CZ2005583A3

CZ2005583A3 - Způsob lisování dílů ze slitiny Al-Mg za snížených teplot

Info

Publication number: CZ2005583A3
Application number: CZ2005583A
Authority: CZ
Inventors: Pierre Litalien; Alain Legendre; Dominique Daniel; Guy-Michel Raynaud
Original assignee: Pechiney Rhenalu
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2005-12-14
Also published as: CN1753740A; US8486206B2; BRPI0407807A; AU2004216425A1; ES2295824T3; DE602004009545T2; PL377565A1; JP4829774B2; KR101084409B1; CN100354056C; EP1601478A1; FR2851579A1; NO20053989L; NO343790B1; AR043213A1; FR2851579B1; CA2516636A1; DE602004009545D1; US20060130941A1; JP2006519105A

Description

Způsob lisováni dílů ze slitiny Al-Mg za snížených teplot

Oblast techniky

Vynález se týká výroby výrazně tvarovaných dílů ze slitiny hliníku, zejména ze slitiny typu Al-Mg (série 5000 podle normy EN 573-3), určených zejména pro automobilové konstrukce, způsobem lisování za snížených teplot, tj . při teplotě mezi 150 a 350 °C.

Dosavadní stav techniky

Je známo, že od teploty 150 °C výše roste tažnost slitin hliníku při zlomu, přičemž tento jev je tím výraznější, čím pomalejší je rychlost deformace. Na rozdíl od superplastického tváření, k němuž dochází při teplotách vyšších než 450 °C a k němuž jsou zapotřebí slitiny se zvláštní mikrostrukturou s velmi jemnými zrny, umožňuje tváření za snížených teplot, při teplotě mezi 150 a 350 °C, zvýšit tažnost běžných slitin, zejména těch ze série 5000.

První pokusy o lisování slitin hliníku za snížených teplot v automobilovém průmyslu byly provedeny ve Spojených státech v 70. letech 20. století. Jejich cílem bylo nahradit ocel hliníkem, aniž by bylo nutné upravit nástroje. Patent US 4090889 firmy Chrysler, podaný v roce 1976, popisuje způsob ' lisování dílů pro automobily z různých typů slitin ·· ·· • · · ·

včetně slitiny 5252-H25 při teplotě mezi 100 a' 315 °C. Zahřívání výstřižků, pokrytých mazivem na bázi grafitu, je s výhodou prováděno infračerveným zářením. Od té doby nedošlo k žádnému průmyslovému využití, pravděpodobně z důvodů nedokonalého zacházení s teplem při tomto způsobu a kvůli tomu, že bylo obtížné dosáhnout takového tempa výroby, které by se blížilo tempu výroby při běžném lisování za studená.

Cílem předkládaného vynálezu je překonat tyto nevýhody a umožnit lisování dílů pro automobily ze slitiny hliníku, zejména ze slitiny Al-Mg, za snížených teplot, jehož produktivita bude odpovídat požadavkům automobilového průmyslu, ať již proto, aby bylo možné vytvořit díly, které nelze vyrobit za studená, nebo aby se usnadnila výroba, zejména snížením počtu jednotlivých operací lisování, nebo aby bylo možné použít levnější slitiny, které však za studená nejsou příliš dobře tvářitelné.

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je způsob výroby lisovaných dílů ze slitiny hliníku obsahující následující kroky:

výrobu pásu o tloušťce mezi 0,5 a 5 mm ze slitiny o složení (v hmotnostních %) : Mg: 1-6; Mn < 1,2; Cu < 1; Zn < 1; Si < 3; Fe < 2; Cr < 0,4; Zr < 0,3; další prvky jednotlivě < 0,1 a celkově < 0,5, zbytek AI, vyříznutí výstřižku z tohoto pásu, lokální nebo celkové zahřátí výstřižku na teplotu mezi

150 a 350 °C po dobu < 30 s,

lisování zahřátého výstřižku pomocí zařízení alespoň částečně zahřátého na teplotu mezi 150 a 350 °C za přítomnosti maziva slučitelného s pozdějšími operacemi.

Mazivo může být buď předem naneseno na vyříznutý výstřižek nebo nastříkáno na lisovací zařízení bezprostředně před lisováním výstřižku. Lisování se s výhodou provede během jediné operace.

Předmětem vynálezu je rovněž díl vylisovaný z výstřižku ze slitiny hliníku s výše uvedeným složením, který obsahuje málo tvarované či netvarované oblasti a výrazně tvarované oblastí, přičemž méně tvarované oblasti mají mez průtažnosti R_o,2 alespoň o 30 % větší (nebo Vickersovu tvrdost alespoň o 20 % větší) než více tvarované oblasti.

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 znázorňuje perspektivní pohled na vyložení automobilových dveří vyrobených způsobem podle vynálezu popsaným v příkladu 1.

Obr. 2	znázorňuj e používaného v	předehřívanou část příkladech 1 a 2.	výstřižku
Obr. 3	je pohled v z příkladu 2.	řezu na protivýlisek	v rohu dílu

• to to · *

• · ·

Vynález se vztahuje na výrobu lisovaných dílů ze slitin hliníku, které obsahují 1 až 6 %, s výhodou 3,5 až 5 % hořčíku. Mg zvyšuje mechanickou odolnost slitiny stejně jako Cu, Mn nebo Zn, které mohou být přítomny v poměru do 1 % v případě Cu a Zn a do 1,2 % v případě Mn. Těmito slitinami jsou hlavně slitiny ze série 5000, například slitiny 5052, 5083, 5182 nebo 5754, ale mohou to být také slitiny ze série 4000, pokud je obsah Si vyšší než obsah Mg, nebo ze série 3000, pokud je obsah Mn o něco vyšší než obsah Mg. Tyto slitiny 3000 nebo 4000 mohou být vyrobeny s přídavkem recyklovaných odpadů z výroby, což snižuje jejich cenu.

Pásy mohou být vyrobeny tradičně litím desek, válcováním za tepla a poté válcováním za studená, ale také kontinuálním litím pásů, ať již mezi dvěma kovovými licími pásy („belt casting) a poté válcováním za tepla a případně za studená, nebo mezi dvěma ochlazenými válci („rollcasting) a poté válcováním za studená. V případě lití mezi válci může být výhodné, a to zároveň z technického i ekonomického hlediska, použít pásy válcované za tepla, pokud to požadovaná tloušťka dovolí.

Při tradičním lití je obsah Fe omezen na 0,8 %, ale u slitin vytvořených kontinuálním litím může dosahovat až 2 %. Při kontinuálním lití může být vyšší i obsah křemíku, až 3 %, zatímco při tradičním lití je lepší jeho obsah omezit na 2 %.

Poslední operace válcování může být provedena válcem s texturou, která byla vytvořena například technikou elektronových svazků (EBT), elektroerozí (EDT) nebo » · · · 4 • 9 9 9 99 laserovým paprskem. Tím se zlepší tvářitelnost a povrchový vzhled vytvořeného dílu po nanesení laku.

Pokud je požadována velmi vysoká tažnost, aby bylo možné vyrobit výrazně tvarované díly vytvořené náročným lisováním, a pokud zároveň nejsou kladeny velké nároky na konečnou mechanickou odolnost, mohou být pásy žíhány (stav 0). Avšak jednou z výhod způsobu podle vynálezu je vyjít ze zpevněného nebo z částečně obnoveného stavu (stavy Hlx nebo H2x). Kromě toho, že je to výhodné ekonomicky, se při vynechání žíhání zároveň zabrání tvorbě Ludersových obrazců při lisování, které se objevují, když se vychází z žíhaného stavu. To je významná výhoda, protože vedle toho, že použití žíhaného stavu způsobuje nedostatečnou odolnost proti vrypu, znemožňovalo riziko vzniku Ludersových obrazců až do současné doby využít slitiny Al-Mg pro výrobu povrchových dílů karoserie, které jsou opatřovány lakem, kdežto pro výrobu výztužných dílů, které nejsou vidět, jsou tyto slitiny využívány hojně. Je třeba zmínit, že tytéž vzhledové vady zmizí rovněž při tváření plechů v žíhaném stavu za snížených teplot, což je výhodné pro použití, kde je požadována vysoká tvářitelnost a pěkný vzhled, ale nikoli velmi vysoká mechanická odolnost, jako například pro viditelná vyložení křídel dveří. Použití slitiny stejného typu pro povrchové i pro výztužné díly navíc usnadňuje recyklaci.

Z pásů se poté vyříznou výstřižky, jejichž tvar je přizpůsoben tvaru vyráběného dílu. V této fázi mohou být výstřižky pokryty mazivem, které je při teplotě lisování relativně stabilní a nevylučuje jedovaté výpary. Mazivo by se mělo rovněž nechat snadno odstranit při odmašťování a mělo by být slučitelné s pozdějšími výrobními operacemi, • 44 4 · ·· 44·· • 4 4 4·· jako například se svařováním nebo lepením, bez nutnosti dodatečné úpravy povrchu, a také s kataforézou. Například mohou být použita maziva na bázi syntetických esterů s vysokým bodem varu a vysokým bodem vzplanutí, která jako mazací přísady obsahují stearany zinku, sodíku nebo lithia, nebo pevná maziva typu nitridu boru.

Výstřižky se poté předehřejí na teplotu mezi 150 a 350 °C. Toto předehřátí musí být dostatečně rychlé, tj. musí trvat méně než 30 s, s výhodou méně než 20 s či dokonce méně než 10 s, aby mohly být výstřižky lisovacímu nástroji dodávány požadovaným tempem. Pokud je to nutné, je možné jednomu lisovacímu nástroji dodávat výstřižky z několika předehřívacích stanovišť. Předhřívání může být prováděno homogenním způsobem na celém výstřižku, ale také selektivně, takže se mezi různými oblastmi výstřižku vytvoří teplotní gradient. Toto lokalizované předehřívání umožňuje optimalizovat mechanické vlastnosti, buď tak, že se lepším rozložením deformací usnadní tváření, nebo tak, že výsledný díl bude mít heterogenní mechanické vlastnosti přizpůsobené různým funkcím jednotlivých oblastí vytvořeného dílu. Takto lze například selektivně předehřát ty oblasti, které mají být více tvarovány. V případě spojování výstřižků je možné předehřívání lokalizovat do okolí oblasti spojování, aby se zabránilo vytvoření trhlin v této oblasti při lisování.

Pokud je výchozí výstřižek vytvořen ze silně zpevněné slitiny, je také možné lokálně zahřát pouze obvod, čímž se na konci tváření získá díl, jehož středová část, která nebyla zahřívána, si zachovává vysokou mez průtažnosti a jehož obvod byl během tváření žíhán, a v důsledku toho má vlastnosti, které později umožňují velmi dobré vsazování.

* 9999 99 99 ·· 9999 • 9 · · · 9 9 9*· •999 9 99 9 9 9 999 • 999 999999 9 9

999 999 9

Pro dosažení rychlého, a v případě potřeby lokalizovaného, předehřátí je vhodné použít kontaktní ohřev pomocí topné čelisti, která se přiloží k výstřižku a která má stejný tvar jako oblast nebo oblasti, jež mají být předehřátý. Takovéto zařízení zajistí zvýšení teploty z 20 na 300 °C za méně než 15 s, což umožňuje zásobovat lisovací linku vysokým tempem při použití malého počtu předehřívacích zařízení. V případě, že výchozí výstřižek byl zpevněný, takže je citlivější na teplotu a na dobu expozice, umožňuje toto zařízení navíc zajistit přesnou kontrolu a dobrou reprodukovatelnost dosahovaných teplot při dobrém řízení doby cyklu.

Pokud se ve střední části dílu nachází výrazně tvarovaná oblast, jako například protivýlisek, dospěl přihlašovatel k překvapivému závěru, že aby se zabránilo vzniku trhlin při lisování, musí se předehřát nikoli ta oblast výstřižku, která se bude tvářet, ale její okolí. Přiváděné teplo musí pocházet pouze z předehřívání výstřižku a nikoli z předehřátého nástroje, protože v takovém případě by byl kontakt mezi nástrojem a výstřižkem příliš rychlý na to, aby nastalo dostatečné ohřátí. Předehřátí výstřižku může být provedeno například pomocí topné příložky umístěné s výhodou ve vzdálenosti větší než 5 cm od oblasti výstřižku, která odpovídá lokálně vysoce tvarované oblasti dílu.

Výstřižek se poté přemístí do lisovacího nástroje, přičemž je potřeba vzít v úvahu případné ochlazení výstřižku mezi výstupem z pece a lisem, takže aby se dosáhlo požadované teploty pod lisem, je třeba výstřižek mírně přehřát vzhledem k teplotě nástroje.

9 9 9

9« 99 99 9999 • · · ♦ 9 9 9

9 9 9 9 9 999

9 999 999 9

9 9 9 9 9

99 99 999

Předehřátý výstřižek se poté vylisuje. Jedním ze znaků vynálezu je to, že lisovací nástroj je rovněž, alespoň částečně, zahřátý na teplotu mezi 150 a 350 °C. Toho je dosaženo tím, že se do nástroje začlení elektrické odpory. Je možné zahřát pouze určité oblasti nástroje, s výhodou matrici a přidržovač plechu spíše než lisovník. V obzvláště výhodném uspořádání je matrice tvořena dvěma zahřívanými částmi, které jsou odděleny vzduchovou přepážkou. V takovém případě je okraj matrice pod obkladem výstřižku zužovaného lisováním teplý a dno matrice je chladnější, aby se optimalizovala mechanická odolnost výstřižku na obvodu matrice.

Je možné použít i další prostředky, které zajistí, aby určitá část nástroje, která se nachází v sousedství teplé části, zůstala chladná. Pro odvádění tepla lze použít například stříkání stlačeného vzduchu na tu část, která má zůstat chladná, nebo také chladicí kapalinu obíhající uvnitř této části. Teplota různých části nástroje je kontrolována regulací.

V případě, že výstřižek nebyl předem pokryt vrstvou maziva, jak je uvedeno výše, je možné nanést mazivo přímo na lisovací nástroj, například rozprašováním. Tak se omezí doba, po kterou je mazivo vystaveno vysokým teplotám, což zabraňuje jeho předčasné degradaci během předehřívání.

V případě, že teplota není homogenní, musí konstrukce zařízení zohledňovat nestejnoměrnou roztažnost nástroje. Nástroj může být povrchově upraven, aby se zabránilo zadření. Cyklus tváření s výhodou obsahuje jedinou operaci lisování, po níž následují dokončovací operace pro obrysové • ···· ·· ·· ·· ···· ·· · · · · · · · · • ··· · · · · φ · *Φ· « · · · ····*· · · • ··· ··· ·

999 999 99 99 99 999 frézování nebo zahýbání okrajů. Rychlost lisování je alespoň 6 rázů za minutu.

Způsob podle vynálezu může být použit pro výrobu dílů, které obsahují výrazně tvarované oblasti, zejména dílů pro automobilové konstrukce, a to stejně dobře pro výrobu povrchových dílů karoserie jako pro výrobu strukturních či výztužných dílů.

Díky optimální kombinaci výstřižku předehřátého v určitých oblastech a nástroje zahřátého tak, že mezi jeho různými částmi existuje tepelný gradient, je možné vytvořit viditelné díly pro povrch karoserie, jako například povrchové díly křídel dveří nebo střechy, vyrobené z výstřižků o tloušťce mezi 0,6 a 1,5 mm, které mají naprosto neobvyklou strukturu mechanických vlastností v závislosti na tom, jaké vlastnosti jsou požadovány pro různé části vytvořeného dílu, například odolnost proti vrypu nebo chování při nárazu. Při použití tradičního způsobu lisování za studená jsou více tvarované oblasti také více zpevněné, a tedy tvrdší. Naproti tomu při použití způsobu podle vynálezu, když se vychází ze zpevněného stavu, se více tvarované oblasti, které jsou zpravidla uspořádány na obvodu, nacházejí během lisování v částečně obnoveném stavu díky tomu, že je nástroj naproti těmto oblastem zahřátý, což umožňuje dobré tečení kovu v nástroji. Tyto oblasti tedy neztvrdnou, zatímco méně tvarované, chladnější oblasti si zachovají svou původní mechanickou odolnost.

Pro málo tvarované oblasti lze tímto způsobem dosáhnout meze průtažnosti R₀,2 > 250 MPa nebo Vickersovy tvrdosti > 97 Hv, čímž se zajistí zejména dobrá odolnost proti vrypu a dále navíc vynikající povrchový vzhled bez Lůdersových ·· · ···

obrazců a malé elastické zotavení. Naproti tomu obvodové oblasti, které byly během předehřívání a lisování částečně obnoveny, jsou změkčené, takže později umožňují velmi dobré vsazování. Kombinace dobré odolnosti proti vrypu ve střední části a dobré způsobilosti ke vsazování na obvodu je zvláště vhodná pro použití na vnější desky karoserie, například kapoty, dveře a střechy.

V případě střech ze slitiny hliníku, které mohou být namontovány na ocelový rám, umožňuje tento způsob díky tomu, že slitina má před provedením kataforézy vysokou mez průtažnosti, zabránit vytvoření trvalých deformací způsobených rozdílnou tepelnou dilatací, k níž během této operace dochází.

U strukturních a výztužných dílů, napří.klad nosníků pro nárazníky, spojů s podlahou, nosičů, rámů a výztuh křídel dveří, vyrobených z výstřižků o tloušťce mezi 2 a 5 mm je možné dosáhnout takových vylisovaných hloubek, jaké nelze provést za studená, menšího elastického zotavení a vyšší mechanické odolnosti.

V určitých případech, zejména u vyložení dveří, se může vysoká mechanická odolnost málo tvarovaných částí, jako například pruhu nacházejícího se pod okenním rámem, projevit jako výhodná v situaci čelního nárazu, a umožňuje tak odlehčit profilovanou výztuhu v této části.

Díky využití plechů ve zpevněném stavu umožňuje způsob podle vynálezu také velkou volnost nastavení pro dosažení výsledného tvaru s požadovanými charakteristikami. Díky kombinaci metalurgického mezistavu (Hn4 nebo Hn2) a zahřívání výstřižku i příslušných nástrojů je během tváření » ·«»· ·*> ·* n* ΦΦΦ* >φ φ «φφφ φφφ • ΦΦΦ φ φφ φ * φφφφ φ φφφ φφφφφφ · φ φ φ · φ φφφ φ φφφ φφφ φφ φ» φφ φφφ možné dočasně snížit mez průtažnosti. Po ochlazení získá díl znovu vysokou mechanickou odolnost, která se téměř neliší od té, jakou měl původní výstřižek, užitečná, když je požadováno povrchovém dílu při současném průtažnosti po tváření.

Tato možnost je velmi zvýraznění detailů na zachování vysoké meze

Způsob podle vynálezu umožňuje dodávat výstřižky do lisovacího lisu rychlostí alespoň 6 dílů za minutu. Ve srovnání s lisováním za studená umožňuje optimalizovat mechanické vlastnosti pro tváření a u tvářených výrobků vede k takovým gradientům mechanických vlastností, které přispívají ke zlepšení provozních funkcí výsledného dílu (například jeho odolnosti proti nárazům nebo proti vrypu) nebo ke zjednodušení pozdějších operací při montáži vytvořeného dílu (například jeho vsazování).

Konečně předehřátí výstřižku ve způsobu podle vynálezu zajišťuje dobrou tepelnou stabilitu výrobního postupu, neboť se omezí tepelná výměna mezi výstřižkem a nástrojem, což umožňuje zjednodušit zařízení pro zahřívání nástrojů a činí tyto nástroje méně citlivé na změny teplot během.tváření při vysoké rychlosti.

Příklad 1 (lisování hlubokým tažením vyložení dveří)

Způsobem podle vynálezu a jedinou operací lisování se vyrobí vyložení dveří, jaké je znázorněno na obr.. 1, obsahující začleněný okenní rám s hloubkou dutiny alespoň 100 mm. Poloměry zakřivení, které se vyskytují v tomto dílu, ···· « ·· ·* ·· *β ♦ · · * · · · » · · · · · ··* • » · 9 ·«· * · » · t · · · « · · ··« ·♦> ·· *· »· ··· jsou značné (až 6 až 8 mm). Obrysové frézování a vyřezávání otvorů budou provedeny později pomocí běžných vyřezávacích nástrojů.

Vychází se z výstřižku ve tvaru rovnoběžníku ze slitiny 5754-0 o tloušťce 1 mm, který byl předem pokryt mazivem ve formě vodné emulze, která po odpaření zanechává suchou vrstvičku na bázi minerálního oleje (parafín C14 až C28).

Běžným způsobem lisování (za studená) by nebylo možné tento díl vytvořit během jediné operace: na obvodu lisovníku tam, kde je kov silně namáhán v ohybu při tahu při rovinné deformaci, se tvoří praskliny. Kov už potom nemá dostatečnou odolnost pro tažení materiálu stlačovaného přidržovačem plechu. Zmenšení tlaku přidržovače plechu vede ke zvrásnění.

Použití způsobu podle vynálezu spočívá v předehřátí obvodu výstřižku odpovídajícího oblasti (1) na obr. 2, která se bude nacházet pod přidržovačem plechu. Tím se sníží její mez průtažnosti, a usnadní se tak tečení kovu v nástroji, a to i při vysokém tlaku přidržovače plechu. Střed výstřižku zůstává naopak studený, zejména v oblasti, která je při ohýbání vystavena tahu na obvodu lisovníku, aby se nesnížila její mechanická odolnost.

Výstřižek se předehřívá po dobu 10 s kontaktním způsobem. Aby se dosáhlo lokalizovaného zahřátí, je pod topnou deskou uspořádána příložka mající stejný tvar jako oblast, která se má zahřát. Výstřižek se poté přitlačí proti této příložce, a takto se zahřeje na teplotu 250 °C. Obr. 2 znázorňuje tvar této příložky, která je uspořádaná pod topnou deskou. Krátká doba ohřevu (10 s) umožňuje zajistit

rychlé zásobování lisu a ve výstřižku uchovává teplotní gradient.

Výstřižek je vhozen pod lisovací lis, což je 900tunový hydraulický lis. Lisovací nástroj je tvořen čtyřmi prvky: lisovníkem, přidržovačem plechu a matricí složenou ze dvou částí. První část, nazývaná prstenec matrice, je umístěna naproti přidržovači plechu. Druhá část, nazývaná dno matrice, je umístěna naproti lisovníku. Zahříván je pouze prstenec matrice a přidržovač plechu, a to na teplotu 250 °C prostřednictvím odporů ve tvaru U uspořádaných podél čáry vstupu matrice. Dno matrice, které je od prstence matrice izolováno vzduchovou přepážkou, a lisovník si po celou dobu zkoušky ponechávají teplotu nižší než 130 °C.

Výstřižek se lisuje při rychlosti lisovníku 200 mm/s. Zformovaný díl je poté vyhozen z lisu. Dosažitelné tempo je 6 až 10 rázů za minutu, což je tempo běžné lisovací linky pro výrobu ocelových vyložení dveří. Kombinace lokalizovaného předehřátí výstřižku a zahřátí nástroje umožňuje omezit tepelnou výměnu mezi výstřižkem a nástrojem, a zajišťuje tak tepelnou stabilitu procesu.

Příklad 2: vyložení dveří s protivýliskem

2a - Vyrobí se díl podobný dílu z příkladu 1, který má však v rohu okna obzvláště kritický protivýlisek (3) , jehož geometrie je znázorněna na obr. 3. Při uplatnění stejných podmínek jako v příkladu 1, tj . při předehřátí výstřižku pouze v obvodové oblasti (1) znázorněné na obr. 2, se na konci postupu, při tváření protivýlisku (3), objeví trhlina. Při pokusu zabránit vzniku této trhliny bylo předehřívání

výstřižku upraveno tak, že se pod předehřívací čelist přidala příložka (2), tak aby se kromě obvodu předhřála na 300 °C i oblast v rohu, jak je to znázorněno na obr. 2. Lze konstatovat, že pokud příložka pokrývá celou rohovou oblast, kov příliš změkne a díl není možné vyjmout bez prasklin. Naproti tomu pokud se zahřeje pouze okolí po obou stranách oblasti určené k vytvoření protivýlisku (3) ve vzdálenosti větší než 5 mm od této oblasti, lze díl vyjmout bez praskliny. V takovém případě by nebylo možné zahřát tuto oblast pomocí nástroje, jelikož doba kontaktu by byla příliš krátká na to, aby se zahřála na 300 °C. Dále byla konstatována vysoká citlivost na polohu příložky (2) . Když byla doplňková oblast ohřevu posunuta o 2 cm směrem k okraji, byla pozorována prasklina v oblasti protivýlisku. Když byla posunuta o 2 cm směrem dovnitř, byla pozorována prasklina uvnitř oblasti otvoru okna.

Kombinace optimalizovaného předehřátí výstřižku a zahřátí nástroje umožňuje lisovat tento obtížný díl tempem 6 dílů za minutu při zajištění tepelné stability procesu.

2b - Provedou se stejné operace jako v příkladu 2a, ale se slitinou 5052-0 vytvořenou kontinuálním litím pásů mezi válci („twin-roll casting). Při stejných parametrech způsobu výroby se získá vytvářený díl bez prasklin, což by při použití téhož materiálu bylo za studená nemožné.

2c - Zopakují se stejné operace jako v příkladu 2b, ale se surovou slitinou 5052 válcovanou za tepla, vytvořenou kontinuálním litím pásů mezi dvěma licími pásy („twin-belt casting). Výsledek je stejný.

Příklad 3: vyložení dveří vyrobené ze zpevněného výstřižku

Vyrobí se stejný díl jako v příkladu 1, ale z výstřižku ze slitiny 5182-H18, jejíž mez průtažnosti je vyšší než 300 MPa a jejíž Vickersova tvrdost je vyšší než 110 Hv. Na výstřižek se předem nanese mazivo ve formě nasycené emulze stearanu lithia.

Výstřižek je pro tváření příliš tvrdý. Účelem předehřátí je usnadnit deformaci v oblastech, které budou výrazně tvarované, tedy v oblastech na obvodu. Tyto oblasti se předehřejí pomocí stejného zařízení, jaké bylo popsáno výše, ale na teplotu 350 °C. Rychlé a lokální předehřátí umožňuje ve výstřižku udržet vysoký teplotní gradient (250 °C na 10 cm).

Nástroje se zahřejí na 300 °C. Snadná regulace umožňuje udržovat nástroje při teplotě 300 °C, neboť výměna s výstřižkem, který je o málo teplejší, je menší. V průběhu tváření způsobí zahřátí tvarovaných částí snížení napětí při tečení, což umožňuje dobré lisování, neboť změkčený kov může v nástroji téci a může jím být tvářen.

Naopak málo tvarovaná oblast okenního pruhu, která není zahřívána, si uchová vysokou mechanickou odolnost (R_m > 340 MPa, nebo Vickersova tvrdost > 105 Hv) , která je výhodná v případě čelního nárazu. Profil pro vyztužení této oblasti tedy může být odlehčen, aniž by se tím zhoršily celkové vlastnosti.

• · · · · · • ···· · · ·· • · · ···· · · · ···· · · · · · ···· • ··· ······ · · • · · · ··· · ··· ··· ·· ·· ·· ···

Příklad 4 (povrchový díl karoserie: střecha)

Způsobem lisování za snížených teplot podle vynálezu se vytvoří střecha ze slitiny 5182. Jednou z užitných vlastností dílů tohoto typu je odolnost proti vrypu, která přímo souvisí s mezí průtažnosti. Protože však pro slitiny 5000 není charakteristické strukturální vytvrzování na rozdíl od slitin 6000, které se vytvrzují při vypalování laku, musí mít díl po tváření dostatečně vysokou mez průtažnosti, aby vyhovoval stanoveným podmínkám. Proto se vychází z výstřižku o tloušťce 1 mm ze silně zpevněné slitiny 5182 ve stavu H14, jejíž mez průtažnosti je vyšší než 240 MPa nebo Vickersova tvrdost > 95 Hv. Takovýto výstřižek by nemohl být tvářen běžným způsobem lisování za studená.

Použije se stejné mazivo jako v příkladu 3.

Výstřižek se předehřeje po dobu 10 s pod železem, které přijde do kontaktu s celým výstřižkem. Na rozdíl od příkladu 1 je totiž pro lepší zvládnutí výsledné geometrie a pěkné zvýraznění linií dílu výhodné zahřát celý výstřižek na 275 °C.

Nástroj se skládá ze 3 dílů: lisovníku, přidržovače plechu a matrice. Do těchto dílů jsou vloženy topné vložky, které je stejnoměrně ohřejí na teplotu 275 °C. Lisování se provede na stejném 900tunovém hydraulickém lisu jako v předchozích příkladech při rychlosti lisovníku 200 mm/s. Výrobní tempo je 6 dílů za minutu.

Z vytvořeného dílu se odeberou zkušební vzorky, které se poté vloží do pece, aby se simuloval cyklus vypalování

- 17 » · · · · • · • ··· laku (jsou zde ponechány při 180 °C po dobu 20 min.). Tahové zkoušky prokázaly, že byla zachována mez průtažnosti vyšší než 220 MPa nebo Vickersova tvrdost > 90 Hv, což je u plechu o tloušťce 1 mm dostatečné pro získání uspokojivé odolnosti proti vrypu.

Tato vysoká mez průtažnosti umožňuje také zabránit vzniku trvalých vad, které by se mohly objevit při vypalování laku. Pokud se totiž díl připevní na ocelový rám, způsobí rozdíl koeficientů tepelné roztažnosti větší roztažení střechy, které může způsobit vybočení. Pokud je mez průtažnosti střechy nízká, může vést toto vybočení k nevratným deformacím (plastifikaci) . Při vysoké mezi průtažnosti však toto riziko vymizí.

Příklad 5 - povrchový díl karoserie: vnější deska kapoty

Podobně jako v příkladu 4 se použije zpevněná slitina 5182 pro vytvoření vnější desky křídla dveří (kapoty). Požadavky na vzhled a na odolnost proti vrypu jsou stejné jako v předchozím případě. Vnější deska však musí být vsazena do vyložení. Proto musí být okraje desky uzpůsobeny ke vsazování, z čehož plyne nutnost použít výstřižek, který je v těchto místech tvářitelný. Příslušné oblasti, které budou vsazovány, se při první operaci lisování nacházejí pod přidržovačem plechu.

Vychází se tedy ze silně zpevněného stavu, H18, který je velmi citlivý na teplotu tváření.

V obvodové oblasti výstřižku se provede lokální předehřátí na 300 °C, aby se usnadnilo lisování a aby se • 9 9*99 * 9 · · · ·· ·· • · · 9 9 9 9 9 · 9 * * * · · * * · 9 9999 * · · · 999999 * 9 * < 9 9 9*9 * *9**9* 9* 9* 9* *9* změkčila oblast, která bude později vsazována. Stejně jako v příkladu 3 umožňuje rychlý kontaktní ohřev udržet uvnitř dílu vysoký tepelný gradient.

Lisovací nástroje se stejnoměrně ohřejí na 300 °C.

V rozsahu přidržovače plechu dojde poté ke změkčení oblastí určených ke vsazování, které bylo započato již během předehřívání, zatímco v oblasti lisovníku pomáhá zahřátí dočasně snížit mez průtažnosti a dobře zvýraznit tvary dílu.

Výsledným výrobkem je tedy deska, jejíž středová oblast neztratila příliš mnoho ze svých původních mechanických vlastností před lisováním, jelikož byla teplotě 300 °C vystavena jen velmi krátkou dobu (pouze v průběhu lisování): dosáhne se tak meze průtažnosti R₀,2 > 250 MPa nebo také Vickersovy tvrdosti > 97 Hv. Tato oblast má tedy dobrou odolnosti proti vrypu. Naproti tomu obvodová oblast má nižší mez průtažnosti Ro,2 < 160 MPa nebo také Vickersovu tvrdost < 75 Hv. Je tedy velmi dobře tvářitelná a může být snadno vsazena do vyložení.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby lisovaných dílů ze slitiny hliníku, vyznačující se tím, že obsahuje následující kroky:

výrobu pásu o tloušťce mezi 0,5 a 5 mm ze slitiny o složení (v hmotnostních %) : Mg: 1-6; Mn < 1,2; Cu < 1; Zn < 1; Si < 3; Fe < 2; Cr < 0,4; Zr < 0,3; další prvky jednotlivě < 0,1 a celkově < 0,5, zbytek AI, vyříznutí výstřižku z tohoto pásu, lokální nebo celkové zahřátí výstřižku na teplotu mezi

150 a 350 °C po dobu < 30 s, lisování zahřátého výstřižku pomocí zařízení alespoň částečně zahřátého na teplotu mezi 150 a 350 °C za přítomnosti maziva slučitelného s pozdějšími operacemi.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že výchozí pás je ve zpevněném nebo částečně obnoveném stavu.
3. Způsob podle některého z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že výchozí pás je ze slitiny 5182, 5052, 5083 nebo 5754.
4. Způsob podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že pás je vytvořen kontinuálním litím.
5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že pás je vytvořen kontinuálním litím mezi dvěma licími pásy, válcovaný za tepla a použitý v tomto stavu.

» · · · · ·· ·· ··· ···· ··« ···· · · · · · · · ·· • · · · ······ · · • · · · · · · · ·····« ·· ·· ·· ··«
6. Způsob podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že mazivo obsahuje stearan lithia a sodíku ve vodné emulzi.
7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že mazivo se nanese na vyříznutý výstřižek.
8. Způsob podle některého z nároků 1 vyznačující se tím, že mazivo se nanese na bezprostředně před lisováním.
9. Způsob podle některého z nároků 1 vyznačující se tím, že zahřátí výstřižku se kontaktně pomocí topné čelisti mající tvar jako která se má zahřát.

až 6, zařízení až 8, provede oblast,
10. Způsob podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že zahřátí výstřižku se provede v obvodové oblasti.
11. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že výstřižek se zahřeje lokálně pomocí příložky připevněné na topné čelisti.
12. Způsob podle některého z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že díl ve svém středu obsahuje lokalizovanou výrazně tvarovanou oblast a že předehřívaná oblast se nachází ve vzdálenosti větší než 5 mm od oblasti výstřižku, která odpovídá lokálně výrazně tvarované oblasti dílu.

·· ···· «··· ·· ·♦ • · · · · · · » ··· · · · · · · ··· • · · ······ · · ♦ · · « · · · • · · ·· · · · · · ··
13. Způsob podle některého z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že lisovací zařízení je tvořeno lisovníkem, přidržovačem plechu, prstencem matrice umístěným naproti přidržovači plechu a dnem matrice umístěným naproti lisovníku a že se zahřeje pouze prstenec matrice a přidržovač plechu.
14. Způsob podle některého z nároků az

13, vyznačující se tím, jediné operace.

že lisování se provede během
15. Použití způsobu podle některého z nároků 1 až 14 pro výrobu výztužných automobilu.

dílů nebo vyložení karoserie
16. Použití způsobu podle některého z nároků 1 až 14 pro výrobu povrchových dílů karoserie automobilu.
17. Díl vylisovaný z výstřižku o tloušťce mezi 0,5 a 5 mm ze slitiny o složení (v hmotnostních %) : Mg: 1-6; Mn < 1,2; Cu < 1; Zn < 1; Si < 3; Fe < 2; Cr < 0,4; Zr < 0,3; další prvky jednotlivě <0,1 a celkově < 0,5, zbytek Al, který obsahuje málo tvarované či netvarované oblasti a výrazně tvarované oblasti, vyznačující se tím, že méně tvarované oblasti mají mez průtažnosti R₀,2 alespoň o 30 % větší nebo Vickersovu tvrdost H_v alespoň o 20 % větší než více tvarované oblasti.
18. Díl podle nároku 17, vyznačující se tím, že to je povrchový díl karoserie automobilu.
19. Díl podle nároku 17, vyznačující obsahuje změkčené oblasti pro pozdější tváření.

se tím, že • ···· toto to· toto ···« ··· ···· ·>« ···· · to· · i to··· • ·*· ······ to • to to ·· toto*
20. Díl podle nároku 19, vyznačující se tím, že to je díl určený ke vsazení do vyložení.
21. Díl podle nároku 17, vyznačující se tím, to je vyložení dveří automobilu.

ze
22. Díl podle nároku 21, vyznačující se tím, že obsahuje oblast ve tvaru pruhu nacházející pod oknem a že pevnost R_m této oblasti ve tvaru pruhu je vyšší než 340 MPa, neboli její tvrdost je vyšší než 105 Hv.
23. Díl podle nároku 18, vyznačující se tím, že to je střecha připevněná na ocelovém rámu.