專利名稱：一種改善鋁合金沖壓成形的熱加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋁合金熱處理領域，具體涉及一種改善鋁合金沖壓成形的熱加工方法。
背景技術：
為滿足汽車輕量化要求，符合節(jié)能環(huán)保、安全可靠的要求，各種輕量化材料得到了迅猛的發(fā)展。與汽車用鋼板相比，鋁合金板具有密度小、強度高、耐銹蝕等優(yōu)點，能滿足汽車輕量化的特殊要求，已成為汽車輕量化技術中替代鋼板的主要材料。目前，汽車行業(yè)中已經有鋁制發(fā)動機體、鋁制缸蓋、鋁制進氣歧管、鋁制制動鼓、甚至鋁皮車身和鋁車架等，總的發(fā)展趨勢是將所有的鑄鐵件都用鋁來替代。但由于晶體結構上的差異，鋁合金板與鋼板的材料性能有很大的差異，普通的鋁合金材料成形性較差，在沖壓成形過程中，極易造成裂紋、 開裂、變形等缺陷，因此傳統(tǒng)鋼板的成形理論與技術不能直接應用到鋁合金板上，需要探索出適合汽車用鋁合金板沖壓成形的理論和技術?，F有的技術中，大多是從冷加工技術和材料研究方面進行沖壓成形的改善，冷加工成形技術歸納起來主要有三種方法一是從成形模具的結構上進行沖壓成形的改善，如壓料面形狀、模具圓角半徑、拉深筋等；二是從工藝條件上進行沖壓成形的改善，如壓邊力、 潤滑條件、板料形狀等；三是從提高材料本身塑性上進行沖壓成形的改善，如中溫成形、超塑性成形等。材料研究方面，主要是從微觀上對各種元素進行分析，在基體材料中添加不同的合金元素，控制其成分、含量，或是對材料基體的晶粒尺寸進行控制，從而達到改善材料成形性能的效果目的。冷加工成形技術的改進雖然也可改善鋁合金材料的成形性能，但是改變模具、壓邊力和成形溫度的方法都存在著技術要求高、難于控制以及成本較高的缺點。 從材料研究方面改善鋁合金的成形性，其需要投入較大，并且，其適用對象具有局限性，只能針對特殊的一些材料，通用性差，存在著技術問題。公開號為CN 101545083A的專利申請公開了一種提高6XXX系鋁合金加工成形性和烘烤硬化特性的熱處理方法，6XXX系鋁合金薄板固溶淬火處理后在1分鐘內進行60°C 120°C的熱處理，處理時間為30分鐘 30小時；或者，6XXX系鋁合金薄板固溶淬火處理后在1小時內進行120°C 180°C的熱處理，處理時間為5分鐘 30分鐘，然后在一天內接著進行50°C 80°C的熱處理，處理時間1小時 30小時。該公開的技術方案雖然能提高加工成形性，但是該熱處理過程是在鋁合金板材的制備過程中，即在軋制過程中，固溶淬火處理后增加了熱處理方法，使得制備出的鋁合金板材在交付給汽車生產時易于加工變形且無過渡回彈，因此，該技術方案僅限于制備鋁合金板材本身性質進行改進，即針對鋁合金板材在運輸和庫存過程中過飽和溶質原子發(fā)生偏聚，強度高于淬火態(tài)但沖壓成形性降低的問題， 并未涉及汽車生產過程中對鋁合金板材沖壓成形方法的改進，該鋁合金板材本身性質的改變對鋁合金板材沖壓成形的改善效果不明顯，存在著技術缺陷。公開號為CN 101476094A的專利申請公開了一種汽車變形鋁合金板材的預處理工藝，將鋁合金板材放入固溶處理爐中，在520°C 550°C溫度下固溶加熱保溫30分鐘后，淬入5% 10%的聚醚水溶性介質中，冷卻后室溫停留2 3天，將其放入時效處理爐中， 在140°C 170°C溫度下時效處理10 15分鐘。鋁合金板材生產廠家經過增加該道生產工序，改善了鋁合金板材的成形性、抗時效穩(wěn)定性及烘烤硬化性，從而提高鋁合金板材的成形性，但是該工藝仍僅限于鋁合金板材生產廠家對生產的鋁合金板材本身性質進行改進， 并未涉及汽車生產過程中對鋁合金板材沖壓成形方法的改進，存在著技術缺陷。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種改善鋁合金沖壓成形的熱加工方法，通過增加熱處理工序，從而改善鋁合金型材的沖壓成形，解決了冷加工成形技術要求高、難于控制、成本較高和材料改進成本高、通用性差的技術問題?！N改善鋁合金沖壓成形的熱加工方法，在進行沖壓成形之前，將鋁合金型材在 230°C 330°C處理Imin 20min，再在20s內將鋁合金型材轉移到0°C 50°C的水中，冷卻后，在他內完成沖壓成形。一般在230°C 330°C的范圍內，選擇處理溫度越高，所需處理的時間越短。鋁合金型材通過熱處理工序進行回歸處理，回歸處理的工藝過程主要是控制其在某一加熱速度下升至特定溫度然后保溫一定的時間，再以適當的速度冷卻，從而改變其組織，達到改善性能目的。回歸現象的實質是經過自然時效后的鋁合金生成的亞穩(wěn)定相，形成 G · P區(qū)尺寸較小，在快速短時加熱時發(fā)生溶解，這些小的G · P區(qū)不再穩(wěn)定而重新溶入固溶體中，此時將合金快冷至室溫，則鋁合金又變成新的淬火狀態(tài)，與原有的淬火狀態(tài)相似，仍可重新計算自然時效。因而，鋁合金的性能也恢復到新淬火狀態(tài)下的性能。為了得到更好的發(fā)明效果，對本發(fā)明進行進一步的優(yōu)選在進行沖壓成形之前，將鋁合金型材放入100°C 200°C淬火爐中，以1°C /min 200C /min的升溫速度將溫度升至230°C 330°C，保溫Imin 20min，再在20s內將鋁合金型材轉移到0°C 50°C的水中，冷卻后，在他內完成沖壓成形。對鋁合金型材進入淬火爐時溫度和升溫速率進行了限定，使得放入的鋁合金型材不會因為溫度過高和升溫速率過快而影響鋁合金內部組織，從而使得經過該熱處理工序之后，不但保證鋁合金型材的沖壓成形的合格率，而且能保證鋁合金型材性能基本不受影響。在進行沖壓成形之前，將鋁合金型材在沈0°C 300°C處理:3min lOmin，再在k 內將鋁合金型材轉移到0°c 30°C的水中，冷卻后，在他內完成沖壓成形。該熱處理工序在該條件下，具有更高的鋁合金型材的沖壓成形的合格率，并且能最大限度的保證鋁合金型材性能。進一步優(yōu)選，在進行沖壓成形之前，將鋁合金型材放入100°C 20(TC淬火爐中， 以1°C /min 20°C /min的升溫速度將溫度升至260°C 300°C，保溫^iin lOmin，再在 5s內將鋁合金型材轉移到0°C 30°C的水中，冷卻后，在他內完成沖壓成形。使得放入的鋁合金型材不會因為溫度過高和升溫速率過快而影響鋁合金內部組織，具有很高的鋁合金型材的沖壓成形的合格率，并且能最大限度的保證鋁合金型材性能。所述的鋁合金型材為鍛鋁或者硬鋁。尤其是形狀特殊的鍛鋁零部件和硬鋁零部件。由于這些鋁合金型材經常要制備一些形狀特殊的零件，并且這些鋁合金型材較難加工成形，合格率偏低，因此，經過本發(fā)明方法處理后，其合格率可以大大提高。所述的沖壓成形的條件為沖壓速度為0.08 0. 12mm/s，沖壓的變形溫度為225°C 275°C。進一步優(yōu)選，沖壓成形的條件為沖壓速度為0. 10mm/S，沖壓的變形溫度為 ^O0C。與現有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點本發(fā)明方法通過在沖壓成形之前增加一道熱處理工序，進而達到改善鋁合金型材的成形性能，本發(fā)明方法原理簡單、易于操作且耗能低，通用性廣，并能有效地控制鋁合金型材的沖壓成形時的報廢率，大大提高了鋁合金型材的沖壓成形的合格率，具有廣闊的工業(yè)化應用前景。


圖1為實施例7不同沖壓變形溫度下的鋁合金型材的電鏡掃描照片。
具體實施例方式實施例1以普通的鍛鋁材質插頭殼體為例，鍛鋁型材選用的牌號為LD2，在未改進之前，其主要加工工藝包括鍛鋁型材經過車床、銑床后，進行沖壓成形，再經過檢驗、鉗工、電鍍后得到成品，在檢驗過程中，沖壓成形的合格率為78% (以加工1000個鋁合金工件進行計算)，不合格主要是沖壓裂紋、開裂、變形等情形。在上述進行沖壓成形前，增加一道熱處理工序，將上述的鍛鋁型材在^(TC處理 8min,再3s 如將鍛鋁型材轉移到10°C的水中，冷卻后，在池 他內完成沖壓成形，在檢驗過程中，沖壓成形的合格率為88% (以加工1000個鋁合金工件進行計算)，不合格主要是沖壓裂紋、開裂、變形等情形。實施例2以普通的鍛鋁材質插頭殼體為例，鍛鋁型材選用的牌號為LD2，在未改進之前，其主要加工工藝包括鍛鋁型材經過車床、銑床后，進行沖壓成形，再經過檢驗、鉗工、電鍍后得到成品，在檢驗過程中，沖壓成形的合格率為78% (以加工1000個鋁合金工件進行計算)，不合格主要是沖壓裂紋、開裂、變形等情形。在上述進行沖壓成形前，增加一道熱處理工序，將上述的鍛鋁型材放入150°C的淬火爐中，以5°C /min的升溫速度將溫度升至2801，在處理8min，再3s 如將鍛鋁型材轉移到10°C的水中，冷卻后，在池 他內完成沖壓成形，在檢驗過程中，沖壓成形的合格率為90% (以加工1000個鋁合金工件進行計算)，不合格主要是沖壓裂紋、開裂、變形等情形。實施例3以普通的鍛鋁材質插頭殼體為例，鍛鋁型材選用的牌號為LD2，在未改進之前，其主要加工工藝包括鍛鋁型材經過車床、銑床后，進行沖壓成形，再經過檢驗、鉗工、電鍍后得到成品，在檢驗過程中，沖壓成形的合格率為78% (以加工1000個鋁合金工件進行計算)，不合格主要是沖壓裂紋、開裂、變形等情形。在上述進行沖壓成形前，增加一道熱處理工序，將上述的鍛鋁型材放入150°C的淬火爐中，以5°C /min的升溫速度將溫度升至330°C，在330°C處理lmin，再3s 如將鍛鋁型材轉移到10°C的水中，冷卻后，在池 他內完成沖壓成形，在檢驗過程中，沖壓成形的合格率為85% (以加工1000個鋁合金工件進行計算)，不合格主要是沖壓裂紋、開裂、變形等情形。實施例4以普通的鍛鋁材質插頭殼體為例，鍛鋁型材選用的牌號為LD2，在未改進之前，其主要加工工藝包括鍛鋁型材經過車床、銑床后，進行沖壓成形，再經過檢驗、鉗工、電鍍后得到成品，在檢驗過程中，沖壓成形的合格率為78% (以加工1000個鋁合金工件進行計算)，不合格主要是沖壓裂紋、開裂、變形等情形。在上述進行沖壓成形前，增加一道熱處理工序，將上述的鍛鋁型材放入150°C的淬火爐中，以5°C /min的升溫速度將溫度升至230°C，在230°C處理20min，再IOs 1 將鍛鋁型材轉移到10°C的水中，冷卻后，在池 他內完成沖壓成形，在檢驗過程中，沖壓成形的合格率為85% (以加工1000個鋁合金工件進行計算)，不合格主要是沖壓裂紋、開裂、變形等情形。實施例5以硬鋁型材制備儀表板橫梁為例，硬鋁型材選用的牌號為2A11，在未改進之前，其主要加工工藝包括硬鋁型材經過車床、銑床后，進行沖壓成形，再經過檢驗、鉗工、電鍍后得到成品，在檢驗過程中，沖壓成形的合格率為76% (以加工1000個鋁合金工件進行計算)，不合格主要是沖壓裂紋、開裂、變形等情形。在上述進行沖壓成形前，增加一道熱處理工序，將上述的硬鋁型材在^(TC處理 8min,再3s 如將硬鋁型材轉移到30°C的水中，冷卻后，在池 Mi內完成沖壓成形，在檢驗過程中，沖壓成形的合格率為86% (以加工1000個鋁合金工件進行計算)，不合格主要是沖壓裂紋、開裂、變形等情形。實施例6選用的鋁合金型材為鋁合金6016板材，由以下重量百分含量的化學成分組成Mg 0. 39%, Si 0. 80%, Cu 0. 011%, Mn 0. 051%, Cr 0. 055%，其余為鋁，以制備前防撞梁為例。合金硬度測試在HXD-1000T型Vickers硬度機上進行，實驗載荷為4. 9N,持續(xù)時間為 10s，測得韋氏顯微硬度(HV)。拉伸實驗采用標準為GB228-87。取Imm厚的鋁合金6016薄板，在加工之前，進行硬度測試和拉伸測試，其測試結果詳見表1。在未改進之前，其主要加工工藝包括1mm厚的鋁合金6016薄板經過車床、銑床后，進行沖壓成形，再經過檢驗、鉗工、電鍍后得到成品，在檢驗過程中，沖壓成形的合格率為79% (以加工1000個鋁合金工件進行計算)，不合格主要是沖壓裂紋、開裂、變形等情形。并對得到的成品分別在1周、2周、4周進行硬度測試和拉伸測試，其測試結果詳見表1。在上述進行沖壓成形前，增加一道熱處理工序，將上述的鋁合金6016薄板放入 150°C的淬火爐中，以5°C /min的升溫速度將溫度升至280°C，在^(TC處理8min，再3s 4s將鋁合金6016薄板轉移到10°C的水中，冷卻后，在池 Mi內完成沖壓成形，在檢驗過程中，沖壓成形的合格率為93% (以加工1000個鋁合金工件進行計算)，不合格主要是沖壓裂紋、開裂、變形等情形。并對得到的成品分別在1周、2周、4周進行硬度測試和拉伸測試，其測試結果詳見表1。表1中，HV表示韋氏顯微硬度值(HV) ； σθ.2表示條件屈服強度 (MPa) ； δ %表示斷裂延伸率。表 權利要求
1.一種改善鋁合金沖壓成形的熱加工方法，其特征在于，在進行沖壓成形之前，將鋁合金型材在230°C 330°C處理Imin 20min，再在20s內將鋁合金型材轉移到0°C 50°C的水中，冷卻后，在他內完成沖壓成形。
2.根據權利要求1所述的改善鋁合金沖壓成形的熱加工方法，其特征在于，在進行沖壓成形之前，將鋁合金型材放入100°C 200°C淬火爐中，以rC/min 20°C/min的升溫速度將溫度升至230°C 330°C，保溫Imin 20min，再在20s內將鋁合金型材轉移到0°C 50°C的水中，冷卻后，在他內完成沖壓成形。
3.根據權利要求1所述的改善鋁合金沖壓成形的熱加工方法，其特征在于，在進行沖壓成形之前，將鋁合金型材在260°C 300°C處理:3min lOmin，再在k內將鋁合金型材轉移到0°C 30°C的水中，冷卻后，在他內完成沖壓成形。
4.根據權利要求3所述的改善鋁合金沖壓成形的熱加工方法，其特征在于，在進行沖壓成形之前，將鋁合金型材放入100°C 200°C淬火爐中，以1°C /min 20°C /min的升溫速度將溫度升至260°C 300°C，保溫:3min lOmin，再在k內將鋁合金型材轉移到0°C 30°C的水中，冷卻后，在他內完成沖壓成形。
5.根據權利要求1 4任一項所述的改善鋁合金沖壓成形的熱加工方法，其特征在于， 所述的鋁合金型材為鍛鋁或者硬鋁。
6.根據權利要求1 4任一項所述的改善鋁合金沖壓成形的熱加工方法，其特征在于，所述的沖壓成形的條件為沖壓速度為0. 08 0. 12mm/s，沖壓的變形溫度為225°C 275 °C。
7.根據權利要求6所述的改善鋁合金沖壓成形的熱加工方法，其特征在于，所述的沖壓成形的條件為沖壓速度為0. lOmm/s，沖壓的變形溫度為250°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改善鋁合金沖壓成形的熱加工方法，在進行沖壓成形之前，將鋁合金型材在230℃～330℃處理1min～20min，再在20s內將鋁合金型材轉移到0℃～50℃的水中，冷卻后，在8h內完成沖壓成形，從而改善鋁合金工件的沖壓成形，解決了冷加工成形技術要求高、難于控制、成本較高和材料改進成本高、通用性差的技術問題。本發(fā)明方法通過在沖壓成形之前增加一道熱處理工序，進而達到改善鋁合金型材的成形性能，本發(fā)明方法原理簡單、易于操作且耗能低，通用性廣，并能有效地控制鋁合金型材的沖壓成形時的報廢率，大大提高了合金型材的沖壓成形的合格率。
文檔編號C21D8/00GK102560295SQ20111045764
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權日2011年12月31日
發(fā)明者劉光裕, 劉強, 李莉, 楊安志, 趙福全, 郭秋彥 申請人:浙江吉利控股集團有限公司, 浙江吉利汽車研究院有限公司