CN106687230B - 用于金属板成形的液压压力机的操作方法 - Google Patents

用于金属板成形的液压压力机的操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种用于金属板成形的液压压力机的操作方法，包括：在加热站将金属合金板坯至少加热到其固溶热处理温度；将被加热的板坯移送至压力机；通过以第一速度闭合压制模具启动构件的成形，然后通过以第二速度闭合所述压制模具完成所述成形，所述第二速度比所述第一速度慢；以及在冷却成形构件期间将所述成形构件保持在所述模具中。

Description

用于金属板成形的液压压力机的操作方法
技术领域
本发明涉及使金属合金板构件特别是铝合金板构件成形的改进方法。该方法尤其适于形成那些不容易通过已知技术形成的形状复杂的成形构件。
背景技术
为了改善机动车的环境性能，车辆的原始设备制造商(OEM)正朝着采用轻合金制造成形构件的方向发展。过去，在所用合金的强度和合金的可成形性之间存在相当严重的对立。然而，新的成形技术如
Figure BDA0001207486530000011
已允许通过高强度轻合金等级如2xxx、5xxx、6xxx和7xxx系列铝合金来形成更复杂的构件。
时效硬化的铝合金板件通常在T4条件(固溶热处理和淬火)下冷成形，然后经过人工时效处理以获得更高强度，或在T6条件(固溶热处理、淬火和人工时效)下冷成形。任一条件都引起许多内在问题，例如难以解决的回弹和低成形性。热压制可以增强成形性并减少回弹，但它破坏了所需的微结构。因此需要成形后固溶热处理(SHT)来恢复微结构，但这导致成形构件在SHT后的淬火期间变形。在使用其它材料成形工程构件时也遇到这些缺点。
为了克服这些缺点，已进行了各种努力并且已经发明了特殊方法以克服特定类型构件成形中的特定问题。
一种这样的技术利用如本发明人在其早期申请WO2008/059242中描述的固溶热处理、成形和冷模淬火(HFQ)。在该方法中，将铝合金坯进行固溶热处理并快速移送到一组冷模中，所述冷模立即闭合以形成成形构件。成形构件在冷却成形构件的期间被保持在冷模具中。
对于HFQ技术的进一步发展，如本发明人在EP2324137中所描述，涉及非常快速的模具闭合。这允许生产高质量构件。然而，用传统的压力机不能实现模具的这种高速闭合，并且需要制造专用工具或进行重大升级，这显著增加了设置成本。
在EP2324137所述的方法中，热压制可能需要高于100mm/s的冲压行程速度，且为了获得具有最佳性能的构件，可能需要400mm/s或更高的冲压速度。更传统的压力机以低得多的速度操作，例如它们通常具有小于50mm/s的最高动力行程速度。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝合金构件成形方法，其减少或改善现有技术的至少一个问题，或提供有用的替代方案。
根据本发明的第一方面，提供一种用于成形金属合金构件的方法，包括：
在加热站将金属合金板坯至少加热至其固溶热处理温度；
将被加热的板坯移送至压力机；
通过以第一速度闭合压制模具启动构件的成形，然后通过以第二速度闭合压制模具完成所述成形，所述第二速度比所述第一速度慢；和
在冷却成形构件期间将该成形构件保持在该模具中。
如技术人员将理解地，固溶热处理(SHT)温度是进行固溶热处理的温度。SHT温度范围根据所处理的合金而变化。通常，这需要将合金至少加热到其固溶温度，但低于固相线温度。
通过以第一速度闭合压制模具启动构件的成形可包括使用压力机的无动力行程，或它可包括压力机的低动力高速行程。例如可使用压力机的快速接近模式。无动力行程可包括允许压力机在重力下闭合。第一速度可为至少100mm/s。可对无动力行程进行部分限制或约束例如以控制闭合速度。在一个实施例中，通过限制或约束进入压力机的液压流体流量控制第一速度。
通过以第二速度闭合压制模具完成所述成形可包括使用压力机的动力行程。例如动力行程可以包括液压动力行程或气压动力行程。第二速度可以小于100mm/s。在一个实施例中，第二速度小于50mm/s。第二速度可以是压力机的最高动力速度。
该方法能够在不需要对压力机进行重大改造的情况下进行。压力机可以是液压压力机类型和/或可以具有至少100mm/s的快速接近速度。快速接近模式常被用于在成形之前降低工具穿过空隙。在所述发明中，该模式也可被用于在大部分成形行程中压制板坯。例如第一速度可以包括快速接近速度。然后，液压系统可被完全启用或部分启用以完成构件成形，且随后在荷载下保持该成形构件，直到淬火。可能有利的是，在可行最低压制位置，例如绝对底部10mm以上或绝对底部2mm以上，或者如果在成形压力机上可以具有足够精度且在一些实施例中在绝对底部之上0.5mm处，启用动力行程。“绝对底部”是指模具围绕板坯完全闭合的位置。
在诸如HFQ的热成形方法中，发明人已经发现，板坯可以在整个成形行程以相对较小的阻力成形。因此，与标准冷压制相比，所需的成形力非常低。事实上已经发现，与压力机的能力相比，用于构件初始深拉的成形力可忽略不计。这允许使用压力机压头的自由落体能量、例如在压力机快速接近模式期间完成成形的第一部分。
成形速度对于诸如
Figure BDA0001207486530000031
的工艺的深拉潜能是关键的，因为坯件拉入在热成形温度下是极其依赖速度的，且快速成形速度既增加材料拉入，又有助于成形过程的稳定。然而，在成形的最后阶段，大部分深拉已经完成，且剩余成形行程主要涉及形成构件细节，例如收紧弯曲半径和赋予板材正确轮廓。以前的逻辑是在整个行程中需要快速成形，因为已知更快的总速度导致更好的材料拉入和更好的总体材料厚度分布。
在金属合金未处于预时效硬化状态的情况下，该方法可包括保持固溶热处理温度直到完成固溶热处理。当对析出硬化或固溶硬化负责的所需量的合金元素进入溶液时，固溶热处理完成。例如当一种或多种合金元素的至少50％进入溶液时，可完成固溶热处理。或者，当一种或多种合金元素的至少60％、70％、75％、80％、90％、95％或基本上100％进入溶液时，固溶热处理可完成。
将金属合金板坯加热到其固溶热处理温度可以包括将板坯至少加热到其固溶温度。该方法可包括将坯料加热至其固溶温度以上但低于其溶质温度。在一个实施例中，坯件被加热到470℃至580℃之间。
金属合金可以包括铝合金。例如合金可以包括来自6xxx或7xxx合金族的铝。或者，合金可包括镁合金。
被加热的板坯可在从加热站移除后的10秒内被移送到压力机。在一个实施例中，在从加热状态移除的10秒内启动成形，以使板坯热损失最小化。压力机可包括一组未加热的或冷的模具。附加地或替代地，模具可以被冷却。
在一系列实施例中，第一速度为至少100mm/s。启动构件的成形可包括在高于350℃的温度使坯件成形。启动构件的成形可包括将压制模具闭合到第一位置。第一位置可包括将模具闭合至模具绝对底部位置的至少30mm内。或者，第一位置可以在距绝对底部位置25mm、20mm、15mm、10mm、8mm、6mm、5mm、4mm、3mm、2mm、1mm或0.5mm内。完成成形可包括闭合压制模具经过从第一位置到绝对底部位置的剩余距离。完成成形可包括使压制模具闭合经过比启动成形时更小的距离。
该过程可包括在以第一速度闭合模具和以第二速度闭合模具之间的暂停。暂停可以小于5秒，或者其可以小于4秒、3秒、2秒、1秒、0.75秒、0.5秒或0.25秒。
在冷却成形构件期间将成形构件保持在模具中可包括保持该成形构件直到淬火。例如，坯件可以淬冷至低于200℃。
以第一速度闭合模具可在模具绝对底部位置的0.5mm或更小范围内进行。
大多数液压压力机具有“快速下降”特征，用于朝向装入坯件快速下降顶部工具。该特征的设计目的是快速经过工具与坯料之间的开放空间，该开放空间是装入板坯和卸载压制构件所必需的。
当以“快速下降”模式使用时，可用于移动冲头和顶部工具的能量主要源于冲头和工具的组合质量的重力势。可通过限制进入柱塞缸的液压流体的流速来控制或限制下降速度。可通过增加进入缸体的液压油的最大返回速率、如通过增大相关管道和阀的直径来增大压力机的最高快速下降速度。这是相对便宜的修改。
在快速下降模式下可用的压力最小，因此并不知晓被用作使坯件成形的手段。相反，动力行程模式被启用，其中液压流体被泵送到柱塞缸中以提供成形力。该行程的速度通常小于50mm/s，这太慢以致不能使用热成形工艺如
Figure BDA0001207486530000041
来成功成形几乎最简单的浅拉伸构件。
在热成形中通过使用快速下降模式来使部分成形构件、随后是较慢的动力模式来完成成形会获得以下优点：
·增大的传统液压压力机的构件复杂性和拉深深度；和
·当工具闭合时(与动力快速行程相比)减弱的动态冲击。
附图说明
现在将通过示例并参考附图来描述本发明的实施例，其中：
图1是示出根据常规
Figure BDA0001207486530000051
工艺的操作曲线的简图；
图2是根据本发明的示出新的操作曲线的简图；和
图3是表示整个成形过程中金属构件的温度分布的曲线图。
具体实施方式
现在转向图1，示出了运转常规
Figure BDA0001207486530000052
工艺的液压压力机的冲头位移对时间的曲线图。
在阶段A中，液压压力机完全打开而模具分离，以能够将金属板坯装载入压力机中和从中卸除。一旦坯件被装载，就开始成形过程。在步骤B中，使用液压油缸的快速下降特征闭合模具，以便尽量减小板坯在被压制前从加热站出来的时间量。在快速下降模式B期间，模具被快速闭合，直到它们与金属板坯接触或者几乎与金属板坯接触。通常在快速下降模式中，模具在重力作用下落下，而不是由液压系统、气动系统或类似系统驱动。
一旦完成快速下降且模具与板坯接触或相邻，则启用液压系统且以快速冲压模式操作压力机。在该示例中，快速冲压模式以与快速下降模式大致相同的速度进行，并且保持快速冲压模式直到模具完全闭合且构件被成形。理想地，在构件成形开始之前启用快速冲压模式，以便对板坯提供顺畅连续的压制力。
此时，模具保持闭合D，并且构件在冷模具或冷却模具之间被淬火。一旦完成淬火步骤，可打开模具并根据需要移除构件用于进一步处理。
现在转到图2，示出了本发明的改进型材。初始阶段与现有技术相同，完全打开模具以装入金属板坯。装入预固溶热处理的坯件并启用快速下降模式。然而，与现有技术相反，一旦模具接触板坯或邻近板坯，并不解除快速下降模式。相反，快速下降模式被维持并被用于构件成形的初始阶段。由于固溶热处理的板坯的低电阻和改善的可延展性，快速下降模式的低功率足以开始成形并进行大部分的成形步骤。
一旦达到预定水平，则结束快速下降模式2，并启用液压系统以按照标准成形模式3操作压力机。在标准成形模式3期间，成形构件的精细细节和锋利边缘可以高水平质量形成。最终阶段与现有技术相同，其中将构件保持在闭合模具之间直到淬火。一旦完成淬火，可以打开模具且可以移除并例如通过时效进一步处理构件。通常，因动力行程启动中的任何延迟而在第一模式和第二模式之间存在暂停，但这对于本发明的功能并非至关重要。
对成形过程的这种改动可使用不具有快速冲压模式的压力机进行，因此，可使用现有设备进行该过程，而不需要昂贵的重新装配或全新的系统。尽管部分工艺以缓慢的成形速度进行，但可使用高速压力机仅按高标准形成复杂构件。
现在转到图3，示意性概述了该过程。首先，坯件被加热至其固溶热处理(SHT)温度11(例如对于AA6082为525℃)，然后如果需要完全固溶热处理(SHT)，则材料在该温度下保持所需时间(例如对于AA6082为30分钟)12。然后，固溶热处理的板坯被立即转移到压力机并放置在下模上13。这种转移应该足够快速以确保从铝坯到周围环境的最小热损失(如小于5秒)。
然后如上所述并参照图2进行成形阶段14。通过以至少100mm/s的第一速度闭合压制模具来开始构件成形。通过将模具闭合到在压力机的绝对底部位置的大约10mm内的第一位置，保持第一速度直到完成大部分成形。通过以大约50mm/s的速度以第二速度闭合压制模具、经过剩余距离到达绝对底部位置来完成成形。在开始成形和完成成形之间存在不到1秒的短暂停顿，这是由于需要启用为压头供能的机构。然后将压力机保持在关闭位置，并且成形构件在模具之间被淬火15，直到构件已经冷却到低于200℃。
一旦充分冷却，可移除构件并进行自然时效处理16。然后进行人工时效处理17以增加最终构件的强度(即对于AA6082在190℃下为9小时)。如果需要随后涂覆成形产品，则时效处理可以与烘烤过程结合。

Claims (17)

1.一种冲压铝合金或镁合金的金属板构件的方法，所述方法包括依序进行的以下步骤：
i)在加热站将金属铝合金板坯或镁合金板坯加热到其固溶温度以上但低于其固相线温度；
ii)将被加热的板坯移送至压力机；
iii)在高于350℃的初始温度下通过以第一速度闭合压制模具启动所述构件的成形，然后通过以第二速度闭合所述压制模具完成所述成形，所述第二速度比所述第一速度慢，并且所述第一速度为至少100mm/s；和
iv)通过在成形构件的淬火期间内将所述成形构件保持在所述模具中来淬火成形板合金构件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过以第一速度闭合压制模具启动所述构件的成形包括使用所述压力机的无动力行程。
3.根据前述权利要求1-2之一所述的方法，其中，通过以第二速度闭合所述压制模具来完成所述成形包括使用所述压力机的动力行程。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述动力行程包括液压动力行程或气压动力行程。
5.根据前述权利要求1-2之一所述的方法，其中，所述第二速度小于100mm/s。
6.根据前述权利要求1-2之一所述的方法，其中，所述第二速度是所述压力机的最大动力速度。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，所述动力行程在绝对底部以上10mm处被启用。
8.根据前述权利要求1-2之一所述的方法，其中，将所述坯加热至470℃至580℃之间。
9.根据前述权利要求1-2之一所述的方法，其中，所述被加热的板坯在从所述加热站移除的10秒内被移送至所述压力机。
10.根据前述权利要求1-2之一所述的方法，其中，在从所述加热站移除的10秒内启动成形。
11.根据前述权利要求1-2之一所述的方法，其中，所述压力机包括一组未加热的模具。
12.根据前述权利要求1-2之一所述的方法，其中，所述压力机包括一组被冷却的模具。
13.根据前述权利要求1-2之一所述的方法，其中，启动构件的成形包括将所述压制模具闭合到在所述模具绝对底部位置的30mm内的第一位置。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，完成所述成形包括闭合所述压制模具经过从所述第一位置到所述绝对底部位置的剩余距离。
15.根据前述权利要求1-2之一所述的方法，其中，所述方法包括在以第一速度闭合模具和以第二速度闭合模具之间的暂停。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述暂停小于5秒。
17.根据权利要求1-2之一所述的方法，其中，该坯被淬冷至低于200℃。
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