CN109865768A

CN109865768A - 用于成型铝板的装置和方法

Info

Publication number: CN109865768A
Application number: CN201811398949.6A
Authority: CN
Inventors: 郑然日
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2019-06-11
Anticipated expiration: 2038-11-22
Also published as: KR102383460B1; KR20190066234A; CN109865768B; US11504757B2; EP3495062B1; US20190168277A1; EP3495062A1

Abstract

本发明涉及用于成型铝板的装置和方法。该装置包括上模具，该上模具具有与待成型的产品形状的顶部形状对应的底面，并且借助压力机下降以压制铝板。该装置还包括：下模具，该下模具具有与产品形状的底部形状对应的上表面；和电极单元，该电极单元插入下模具中并暴露于下模具的上表面，以将电流施加到产品形状的弯曲部分。

Description

用于成型铝板的装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年12月5提交的第10-2017-0165764号韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种通过压制过程成型铝板的装置和方法，更具体地，涉及一种在施加电流的同时成型铝板的装置和方法。

背景技术

在室温下使用铝板加工部件的压制过程包括将模具安装在压力机上并沿竖直方向以预定形状压制模具，修剪掉最终产品不需要的部分，冲穿加工孔等，翻边以形成其他形状等。这些过程统称为冲压过程。通常，通过诸如成型、切割、孔加工和弯曲的平均四个过程生产成平面板。成型过程是基于产品设计数据对钢板进行塑性加工并确定最终产品质量的过程。

如图1中所示，在相关技术的冲压工艺中，具有底部形状的下模具4安装在下垫板5上，并且具有产品顶部形状的上模具3安装在作为设置在下模具4上方的上压制体的滑动件2上，并且因此，在将钢板插入下模具4时，产品形成为与钢板紧密接触以压制钢板。

参照如图2A至图2D中所示的相关技术中的过程，当在成型过程中使用常规模具时，具有产品底部形状的下模具4安装在下垫板5上，并且坯料保持件8通过下模具4外部的缓冲销9安装在下垫板5上。此外，如图2A所示，具有产品顶部形状的上模具3安装在作为设置在下模具4上方的上压制体的滑动件1上。结果，当插入下模具4的坯料11悬挂(例如，支承)在坯料保持件8上时，从顶部压制坯料11并成型为产品形状。换句话说，如图2B所示，首先，当坯料11插入上模具3和下模具4之间而下模具4和坯料保持件8上升时，上模具3下降，结果，坯料11的外周由上面平面6和坯料保持件面平面7保持。

在这种状态下，如图2C所示，上模具3和坯料保持件8一起下降，并且分别保持在上模具3和坯料保持件8的各面平面6和7上的坯料11在逐渐流入成型部分的同时成型，当上模具3与下模具4邻接时，完成产品成型。如图2D所示，当上模具3上升时，完成成型的坯料11由坯料保持件8提升，并通过取出悬挂器12从压制设备传输。然后，传输的材料经过修剪、冲孔、翻边等过程，之后通过焊接置于其他部件和待组装的组装夹具上，并制成成品。

如图3所示，铝板与钢板相比在相同的强度下具有更低的伸长率。换句话说，铝片(5000系列)相当于同一强度钢片伸长率的约1/2。为了克服铝板的低成型性，还采用温热成型过程，其中，如图4所示，除了上述压制过程之外，在将材料加热到特定温度的同时进行成型。

在铝板加热到350-400℃(成型性增强的温度)时成型铝板的过程中，当通过在密封状态下通过高温气体将环境温度保持为350-400℃，将铝板的温度升高到目标温度时，进行冲压过程，如图5A和图5B所示。此后的工艺与室温状态下的冲压工艺相同。

铝板由于诸如重量轻的优点而被广泛用作汽车等的组成材料，但是由于如上所述与具有相同强度的钢板相比其伸长率(例如，冲压成型性)较低，因此在使用室温压制加工的成型过程中出现裂缝，导致难以成型。因此，产品形状显著改变或将上述温热成型用于成型铝板。在温热成型中，由于整个铝板被高温气体均匀加热并且在此后进行成型，所以加工速度慢，结果，成本显著增加并且效率降低。

本节中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能包含不构成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供一种用于成型铝板的装置和方法，其能够进行温热成型，从而提高加工速度并降低成本。

根据本发明的示例性实施例，一种用于成型铝板的装置可以包括：上模具，其具有与待成型的产品形状的顶部形状对应的底面，并且该上模具配置为借助压力机下降以压制铝板；下模具，其具有与产品形状的底部形状对应的上表面；以及电极单元，其插入下模具中并暴露于下模具的上表面，以将电流施加到产品形状的弯曲部分。

具体地，电极单元可以包括正(+)电极和负(-)电极，并且负(-)电极可以在与产品形状的弯曲表面对应的部分处暴露于下模具的上表面。此外，负(-)电极可以包括第一负(-)电极和第二负(-)电极，并且第一负(-)电极和第二负(-)电极中的每一个可以布置为与一个正(+)电极电连接。正(+)电极和负(-)电极可以由绝缘体包围并插入下模具中。此外，可以设置有多个正(+)电极，并且多个正(+)电极之间的距离可以大于各正(+)电极和设置为与各正(+)电极对应的负(-)电极之间的距离。

同时，当弯曲表面的长度为x时，第一负(-)电极可以在第一位置处暴露于下模具的上表面，该第一位置对应于距弯曲表面上端约0.26x至0.4x的位置。此外，当弯曲表面的长度为x时，第二负(-)电极可以在第二位置处暴露于下模具的上表面，该第二位置对应于距弯曲表面上端约0.66x至0.83x的位置。

根据本发明的另一方面，一种用于成型铝板的方法可以包括：将铝板置于下模具上，该下模具具有与待成型的产品形状的底部形状对应的上表面；降低具有与产品形状的顶部形状对应的下表面的上模具，并且压制置于下模具上的铝板；在压制铝板期间的第一时间，通过插入下模具中并在与产品形状的弯曲表面对应的部分处暴露于下模具的上表面的电极施加一次电流；以及在压制铝板期间的第二时间，通过该电极施加二次电流。

电极可以包括正(+)电极和负(-)电极，并且负(-)电极可以包括第一负(-)电极和第二负(-)电极以对应于正(+)电极。此外，在施加一次电流时，可以通过将正(+)电极和第一负(-)电极电连接来施加一次电流，并且在施加二次电流时，可以通过将正(+)电极和第二负(-)电极电连接来施加二次电流。此外，在施加一次电流时，当铝板的压制进度相对于产品成型完成为约26％至40％时，可以施加一次电流。进一步地，在施加一次电流时，可以在上模具下降后约2至3秒后施加一次电流。具体地，可以施加约120至140A/mm²的电流达约0.5至0.9秒。

此外，在施加二次电流时，当铝板的压制进度相对于产品成型完成为约66％至83％时，可以施加二次电流。此外，在施加二次电流时，可以在上模具下降后约4至5秒后施加二次电流。具体地，可以施加约120至140A/mm²的电流达约0.5至0.9秒。

附图说明

提供各附图的简要描述以更充分地理解在本发明的详细描述中使用的附图。

图1示出相关技术中用于成型的一般冲压设备；

图2A至图2D示出相关技术中的由一般冲压设备进行的过程；

图3示出相关技术中的将铝板的伸长率与钢板的伸长率进行比较；

图4示出相关技术中的在铝板温热成型的情况下温度与时间的关系；

图5A和图5B示出相关技术中的铝板的温热成型过程；

图6示意性地示出根据本发明的示例性实施例的用于验证铝板的成型方法的测试装置；

图7示出根据本发明的示例性实施例的取决于通电电流的伸长率变化的测试结果；

图8示出根据本发明的示例性实施例的取决于通电电流的组织变化的测试结果；

图9是用于描述根据本发明的示例性实施例的组织变化和伸长率之间的关系的示图；

图10示意性地示出根据本发明的示例性实施例的用于成型铝板的装置；

图11示出根据本发明的示例性实施例的图10的下模具的一部分；

图12A至图12D顺序地示出根据本发明的示例性实施例的用于成型铝板的方法；以及

图13是描述根据本发明的示例性实施例的在成型期间的电流施加持续时间的示图。

具体实施方式

为了理解本发明，应当参考本发明的操作优点、通过本发明的示例性实施例实现的目的、示出本发明的示例性实施例的附图以及在附图中公开的内容。在本发明的实施例中，应该理解的是，本发明不限于前述描述和附图的详细内容。

本文所使用的术语仅用于说明特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在同样包括复数形式，除非上下文另外明确指明。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，词语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。如本文所使用的，词语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。

除非特别说明或从上下文明显可见，如本文所使用的，词语“约”应理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。“约”可理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非从上下文另外明确，否则本文提供的所有数值均由词语“约”修饰。

根据本发明的示例性实施例的用于成型铝板的方法可以应用如下原理：在铝板变形以进行成型过程时，通过在短时间内施加电流来使伸长率恢复到原始材料水平而不改变部件形状。

该原理通过图6所示的测试装置由实验证实。如图6所示，通过功率转换器和脉冲转换器将电流施加到板上，使用光学伸长率测量仪测量伸长率，并且通过热成像相机拍摄材料的织构。通过绝缘体防止电流在电极和模具之间流动。测试材料是5000系列铝板，并且在伸长率为28％时施加电流。相对于所施加的电流的伸长率的结果总结在图7和下面的表1中。

表1

针对相应传导电流的温度分别对应于200℃、280℃和360℃，并且结果表明，与不传导情况相比，伸长率最多增加34％。如图8所示，传导后的组织分析结果表明电位密度降低。当施加电流时，由于测试样品的温度升高，所以电位密度可能降低。

可以在电子背散射衍射(EBSD)中通过图案质量来评估电位密度。具体地，随着图案质量变低，电位密度升高，并且随着图案质量变高，电位密度降低。换句话说，如图8所示，尽管图案质量可能不会提高到原始材料水平，但是与不传导情况相比图案质量可以提高。结果，电位密度可以降低，并因此可以提高伸长率。

同时，尽管电位密度没有恢复到原始材料水平，但伸长率可以基本上恢复，这表明除了电位密度之外可能还存在提高伸长率的附加因素。因此，如图8所示，可以看出伸长率由于织构的改变而提高。换句话说，当施加电流时，旋转黄铜(rotated brass，RT Brass)织构可以生长，并且由于旋转黄铜织构的生长，伸长率可以提高。旋转黄铜织构可以由于晶粒尺寸增加而硬度没有降低的异常晶粒的出现而生长。

通过图9中示出的滑移系统(slip system)描述旋转黄铜织构和伸长率之间的关系。表示用于产生恒定应变的滑移系统移动的程度的数值泰勒因子(M)可以由下面的等式1表示，其中dγ^(k)是在给定晶粒的滑移平面上的剪切增量，dε_ij是外部施加的塑性应变增量。

等式一

在图9中，M1<M2，当发生变形时，由于泰勒因子较小，所以滑移系统(电位)移动较小。作为参考，针对RT黄铜、黄铜和铜的泰勒因子分别为3.03、3.57和3.43。因此，当RT黄铜织构生长时，用于产生预定变形的滑移系统的移动最小，并且因此，电位密度的增加最小，从而提高伸长率。

图8的织构拍摄图像右侧的条型索引表示粒子的尺寸从底部到顶部越来越大，并且图像由索引分割并示出。如图8所示，在不传导的情况下，分数(fraction)约为10％，但在传导的情况下，分数约为20％至40％，结果，电位密度降低，这表明可以施加电流以将伸长率恢复到原始材料状态。

基于上述测试结果，可以在金属模具中设置电极以施加电流，并且当铝板通过成型金属模具变形到特定水平时，铝板可以通过产品形状而大致变形并且电流可以施加于可能发生裂缝的部分以恢复伸长率，并且可以再次进行成型以加工部件而不改变产品形状和裂缝。

因此，铝板的成型装置可以具有图10中所示的配置。此外，图11示出图10的下模具的一部分。图12A至图12D顺序地示出根据本发明示例性实施例的用于成型铝板的方法，并且图13是描述在成型过程期间电流施加持续时间的示图。在下文中，将参照图10至图13描述根据本发明的示例性实施例的用于成型铝板的装置和方法。

根据本发明的示例性实施例的用于成型铝板的装置可以包括上模具10、下模具20、坯料保持件30、电流供应单元和电极单元。上模具10和下模具20可以包括作为导体的工具钢。上模具10可以具有与待成型的产品形状的顶部形状对应的底部形状，并且可以通过压力机降低以压制并成型铝板40。下模具20可以包括与待成型的产品形状的底部形状对应的顶部形状，并且可以与垫板联接并由垫板支承。可以通过使用下模具20外部的缓冲销将坯料保持件30安装在垫板上。

电流供应单元可以包括功率转换器50和脉冲转换器60。交流(AC)类型电流可以通过功率转换器50改变为直流(DC)类型并且再次通过脉冲转换器60转换成脉冲类型，使得电流流经电极部件。电极部件可以包括正(+)电极61和负(-)电极62，并且它们插入下模具20中以使得电流通过导体在两者电极之间流动。此外，电极63可以利用围绕电极63的绝缘体64插入下模具20中，以防止电流流到下模具20中，并且因此，电极63可以与下模具20电隔离。

从电流供应单元引出的电极61和62可以插入下模具20中，并且用电极61和62的端部插入以暴露于下模具20的上表面。因此，可以防止流经电极61和62的电流流入下模具20中，而且可以在与要变形的置于下模具20的上表面上的铝板40接触时将电流引导至铝板40上以在其上流动。

参照图10和图11，正(+)电极61可以插入下模具20中并作为两个电极暴露于下模具20的上表面。在示例的情况下，由于产品的弯曲表面可以存在于两侧，所以正(+)电极61可以设置为两个电极。此外，负(-)电极62可以包括用于各正(+)电极的第一负(-)电极62-1和第二负(-)电极62-2，并且暴露于下模具20的上表面以选择性地将电流施加到负(-)电极。具体地，负(-)电极62可以暴露下模具20的上表面的作为用于成型铝板40的成型表面的弯曲表面上，以使电流在正(+)电极和负(-)电极之间流动，从而局部地将电流施加到铝板40上。

在图12A至12D中顺序示出通过具有上述配置的铝板的成型装置成型铝板的方法。首先，铝板40可以置于坯料保持件30上，然后，上模具10可以下降以通过下模具20进行成型，并且可以与坯料保持件30一起夹持铝板40的外周。可以通过缓冲销沿上模具10的与上模具10的压力方向相同的方向推动坯料保持件30。在产品成型期间操作模具时，可以固定下模具20，并且由压力机械的液压操作的上模具10可以下降，并且下模具20可以通过坯料保持件30的移动成型铝板40，该坯料保持件在下降的同时保持与上模具10的紧密接触(例如，相邻接触)，以夹持铝板40。

图12A示出通过第一负(-)电极施加一次电流的步骤，并且图12B示出通过第二负(-)电极施加二次电流的步骤。在图12C中，当成型完成时，可以通过将模具置于原始位置来取出铝板，如图12D所示，然后进行与制造最终产品的一般压制工艺相同的修剪、冲孔、翻边等步骤。

在施加一次电流时，当铝板40的成型相对于最终产品完成约26％至40％时，可以向正(+)电极61和形成图13中用弯曲表面上的粗线标记的部分时大致变形的弯曲表面的上端部处的第一负(-)电极62-1施加约120至140A/mm²的电流达约0.5至0.9秒，以将铝板的伸长率恢复到在成型铝板之前的原始材料水平。

如图13所示，对于完成成型的最终产品，基于压力机冲程和真正成型的产品，最终产品在压力机冲程方面的成型深度可以约为300mm，时间可以约为7.5秒，并且基于真正的压制冲程，成型深度可以约为150mm，并且时间可以约为6秒。此外，成型完成约26％至40％的时间可以对应于上模具基于8SPM压力机开始下降时起约2至3秒。

由于在施加电流时铝板的电导率大于由铁制成的上模具和下模具的电导率，所以大部分电流可以流到铝板上并且可以通过如上所述的绝缘体64防止电流流到压制设备上。此外，由于两个正(+)电极61之间的距离大于正(+)电极61和负(-)电极62之间的距离，所以很少或没有电流可以在产品的上表面上流动。

随后，在施加二次电流时，当铝板40的成型相对于最终产品完成约66％至83％时，可以向正(+)电极61和形成图13中用弯曲表面上的粗线标记的部分时大致变形的弯曲表面上的中间区域处的第二负(-)电极62-2施加约120至130A/mm²的电流，以将铝板的伸长率恢复到成型铝板之前的原始材料水平。成型完成约66％到83％的时间可以对应于上模具基于8SPM压力机开始下降时起约4到5秒。

具体地，由于当施加二次电流时更可能发生变形的部分比施加初次电流时更大，所以可以将电流施加到铝板40的整个弯曲表面。此外，可以汲取施加于第一负(-)电极62-1的电流，从而促进电流的流动。

总之，如图13所示，在大多数机械压力机中，由于在8SPM的基础上成型产品可能花费约6秒，所以为了通过对铝施加两次电流以恢复伸长率，考虑到电流施加到所成型的产品上并且施加电流的时间小于1秒，因此，可以在约2到3秒后施加一次电流，并且在施加一次电流之后进行成型时，可以在约4到5秒后施加二次电流。

此外，由于电极可以设置在可能在成型过程中进行成型的位置，如图11所示，并且可以设置为对应于施加电流时材料变形的位置，因此第一负(-)电极62-1可以基于最终产品的弯曲表面的长度x设置在约0.26x至0.4x的位置处，并且第二负(-)电极62-2可以基于最终产品的弯曲表面的长度x设置在约0.66x至0.83x的位置处。

为了更换相同强度(伸长率63.6％)的钢板，5000系列铝板可以在约120-140A/mm²且在约0.5至0.9秒的范围内通电，以恢复63.6％的伸长率。为了克服由于铝板的伸长率低而导致的产品成型的限制，在相关技术中使用温热成型方法，其中产品形状基于室温成型而改变，或者在高温(350至400℃)条件下进行成型，此时伸长率增加，并且不改变产品形状，然而，温热成型方法的缺点在于，由于在模具中使用高温气体均匀加热整个铝板的过程而导致产品加工速度较慢，结果，成本显著增加。

相反，在根据本发明的示例性实施例的用于成型铝板的装置和方法中，可以通过在成型期间施加短时间的电流来恢复铝板的伸长率，以增强可加工性并且防止成本增加。此外，由于可以根据板的成型阶段局部并且顺序地施加电流，所以在可加工性和成本方面更有利。此外，由于设置有施加局部电流所需的最小电极布置，所以可以将流向模具的电流最小化。同时，可以将对模具的电极进行绝缘的绝缘体最小化。

上述示例性实施例仅是示例，以使得本发明所属领域的普通技术人员(下文中，称为本领域技术人员)容易地实施本发明。因此，本发明不限于上述示例性实施例和附图，并且因此，本发明的范围不限于上述示例性实施例。因此，对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行替换、修改和变化，并且上述替换、修改和变化也可以属于本发明的范围。

Claims

1.一种用于成型铝板的装置，包括：

上模具，具有与待成型的产品形状的顶部形状对应的底面，其中，所述上模具配置为借助压力机下降以压制所述铝板；

下模具，具有与所述产品形状的底部形状对应的上表面；以及

电极单元，插入所述下模具中并暴露于所述下模具的上表面，以将电流施加到所述产品形状的弯曲部分。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述电极单元包括正电极和负电极，并且所述负电极在与所述产品形状的弯曲表面对应的部分处暴露于所述下模具的上表面。

3.如权利要求2所述的装置，其中，所述负电极包括第一负电极和第二负电极，并且所述第一负电极和所述第二负电极中的每一个布置为与一个正电极电连接。

4.如权利要求3所述的装置，其中，所述正电极和所述负电极由绝缘体包围并插入所述下模具中。

5.如权利要求3所述的装置，其中，设置有多个正电极，并且所述多个正电极之间的距离大于每个正电极和设置为与每个正电极对应的负电极之间的距离。

6.如权利要求3所述的装置，其中，当所述弯曲表面的长度为x时，所述第一负电极在第一位置处暴露于所述下模具的上表面，所述第一位置对应于距所述弯曲表面的上端0.26x至0.4x的位置。

7.如权利要求6所述的装置，其中，所述第二负电极在第二位置处暴露于所述下模具的上表面，所述第二位置对应于距所述弯曲表面的上端0.66x至0.83x的位置。

8.一种用于成型铝板的方法，包括以下步骤：

将铝板置于下模具上，所述下模具具有与待成型的产品形状的底部形状对应的上表面；

降低具有与所述产品形状的顶部形状对应的下表面的上模具，并且压制置于所述下模具上的铝板；

在压制所述铝板期间的第一时间，通过插入所述下模具中并在与所述产品形状的弯曲表面对应的部分处暴露于所述下模具的上表面的电极施加一次电流；以及

在压制所述铝板期间的第二时间，通过所述电极施加二次电流。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述电极包括正电极和负电极，并且所述负电极还包括第一负电极和第二负电极以对应于所述正电极，在施加所述一次电流时，通过将所述正电极和所述第一负电极电连接来施加所述一次电流，并且在施加所述二次电流时，通过将所述正电极和所述第二负电极电连接来施加所述二次电流。

10.如权利要求9所述的方法，其中，在施加所述一次电流时，当所述铝板的压制进度相对于产品成型完成为26％至40％时，施加所述一次电流。

11.如权利要求10所述的方法，其中，在施加所述一次电流时，施加120A/mm²至140A/mm²的电流达0.5秒至0.9秒。

12.如权利要求9所述的方法，其中，在施加所述一次电流时，在所述上模具下降时起2秒至3秒后施加所述一次电流。

13.如权利要求12所述的方法，其中，在施加所述一次电流时，施加120A/mm²至140A/mm²的电流达0.5秒至0.9秒。

14.如权利要求9所述的方法，其中，在施加所述二次电流时，当所述铝板的压制进度相对于产品成型完成为66％至83％时，施加所述二次电流。

15.如权利要求14所述的方法，其中，在施加所述二次电流时，施加120A/mm²至140A/mm²的电流达0.5秒至0.9秒。

16.如权利要求9所述的方法，其中，在施加所述二次电流时，在所述上模具下降时起4秒至5秒后施加所述二次电流。

17.如权利要求16所述的方法，其中，在施加所述二次电流时，施加120A/mm²至140A/mm²的电流达0.5秒至0.9秒。

18.如权利要求9所述的方法，其中，当所述弯曲表面的长度为x时，所述第一负电极在第一位置处暴露于所述下模具的上表面，所述第一位置对应于距所述弯曲表面的上端0.26x至0.4x的位置。

19.如权利要求18所述的方法，其中，所述第二负电极在第二位置处暴露于所述下模具的上表面，所述第二位置对应于距所述弯曲表面的上端0.66x至0.83x的位置。