專利名稱：在金屬板和管的熱吹成形期間的流體冷卻的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用加壓流體作用于加熱的薄金屬工件的一側(cè)來推動和拉伸所述熱軟化的工件。工件通常被拉伸為與位于該工件另一側(cè)的工具的成形表面一致，來將該金屬成形為復(fù)雜形狀。更具體地，本發(fā)明涉及使用第二流體來選擇性地冷卻變形金屬的預(yù)定高應(yīng)變位置，以增強該工件的整體成形性，并且使成形時的局部損害最小化。
背景技術(shù)：
本發(fā)明關(guān)注于將薄的、相對輕重量的鋁基合金工件和鎂基合金工件成形為汽車車身面板或一般的管狀車身或框架結(jié)構(gòu)或諸如此類。這種面板可以例如由尺寸約1000毫米X 1500毫米X 1-3毫米的初始平坦的金屬板坯形成。管狀結(jié)構(gòu)可以由管制成，所述管具有例如必要的長度、約50毫米至約150毫米左右的標(biāo)稱直徑、以及約1-3毫米的壁厚。在管狀工件的熱吹成形中，可適當(dāng)成形的金屬合金管被加熱至成形溫度并且置于具有一個或多個成形表面的限制工具內(nèi)，而流體壓力被施加到該工件的內(nèi)部，從而將軟化的薄壁部分向該工具的封閉成形表面擴(kuò)展?？梢詮脑摴芄ぜ@得復(fù)雜形狀。鎂或鋁金屬板的熱吹成形通常涉及將該板材在預(yù)熱爐中加熱至約500°C;將該板材自動機(jī)械轉(zhuǎn)移到飾面模具構(gòu)件(facing die member)(有時也稱為工具)之間的位置，飾面模具構(gòu)件也被加熱至大約相同溫度；在半模具之間夾鉗該板材以建立氣密封條；以及然后向該板材的一側(cè)施加氣體壓力來吹塑它并且將它拉伸為與飾面模具腔一致來形成所需形狀。然后，釋放氣體壓力，打開模具，取走并冷卻所形成的面板。替代地，在一些情況中， 代替使用預(yù)熱爐，板材可由熱模具加熱。兩種情況下，板材通常被加熱至大約500°C，然后保持該溫度一段短時間來確保在施加成形壓力前溫度均勻。工件通常(如果未已經(jīng)完全退火的話)在變形前經(jīng)歷靜態(tài)再結(jié)晶，并且它是經(jīng)歷該變形的再結(jié)晶顆粒結(jié)構(gòu)。這種實踐可與具有適當(dāng)成分和熱機(jī)械歷史的鋁合金和鎂合金一起成功使用?？梢孕纬删哂袕?fù)雜曲率和深凹坑或穴的車身面板。因而，取決于金屬工件的所有區(qū)域在其被拉伸過和拉伸向加熱的成形工具時的可成形性，熱吹成形可被用來形成復(fù)雜的三維形狀。潤滑劑可被用來增強金屬在成型工具表面上的摩擦運動，并且保護(hù)該工件和工具的表面。盡管如此，對于可從指定金屬板合金獲得的所需物品形狀仍可有限制。

發(fā)明內(nèi)容
熱吹成形一般在諸如金屬板或金屬管的薄金屬合金工件上進(jìn)行，其中，冷軋或擠壓的金屬通常具有約一毫米至約三毫米的厚度。在本說明書對本發(fā)明的實施例的說明中， 通常將參考對金屬板工件的處理。這么做是出于簡化目的，并且要理解，在許多實施例中， 可以以類似方式處理管狀工件的薄金屬。由于熱吹成形經(jīng)常被用來將薄金屬合金工件變形為具有復(fù)雜形狀的物品，必須選擇合適的金屬合金成分和冶金微結(jié)構(gòu)。例如，鋁合金5083可以適用于鋁合金物品，AZ31則經(jīng)常適用于鎂合金物品。每一種均可被制備為具有細(xì)顆粒微結(jié)構(gòu)，細(xì)顆粒微結(jié)構(gòu)提供用于成形的改進(jìn)的延展性。如上所述，在被置于加熱的成形模具之間前或后，工件一般被均勻加熱至預(yù)定成形溫度。該加熱過程也可被用來退火或再結(jié)晶該工件，從而就在熱吹成形操作開始時增強其可成形性。通常情況下，模具(或其他成形工具)也被加熱至相對窄的成形溫度范圍，該范圍被建立以在可接受的成形時期內(nèi)增強該工件的可成形性。分析要成形的部件的形狀來標(biāo)識金屬板工件在其中可能經(jīng)歷應(yīng)變水平的區(qū)域，所述應(yīng)變水平會在金屬板被拉伸和成形時甚至在該金屬的提高的成形溫度處對金屬板造成撕裂或其他損害。例如，人們希望在金屬工件中形成半球形狀。當(dāng)預(yù)熱的金屬板試樣的外圍被夾鉗并且一側(cè)被施加了適合的空氣壓力時，熱板材可被逐漸擴(kuò)展為半球形圓頂形狀。但是要指出的是，擴(kuò)展金屬的圓頂高度通常受限于在成形圓頂形狀的極點區(qū)域附近處應(yīng)變的金屬的過度減薄和分裂。半球形狀是分析起來相對簡單的形狀。但也可以通過分析技術(shù)或通過初步成形實驗在工件材料上進(jìn)行其他成形測試來分析其他所需的物品形狀。進(jìn)行這種測試是出于標(biāo)識預(yù)期形狀的區(qū)域的目的，在所述區(qū)域中，在獲得所需的熱吹成形物品形狀前，金屬可被過度減薄或過度應(yīng)變以及損害。有時候，對易延展金屬的這種局部減薄和應(yīng)變限制了可通過該材料的熱吹成形獲得的形狀的類型(例如，圓頂高度)。這會意味著不能使用熱吹成形從可用金屬合金制成所需物品形狀。有時候，通過明顯減緩對流體壓力的施加以及成形速率，仍可獲得形狀。但這限制了生產(chǎn)速率以及對昂貴成形設(shè)備的利用。根據(jù)本發(fā)明的實施例，在熱吹成形過程期間選擇性地冷卻已被或多或少均勻加熱至其成形溫度的薄金屬工件的標(biāo)識區(qū)域。通過將周圍空氣(或其他適合流體)的流導(dǎo)向該工件的標(biāo)識表面區(qū)域中該金屬的一側(cè)或兩側(cè)，冷卻被適當(dāng)完成。冷卻流體流被使用和控制，以在標(biāo)識的關(guān)鍵成形區(qū)域中減少成形金屬的應(yīng)變和減薄。對應(yīng)變或減薄的這種減少是金屬在冷卻區(qū)域中變得更硬的后果。所選擇的冷卻策略是在經(jīng)歷成形操作期間將應(yīng)變轉(zhuǎn)移到減薄金屬工件的更大的相鄰區(qū)域中，并且通過工件的更均勻減薄來增強整體可成形性。對應(yīng)變的這種轉(zhuǎn)移允許工件實現(xiàn)所正經(jīng)歷的成形步驟的預(yù)期形狀。取決于對金屬和成形步驟的預(yù)定要求，一個或多個冷卻流體流可被用來選擇性地冷卻工件的一個或多個高應(yīng)變區(qū)域。冷卻流體流可在熱吹成形步驟的所選部分期間或者在成形步驟的整個時段期間被導(dǎo)向熱工件的所選區(qū)域。對于金屬工件的熱吹成形步驟可以例如占用三十至多于一百秒來完成，并且冷卻流體流可在成形時段的所選部分期間或整個時段期間被施加到金屬的區(qū)域。一些物品可能要求多于一個熱吹成形步驟，并且所選的冷卻可被用于成形步驟的一個或多個中。因此，根據(jù)本發(fā)明的實踐，熱吹成形過程使用兩個流體流。一種流體，其可能是空氣，被用于在成形表面加壓并形成加熱的金屬工件。第二種流體，其也可能是空氣，被用來在工件被成型時局部冷卻該工件的所選區(qū)域。冷卻流或多個冷卻流被用來允許在金屬工件中熱吹成形更復(fù)雜的形狀，并且在一分鐘左右的相對短的成形時段中完成這種成形。從以下對本發(fā)明實踐的特定說明性例子中，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢將顯而易見。將參考在本說明書的下一節(jié)中描述的附圖。本發(fā)明還提供了以下方案
1. 一種制造物品的方法，所述物品包括要從薄壁管工件或金屬板工件形成的成型部分，所述工件具有輕金屬基合金成分和冶金微結(jié)構(gòu)以用于所述薄壁管或所述金屬板的熱吹成形，所述成型部分的熱吹成形要求所述工件的至少一個標(biāo)識區(qū)域經(jīng)歷減薄或應(yīng)變，所述減薄或應(yīng)變會在所述標(biāo)識區(qū)域中損害所述成形金屬；所述方法包括
大致均勻地加熱所述工件至用于所述金屬成分和微結(jié)構(gòu)的熱吹成形溫度； 向所述金屬工件的一側(cè)施加熱吹成形流體的壓力，以將所述工件的至少一部分向位于所述工件的另一側(cè)上的成型構(gòu)件的表面擴(kuò)展，所述成型表面包括所述工件的至少一個標(biāo)識區(qū)域的形狀；以及，
在所述工件的擴(kuò)展期間的至少一些時間，以將冷卻流體流導(dǎo)向所述工件在每一個標(biāo)識區(qū)域處的至少一側(cè)，以減少金屬失效水平以下該區(qū)域中的總體應(yīng)變，所述冷卻流體是從與所述熱吹成形流體的源不同的流體源輸送的。2.根據(jù)方案1所述的制造物品的方法，其中，所述工件是具有大約一毫米至大約
三毫米范圍的管壁厚度的薄金屬管。3.根據(jù)方案1所述的制造物品的方法，其中，所述工件是具有大約一毫米至大約三毫米范圍的金屬板厚度的金屬板工件。4.根據(jù)方案1所述的制造物品的方法，其中，所述工件是由鋁合金AA5083和鎂合金AZ31組成的合金組中的一個。5.根據(jù)方案1所述的制造物品的方法，其中，所述冷卻流體是空氣。6.根據(jù)方案1所述的制造物品的方法，其中，所述冷卻流體是來自所述熱吹成形操作的現(xiàn)場的周圍空氣。7.根據(jù)方案1所述的制造物品的方法，其中，所述冷卻流體在所述板或管的與被加壓的熱吹成形流體作用的一側(cè)相對的一側(cè)被導(dǎo)向。8.根據(jù)方案1所述的制造物品的方法，其中，要經(jīng)歷過度減薄的所述工件的至少一個標(biāo)識區(qū)域通過實驗來標(biāo)識。9.根據(jù)方案1所述的制造物品的方法，其中，要經(jīng)歷過度減薄的所述工件的至少一個標(biāo)識區(qū)域通過對所述物品經(jīng)歷的變形建模來標(biāo)識。10.根據(jù)方案1所述的制造物品的方法，其中，所述冷卻流體在所述板或管的被加壓的熱吹成形流體作用的一側(cè)被導(dǎo)向。11. 一種制造物品的方法，所述物品包括要從薄壁管工件或金屬板工件形成的成型部分，所述工件具有輕金屬基合金成分和冶金微結(jié)構(gòu)以用于所述薄壁管或所述金屬板的熱吹成形，所述成型部分的熱吹成形要求所述工件的至少一個標(biāo)識區(qū)域經(jīng)歷減薄或應(yīng)變， 所述減薄或應(yīng)變會在所述標(biāo)識區(qū)域中損害所述成形金屬；所述方法包括
大致均勻地加熱所述工件至用于所述金屬成分和微結(jié)構(gòu)的熱吹成形溫度； 向所述金屬工件的一側(cè)施加熱吹成形流體的壓力，以擴(kuò)展所述工件的至少一部分；以
及，
在所述工件的擴(kuò)展期間的至少一些時間，將冷卻流體流導(dǎo)向所述工件在每一個標(biāo)識區(qū)域處的至少一側(cè)，以減少金屬失效水平以下該區(qū)域中的總體應(yīng)變，所述冷卻流體是從與所述熱吹成形流體的源不同的流體源輸送的。


圖1是用于從鋁合金板或鎂合金板形成用于汽車的行李箱內(nèi)面板的熱吹成形裝置的側(cè)截面的示意圖。圖2中在線A—B指示了圖1的橫截面關(guān)于所成形和修飾的面板的形狀的位置。圖2是通過圖1所示的裝置和過程初始熱吹成形的修飾的和成品車輛行李箱內(nèi)面板的斜視圖。圖3是位于用于在金屬板中成形兩個相同深穴的熱吹成形模具的第二實施例上的金屬板工件的側(cè)視圖。為了使說明簡化，未示出用于限制加壓的成形流體的補充模具構(gòu)件。在該實施例中，在工件中形成的穴被相等地偏離該板材的中間線。圖4是在板材被局部拉伸到模具的穴后圖3的板材和成形模具的局部側(cè)視圖。在模具中冷卻空氣通道允許當(dāng)板材正被拉伸過模具的突起穴成形部分時冷卻空氣流被導(dǎo)向板材的區(qū)域。圖5是圖3的板材和成形模具的另一局部側(cè)視圖，進(jìn)一步示出與模具表面一致的金屬板工件的成形。另一冷卻空氣流在成形過程的最后階段被提供到板材。
具體實施例方式本發(fā)明尤其用于諸如傾向于不像低碳鋼合金可成形的鋁基合金和鎂基合金的輕金屬合金的熱吹成形中。一些適用于實踐熱吹成形的示例性材料包括鋁合金AA5083(成分重量百分比為鎂，4. 0-4. 9 ；錳，0. 4-1. 0 ；鋅彡0. 25 ；余量鋁)和鎂合金AZ31B (成分重量百分比為鋁，2. 5-3. 5 ；鋅，0. 6-1. 4;錳，彡0.2 ；余量鎂)。AZ31鎂合金可在退火(ABlB-O)和半硬(AD1B-H24)條件下熱吹成形。熱吹成形是成形過程，在該過程中，通過維持穿透工件厚度的壓差一段時間，通常為30至300秒，通常具有冷軋板或管的形式的加熱的工件逐步變形。在工件的平面中以及穿過其厚度，該變形將伴隨應(yīng)變積累。熱吹成形是拉伸成形過程，其在板材的平面中促進(jìn)拉伸應(yīng)變的積累，造成變形進(jìn)行時工件厚度的減少。熱吹成形通常通過向工件的一個表面施加加壓流體(經(jīng)常是空氣)同時在工件的相對表面上維持較低壓力來完成。如果在模具中進(jìn)行，則板材或管初始將無限制地膨脹并且向外擴(kuò)展，直至擴(kuò)展板材或管的相對表面接觸成型模具表面。此后，板材的持續(xù)擴(kuò)展將促使它符合并采用模具表面幾何學(xué)。已知在熱吹成形中當(dāng)工件的所有區(qū)域同等變形以及工件中的應(yīng)變各處均相同時獲得工件的最大整體形狀變化。實踐中通常不實現(xiàn)該目標(biāo)，不管諸如在該過程和自由應(yīng)用潤滑劑期間根據(jù)預(yù)定時間表改變流體壓力的策略如何。相反，發(fā)展了非均勻的應(yīng)變分布，其中，一些區(qū)域比其他區(qū)域變形的程度更大。一旦建立了非均勻應(yīng)變分布，非均勻性的大小， 其是最低和最高工件應(yīng)變之間的差，隨著變形增加而增加。最終，最高變形區(qū)域，其如之前所討論的將也是最薄的區(qū)域，將分裂或撕裂，釋放加壓流體并且終止成形過程。優(yōu)選地，在提高的溫度下進(jìn)行熱吹成形。已知，在實踐該過程中使用的鋁和鎂合金在高于環(huán)境溫度(約25°C左右)的溫度下具有優(yōu)越的延展性或成形性。更重要地，同樣已知的是，這種高溫下的變形在抑制任何應(yīng)變非均勻性的增長比在環(huán)境溫度下的變形更有效。 然而，正如剛剛討論的，一旦非均勻應(yīng)變分布開始，或者替代地，應(yīng)變梯度發(fā)展，工件的最終破裂會隨之而來。當(dāng)然，扁平板材或管到相對簡單形狀的轉(zhuǎn)換可以輕松實現(xiàn)，而工件不會破裂，因為僅要求對板材或管的有限變形。然而，通常需要制成復(fù)雜形狀，并且優(yōu)選的能夠以使形狀變化最大化同時防止過早失效的方式來進(jìn)行熱吹成形。大多數(shù)金屬，包括鎂和鋁以及它們的合金，不僅高溫下可成形性增加，而且其流強度降低，流強度是將導(dǎo)致塑形或無法復(fù)原的變形的外加應(yīng)力。建議采用該行為來抑制應(yīng)變非均勻性的增長。在均勻裝載的金屬板材中，諸如通過流體施加壓力的結(jié)果，由該流體施加的壓力在該板材的最薄區(qū)域?qū)⑹亲畲蟮?。如果板材的流動?yīng)力各處均相同，如在均勻溫度下在板材中發(fā)生的那樣，在該最薄區(qū)域?qū)⑹紫全@得板材的流應(yīng)力，促進(jìn)額外變形并且仍進(jìn)一步減薄。替代地，如果板材的流應(yīng)力隨板材中的位置變化，流體施加的應(yīng)力將在板材中首先產(chǎn)生塑形變形的位置將在每一個位置處取決于流應(yīng)力和板材厚度。因此，通過控制借助控制局部工件溫度控制工件的流壓力，特別是通過局部冷卻工件的高應(yīng)變區(qū)域，可以管理和控制塑形變形的分布和應(yīng)變非均勻性的發(fā)展?？梢圆捎枚喾N方法來選擇性地并且局部冷卻工件，但是簡單直接而有效的方法是向工件的相對表面施加冷卻流體。該流體可以是液體或氣體，但優(yōu)選氣體，因為它更容易提供對冷卻度的控制， 以及因而對局部板材溫度的更大控制。額外冷卻可以過大加強工件的區(qū)域，并且引起而不是減輕應(yīng)變梯度的發(fā)展。通常，僅在一些變形發(fā)生后才開始這種控制，從而完全利用均勻初始溫度的有益影響。但是對于一些部件幾何形狀和變形順序，有利的是選擇性地從變形開始施加這種冷卻流體?？梢詫嶒炐缘厥褂帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法對工件的高應(yīng)變區(qū)域進(jìn)行標(biāo)識，諸如在成形前用圓格標(biāo)出(circle-gridding)工件來使得能夠發(fā)展所成形部件的應(yīng)變圖，或者甚至更簡單地，通過記錄點的位置。這種方法雖然可行，但仍必須在構(gòu)建模具后對其進(jìn)行修改。優(yōu)選的方法是利用熱吹成形建模中的進(jìn)步，例如使用有限元方法，來通過建模確定工件的關(guān)鍵區(qū)域。由于建?？梢酝ㄟ^僅使用初步模具設(shè)計數(shù)據(jù)來進(jìn)行，它甚至可以在模具制造前就可以進(jìn)行，使得任何流體冷卻特征能夠被最佳地集成到模具中。這種方法具有其他優(yōu)點它更精確地限定了應(yīng)變非均勻性的開始和增長，并且因此更精確地提示何時應(yīng)進(jìn)行冷卻；它定位初始非均勻性的點而不是最終失效點；以及它使得能夠評估組合策略，諸如結(jié)合各種壓力簡檔進(jìn)行選擇性的冷卻。通過參考附圖，本發(fā)明的實踐可能更容易理解。圖1是用于形成類似圖2所示那樣的行李箱內(nèi)面板的熱吹成形裝置10的橫向截面圖。熱吹成形裝置10由模具集16構(gòu)成， 模具集16包括上模具部12和下模具部14。這種模具部往往由通過機(jī)械加工形成的具有成形表面、匹配表面等的鑄造工具鋼成分。模具集16的兩個模具部12、14可被維持在高溫下。例如，電阻加熱棒(圖中未示出)可被插入模具中適當(dāng)位置處的鉆孔中，用于受控的加熱模具至用于預(yù)期熱吹成形步驟的所需溫度范圍。上和下模具部12和14在模具周邊或粘結(jié)位置18處嚙合被示出為19的加熱的工件的外圍，模具周邊或粘結(jié)位置18納入了適當(dāng)?shù)慕饘侔褰佑|式粘結(jié)特征(未示出)用于建立氣密封條。因此，成形前，通過模具12和14形成的內(nèi)腔被加熱的工件19劃分成兩個非連通的加熱的容積26和28。下模具部14具有成型面四，適當(dāng)?shù)逆V或鋁合金板材工件將在加壓氣體的影響下被擴(kuò)展和應(yīng)變向所述成型面四。在開口 20被引入上模具部12和腔沈的該加壓氣體(通常是空氣)通過箭頭22指示為作用于工件19的一側(cè)上。在加壓氣體的影響下，加熱的工件19將變形并且被導(dǎo)向逐步與下模具M(jìn)的成型面四接觸，并且在此期間，采用被示出為 21、23、25和27的配置序列。當(dāng)工件19被朝向成型面四拉伸和變形時，擴(kuò)展了腔沈的容積，腔觀的容積將減小。原先占用容積觀的氣體通過適當(dāng)定位的通風(fēng)孔M被釋放，通風(fēng)孔M這樣放置以便能夠接近容積觀，甚至當(dāng)工件19例如在27處逐步接觸成型面四并且逐步將腔28細(xì)分成子腔28’、28’，和沘…。在該過程結(jié)束時，當(dāng)工件19完全符合成型面四時，腔沈內(nèi)的壓力被釋放，模具集 16被打開，所形成的部件被取走。至少嚙合模具粘結(jié)部18的任何材料將被修整或取走。進(jìn)一步的處理可以包括沖壓孔或開口，以及在部件周邊上形成法蘭來生產(chǎn)成品部件30(圖2)， 諸如車輛內(nèi)行李箱面板。特別注意部件30中的三個位于中心的特征。這些特征是通過近乎垂直的壁36連接到周圍升高區(qū)域的兩個凹坑34，代表性的如中央螺紋32。這種幾何形狀通常在成型的金屬板部件中出現(xiàn)，并且可以顯著影響工件的破裂和斷裂。為了進(jìn)一步集中于在金屬板工件中形成嚴(yán)格的凹凸形狀組合，參考圖3-5，在圖 3-5中，在不同于圖1和2所示的工件中形成兩個相距甚近的深穴。圖3是位于下模具部114的粘結(jié)部分118上的加熱的鋁或鎂合金板材工件119的側(cè)視圖。鋁或鎂合金適用于熱吹成形。圖3-5中示出上工具部。該上工具服務(wù)于限制加壓的熱吹成形流體并且在粘結(jié)區(qū)域118將金屬板工具壓向下工具114。下模具部114具有傾向于形成兩個相同深穴的成型面129。在該例子中，穴從板材的中心線100相等偏移。模具部114可以通過電阻加熱器(未示出)或諸如此類來加熱，以管理熱吹成形環(huán)境。典型地，成型面129并入了凸起半徑152、162和凹進(jìn)處180特征。壓力被施加到如箭頭122所指示的板材119的上表面115。比照圖1，粘結(jié)劑118包括氣體密封特征(未示出)，從而建立通過通風(fēng)孔IM和 124丨通風(fēng)的容積128，用于在板材119的表面117在氣體壓力122的促進(jìn)下向成型面1 前進(jìn)時釋放容積128中初始包含的氣體。圖4說明在發(fā)生一些變形后圖3的模具和板材配置的一部分。要明白，由于模具 114關(guān)于中心線100對稱，相同的配置將導(dǎo)致該模具的對應(yīng)部分。如圖所示，所施加的壓力 122已成功促進(jìn)板材工件119與成型模具表面129的凸起特征半徑152和162部分接觸。 特別地，板材119與特征150和160接觸，更特別地與半徑152和162以及垂直側(cè)壁154和 164的一部分接觸。已知在壓力下接觸表面之間將發(fā)生摩擦交互。因而，板材表面117與半徑152和162以及側(cè)壁154和164的局部接觸將通過摩擦抑制板材119在特征150和160 上滑動。抑制板材119與特征150和160接觸的那些部分的滑動的效果是限制在接觸區(qū)域積累任何進(jìn)一步的應(yīng)變，因為其長度(應(yīng)變)的任何增加都要求跨成型模具表面129的移動。 因此，變形的較大部分，也就是更多應(yīng)變，必須由一般如圖4中的段’A’所指示的板材119 的非模具接觸部分容納。已知即使在板材119的非模具接觸部分內(nèi)，進(jìn)一步的應(yīng)變積累也不是均勻的，以及應(yīng)變的較大部分由’ A’部分的區(qū)域容納，該區(qū)域緊鄰或者一般接觸接觸表面并且標(biāo)識為圖4上的’ B'。因此，優(yōu)選地，如箭頭142所指示的，通過入口端144和140 引入冷卻流體來在位置’ B'撞擊板材119的非模具接觸部分’ A'，使這些位置處的進(jìn)一步應(yīng)變積累最小化。這種過程將相對板材段’ A’的其余部分上的板材強度增加位置’B’處板材的強度，并且因此將在段’ A'的其余部分上推進(jìn)更均勻的變形，使得在板材失效或斷裂前有更廣泛的變形。為了獲得最大效果，冷卻流體應(yīng)當(dāng)在發(fā)生過度減薄前施加。優(yōu)選地，隨著變形繼續(xù)，工件在該位置中的變化厚度將被追蹤，以便當(dāng)厚度達(dá)到預(yù)定閾值時，可以開始冷卻。該預(yù)定閾值反過來將取決于在生產(chǎn)的物品的指定最小厚度要求。這種實踐旨在在成形操作的特定階段處在板材119上產(chǎn)生局部效果，用于糾正局部應(yīng)變非均勻性。在金屬板成形領(lǐng)域的實踐中，經(jīng)常觀察到，在成形期間會發(fā)展多種應(yīng)變非均勻性。另外，在變形板材的一個區(qū)域中抑制局部應(yīng)變非均勻性可能無法抑制板材的其他相鄰或不相鄰區(qū)域中的后續(xù)應(yīng)變非均勻性。經(jīng)常地，在成形過程期間，這種多個局部應(yīng)變非均勻性將不同時發(fā)生，而是順序發(fā)展。因而，導(dǎo)致板材119與成型面1 上的凹形特征凹槽180進(jìn)一步接觸的進(jìn)一步變形，如圖5所示，已進(jìn)一步降低了板材19的非模具接觸部分的長度。此外，附加變形已將非模具接觸長度劃分為示為’ C’和’ D’的兩部分。類似于之前討論的分析和考慮可以表明改進(jìn)的應(yīng)變分布可以產(chǎn)生于選擇性地冷卻毗鄰與垂直壁表面巧4和164接觸的那些區(qū)域的板材19的區(qū)域。通過適當(dāng)?shù)拈y門調(diào)節(jié)，通風(fēng)孔124 (圖3和圖4)可以具有雙重作用，并且在圖5中用作冷氣入口 170 (1M)，由此選擇性地加強非模具接觸段’ C’和’ D’的部分，并且使得能夠有更均勻的變形來增加更大的成形深度和更均勻的部件厚度?；酒叫械暮突敬怪钡哪＞弑砻嬷g的結(jié)合的線一般將是所成型的部件的最后部分。因而，至少一些專用通風(fēng)孔，例如通風(fēng)孔124’，可被放置在這些位置中來保證隨著成形繼續(xù)時腔觀有足夠的通風(fēng)。周圍空氣隨時可用作冷卻流體，并且與環(huán)境相容。取決于所感知的對冷卻要求的需要，該空氣可被加熱或冷卻。如果空氣關(guān)于要冷卻的金屬合金或關(guān)于熱吹成形環(huán)境有問題，還可以使用其他流體，諸如二氧化碳、水蒸氣、或像氦的惰性氣體。在一些情況中，將少量六氟化硫添加到惰性氣體冷卻流可以減少例如鎂基合金的氧化。還可以考慮諸如甲烷或氟化烴的其他冷卻流體，與適當(dāng)?shù)陌踩婪洞胧┮黄鹗褂谩Ｒ部梢允褂貌煌鋮s流體的混合物。已通過參考示例性的非限制性的實施例中的特定特征和單元說明了本發(fā)明的實踐。然而，以下所附權(quán)利要求以及此后提出的任何權(quán)利要求應(yīng)被解釋為包括在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的任何修改、補充和/或組合或子組合。
權(quán)利要求
1.一種制造物品的方法，所述物品包括要從薄壁管工件或金屬板工件形成的成型部分，所述工件具有輕金屬基合金成分和冶金微結(jié)構(gòu)以用于所述薄壁管或所述金屬板的熱吹成形，所述成型部分的熱吹成形要求所述工件的至少一個標(biāo)識區(qū)域經(jīng)歷減薄或應(yīng)變，所述減薄或應(yīng)變會在所述標(biāo)識區(qū)域中損害所述成形金屬；所述方法包括大致均勻地加熱所述工件至用于所述金屬成分和微結(jié)構(gòu)的熱吹成形溫度；向所述金屬工件的一側(cè)施加熱吹成形流體的壓力，以將所述工件的至少一部分向位于所述工件的另一側(cè)上的成型構(gòu)件的表面擴(kuò)展，所述成型表面包括所述工件的至少一個標(biāo)識區(qū)域的形狀；以及，在所述工件的擴(kuò)展期間的至少一些時間，以將冷卻流體流導(dǎo)向所述工件在每一個標(biāo)識區(qū)域處的至少一側(cè)，以減少金屬失效水平以下該區(qū)域中的總體應(yīng)變，所述冷卻流體是從與所述熱吹成形流體的源不同的流體源輸送的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造物品的方法，其中，所述工件是具有大約一毫米至大約三毫米范圍的管壁厚度的薄金屬管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造物品的方法，其中，所述工件是具有大約一毫米至大約三毫米范圍的金屬板厚度的金屬板工件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造物品的方法，其中，所述工件是由鋁合金AA5083和鎂合金AZ31組成的合金組中的一個。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造物品的方法，其中，所述冷卻流體是空氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造物品的方法，其中，所述冷卻流體是來自所述熱吹成形操作的現(xiàn)場的周圍空氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造物品的方法，其中，所述冷卻流體在所述板或管的與被加壓的熱吹成形流體作用的一側(cè)相對的一側(cè)被導(dǎo)向。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造物品的方法，其中，要經(jīng)歷過度減薄的所述工件的至少一個標(biāo)識區(qū)域通過實驗來標(biāo)識。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造物品的方法，其中，要經(jīng)歷過度減薄的所述工件的至少一個標(biāo)識區(qū)域通過對所述物品經(jīng)歷的變形建模來標(biāo)識。
10.一種制造物品的方法，所述物品包括要從薄壁管工件或金屬板工件形成的成型部分，所述工件具有輕金屬基合金成分和冶金微結(jié)構(gòu)以用于所述薄壁管或所述金屬板的熱吹成形，所述成型部分的熱吹成形要求所述工件的至少一個標(biāo)識區(qū)域經(jīng)歷減薄或應(yīng)變，所述減薄或應(yīng)變會在所述標(biāo)識區(qū)域中損害所述成形金屬；所述方法包括大致均勻地加熱所述工件至用于所述金屬成分和微結(jié)構(gòu)的熱吹成形溫度；向所述金屬工件的一側(cè)施加熱吹成形流體的壓力，以擴(kuò)展所述工件的至少一部分；以及，在所述工件的擴(kuò)展期間的至少一些時間，將冷卻流體流導(dǎo)向所述工件在每一個標(biāo)識區(qū)域處的至少一側(cè)，以減少金屬失效水平以下該區(qū)域中的總體應(yīng)變，所述冷卻流體是從與所述熱吹成形流體的源不同的流體源輸送的。
全文摘要
本發(fā)明涉及在金屬板和管的熱吹成形期間的流體冷卻。具體地，金屬板和薄壁金屬管可被加熱至熱工作溫度，通過熱吹成形步驟轉(zhuǎn)變，來達(dá)到難以獲得的形狀，而基于金屬合金的內(nèi)在可成形性，沒有對工件造成損害的過度減薄或應(yīng)變。分析在金屬工件中形成預(yù)期形狀的階段，并且標(biāo)識在成形期間的可能損害的工件區(qū)域。然后，在實際成形期間，通過空氣(或其他冷卻流體)選擇性地冷卻熱工件的這些區(qū)域，來減少關(guān)鍵區(qū)域中的減薄或應(yīng)變并將該應(yīng)變重新分布到工件的相鄰低應(yīng)變區(qū)域。這種熱吹成形實踐特別適用于在鋁基合金和鎂基合金的工件中獲得復(fù)雜形狀。
文檔編號B21D26/02GK102218466SQ20111008505
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月6日
發(fā)明者T. 加特 J., E. 克拉杰夫斯基 P., 費馬 R. 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司