JPWO2018078527A5 - - Google Patents
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Description
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第119条(e)の下、2016年10月24日出願の米国仮特許出願第62/412,009号の利益及び優先権を主張する。この特許出願は、その全体が参照により本明細書に援用される。
Cross-reference to related applications This application claims the interests and priorities of US Provisional Patent Application No. 62 / 421,009 filed October 24, 2016 under Section 119 (e) of the US Patent Act. This patent application is incorporated herein by reference in its entirety.
本発明は、概して、アルミニウム合金の成形及び熱処理技法に関し、より詳細には、車両構成要素を成形するために使用される高強度アルミニウム合金の多段時効プロセスに関する。 The present invention relates generally to aluminum alloy forming and heat treatment techniques, and more particularly to high strength aluminum alloy multi-stage aging processes used for forming vehicle components.
状況により、アルミニウム合金に熱処理又は人工時効を施して、アルミニウム合金を所望の材料強度などの所望の材料特性に調質することが望ましいことがあり得る。しかし、アルミニウム合金構成要素が熱処理/人工時効された後に行われる切断又は溶接などの二次操作は、二次操作の現場で材料特性を損ない、場合により構成要素を腐食しやすくし得る。さらに、アルミニウム合金は、対流溶接などの局所的な発熱操作後に内部応力を受け得、それにより、いくつかのアルミニウム合金は、これらの操作後に歪み及び亀裂をより受けやすくなり得ることが一般に知られている。したがって、7000系アルミニウム合金などのいくつかのアルミニウム合金から作成された車両構成要素は、溶接操作で形成されず、溶接ではなく接着剤及び/又は機械的な固定具、例えばリベット若しくはねじを使用することが一般的である。 Depending on the situation, it may be desirable to heat treat or artificially age the aluminum alloy to condition the aluminum alloy to the desired material properties such as the desired material strength. However, secondary operations such as cutting or welding performed after the aluminum alloy components have been heat treated / artificially aged can impair material properties at the site of the secondary operations and, in some cases, make the components more susceptible to corrosion. In addition, it is generally known that aluminum alloys can be subject to internal stresses after local heat generation operations such as convection welding, thereby making some aluminum alloys more susceptible to strain and cracks after these operations. ing. Therefore, vehicle components made from some aluminum alloys, such as 7000 series aluminum alloys, are not formed by welding operations and use adhesives and / or mechanical fixtures such as rivets or screws instead of welding. Is common.
本発明は、車両のためのビーム構成要素など、構成要素を製造するためにアルミニウム合金を成形及び加工するシステム又は方法を提供する。この方法は、シート、プレート又は押出成形品など、アルミニウム展伸材を提供することができる。展伸材は、T6又はT7調質などの所望の調質状態を実現するために必要な時効ステップの組の第1の時効ステップを通して熱処理され得る。アルミニウム合金を成形して展伸材にするこれらの初期加工ステップ及び展伸材の初期熱処理は、金属製造所又は工場などの第1の場所又は施設で実施され得る。所望の調質状態を実現する前に、展伸材は、第2の場所又は施設に輸送又は配送され得る。そこで、展伸材は、所望の形状に成形され、且つ所望の形状に溶接されて、所望の構成要素を製造する。次いで、構成要素は、残りの時効ステップを通して熱処理されて、構成要素全体にわたって概して均質にT6又はT7調質などの所望の調質状態を実現する。熱処理後の最終調質状態では、アルミニウム合金構成要素は、より腐食を受けにくく、且つ一貫した材料強度を有する。したがって、本発明によれば、T6又はT7調質状態を実現するための熱処理又は時効プロセスは、少なくとも2つのステップに分けられて、これらのステップ間で展伸材が例えば溶接によって加工されることを可能にし、それにより過度の熱処理を避ける。これにより、不必要な熱処理操作のための余分な時間及びコストを避けることができる。 The present invention provides a system or method for forming and processing an aluminum alloy to manufacture a component, such as a beam component for a vehicle. This method can provide an aluminum wrought material , such as a sheet, plate or extruded article. The wrought material can be heat treated through a first aging step in a set of aging steps required to achieve the desired tempered state, such as T6 or T7 tempering. These initial processing steps of forming an aluminum alloy into a wrought material and the initial heat treatment of the wrought material can be performed at a first location or facility such as a metal mill or factory. The wrought material can be transported or delivered to a second location or facility before achieving the desired tempered condition. Therefore, the wrought material is formed into a desired shape and welded to a desired shape to produce a desired component. The components are then heat treated through the remaining aging steps to achieve the desired tempered state, such as T6 or T7 tempered, generally uniformly throughout the components. In the final tempered state after heat treatment, the aluminum alloy components are less susceptible to corrosion and have consistent material strength. Therefore, according to the present invention, the heat treatment or aging process for achieving the T6 or T7 tempered state is divided into at least two steps, in which the wrought material is processed, for example, by welding. Allows, thereby avoiding excessive heat treatment. This saves extra time and cost for unnecessary heat treatment operations.
本発明の一態様によれば、構成要素を製造するためにアルミニウム展伸材を成形及び加工する方法が提供される。この方法は、アルミニウム合金を含む展伸材を提供することを含む。展伸材は、最終調質状態を実現するために必要な複数の時効ステップの第1の時効ステップを通して熱処理されている。展伸材は、加工されて、所望の形状を有する構成要素を提供する。加工された構成要素は、複数の時効ステップの残りの時効ステップを通して熱処理されて、最終調質状態を実現する。 According to one aspect of the invention, there is provided a method of molding and processing an aluminum wrought material to produce a component. This method comprises providing a wrought material containing an aluminum alloy. The wrought material is heat treated through a first aging step of a plurality of aging steps required to achieve a final tempered state. The wrought material is processed to provide a component having the desired shape. The machined components are heat treated through the remaining aging steps of the plurality of aging steps to achieve the final tempered state.
本発明の別の態様によれば、車両構成要素を製造するためにアルミニウム展伸材を成形及び加工する方法が提供される。アルミニウム合金が圧延されて、W調質状態を有するシート製品が形成される。シート製品は、そのシート製品がT6又はT7調質状態を実現するために必要な複数の時効ステップの第1の時効ステップを通して熱処理される。シート製品は、所望の形状に成形され、且つ次いで所望の形状に溶接されて、車両構成要素を提供する。車両構成要素は、複数の時効ステップの残りの時効ステップを通して熱処理されて、車両構成要素全体にわたって均質にT6又はT7調質状態を実現する。 According to another aspect of the invention, there is provided a method of molding and processing an aluminum wrought material for manufacturing vehicle components. The aluminum alloy is rolled to form a sheet product having a W tempered state. The sheet product is heat treated through a first aging step of a plurality of aging steps required for the sheet product to achieve a T6 or T7 tempered state. The sheet product is molded into the desired shape and then welded into the desired shape to provide the vehicle component. The vehicle components are heat treated through the remaining aging steps of the plurality of aging steps to uniformly achieve a T6 or T7 tempered state across the vehicle components.
本発明のさらに別の態様によれば、金属構成要素を製造するために高強度アルミニウム合金を成形及び加工する方法が提供される。この方法は、7075及び7085アルミニウム合金などの7000系アルミニウム合金を含むシートを提供することを含む。ここで、このシートは、T6又はT7調質状態を実現するために必要な複数の時効ステップの第1の時効ステップを通して熱処理されている。次いで、シートは、所望の形状に成形され、且つ/又は所望の構成に溶接されて、金属構成要素を提供する。次いで、金属構成要素は、複数の時効ステップの1つ又は複数の残りの時効ステップを通して熱処理されて、金属構成要素全体にわたって均質にT6又はT7調質状態を実現する。第1の時効ステップは、約100℃で約5~6時間にわたってシートを熱処理することを含み得る。一方、1つ又は複数の残りの時効ステップは、約150℃で約10~18時間にわたって金属構成要素を熱処理することを含み得る。シートの溶接は、任意選択的に、幾何学的及び冶金学的に強固な溶接部をもたらすためのワイヤを用いたレーザ溶接を含み得る。 According to yet another aspect of the present invention, there is provided a method of forming and processing a high-strength aluminum alloy for producing a metal component. The method comprises providing a sheet containing a 7000 series aluminum alloy such as 7075 and 7085 aluminum alloys. Here, this sheet is heat-treated through the first aging step of a plurality of aging steps necessary to realize the T6 or T7 tempered state. The sheet is then formed into the desired shape and / or welded to the desired configuration to provide the metal component. The metal component is then heat treated through one or more of the remaining aging steps to achieve a homogeneous T6 or T7 tempered state across the metal component. The first aging step may include heat treating the sheet at about 100 ° C. for about 5-6 hours. On the other hand, one or more remaining aging steps may include heat treating the metal components at about 150 ° C. for about 10-18 hours. Welding of the sheet may optionally include laser welding with wires to provide a geometrically and metallurgically strong weld.
本発明のこれら及び他の目的、利点、趣旨及び特徴は、図面と併せて以下の本明細書を検討することで明らかになるであろう。 These and other objects, advantages, intent and features of the present invention will become apparent by reviewing the following specification in conjunction with the drawings.
ここで、図面及び図面に描かれている例示的実施形態を参照すると、図1、6、11にそれぞれ示されているものなど、構成要素を製造するためにアルミニウム合金を成形及び加工する(例えば、高強度アルミニウム合金を加工して車両構成要素、例えば衝撃エネルギー管理のための補強ビーム、車両フレーム構成のための構造ビーム又は他の同様の車両構成要素を形成する)ためのシステム及び方法10、110、210が提供される。一般に、アルミニウム合金などの溶体化された金属の時効は、補強相として作用することができる金属間粒子を合金元素に生成させ、それにより合金の強度を高めることにより、合金を強化することができる。溶体化熱処理可能なアルミニウム合金は、2000、6000及び7000系アルミニウム合金(2xxx、6xxx及び7xxx系合金とも呼ばれる)、例えば7003、7046A、7075及び7085合金などを含む。これらのアルミニウム合金は、図1、6及び11におけるステップ12、112、212で示されるものなど、最初に金属合金を圧延又は押出成形してW調質での展伸材にすることによって加工され得る。このW調質の状態では、展伸材のアルミニウム合金は、溶体化熱処理後に室温で腐食及び/又は自発的若しくは自然時効を受けやすいことがあり得、いくつかの環境では非常に受けやすいことがあり得る。この腐食及び自然時効を防止するために、W調質状態での展伸材は、熱処理によって人工時効され得る。
Here, with reference to the drawings and the exemplary embodiments depicted in the drawings, aluminum alloys are formed and processed (eg, for example) to produce components, such as those shown in FIGS. 1, 6 and 11, respectively. , Systems and methods for processing vehicle components (eg, reinforcing beams for impact energy management, structural beams for vehicle frame configurations or other similar vehicle components) by machining high-strength aluminum alloys 10. 110, 210 are provided. In general, the aging of solution metal such as aluminum alloys can reinforce the alloy by producing intermetallicular particles in the alloying elements that can act as reinforcing phases, thereby increasing the strength of the alloy. .. Aluminum alloys capable of solution heat treatment include 2000, 6000 and 7000 series aluminum alloys (also referred to as 2xxx, 6xxx and 7xxx series alloys) such as 7003, 7046A, 7075 and 7085 alloys. These aluminum alloys are first processed by rolling or extruding the metal alloy into a wrought material in W tempering, such as that shown in
人工時効(又は単に時効と称される)は、高温で析出物を形成させることができ、アルミニウム合金を安定化させてT6又はT7調質にするために2つ以上のステップで行われ得る。これらのステップは、図1、6及び11におけるステップ14、114、214で示されるものなど、最初にオーブン又は他の加熱環境内において約100℃で約5~6時間にわたって展伸材を時効して、微細構造を安定化させることを含み得る。この初期時効は、W調質状態に比べて腐食を受けにくくし、残りの又は後続の時効ステップ中に展伸材が所望の強度量を得ることを可能にする。多段時効プロセスは、続いて、図1、6及び11におけるステップ16、116、216で示されるものなど、約130~190℃、例えば約150℃でオーブン又は加熱環境の高温で約10~18時間にわたって展伸材を人工時効するプロセスステップを含み得る。好ましくは、展伸材のその後の人工時効は、140~160℃、より好ましくは148~158℃、さらにより好ましくは約155℃で行われる。プロセスのこれらの個別の時効ステップの両方において、時効の温度及び時間は、提示したものよりも大きくするか又は小さくして、他の環境又は材料条件の変動を考慮に入れることができ、それでも本発明の範囲内である。
Artificial aging (or simply referred to as aging) can form precipitates at elevated temperatures and can be performed in two or more steps to stabilize the aluminum alloy to T6 or T7 tempering. These steps first aged the wrought material at about 100 ° C. for about 5-6 hours in an oven or other heating environment, such as those shown in
したがって、残りの又は後続の時効ステップを通した構成要素の人工時効時、アルミニウム合金に関するこの多段時効プロセスは、図1、6及び11におけるステップ18、118、218で示されるものなど、安定したT6又はT7調質状態を有し、且つ構成要素の所望の機械的特性を提供する金属部片を製造する。これらの初期及び後続の時効ステップは、直接連続して同じオーブン内で行われ得る。しかし、本発明は、初期時効ステップと後続の時効ステップとの間で切断、溶接、成形(ロール成形又は押抜きなど)などの追加の加工を行うことができるように、これらの時効ステップの時間及び/又は位置を分離することを含む。それにより、時効後の切断、溶接及び成形による腐食を低減又はさもなければ防止し、加熱操作後の内部応力による歪みを低減又はさもなければ防止する。本明細書で使用するとき、展伸材は、シート(一般に0.2mm~6.3mmの厚さを有する)若しくはプレート(一般に6.3mmよりも大きい厚さを有する)などの厚さに圧延されるアルミニウム、又は他にダイから所望の断面形状に押出成形されるアルミニウムを広く指す。 Thus, artificial aging of components through the remaining or subsequent aging steps, this multi-stage aging process for aluminum alloys is a stable T6, such as that shown in steps 18, 118, 218 in FIGS. 1, 6 and 11. Alternatively, a metal piece having a T7 tempered state and providing the desired mechanical properties of the component is manufactured. These initial and subsequent aging steps can be performed directly in succession in the same oven. However, the present invention allows for additional processing such as cutting, welding, forming (roll forming or punching, etc.) between the initial aging step and subsequent aging steps, so that the time of these aging steps can be performed. And / or includes separating positions. Thereby, corrosion due to cutting, welding and molding after aging is reduced or otherwise prevented, and strain due to internal stress after heating operation is reduced or otherwise prevented. As used herein, extruded material is rolled to a thickness such as a sheet (generally having a thickness of 0.2 mm to 6.3 mm) or a plate (generally having a thickness greater than 6.3 mm). Widely refers to aluminum that is rolled, or other aluminum that is extruded from a die into a desired cross-sectional shape.
図1を参照すると、多段プロセス10の最初のステップは、ステップ12に示されるものなど、アルミニウム合金を圧延することによってアルミニウム合金を成形して展伸材、すなわちシート30にして、W調質状態でのシート30を形成することを含む。この圧延ステップ12は、図2Aにも示されている。それにより、圧延機31に送り込まれるアルミニウム原料33を圧延機が圧縮及び延伸する結果、シート30が圧延機31から出る。次いで、アルミニウムシート30は、ステップ14での第1の時効ステップを通して、例えば約100℃で約5~6時間にわたり、又はさもなければ、展伸材がT6若しくはT7調質状態を実現するのに十分でない温度及び期間で熱処理され得る。第1の時効ステップ14も図2Aに示されている。シート30は、オーブンなどの加熱環境に置かれている。これらの初期加工ステップ12、14は、金属製造所又は工場など、第1の場所又は施設で実施され得る。 Referring to FIG. 1, the first step of the multi-stage process 10 is to roll an aluminum alloy, such as that shown in step 12, to form an aluminum alloy into a wrought material , i.e. sheet 30, in a W tempered state. Includes forming the sheet 30 in. This rolling step 12 is also shown in FIG. 2A. As a result, the rolling mill compresses and stretches the aluminum raw material 33 sent to the rolling mill 31, and as a result, the sheet 30 comes out of the rolling mill 31. The aluminum sheet 30 is then subjected to the first aging step in step 14, eg, at about 100 ° C. for about 5-6 hours, or otherwise the wrought material to achieve a T6 or T7 heat treated state. It can be heat treated at an inadequate temperature and duration. The first aging step 14 is also shown in FIG. 2A. The sheet 30 is placed in a heating environment such as an oven. These initial processing steps 12 and 14 may be performed at a first location or facility, such as a metal mill or factory.
ステップ14での初期熱処理時、金属シートがT6又はT7調質状態を実現する前に、シート30は、図1においてステップ20で示されるものなど、在庫として保管されるか、又は第2の場所若しくは施設に配送若しくは輸送され得る。第1の時効ステップ14の前又は後に、シート30は、図2Aにおいてステップ15で示されるものなど、略矩形状に切断され、積層されて平坦な形状のスタック32にされ得る。例えば、図2Bに示される積層形態32におけるものなどのシート30は、概して有害な腐食又は歪を受けることなく、しばらくの間、例えば最大約30日にわたって室温で在庫として保管するか又は輸送することができる。第1の時効ステップ14の熱及び持続時間により、ステップ14でのシート30の初期熱処理又は時効は、この在庫及び輸送期間にわたって展伸材にそのような保護特性を提供する。シートは、好ましくは、7000系アルミニウム合金を含み得、より好ましくは7075アルミニウム合金又は7085アルミニウム合金を含み得る。しかし、本発明の多段時効及び成形法は、他の金属種及び合金を用いて行われ得ることが考えられる。 During the initial heat treatment in step 14, the sheet 30 is stored in stock or in a second place, such as that shown in step 20 in FIG. 1, before the metal sheet achieves a T6 or T7 tempered state. Or it can be delivered or transported to the facility. Before or after the first aging step 14, the sheet 30 can be cut into a substantially rectangular shape, such as that shown in step 15 in FIG. 2A, and stacked to form a flat-shaped stack 32. For example, the sheet 30 such as that in the laminated form 32 shown in FIG. 2B should be stored or transported in stock at room temperature for some time, eg, up to about 30 days, without being generally subject to harmful corrosion or strain. Can be done. Due to the heat and duration of the first aging step 14, the initial heat treatment or aging of the sheet 30 in step 14 provides such protective properties to the wrought material over this inventory and transport period. The sheet may preferably contain a 7000 series aluminum alloy, and more preferably a 7075 aluminum alloy or a 7085 aluminum alloy. However, it is conceivable that the multi-stage aging and molding methods of the present invention may be carried out using other metal species and alloys.
第2の場所での又は後の時点におけるものなどの後続の加工ステップにおいて、シートは、図1及び図2Cに示されるものなど、様々な加工ステップ22を受け得る。これらの加工ステップ22は、所望の部品又は車両構成要素を製造するために、成形24及び溶接26などの1つ又は複数のステップを含み得る。例えば、7075及び7085アルミニウム合金は、概して凝固割れのない幾何学的及び冶金学的に強固な溶接部をもたらすようにシートが溶接されることを可能にする高度な溶接プロセスで溶接され得る。任意選択的に、溶接は、ワイヤを用いたMIG溶接、誘導溶接又は接触溶接などによって行われ得る。溶接部を形成するために調整されるパラメータは、レーザ移動速度、ワイヤ送給速度、レーザ角度及びレーザ出力の調節を含む。追加の実施形態では、様々な加工ステップ22におけるものなど、ステップ14での初期熱処理後のシートの溶接は、任意選択的に、レーザ溶接又は摩擦撹拌溶接などを含み得ることが考えられる。加工ステップ22中、シートが溶接され得、それにより、溶接による局所的な熱により、溶接されるシートの部分又は熱感受性領域がW調質状態に戻り得ることが考えられる。 In subsequent machining steps, such as those at a second location or at a later point in time, the sheet may undergo various machining steps 22, such as those shown in FIGS. 1 and 2C. These machining steps 22 may include one or more steps such as molding 24 and welding 26 to manufacture the desired part or vehicle component. For example, 7075 and 7085 aluminum alloys can be welded with advanced welding processes that allow the sheets to be welded to provide geometrically and metallurgically strong welds that are generally free of solidification cracks. Optionally, the welding can be done by MIG welding with wires, induction welding, contact welding and the like. Parameters adjusted to form the weld include adjustment of laser moving speed, wire feeding speed, laser angle and laser output. In additional embodiments, it is conceivable that welding of the sheet after the initial heat treatment in step 14, such as in various machining steps 22, may optionally include laser welding, frictional agitation welding, and the like. It is conceivable that during the machining step 22, the sheet may be welded, whereby the portion of the sheet to be welded or the heat sensitive region may return to the W tempered state due to the local heat generated by the weld.
例えば、図2Cに示されるように、複数の加工ステップ22は、図1に示される初期加工ステップ12、14を通して熱処理されたアルミニウム合金のシートなどの金属シート30に対して行われるものとして例示されている。図2Cに示されるステップは、アルミニウムのシートのスタック32から個々のシート30を取り出して、水平方向に真っ直ぐにスタンピングダイ36に送給することを含む。スタンピングダイ36は、シート30を切断し、シート30を湾曲させ、且つ/又はシート30に様々な形状を与えて、それぞれ所望の形状を有するシートの部片又はストリップを形成するように構成され得る。次いで、これらの部片又はストリップを溶接ステーション38に送給することができる。溶接ステーション38は、部片又はストリップを互いに取り付けて、少なくとも1つの取り囲まれた領域を有するビーム構成要素などの構成要素40を形成する。溶接ステーション38における溶接機は、シート30の部片を溶接及び固定して所望の形状にすることができる。溶接機は、例えば、図3~5に示されるものなどの取り囲まれた管形状を有するものなどの構成要素40を提供するために、部片の縁部をシートの他の部片に溶接することにより、固定具に保持されたシート30の部片を溶接する。部片を屈曲又は湾曲させることもできる。それにより、部片又はストリップを互いに取り付ける際、得られる構成要素は、全体として湾曲した形状、構成要素が取着する車両の一部の空気力学的形状に適合するそのような所望の長手方向湾曲、例えば車両ドア、車両バンプ又は車両の他の想定される領域に対応する湾曲形状を含むことができる。 For example, as shown in FIG. 2C, the plurality of machining steps 22 are exemplified as those performed on a metal sheet 30 such as an aluminum alloy sheet that has been heat treated through the initial machining steps 12 and 14 shown in FIG. ing. The step shown in FIG. 2C involves removing the individual sheets 30 from the stack of aluminum sheets 32 and feeding them straight horizontally to the stamping die 36. The stamping die 36 may be configured to cut the sheet 30, bend the sheet 30 and / or give the sheet 30 various shapes to form pieces or strips of the sheet each having the desired shape. .. These pieces or strips can then be fed to the welding station 38. The welding station 38 attaches pieces or strips to each other to form a component 40, such as a beam component having at least one enclosed area. The welding machine at the welding station 38 can weld and fix the pieces of the sheet 30 into a desired shape. The welder welds the edges of one piece to another piece of the sheet to provide a component 40, such as one having an enclosed tube shape, such as those shown in FIGS. 3-5. Thereby, the piece of the sheet 30 held by the fixture is welded. The pieces can also be bent or curved. Thereby, when the pieces or strips are attached to each other, the resulting component has an overall curved shape, such a desired longitudinal curvature that fits the aerodynamic shape of the part of the vehicle to which the component attaches. It can include, for example, a vehicle door, a vehicle bump, or a curved shape corresponding to another assumed area of the vehicle.
図3~5に示されるように、構成要素40は、その前壁46、後壁48、上部水平剪断壁50、中間水平剪断壁52及び下部水平剪断壁54を形成するストリップを含むアルミニウムの5つのシート又はストリップからなるビームである。剪断壁50~54は、概して平面状であるが、非直線状の前縁及び後縁を有するように予成形される。前壁46及び後壁48は、直交関係のシートが当接するときに形成されるものなど、6つの丸みのない角部56(図5)に位置する溶接部などの連続的な溶接部によって縁部に係合して固定される。前壁46及び後壁48は、後壁48における取付穴58と、前壁46におけるアクセス穴60と、付属品取付穴62などの所望の任意の他の特徴部とを含むように成形ステップ24などで予成形され得る。前壁46及び後壁48又は他の壁も予成形され得、非平坦又は平坦であり得るが、溶接固定具によって係合するように付勢されたときに縁部の形状を取るのに十分な可撓性を有し得ることが考えられる。米国特許第9,381,880号明細書にさらに記載されているように、形成されたビームは、例えば、前壁及び後壁を形成するより厚いシートと、剪断壁を形成するより薄いシートとを有することも考えられる。この特許は、その全体が参照により本明細書に援用される。 As shown in FIGS. 3-5, the component 40 is an aluminum 5 including strips forming its front wall 46, rear wall 48, upper horizontal shear wall 50, intermediate horizontal shear wall 52 and lower horizontal shear wall 54. A beam consisting of two sheets or strips. The shear walls 50-54 are generally planar, but are preformed to have non-linear leading and trailing edges. The front wall 46 and the rear wall 48 are edged by continuous welds such as welds located at six unrounded corners 56 (FIG. 5), such as those formed when orthogonal sheets abut. It engages with the part and is fixed. The front wall 46 and the rear wall 48 are formed so as to include a mounting hole 58 in the rear wall 48, an access hole 60 in the front wall 46, and any other desired feature such as an accessory mounting hole 62. It can be preformed by such as. The anterior wall 46 and the posterior wall 48 or other walls can also be preformed and can be non-flat or flat, but sufficient to take the shape of the edges when urged to engage by a weld fixture. It is conceivable that it may have a high degree of flexibility. As further described in US Pat. No. 9,381,880, the formed beams are, for example, a thicker sheet forming the anterior and posterior walls and a thinner sheet forming the shear wall. It is also possible to have. This patent is incorporated herein by reference in its entirety.
図2Cを再び参照すると、溶接ステーション38から出ると、形成された構成要素40は、複数の時効ステップの残りの時効ステップ16を通して熱処理されて、車両構成要素40’全体にわたって概して均質にT6又はT7調質状態を実現することができる。したがって、追加の時効ステップ16は、少なくとも、より均質な材料特性を提供し、T6調質を有するアルミニウム合金を溶接した後に通常であれば存在するであろう腐食の問題を低減又は排除する。熱処理後の最終調質状態では、アルミニウム合金車両構成要素40’は、概してより腐食を受けにくく、且つより一貫した材料強度を有する。したがって、T6又はT7調質状態を実現するための熱処理又は時効プロセス全体がステップ14及び16などの少なくとも2つのステップに分けられて、これらのステップ間でシートが溶接されることを可能にし、それにより過度の熱処理を避ける。過度の熱処理は、不要な熱処理の余計な時間及び費用に加えて、構成要素の幾何学的形状を歪め、時間と共に溶接不良を引き起こす可能性がある。T6又はT7調質状態が実現されると、構成要素は、粉末コーティング塗料焼付けの結果など、さらに熱処理され得ることが考えられる。したがって、塗料焼付け操作前の最終調質状態は、構成要素が受ける後続の熱処理を見込んでおり、不要な熱処理を防ぐことも考えられる。 Referring again to FIG. 2C, upon exiting the welding station 38, the formed component 40 is heat treated through the remaining aging steps 16 of the plurality of aging steps and is generally homogeneously T6 or T7 throughout the vehicle component 40'. A tempered state can be realized. Therefore, the additional aging step 16 provides at least more homogeneous material properties and reduces or eliminates corrosion problems that would normally be present after welding an aluminum alloy with T6 tempering. In the final tempered state after heat treatment, the aluminum alloy vehicle component 40'is generally less susceptible to corrosion and has more consistent material strength. Therefore, the entire heat treatment or aging process for achieving a T6 or T7 tempered state is divided into at least two steps, such as steps 14 and 16, which allow the sheet to be welded between these steps. To avoid excessive heat treatment. Excessive heat treatment, in addition to the extra time and cost of unnecessary heat treatment, can distort the geometry of the components and cause welding defects over time. Once the T6 or T7 tempered state is achieved, it is conceivable that the components may be further heat treated, such as as a result of powder coating paint baking. Therefore, in the final tempered state before the paint baking operation, the subsequent heat treatment received by the components is expected, and it is possible to prevent unnecessary heat treatment.
図6を参照すると、多段プロセス110の追加の実施形態は、アルミニウム合金を成形して展伸材、すなわちシート130にすることを含む。図7Aにも図示されるステップ112で示されるものなど、シート130は、W調質状態で形成される。それにより、シート130は、圧延機131から出る。圧延機131は、圧延機131に送給されるアルミニウム原料133を加工する。図1に示される実施形態と同様に、次いで、アルミニウムシート130は、ステップ114での第1の時効ステップを通して、例えば約100℃で約5~6時間にわたり、又はさもなければ、展伸材がT6若しくはT7調質状態を実現するのに十分でない温度及び期間で熱処理され得る。ステップ114での初期熱処理の実施時、シート130は、図6においてステップ120で示されるものなど、在庫として保管されるか、又は第2の場所若しくは施設に配送若しくは輸送され得る。 Referring to FIG. 6, an additional embodiment of the multi-stage process 110 comprises molding an aluminum alloy into a wrought material , i.e. sheet 130. The sheet 130 is formed in a W tempered state, such as that shown in step 112, which is also illustrated in FIG. 7A. As a result, the sheet 130 comes out of the rolling mill 131. The rolling mill 131 processes the aluminum raw material 133 supplied to the rolling mill 131. Similar to the embodiment shown in FIG. 1, the aluminum sheet 130 is then subjected to the first aging step in step 114, eg, at about 100 ° C. for about 5-6 hours, or otherwise the wrought material . It may be heat treated at a temperature and duration that is not sufficient to achieve a T6 or T7 tempered state. During the initial heat treatment in step 114, the sheet 130 may be stored in inventory, such as that shown in step 120 in FIG. 6, or delivered or transported to a second location or facility.
図7Aのステップ115に示されるものなど、第1の時効ステップ114の前又は後に、シート130を巻いてコイル132にすることができる。図7Bに示されるような複数のコイル132は、第1の時効ステップ114の適用された熱及び持続時間により、有害な腐食又は歪を概して受けることなく、しばらくの間、例えば最大約30日にわたって室温で在庫として保管されるか又は輸送され得る。例えば、図7Cに示されるように、複数の加工ステップ122は、アルミニウムシート130に対して行われるものとして例示されている。図6及び7Cに示されるステップは、シート130がストックロールコイル132から解かれて、水平方向に真っ直ぐにロール成形機に送給されることを含む。ロール成形機は、例えば、第1のローラの組134’及び第2のローラの組134’’を有する図示のローラ成形機である。第1のローラの組134’及び第2のローラの組134’’のそれぞれは、シート30に異なる形状を与えて所望の形状を形成するように構成される。その形状は、少なくとも1つの取り囲まれた領域を有するビームであり得る。ロール成形機から出ると、溶接機136が提供されて、シート130を溶接及び固定して所望の形状にすることができ、例えばシートの長さに沿ってシートの側縁部をシートの別の部分に溶接して、少なくとも1つの管形状を取り囲むことにより、シート130を溶接する。所望の形状は、シートの縁部を溶接しない異なる断面形状にすることができ、又はシートの両方の側縁部を溶接できることも考えられる。 The sheet 130 can be wound into the coil 132 before or after the first aging step 114, such as that shown in step 115 of FIG. 7A. The plurality of coils 132, as shown in FIG. 7B, are generally free from harmful corrosion or strain due to the heat and duration applied in the first aging step 114, for some time, eg, up to about 30 days. It can be stored or shipped in stock at room temperature. For example, as shown in FIG. 7C, the plurality of machining steps 122 are exemplified as being performed on the aluminum sheet 130. The steps shown in FIGS. 6 and 7C include unwinding the sheet 130 from the stock roll coil 132 and feeding it horizontally straight to the roll forming machine. The roll forming machine is, for example, the illustrated roller forming machine having a set of first rollers 134 ′ and a set of second rollers 134 ″. Each of the first roller set 134'and the second roller set 134'' is configured to give the sheet 30 different shapes to form the desired shape. The shape can be a beam with at least one enclosed area. Upon exiting the roll forming machine, a welding machine 136 is provided which allows the sheet 130 to be welded and fixed into the desired shape, eg, the side edges of the sheet along the length of the sheet to another of the sheets. The sheet 130 is welded by welding to the portion and surrounding at least one tube shape. It is also conceivable that the desired shape can be a different cross-sectional shape without welding the edges of the sheet, or both side edges of the sheet can be welded.
溶接ステーション136から出ると、溶接された管形状は、図7Cに示されるものなど、スイープステーション138によって屈曲又はスイープされて、例えば車両バンパ又はバンパ領域の空気力学的形状に適合するなどの所望の湾曲にすることができる。連続的なビーム又は湾曲したプロファイルをある長さの区域に切断して、複数の部品を提供することもできる。それらの部品は、車両又は他の用途のための構造フレーム部材又はエネルギー吸収部材などの構成要素をそれぞれ画定することができる。例えば、形成された車両構成要素140は、図8~10に示されるものなどの車両補強ビームを提供するように構成され得る。それにより、取り囲まれたビームの長さ及び湾曲は、車両バンパの前部又は後部湾曲設計に適合され得る。また、ビームの断面形状は、所望のエネルギー吸収特性に適合され得る。図10に示されるように、構成要素140は、ロール成形されて、その長さに沿った概して一定の断面形状と、2つの取り囲まれた管状区域142とを提供する。シート130の両側の縁部144は、前壁146の後面に取着するように湾曲される。構成要素140は、剛性及び強度の向上のために前壁146に沿って形成されるチャネル又は補強リブ147も含み得る。 Upon exiting the welding station 136, the welded tube shape is bent or swept by the sweep station 138, such as that shown in FIG. 7C, to fit, for example, the aerodynamic shape of the vehicle bumper or bumper region. Can be curved. It is also possible to cut a continuous beam or curved profile into areas of a certain length to provide multiple parts. These components can each define components such as structural frame members or energy absorber members for vehicles or other applications. For example, the formed vehicle component 140 may be configured to provide a vehicle reinforcement beam such as that shown in FIGS. 8-10. Thereby, the length and curvature of the enclosed beam can be adapted to the front or rear curvature design of the vehicle bumper. Also, the cross-sectional shape of the beam can be adapted to the desired energy absorption characteristics. As shown in FIG. 10, the component 140 is roll-formed to provide a generally constant cross-sectional shape along its length and two enclosed tubular areas 142. The edges 144 on both sides of the sheet 130 are curved to attach to the rear surface of the front wall 146. The component 140 may also include channels or reinforcing ribs 147 formed along the anterior wall 146 for increased rigidity and strength.
図6及び7Cを再び参照すると、加工ステップ122中、シート130は、構成要素140に沿って幾何学的及び冶金学的に強固な溶接部を形成するように溶接され得る。それにより、溶接による局所的な熱により、溶接されるシートの部分又は熱感受性区域は、W調質状態に戻り得る。次いで、形成された構成要素140は、複数の時効ステップの残りの時効ステップ116を通して熱処理されて、車両構成要素140’全体にわたって概して均質にT6又はT7調質状態を実現することができる。それにより、追加の時効ステップ116は、少なくとも、より均質な材料特性を提供し、T6調質を有するアルミニウム合金を溶接した後に通常であれば存在するであろう腐食の問題を低減又は排除する。熱処理後の最終調質状態では、アルミニウム合金構成要素は、概してより腐食を受けにくく、且つより一貫した材料強度を有する。したがって、T6又はT7調質状態を実現するための熱処理又は時効プロセス全体がステップ114及び116などの少なくとも2つのステップに分けられて、これらのステップ間でシートが溶接されることを可能にし、それにより過度の熱処理を避ける。過度の熱処理は、不要な熱処理の余計な時間及び費用に加えて、構成要素の幾何学的形状を歪め、時間と共に溶接不良を引き起こす可能性がある。 With reference to FIGS. 6 and 7C again, during machining step 122, the sheet 130 can be welded along the component 140 to form a geometrically and metallurgically strong weld. Thereby, due to the local heat from welding, the portion of the sheet to be welded or the heat sensitive area may return to the W tempered state. The formed component 140 can then be heat treated through the remaining aging steps 116 of the plurality of aging steps to achieve a generally homogeneous T6 or T7 tempered state throughout the vehicle component 140'. Thereby, the additional aging step 116 provides at least more homogeneous material properties and reduces or eliminates corrosion problems that would normally be present after welding an aluminum alloy with T6 tempering. In the final tempered state after heat treatment, the aluminum alloy components are generally less susceptible to corrosion and have more consistent material strength. Therefore, the entire heat treatment or aging process for achieving a T6 or T7 tempered state is divided into at least two steps, such as steps 114 and 116, which allow the sheet to be welded between these steps. To avoid excessive heat treatment. Excessive heat treatment, in addition to the extra time and cost of unnecessary heat treatment, can distort the geometry of the components and cause welding defects over time.
図11を参照すると、多段プロセス210の追加の実施形態は、アルミニウム合金を成形して展伸材、すなわち押出成形品にすることを含む。ステップ212に示されるものなど、押出成形品は、W調質状態で成形される。それにより、この押出成形品は、アルミニウム原料を加工する押出ダイから出る。上述した実施形態と同様に、次いで、アルミニウム押出成形品230は、ステップ214での第1の時効ステップを通して人工時効又は熱処理され得、例えば中間調質状態を実現するか、又はさもなければ、展伸材がT6若しくはT7調質などの最終調質状態を実現するのに十分でない熱及び/又は持続時間で時効する。ステップ214での初期熱処理の実施時、押出成形品は、ステップ220で示されるものなど、在庫として保管されるか、又は第2の場所若しくは施設に配送若しくは輸送され得る。在庫から取り出されるか又は次の段階に輸送されると、展伸材は、図11においてステップ222で示されるものなど、加工されて構成要素部品を形成することができる。構成要素部品は、想定される用途の中でもとりわけ車両又は家具の構成などに関して、様々な種類又は形状の構成要素であり得ることが考えられる。形成された構成要素は、図11に示されるように、残りの時効ステップ216を通して熱処理されて、例えば構成要素40全体にわたって概して均質に最終調質状態を実現することができる。
Referring to FIG. 11, an additional embodiment of the
本明細書で論じる全般的な方法又は成形ステップに関して、それらのステップは、論じられたものと異なる様々な順序で実施されて、所望の構成要素若しくはビーム又はその一部の形成を同様にもたらすことができる。 With respect to the general methods or molding steps discussed herein, those steps are carried out in various orders different from those discussed to similarly result in the formation of the desired component or beam or parts thereof. Can be done.
本明細書で使用するとき、アルミニウム合金に関する調質記号は、以下のように理解される。W調質は、溶体化熱処理後に自発的に時効する合金にのみ適用される。一方、T調質は、安定した調質状態を生成するために、補助的なひずみ硬化を伴って又は伴わずに熱処理される製品に適用される。T調質は、T6など、常にその後に1つ又は複数の数字が付く。この数字は、溶体化処理され、次いで人工時効される合金を表す。すなわち、T6調質は、(a)溶体化処理後に冷間加工されない製品、又は(b)平坦化若しくは真直化における冷間加工の効果が機械的特性限界で認識され得ない製品に適用される。T7調質は、溶体化熱処理及び過時効/安定化処理される合金を表す。すなわち、T7調質は、(a)何らかの重要な特性若しくは特徴の制御を提供するように実現可能な最大値を超えて強度を増加させるために、溶体化熱処理後に人工時効される展伸材、又は(b)寸法及び強度の安定性を提供するために、溶体化処理後に人工時効される鋳造品に適用される。 As used herein, tempering symbols for aluminum alloys are understood as follows. W tempering is applied only to alloys that spontaneously age after solution heat treatment. On the other hand, T tempering is applied to products that are heat treated with or without auxiliary strain hardening to produce a stable tempered state. T tempering is always followed by one or more numbers, such as T6. This number represents an alloy that has been solution-treated and then artificially aged. That is, T6 tempering is applied to (a) products that are not cold-worked after solution treatment, or (b) products in which the effect of cold-working on flattening or straightening cannot be recognized due to mechanical property limits. .. T7 tempering represents an alloy that is solution heat treated and overaged / stabilized. That is, T7 tempering is (a) a wrought material that is artificially aged after solution heat treatment to increase its strength beyond the maximum achievable to provide control of some important property or feature. Or (b) applied to castings that are artificially aged after solution heat treatment to provide dimensional and strength stability.
また、本開示の目的のために、「上部」、「下部」、「右」、「左」、「後」、「前」、「垂直」、「水平」という用語及びそれらの派生語は、図5の向きでの本発明に関するものとする。しかし、本発明は、逆であることが明示的に指定されている場合を除いて、様々な代替の向きを取り得ることが理解される。添付図面に示し、本明細書に記載した特定のデバイス及びプロセスは、添付の特許請求の範囲に定義されている発明概念の単なる例示的な実施形態であることも理解される。したがって、本明細書に開示されている実施形態に関する特定の寸法及び他の物理的特性は、他に特許請求の範囲に明示的に述べられていない限り、限定と見なされるべきではない。 Also, for the purposes of this disclosure, the terms "upper", "lower", "right", "left", "rear", "front", "vertical", "horizontal" and their derivatives are used. It is related to the present invention in the orientation of FIG. However, it is understood that the present invention may take various alternative orientations, unless explicitly specified to be the opposite. It is also understood that the particular devices and processes shown in the accompanying drawings and described herein are merely exemplary embodiments of the invention concept as defined in the appended claims. Therefore, certain dimensions and other physical properties for embodiments disclosed herein should not be considered limiting unless expressly stated in the claims.
具体的に述べた実施形態に対する変更形態及び修正形態は、本発明の原理から逸脱することなくなされ得る。本発明は、特許法の原則に従って解釈される添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図されている。本開示は、例示的に述べられてきた。また、使用された用語は、性質上、限定ではなく説明のための言葉として意図されていることが理解される。上記の教示に照らして、本開示の多くの修正形態及び変形形態が可能である。本開示は、具体的に述べたものと異って実施され得る。 Modifications and modifications to the specifically described embodiments can be made without departing from the principles of the invention. The present invention is intended to be limited only by the appended claims, which are construed in accordance with the principles of patent law. The present disclosure has been exemplified. It is also understood that the term used is by nature intended as an explanatory term rather than a limitation. In light of the above teachings, many modified and modified forms of the present disclosure are possible. This disclosure may be carried out differently than specifically stated.
Claims (18)
最終調質状態を実現するために必要な複数の時効ステップのうち、第1の時効ステップを通して熱処理されているアルミニウム合金シートを提供することであって、前記第1の時効ステップが、前記アルミニウム合金シートに、中間調質状態をもたらす、アルミニウム合金シートを提供することと、
前記アルミニウム合金シートを、成形ステーションにおいて、押抜き又はロール成形により、所望の形状に成形することと、
前記成形ステーションに続く溶接ステーションにおける融接プロセスで、前記成形ステーションと前記溶接ステーションとの間に処理ステップなしで、前記所望の形状の前記アルミニウム合金シートを溶接し、構成要素を提供することと、
前記加工された構成要素を、前記複数の時効ステップのうち、最終の時効ステップを通して熱処理して、前記最終調質状態を実現することと
を含む方法。 A method of molding and processing aluminum wrought material to manufacture components.
Of the plurality of aging steps required to achieve the final tempered state, the provision is to provide an aluminum alloy sheet that has been heat-treated through the first aging step , wherein the first aging step is the aluminum. To provide an aluminum alloy sheet that provides an intermediate heat treatment state for the alloy sheet ,
The aluminum alloy sheet is molded into a desired shape by punching or roll molding at a molding station .
In the fusion welding process at the welding station following the forming station, the aluminum alloy sheet of the desired shape is welded between the forming station and the welding station without a processing step to provide components.
A method comprising heat-treating the processed component through the final aging step of the plurality of aging steps to achieve the final tempered state.
アルミニウム合金を圧延して、シートを形成することと、
前記シートを溶体化熱処理して、W調質状態を提供することと、
前記シート製品がT6又はT7調質状態を実現するために必要な複数の時効ステップのうち、第1の時効ステップを通して前記シートを熱処理することと、
前記シートをロール成形機で、連続して屈曲して、所望の形状にロール成形することと、
前記ロール成形機に続く溶接機で、前記ロール成形機と前記溶接機との間に処理ステップなしで、前記所望の形状の前記シートを溶接することと、
複数の時効ステップのうち、残りの時効ステップを通して、前記車両構成要素を熱処理して、前記車両構成要素全体にわたってT6又はT7調質状態を実現することとを含み、
前記車両構成要素は、残りの時効ステップの前にロール成形および溶接することにより、T6又はT7調質状態のシートから成形されて融接された構成要素よりも、応力腐食亀裂を受けにくい、方法。 A method of molding and processing aluminum wrought material to manufacture vehicle components.
Rolling an aluminum alloy to form a sheet ,
The sheet is subjected to solution heat treatment to provide a W tempered state.
Of the plurality of aging steps required for the sheet product to achieve a T6 or T7 tempered state, the sheet is heat-treated through the first aging step.
The sheet is continuously bent by a roll forming machine to roll form into a desired shape.
Welding the sheet of the desired shape between the roll forming machine and the welding machine without a processing step with a welding machine following the roll forming machine.
Including heat treating the vehicle component through the remaining aging steps of the plurality of aging steps to achieve a T6 or T7 tempered state over the entire vehicle component.
The vehicle components are less susceptible to stress corrosion cracking than components formed and fused from T6 or T7 tempered sheets by roll forming and welding prior to the remaining aging steps. ..
前記溶接部分の前記領域は、前記残りの時効ステップを通した前記車両構成要素の熱処理時に、T6又はT7調質状態を実現する、請求項16に記載の方法。 Welding the sheet causes the area of the welded portion of the sheet to achieve a W tempered state.
16. The method of claim 16 , wherein the region of the weld realizes a T6 or T7 tempered state during heat treatment of the vehicle component through the remaining aging steps.
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