JP2012510565A - アルミニウム合金シート部品成形のための処理 - Google Patents
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Abstract
Description
これは、複雑な形状のシート金属部品の生産のための遅い等温ガスブロー成形処理であり、主として航空宇宙産業で使用されている。微細な粒子のシート金属および成形工具が共に加熱される。高い強度を確保するための適切な微細構造を得るために、ポスト成形熱処理(たとえば、SHT+急冷+熱処理Al合金の時効化)が、通常必要である。材料の超塑性挙動は、特殊な温度および応力速度で変形する微細な粒子サイズの特殊な材料についてのみ観察可能である(Lin, J., and Dunne, F. P. E., 2001, Modelling grain growth evolution and necking in superplastic blow-forming, Int. J. of Mech. Sciences, Vol. 43, No. 3, pp595-609)。
これも、成形と時効硬化処理とを組み合せた、一般に航空機の翼パネル部品を成形するために使用される、遅い処理である。クリープ成形時間は、材料の人工時効の必要性に応じて定められる。少量の塑性変形が処理に通常適用され、克服すべき主たる問題はスプリングバックである。コンピュータを用いるスプリングバック補償用のCAF工具の設計のために、米国特許第5,168,169号、米国特許第5,341,303号および米国特許第5,729,462号に記載のものなどの、種々の技術が提案されてきた。
(i)加熱ステーションにて、Al合金シートブランクをその溶体化処理温度に加熱し、合金がプレ時効硬化性にない場合には、溶体化処理が完了するまで溶体化処理温度を維持し、
(ii)シートブランクを1組の冷金型に移送して、シートブランクからの熱損失が最小になるように、加熱ステーションからの除去後10秒以内に成形を開始し、
(iii)0.15秒未満内にシートブランクを形づくられた部品へと成形するために冷金型を閉鎖し、
(iv)成形部品の冷却の間、成形部品を閉鎖金型内に保持する、ことを含む方法が提供される。
この調査では、3通りの冷却方法を使用し、結果を比較した。まず、厚さ1.5mmのAA6082シートのサンプルを525℃に加熱し、SHTのために30分間維持した。次いで、サンプルを(i)水急冷、(ii)平坦冷鋼金型間での急冷、および(iii)空気による急冷(自然冷却)のいずれかに付した。平坦冷鋼金型間での急冷では、合金シートの円板を、対応する形状の金型間に置いた。温度プローブを、合金シートにその周縁に対して取り付け、その温度プロファイルを監視した。厚さの異なるスペーサをシートと金型との間に適用することによって、または、シートを金型に接触させて上金型に異なる負荷をかけることによって、種々の条件を調べた。サンプルは次いで、190℃にて9時間、時効化された。
工具の設定を図3aに模式的に示す。
525℃に加熱しその後450℃に冷却したAA6082のブランク2が、下ブランクホルダ3に置かれ、下ブランクホルダ3と上ブランクホルダ1との間に、ばね5で力を加えられて、保持された。ブランクはパンチ4によって半球状にパンチされ(パンチの速度は成形時間を規定するよう制御された)、金型組内に10秒間保持された(図3b)。この調査では、同じAl合金シート材料を成形するのに、2通りの成形時間(つまり、0.07秒、2秒)が使用された。初期金型温度は22℃であり、金型の人工冷却は使用しなかった。成形深さは、一般的な工業用途に特徴的な23mmであった。
1.均一な温度プロファイルに向けて
これは、シートは領域が冷金型と接触するや否や急速に局所的に冷却し始めるので、成形時間に直接関係する。HFQ操作で一般的であると想像される条件下では、500℃にも達する急冷速度が見られるが、これはシートの端から端までに数百度の熱勾配をもたらす。これは、本発明者らがこれまでに実現した熱勾配よりも、はるかに大きい。極めて短い期間で成形することによって、処理の成形部分の間の熱移転は最小化され、加工対象物全体にわたる温度プロファイルは均一に近く保たれる。正確な温度降下は、シートと金型との熱接触およびシートの厚さに依存するであろう。
一般的なシート金属が室温で変形されるとき、それらは加工硬化を経験する。材料が変形されて、1つの領域に他の領域よりも多くの変形が生じると、変形領域が速やかに再分配するので、材料はより強くなる。材料の良好な延性を良好な成形性へと変えるのは、この加工硬化である。高温では、アルミニウムは、加工硬化をほとんど持たず、したがって、局在化は速やかに生じて、強化材料によって無効にされない。幸運にも、アルミニウムは、高温で粘塑性(速度依存性)流動応力応答を有する。ある領域がその周囲の領域よりもかなり速く変形する場合、相対的な強度は高く、これが変形をある程度再分配するであろう。また、処理の全体速度を高めることによって、材料はより高い流動応力を持ち、これが金型の周りの材料をより効果的に「引き寄せる」。最後に、加工硬化は高い変形速度で最も顕著であり、存在する僅かばかりの加工硬化が最大になる。これが成形速度に関連し、成形速度は成形深さを通じて成形時間に繋がる。
Claims (15)
- Al合金シート部品を成形する方法であって、
(i)加熱ステーションにて、Al合金シートブランクをその溶体化処理温度に加熱し、合金がプレ時効硬化性にない場合には、溶体化処理が完了するまで溶体化処理温度を維持し、
(ii)シートブランクを1組の冷金型に移送して、シートブランクからの熱損失が最小になるように、加熱ステーションからの除去後10秒以内に成形を開始し、
(iii)シートブランクを形づくられた部品へと成形するために冷金型を閉鎖し、成形は0.15秒未満内に行われ、
(iv)成形部品の冷却の間、成形部品を閉鎖金型内に保持する、ことを含むことを特徴とする方法。 - 成形部品を閉鎖金型内に保持する期間は、成形部品が250℃以下の温度になるのに充分な長さであることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 成形部品を閉鎖金型内に保持する期間は4秒未満であることを特徴とする請求項2記載の方法。
- 溶体化処理(SHT)の温度は450〜600℃の範囲内であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 溶体化処理(SHT)の温度は500〜550℃の範囲内であることを特徴とする請求項4に記載の方法。
- SHT温度は20〜60分間維持されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- SHT温度への加熱の速度は少なくとも2℃/秒であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- シートブランクの冷金型への移送時間は5秒未満であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- 成形部品は10秒未満内に200℃未満に冷却されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 金型は、150℃以下の温度に保たれることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 成形部品を人工時効温度に加熱し、析出硬化を生じさせるために成形部品をその温度に維持する追加の人工時効工程を含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 2XXX、6XXXおよび7XXXシリーズの熱処理Al合金に対して実行されることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 5XXXシリーズの非熱処理Al合金に対して実行されることを特徴とする請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法によって得られる成形部品。
- 自動車部品であることを特徴とする請求項14に記載の成形部品。
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