CN114526435A - 用于轻金属成形的前处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于轻金属成形的前处理方法，包括：提供一个轻金属板料；使一个润滑液升温至不小于100℃的一个预热温度，该润滑液包括一个基底油及一个润滑添加剂；及将该轻金属板料浸润于升温至该预热温度的润滑液中，使该轻金属板料升温至一个预定温度，该预定温度与该预热温度的差值为±10℃之内。本发明还提供一种关于用以实施前述前处理方法的装置。
Description
技术领域
本发明是关于一种轻金属的处理方法，尤其是一种用于轻金属成形的前处理方法。本发明还关于用以实施前述前处理方法的装置。
背景技术
为了降低燃油车的二氧化碳排放量及提升电动车的效能，近年来车体结构的轻量化为汽车产业的发展趋势。相比于钢材，采用铝合金等轻金属来制造汽车车身，不仅可以大幅减轻重量，更具有耐腐蚀及可循环回收的优势，因此各汽车大厂均推出部分或全部采用轻金属的汽车车身。
一般而言，在使轻金属板料成形为一个预定形状之前，会先进行如图1所示的现有用于轻金属成形的前处理方法，其包括一个材料提供步骤S91、一个润滑步骤S92及一个加热步骤S93。在该材料提供步骤S91中，提供欲成形为该预定形状的一个轻金属板料；在该润滑步骤S92中，通过喷涂或涂布等方式，使一个润滑液附着于该轻金属板料上；及在该加热步骤S93中，将表面附着有该润滑液的轻金属板料升温至一个预定温度，后续即能够通过冲压使升温至该预定温度的轻金属板料成形为具有该预定形状的一个轻金属工件。
然而，现有用于轻金属成形的前处理方法的润滑步骤S92多以自动喷涂设备进行，容易产生喷涂不均及润滑液浪费等问题，而该加热步骤S93则是以电热元件对该轻金属板料进行辐射加热，受限于该轻金属板料的辐射热吸收率不佳（如铝合金板料的辐射热吸收率仅为钢质板料的1/3～1/4），使该轻金属板料仅能够以较小的升温速率升温至该预定温度，不仅拉长该前处理方法的耗时，在后续成形为具有该预定形状的轻金属工件时，该轻金属工件的机械性质也会大幅下降。
有鉴于此，现有用于轻金属成形的前处理方法仍有加以改善的必要。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于轻金属成形的前处理方法，可以一次性地使一个轻金属板材附着一个润滑液，并将该轻金属板材升温至一个预定温度。
本发明的次一个目的是提供一种用于轻金属成形的前处理方法，可以提升经成形所形成的一个轻金属工件的机械性质。
本发明的又一个目的是提供一种用于轻金属成形的前处理装置，用以实施前述的前处理方法。
本发明全文所述方向性或其近似用语，例如“前”、“后”、“左”、“右”、“上（顶）”、“下（底）”、“内”、“外”、“侧面”等，主要是参考附图的方向，各方向性或其近似用语仅用以辅助说明及理解本发明的各实施例，非用以限制本发明。
本发明全文所记载的元件及构件使用“一”或“一个”的量词，仅是为了方便使用且提供本发明范围的通常意义；于本发明中应被解读为包括一个或至少一个，且单一的概念也包括多个的情况，除非其明显意指其他意思。
本发明全文所述“结合”、“组合”或“组装”等近似用语，主要包括连接后仍可不破坏构件地分离，或是连接后使构件不可分离等形态，本领域中技术人员可以依据需要相连的构件材质或组装需求予以选择。
本发明的用于轻金属成形的前处理方法，可以包括：提供一个轻金属板料；使一个润滑液升温至不小于100℃的一个预热温度，该润滑液包括一个基底油及一个润滑添加剂；及将一个轻金属板料浸润于升温至该预热温度的润滑液中，使该轻金属板料升温至一个预定温度，该预定温度与该预热温度的差值为±10℃之内。
由此，本发明的用于轻金属成形的前处理方法，通过使该轻金属板料浸润于已升温至该预热温度的润滑液中，不仅可以在使该轻金属板材附着有该润滑液的同时，使该轻金属板材升温至该预定温度，具有缩短时程的功效；并且，通过使该轻金属板料浸润于已升温至该预热温度的润滑液中，可以提升升温至该预定温度的升温速率，在后续成形为具有一个预定形状的一个轻金属工件时，该轻金属工件可以具有较佳的机械性质（如较大的抗拉强度）。
本发明的用于轻金属成形的前处理方法中，该润滑添加剂可以为固体润滑剂；如此，该固体润滑剂可以均匀分散于该基底油中，且不致受到该预热温度的高温而发生变质或热裂解。
本发明的用于轻金属成形的前处理方法中，该基底油可以为矿物油或动物油；如此使该基底油不致受到该预热温度的高温而润滑失效、发生氧化、变质或产生有害成分（例如具有毒性的醛类等）。
本发明的用于轻金属成形的前处理方法中，该预热温度可以介于100～300℃之间；如此，在将该轻金属板料自该润滑液中取出后，能够使该轻金属板料成形为具有该预定形状的轻金属工件。
本发明的用于轻金属成形的前处理方法中，该轻金属板料可以为由铝合金或镁合金所制成。
本发明的用于轻金属成形的前处理方法中，该轻金属板料的厚度可以为1～4 mm。
基于相同的技术概念下，本发明的用于轻金属成形的前处理装置，可以包括：一个本体，内部具有一个腔室，该本体具有一个开口连通该腔室及外部空间；一个加热槽，位于该腔室中，该加热槽具有一个容室用以容置及加热润滑液；一个板料输送组件，具有一个第一驱动件及多个第一牙，该多个第一牙呈水平间隔排列，各第一牙的一端结合该第一驱动件，该多个第一牙通过该开口水平进出该腔室；及一个板料升降组件，位于该本体的腔室中，该板料升降组件具有一个第二驱动件及多个第二牙，该多个第二牙呈水平间隔排列，各第二牙的一端结合该第二驱动件，该第二驱动件用以使该多个第二牙同步升降以使一个轻金属板料浸润于该润滑液中或离开该润滑液；其中，该轻金属板料从该多个第一牙的上方移转至该多个第二牙的上方时或从该多个第二牙的上方移转至该多个第一牙的上方时，该多个第一牙与该多个第二牙为交错排列。
由此，本发明的用于轻金属成形的前处理装置，可以用于实施如前所述的前处理方法，且通过单一个装置即可以在使该轻金属板材附着有该润滑液的同时，使该轻金属板材升温至该预定温度，毋须架设额外的喷涂装置，具有减少厂房的空间及降低设备的成本等功效。
本发明的用于轻金属成形的前处理装置，可以另外包括一个隔热件包覆该加热槽的一个外壁；如此，可以通过该隔热件防止热能的散失。
本发明的用于轻金属成形的前处理装置，可以另外包括一个隔热件包覆该本体的一个内壁或一个外壁；如此，可以通过该隔热件防止热能的散失。
本发明的用于轻金属成形的前处理装置中，该加热槽可以具有一个加热管蜿蜒地设于容室的底部；如此，使靠近该容室的底部的润滑液可以快速升温，并通过该润滑液与该轻金属板料的热接触作用，使该润滑液将热能传递给该轻金属板料，进而可以有效提升该轻金属板料的升温速率。
附图说明
图1：现有用于轻金属成形的前处理方法的流程图；
图2：本发明的一个实施例的用于轻金属成形的前处理方法的流程图；
图3：本发明的一个实施例的用于轻金属成形的前处理装置的立体分解图；
图4：图3的轻金属成形的前处理装置的使用状态示意图（一）；
图5：图3的轻金属成形的前处理装置的使用状态示意图（二）；
图6：图3的轻金属成形的前处理装置的使用状态示意图（三）；
图7：图3的轻金属成形的前处理装置的使用状态示意图（四）；
图8：图3的轻金属成形的前处理装置的使用状态示意图（五）；
图9：试验（A）中，各组轻金属板料的升温曲线图；
图10：试验（B）中，各组轻金属工件的抗拉强度柱状图。
附图标记说明
1:本体
11:封闭件
12:第一隔热件
2:加热槽
21:加热管
22:第二隔热件
3:板料输送组件
31:第一驱动件
32:第一牙
321:自由端
4:板料升降组件
41:第二驱动件
42:第二牙
421:自由端
C1:腔室
C2:容室
L:润滑液
O:开口
P:轻金属板料
S1:材料提供步骤
S2:润滑加热步骤
﹝现有﹞
S91:材料提供步骤
S92:润滑步骤
S93:加热步骤。
具体实施方式
为使本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特列举本发明的较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
本发明所述的“轻金属”是指常温下具备质轻、高强度、特殊功能性及地球蕴藏丰富合金元素等特性的金属材料，其比重约低于5 g/cm3，可以包括铝合金（比重约为2.7 g/cm3）、镁合金（比重约为1.8 g/cm3）及钛合金（比重约为4.5 g/cm3）等，此为本发明所属技术领域中技术人员可以理解，在此不加以赘述。基于本发明的预定温度下具有较佳的成形性考虑下，轻金属中又以铝合金及镁合金为佳。
请参照图2所示，本发明的一个实施例的用于轻金属成形的前处理方法，可以包括一个材料提供步骤S1及一个润滑加热步骤S2，借此可以获得附着有一个润滑液，且升温至一个预定温度的一个轻金属板料，该轻金属板料可以续成形为具有一个预定形状的一个轻金属工件。
在一个实施例中，该材料提供步骤S1中，该轻金属板料可以为由例如铝合金或镁合金所制成。举例而言，当该轻金属板料由铝合金所制成时，可以选择由2XXX系列、5XXX系列、6XXX系列或7XXX系列等运输产业广泛使用的高强度铝合金所制成；在该轻金属板料是由5XXX系列铝合金所制成时，该轻金属板料较佳可以经加工硬化；而在该轻金属板料是由2XXX系列铝合金、6XXX系列铝合金或7XXX系列铝合金所制成时，该轻金属板料较佳可以为经加工硬化或经热处理的析出强化型轻金属板料。另外地，该轻金属板料的厚度可以为目前运输产业板材冲压成形广泛使用的1～4 mm。在另一个实施例中，轻金属板料为镁合金所制成，适合的镁合金种类例如为AZ31或AZ91。
该润滑加热步骤S2中，可以提供该润滑液，该润滑液可以包括一个基底油（baseoil）及一个润滑添加剂。该基底油具有耐高温的特性，例如可以为矿物油或动物油等不会受到该预热温度的高温而润滑失效、发生氧化、变质或产生有害成分（例如具有毒性的醛类等）的基底油。另外地，该润滑添加剂也具有耐高温的特性，可以被均匀分散于该基底油中，且在预热温度下不会发生变质或热裂解。在一个实施例中，该润滑添加剂可以为在该预热温度下仍为固体的一个固体润滑剂（solid lubricant），举例而言，可以为石墨、氮化硼、二硫化钼或二硫化钨等固体润滑剂。
接着，工作人员可以使该润滑液升温至该预热温度，继续将该轻金属板料浸润于升温至该预热温度的润滑液中，使该轻金属板料受该润滑液的对流传导而升温至该预定温度。举例而言，该预热温度可以不小于100℃，例如可以介于100～300℃之间，且该预定温度与该预热温度的差值为±10℃之内。
接着，工作人员在自该润滑液中取出升温至该预定温度的轻金属板料之后，即能够以一个脱脂洗涤剂进行清洗后，使该轻金属板料成形为该轻金属工件。
为便于工作人员实施前述的前处理方法，请参照图3～4所示，本发明另外提供一种用于轻金属成形的前处理装置，其可以包括：一个本体1、一个加热槽2、一个板料输送组件3及一个板料升降组件4，该本体1的内部具有一个腔室C1，该加热槽2位于该本体1的内部，并通过该板料输送组件3及该板料升降组件4的动作，使该轻金属板料P输送进入该本体1的内部，并可以浸润于该润滑液L中。
该本体1的内部具有一个腔室C1，一个开口O连通该腔室C1及外部空间，该本体1可以具有一个封闭件11用于封闭该开口O，因而当该轻金属板料P输送进入该腔室C1时，工作人员即能够以该封闭件11封闭该开口O，以减少热能的散失。并且，该本体1还可以具有一个第一隔热件12包覆其内壁或外壁，可以提升减少热能的散失的效果。
该加热槽2位于该腔室C1中，该加热槽2可以具有一个容室C2用以容置该润滑液L，以将该润滑液L加热至该预定温度。于本实施例中，该加热槽2可以具有一个加热管21蜿蜒地设于容室C2的底部，进而使靠近该容室C2的底部的润滑液L可以快速升温，并通过该润滑液L与该轻金属板料P的热接触作用，使该润滑液L将热能传递给该轻金属板料P，进而可以有效提升该轻金属板料P的升温速率。此外，该加热槽2也可以包括一个第二隔热件22可以包覆其外壁，以减少热能的散失。于本实施例中，该前处理装置同时具有包覆该本体1的内壁的第一隔热件12及包覆该加热槽2的外壁的第二隔热件22。
该板料输送组件3可以具有一个第一驱动件31及多个第一牙32，该多个第一牙32可以为呈水平间隔排列的多个杆，各第一牙32的一端结合该第一驱动件，另一端形成一个自由端321，该多个第一牙32的自由端321可以朝向该本体1的开口O，且可以受该第一驱动件31的驱动而通过该开口O水平地进出该腔室C1。
该板料升降组件4位于该本体1的腔室C1中，该板料伸降组件4可以具有一个第二驱动件41及多个第二牙42，该多个第二牙42可以为呈水平间隔排列的多个杆，各第二牙42的一端结合该第二驱动件41，另一端形成一个自由端421，该多个第二牙42的自由端421可以朝向该本体1的开口O，且可以受该第二驱动件41的驱动而同步地升降以浸润于该润滑液L中或离开该润滑液L。
值得注意的是，当该多个第一牙32的自由端321位于该开口O外时，该多个第一牙32的自由端321及该多个第二牙42的自由端421相向，使该多个第一牙32的自由端321进入该腔室C1时，该多个第一牙32与该多个第二牙42可以为交错排列。
图4～8是该轻金属板料P自外部空间输送进行该腔室C1，直至完成加热及表面附着润滑剂的成形前处理后，并输送至外部空间的各步骤示意图。详而言之，请参照图4所示，本实施例的用于轻金属成形的前处理装置在使用时，工作人员可以先于该加热槽2的容室C2中装填该润滑液L，以该封闭件11封闭该开口O之后，通过该加热管21使该润滑液L升温至该预热温度。
接着，工作人员可以将该轻金属板料P置于该多个第一牙32的上方，使该多个第一牙32的自由端321朝向该开口O，接着如图5所示，开启该封闭件11，使该多个第一牙32的自由端321可以受该第一驱动件31的驱动而通过该开口O水平地进入该腔室C1，使该多个第一牙32形成的平面位于该多个第二牙42形成的平面的上方。
继续如图6所示，由于该多个第一牙32与该多个第二牙42为交错排列，工作人员接着可以通过该第一驱动件31驱使该多个第一牙32同步地下降，使该多个第一牙32形成的平面位于该多个第二牙42形成的平面的下方，此时原本置于该多个第一牙32的上方的轻金属板料P即可以离开该多个第一牙32，改置于该多个第二牙42的上方。工作人员即可以再以该第一驱动件31驱使该多个第一牙32的自由端321平行地自该开口O离开该腔室S1。
再如图7所示，在该多个第一牙32的自由端321离开该腔室S1之后，工作人员可以再次封闭该开口O，及通过该第二驱动件41的驱动，使该多个第二牙42同步地下降，使位于该多个第二牙42的上方的轻金属板料P可以浸润于已升温至该预热温度的润滑液L中，使该润滑液L得以附着于该轻金属板料P上，并同时通过该润滑液L的热对流作用而将热能传递给该轻金属板料P，使该轻金属板料P可以升温至该预定温度。
另外如图8所示，在该轻金属板料P升温至该预定温度之后，工作人员能够通过该第二驱动件41使该多个第二牙42同步地上升而离开该润滑液L，并开启该封闭件11，使该多个第一牙32的自由端321通过该开口O伸入该腔室C1，此时可以如图8所示，使该多个第一牙32所形成的平面低于该多个第二牙42所形成的平面，续使该多个第一牙32同步地上升，以使原本置于该多个第二牙42的上方的轻金属板料B，改置于该多个第一牙32的上方，接着再使该多个第一牙32的自由端321平行地自该开口O离开该腔室S1，即可以完成该前处理方法。
此外，于另一个实施例中，可以先使该多个第二牙42浸润于该润滑液L中，接着在该多个第一牙32的自由端321通过该开口O进入该腔室C1中之后，使该多个第一牙32同步地下降，以使置于该多个第一牙32的上方的轻金属板料P浸润于已升温至该预热温度的润滑液L中，并于该润滑液L中，使该多个第一牙32形成的平面位于该多个第二牙42形成的平面的下方，原本置于该多个第一牙32的上方的轻金属板料P可以改置于该多个第二牙42的上方；待该轻金属板料P升温至该预定温度之后，该多个第二牙42可以同步地下降，以使升温至该预定温度的轻金属板料P再改置回该多个第一牙32的上方，最终再通过该开口O离开该腔室S1，以完成该前处理方法（图未示），如此可以使该轻金属板料P的所有表面均附着有该润滑油L。
而在该轻金属板料B离开该腔室S1之后，工作人员也能够以该脱脂洗涤剂清洗该轻金属板料B，再使该轻金属板料成形为该轻金属工件。
此外，为证实本发明的用于轻金属成形的前处理方法确实有助于提升轻金属板料升温至该预定温度的升温速率，且后续成形的轻金属工件可以具有较佳的机械性质，遂进行以下试验：
（A）升温速率的提升
本试验是取由7075-T6铝合金所制成的轻金属板料（厚度为2 mm）进行试验，以升温至190℃的润滑液（包括矿物油及石墨）使该轻金属板料同样升温至190℃，测定该轻金属板料的升温速率（第A1组）。
本试验另以相同的轻金属板料进行试验，先对该轻金属板料表面喷涂该润滑液之后，继续对该轻金属板料进行辐射加热，以使该轻金属板料升温至190℃，测定该轻金属板料的升温速率（第A2组）。
请参照图9所示，第A1组的轻金属板料在200秒内即已升温至190℃，第A2组的轻金属板料至2000秒时仍未升温至190℃，显示相比于现有用于轻金属成形的前处理方法，本发明的用于轻金属成形的前处理方法确实有助于提升轻金属板料升温至该预定温度的升温速率。
（B）机械性质的提升
接着，使第A1、A2组的轻金属板料分别成形为第B1、B2组的轻金属工件后，测定第B1、B2组的轻金属工件的抗拉强度。本试验另以未经处理的轻金属板料直接成形所得的轻金属工件作为第B0组的轻金属工件。
请参照图10所示，未经处理的轻金属板料所成形的第B0组轻金属工件的抗拉强度约为570 MPa，经本发明的用于轻金属成形的前处理方法进行前处理的第B1组轻金属工件的抗拉强度约为550 MPa，略低于第B0组的轻金属工件，而以现有用于轻金属成形的前处理方法进行前处理的第B2组轻金属工件的抗拉强度约为440 MPa，已明显低于第B0组的轻金属工件，显示相较于现有用于轻金属成形的前处理方法，本发明的用于轻金属成形的前处理方法确实有助于提升所成形的轻金属工件的机械性质（维持在未经该前处理的轻金属板料的强度的85%以上）。
综上所述，本发明的用于轻金属成形的前处理方法，通过使该轻金属板料浸润于已升温至该预热温度的润滑液中，不仅可以在使该轻金属板材附着有该润滑液的同时，使该轻金属板材升温至该预定温度，具有缩短时程的功效；并且，通过使该轻金属板料浸润于已升温至该预热温度的润滑液中，可以提升升温至该预定温度的升温速率，在后续成形为具有一个预定形状的一个轻金属工件时，该轻金属工件可以具有较佳的机械性质（如较大的抗拉强度）。
同时，本发明的用于轻金属成形的前处理装置，可以用于实施如前所述的前处理方法，且通过单一个装置即可以在使该轻金属板材附着有该润滑液的同时，使该轻金属板材升温至该预定温度，毋须架设额外的喷涂装置，具有减少厂房的空间及降低设备的成本等功效。
虽然本发明已利用上述较佳实施例进行说明，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，相对上述实施例进行各种更动与修改仍属本发明所保护的技术范畴，因此本发明的保护范围当视权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种用于轻金属成形的前处理方法，其特征在于，包括：
提供一个轻金属板料；
使一个润滑液升温至不小于100℃的一个预热温度，该润滑液包括一个基底油及一个润滑添加剂；及
将该轻金属板料浸润于升温至该预热温度的润滑液中，使该轻金属板料升温至一个预定温度，该预定温度与该预热温度的差值为±10℃之内。
2.如权利要求1所述的用于轻金属成形的前处理方法，其特征在于，该润滑添加剂为固体润滑剂。
3.如权利要求1所述的用于轻金属成形的前处理方法，其特征在于，该基底油为矿物油或动物油。
4.如权利要求1所述的用于轻金属成形的前处理方法，其特征在于，该预热温度介于100～300℃之间。
5.如权利要求1所述的用于轻金属成形的前处理方法，其特征在于，该轻金属板料为由铝合金或镁合金所制成。
6.如权利要求5所述的用于轻金属成形的前处理方法，其特征在于，该轻金属板料的厚度为1～4 mm。
7.一种用于轻金属成形的前处理装置，其特征在于，包括：
一个本体，内部具有一个腔室，该本体具有一个开口连通该腔室及外部空间；
一个加热槽，位于该腔室中，该加热槽具有一个容室用以容置及加热润滑液；
一个板料输送组件，具有一个第一驱动件及多个第一牙，该多个第一牙呈水平间隔排列，各第一牙的一端结合该第一驱动件，该多个第一牙通过该开口进出该腔室；及
一个板料升降组件，位于该本体的腔室中，该板料升降组件具有一个第二驱动件及多个第二牙，该多个第二牙呈水平间隔排列，各第二牙的一端结合该第二驱动件，该第二驱动件用以使该多个第二牙同步升降以使一个轻金属板料浸润于该润滑液中或离开该润滑液；
其中，该轻金属板料从该多个第一牙的上方移转至该多个第二牙的上方时或从该多个第二牙的上方移转至该多个第一牙的上方时，该多个第一牙与该多个第二牙为交错排列。
8.如权利要求7所述的用于轻金属成形的前处理装置，其特征在于，还包括一个隔热件包覆该加热槽的一个外壁。
9.如权利要求7所述的用于轻金属成形的前处理装置，其特征在于，还包括一个隔热件包覆该本体的一个内壁或一个外壁。
10.如权利要求7所述的用于轻金属成形的前处理装置，其特征在于，该加热槽具有一个加热管蜿蜒地设于容室的底部。
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