到10℃的水中，冷却后，在3h～6h内完成冲压成形，冲压成形的条件为：冲压速度为0.1mm/s，冲压的变形温度分别为373K，448K，523K，573K，即100℃，175℃，250℃，300℃其不同温度下的电镜扫描照片如图1中的a、b、c、d所示。在检验过程中，各温度下冲压成形的合格率分别为90％(373K)、91％(448K)、94％(523K)、91％(573K)，每个温度下以加工1000个铝合金工件进行计算，不合格主要是冲压裂纹、开裂、变形等情形。
图1a显示，铝合金并没有出现亚晶组织，晶粒呈纤维状，晶内是混乱的位错组织，这说明动态回复并未完全展开。图1b显示，铝合金组织主要由动态回复产生的亚晶组织，纤维状晶粒内部的位错数量仍然很多。图1c显示，铝合金微微出现了动态再结晶的现象，晶内错位密度略有所降低，此时的变形程度达到最大。图1d显示，动态再结晶程度加剧，合金组织出现了外形比较完整的晶粒以及比较清晰的晶界，且晶粒内的位错密度进一步降低。因此，在523K冲压温度下，具有更好的冲压成形效果。
Claims (7)
1.一种改善铝合金冲压成形的热加工方法，其特征在于，在进行冲压成形之前，将铝合金型材在230℃～330℃处理1min～20min，再在20s内将铝合金型材转移到0℃～50℃的水中，冷却后，在8h内完成冲压成形。
2.根据权利要求1所述的改善铝合金冲压成形的热加工方法，其特征在于，在进行冲压成形之前，将铝合金型材放入100℃～200℃淬火炉中，以1℃/min～20℃/min的升温速度将温度升至230℃～330℃，保温1min～20min，再在20s内将铝合金型材转移到0℃～50℃的水中，冷却后，在8h内完成冲压成形。
3.根据权利要求1所述的改善铝合金冲压成形的热加工方法，其特征在于，在进行冲压成形之前，将铝合金型材在260℃～300℃处理3min～10min，再在5s内将铝合金型材转移到0℃～30℃的水中，冷却后，在8h内完成冲压成形。
4.根据权利要求3所述的改善铝合金冲压成形的热加工方法，其特征在于，在进行冲压成形之前，将铝合金型材放入100℃～200℃淬火炉中，以1℃/min～20℃/min的升温速度将温度升至260℃～300℃，保温3min～10min，再在5s内将铝合金型材转移到0℃～30℃的水中，冷却后，在8h内完成冲压成形。
5.根据权利要求1～4任一项所述的改善铝合金冲压成形的热加工方法，其特征在于，所述的铝合金型材为锻铝或者硬铝。
6.根据权利要求1～4任一项所述的改善铝合金冲压成形的热加工方法，其特征在于，所述的冲压成形的条件为：冲压速度为0.08～0.12mm/s，冲压的变形温度为225℃～275℃。
7.根据权利要求6所述的改善铝合金冲压成形的热加工方法，其特征在于，所述的冲压成形的条件为：冲压速度为0.10mm/s，冲压的变形温度为250℃。
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