本發(fā)明涉及由板材金屬合金成形零件。在實(shí)施方案中，其涉及由鋁合金成形零件。

背景

通常希望由與部件的最終用途兼容的很少的零件制造用于汽車和航空航天應(yīng)用中的那些部件。一種制造滿足這種要求的零件的方法是使用模組將單個(gè)金屬板材成形為零件。然而，可以以這種方式成形的零件的形狀復(fù)雜度受到在模組中成形的板材金屬的機(jī)械性質(zhì)的限制。一方面，其可能非常易碎；另一方面，其可能非常易延展(ductile)。在任一種情況下，可成形性都將受到限制。之前，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)將金屬板材固溶熱處理然后使其在冷模組中快速成形為零件改善金屬的可成形性，從而允許由單個(gè)板材制造更復(fù)雜形狀的部件。因此，這樣的部件不再需要被成形為多零件總成。

該方法公開(kāi)于WO 2010/032002 A1中，其公開(kāi)了一種使用固溶熱處理、冷模成形和淬火(HFQ(RTM))工藝成形鋁合金板材部件的方法。金屬合金板材經(jīng)受這樣的處理時(shí)的金屬合金板材溫度示于圖1中。大體而言，該目前的HFQ(RTM)工藝涉及以下步驟：

(A)將板材金屬工件預(yù)熱至該金屬的固溶熱處理(SHT)溫度范圍，或高于該溫度范圍；

(B)在預(yù)熱溫度下均熱處理(soak)工件，以使材料能夠被完全固溶熱處理；

(C)將工件轉(zhuǎn)移至冷模組，并且在可能的最高溫度下且以高成形速度快速成形；

(D)將成形的零件保持在冷模組中用于快速冷卻(冷模淬火)，以得到后成形強(qiáng)度需要的過(guò)飽和固溶體(SSSS)材料微結(jié)構(gòu)；和

(E)將成形的零件人工老化或自然老化，以得到提高的可熱處理材料的強(qiáng)度。

在C階段，工件是在接近于SHT溫度的溫度下成形的，以使材料的高可延展性能夠用于零件的成形中。在該高溫下，工件非常柔軟，可延展和易變形。盡管該方法因此比更早期的方法具有某些優(yōu)點(diǎn)，包括能夠成形具有高后成形強(qiáng)度需要的SSSS微結(jié)構(gòu)的形狀復(fù)雜的零件(復(fù)雜零件)，但是其還具有某些缺點(diǎn)?，F(xiàn)在將描述這些缺點(diǎn)。

當(dāng)工件接近其SHT溫度時(shí)，其是脆弱的(weak)。在復(fù)雜零件成形期間，工件的某些區(qū)域被模具約束，而其它區(qū)域被迫溢出模具。材料從仍被保持在模具中的區(qū)域到正被沖壓(stamp)的區(qū)域的流動(dòng)受到限制。這可以導(dǎo)致工件局部變薄和撕裂。這是因?yàn)槌尚喂に囕^少受益于應(yīng)變硬化(strain hardening)的作用，其在較高的溫度下更弱，尤其在鋁合金情況下。應(yīng)變使金屬硬化，使得工件已經(jīng)變形的區(qū)域變得更硬且因此更堅(jiān)固。這增加了這些變形的區(qū)域牽拉區(qū)域中的其它材料和將該材料拉入模具中的能力。金屬被拉拔是其本身形變且因此硬化。整個(gè)板材的形變和硬化阻止局部變薄，和導(dǎo)致更均勻的變形。應(yīng)變硬化越大，均勻變形的傾向越大。在僅微弱應(yīng)變硬化的情況下，變形位于高延展性區(qū)域并且拉入受限，因此局部變薄的發(fā)生率和失效可因此增加。這削弱了可成形性。為了提高在該工藝中的可成形性和強(qiáng)度，以非常高的速度在模具中成形工件，以便通過(guò)最大化應(yīng)變率硬化(strain rate hardening)作用來(lái)補(bǔ)償高溫下較弱的應(yīng)變硬化。

對(duì)用以增加延展性的高溫和用以增大應(yīng)變硬化和應(yīng)變率硬化的高成形速度的需要可以導(dǎo)致以下問(wèn)題：

(i)將大量的熱從工件轉(zhuǎn)移到模組。因?yàn)槌尚喂に囆枰@些模具保持在低溫下，以實(shí)現(xiàn)得到SSSS微結(jié)構(gòu)所需的淬火速率，所以它們不得不在表面上或通過(guò)攜帶冷卻劑的內(nèi)部管道(或其它方式)被人工冷卻。重復(fù)的熱循環(huán)可以導(dǎo)致這些模具更快的退化和磨損。

(ii)對(duì)于HFQ成形的零件的批量生產(chǎn)，將模具冷卻的需要使這些模具的設(shè)計(jì)、操作和維護(hù)復(fù)雜化，并且增加模組成本。

(iii)模具中的保壓壓力和時(shí)間更高，因?yàn)槌尚蔚牧慵坏貌槐３衷谶@些模具之間，直到其被冷卻至希望的溫度。與具有更低成形時(shí)間和壓力的方法相比，這使用更多的能量且降低成形效率和因此降低生產(chǎn)率。

(iv)當(dāng)在成形期間關(guān)閉這些模具時(shí)，高成形速度可以引起顯著的沖擊負(fù)載(impact load)。重復(fù)的負(fù)載可以導(dǎo)致對(duì)這些模具的破壞和磨損。其也可以使得必須使用高延展性模具材料，這增加模組成本。

(v)該工藝需要專門的高速液壓機(jī)，以提供合模力(die closing force)。這些液壓機(jī)昂貴，這限制了HFQ工藝的應(yīng)用。

將希望解決目前的HFQ工藝的這些問(wèn)題中的至少一些問(wèn)題。

發(fā)明概述

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種由板材金屬合金成形零件的方法，所述方法包括以下步驟：

(a)將所述板材加熱至發(fā)生合金的固溶熱處理的溫度，以便實(shí)現(xiàn)固溶熱處理；

(b)以至少合金的臨界冷卻速率冷卻所述板材；和然后

(c)將所述板材放置在模具之間，以使其成形為復(fù)雜零件或朝復(fù)雜零件成形。

[材料]

該板材可以是由鋁合金制成的。該板材可以是由AA5XXX合金制成的。該板材可以是由AA6XXX合金制成的。該板材可以是由AA7XXX合金制成的。其可以是由鋁合金6082制成的。該板材可以是由鎂合金制成的。其可以是由鈦合金制成的。該板材可以是由在成形之前需要固溶熱處理的任意合金制成的。該板材可以是由回火合金制成的。該板材可以是由非回火合金制成的。該板材可以是由退火合金制成的。

[步驟(a)]

[SHT溫度]

步驟(a)中加熱板材達(dá)到的溫度將取決于合金和取決于成品零件的應(yīng)用。存在可以實(shí)現(xiàn)固溶熱處理(SHT)的溫度范圍。該范圍的下端可以是合金的固溶溫度(solvus tenperature)。可以將固溶溫度定義為以下溫度：在該溫度下，板材中將沉淀的合金元素成為固溶體或開(kāi)始成為固溶體。該范圍的上端可以是合金的固相線溫度(solidus temperature)?？梢詫⒐滔嗑€溫度定義為以下溫度：在該溫度下，板材中的合金元素沉淀。步驟(a)可以包括將板材加熱到至少合金中的沉淀溶解的溫度。當(dāng)板材金屬合金是鋁合金6082時(shí)，步驟(a)可以包括將板材加熱到520℃-575℃(575℃是鋁合金6082的固相線溫度)。當(dāng)板材金屬合金是鋁合金6082時(shí)，步驟(a)可以包括將板材加熱到520℃-565℃。當(dāng)板材金屬合金是鋁合金6082時(shí)，步驟(a)可以包括將板材加熱到520℃-540℃。當(dāng)板材金屬合金是回火鋁合金6082時(shí)，步驟(a)可以包括將板材加熱至525℃。當(dāng)板材金屬合金是AA5XXX合金時(shí)，步驟(a)可以包括將板材加熱到480℃-540℃。當(dāng)板材金屬合金是AA7XXX合金時(shí)，步驟(a)可以包括將板材加熱到460℃-520℃。

[均熱處理]

步驟(a)可以包括將板材加熱至發(fā)生合金的固溶熱處理的溫度范圍內(nèi)的溫度，和將其保持在該溫度范圍內(nèi)至少15秒。當(dāng)板材是由回火金屬合金制成的時(shí)，步驟(a)可以包括將板材保持在該溫度范圍內(nèi)15至25秒。當(dāng)板材是由回火金屬合金制成的時(shí)，步驟(a)可以包括將板材保持在該溫度范圍內(nèi)至少一分鐘。當(dāng)板材是由非回火金屬合金制成的時(shí)，步驟(a)可以包括將板材保持在該溫度范圍內(nèi)至少五分鐘。將板材保持在其固溶熱處理溫度范圍內(nèi)使合金元素溶解成金屬基體。

[效果]

通過(guò)在其成形之前將板材固溶熱處理，可以得到與沒(méi)有SHT步驟的方法中相比更高的可延展性。

[步驟(b)]

該方法與WO2010/032002A1部分中描述的方法的不同之處至少在于：其包括在將板材加熱至發(fā)生固溶熱處理(SHT)的溫度之后，將板材放置于模具之間之前，以至少合金的臨界冷卻速率冷卻板材的步驟(b)。

[冷卻速率]

步驟(b)的臨界冷卻速率根據(jù)合金而有所不同。步驟(b)可以包括以至少避免合金中的微結(jié)構(gòu)沉淀的速率冷卻所述板材。在臨界冷卻速率下或在臨界冷卻速率以上冷卻避免在晶粒邊界處形成粗沉淀，這可以降低后成形強(qiáng)度。當(dāng)板材金屬合金是具有第一質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Mg和Si的鋁合金時(shí)，步驟(b)可以包括以至少10℃每秒冷卻板材。步驟(b)可以包括以至少20℃每秒冷卻板材。當(dāng)板材金屬合金是具有比第一質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Mg和Si更高的第二質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Mg和Si的鋁合金時(shí)，步驟(b)可以包括以至少50℃每秒冷卻板材。當(dāng)板材金屬合金是鋁合金6082時(shí)，以至少該速率的冷卻避免金屬中的粗沉淀。步驟(b)可以包括在板材上一個(gè)或多個(gè)位置處測(cè)量板材的溫度?？梢赃B續(xù)或間隔地測(cè)量溫度或多個(gè)溫度。步驟(b)可以包括基于測(cè)量的溫度或多個(gè)測(cè)量的溫度控制板材冷卻速率。

[冷卻的持續(xù)時(shí)間]

步驟(b)可以包括冷卻板材少于10秒。步驟(b)可以包括冷卻板材少于5秒。步驟(b)可以包括冷卻板材少于3秒。步驟(b)可以包括冷卻板材少于2秒。步驟(b)可以包括冷卻板材少于1秒。步驟(b)可以包括冷卻板材少于0.5秒。步驟(b)可以包括冷卻板材少于0.1秒。當(dāng)板材金屬合金是AA6082時(shí)，步驟(b)可以包括冷卻板材1秒至3秒。

[目標(biāo)溫度]

步驟(b)可以包括冷卻板材直至達(dá)到目標(biāo)溫度。冷卻板材的步驟(b)可以包括冷卻整塊板材至基本上相同的溫度。

在步驟(c)之前將板材冷卻達(dá)到的目標(biāo)溫度取決于待成形的零件的形狀、成形其的材料和成品零件需要的機(jī)械性能?？梢詫宀睦鋮s至仍允許成形零件的最低溫度?？梢詫宀睦鋮s至仍允許成形零件使得其具有希望的特性的最低溫度。例如，如果將板材冷卻至太低的溫度，會(huì)發(fā)生不可接受的回彈(spring-back)?？梢詫宀睦鋮s至以下最低溫度：該最低溫度使零件能夠承受在成形期間其將經(jīng)受的最大應(yīng)力而沒(méi)有失效?？梢詫宀睦鋮s到50℃-300℃?？梢詫宀睦鋮s到100℃-250℃?？梢詫宀睦鋮s到150℃-200℃?？梢詫宀睦鋮s到200℃-250℃。當(dāng)板材由鋁合金6082成形時(shí)，可以將板材冷卻到200℃-300℃。當(dāng)板材由鋁合金6082成形時(shí)，可以將板材冷卻至300℃。

[冷卻方式]

設(shè)想通過(guò)一些人工方式而非僅通過(guò)環(huán)境靜止空氣冷卻板材。步驟(b)可以包括施加冷卻介質(zhì)至板材。步驟(b)可以包括將冷卻介質(zhì)引導(dǎo)向經(jīng)加熱的板材。

[通過(guò)流體冷卻]

冷卻介質(zhì)可以是流體。流體可以是氣體，例如空氣。流體可以是液體，例如水。流體可以包括氣體和液體，例如空氣和水?？梢詫⒘黧w作為加壓的流體流引導(dǎo)?？梢詫⒘黧w作為噴射流引導(dǎo)。可以將流體作為噴霧引導(dǎo)。可以采用使得以至少合金的臨界冷卻速率冷卻板材的持續(xù)時(shí)間、溫度和/或質(zhì)量流量引導(dǎo)流體。

[通過(guò)固體冷卻]

冷卻介質(zhì)可以是比空氣具有更高熱導(dǎo)率的固體。冷卻介質(zhì)可以是比水具有更高熱導(dǎo)率的固體?？梢圆捎檬沟靡灾辽俸辖鸬呐R界冷卻速率冷卻板材的壓力和/或持續(xù)時(shí)間施加固體。固體可以是銅轉(zhuǎn)移夾具(copper transfer grip)。固體可以是淬火塊(quenching block)。固體可以是傳導(dǎo)板(conductive plate)。固體可以包括布置成有助于將板材定位于塊上的可伸縮滾筒。固體可以包括布置成至少部分地與板材接觸的表面，該表面限定至少一個(gè)開(kāi)口，所述至少一個(gè)開(kāi)口被布置成連接至真空單元使得所述至少一個(gè)開(kāi)口中的壓力小于大氣壓力。以此方式，可以通過(guò)所述至少一個(gè)開(kāi)口中的負(fù)計(jì)示壓力將板材保持在固體上。固體可以包括雙金屬片，該雙金屬片被布置成：當(dāng)該片達(dá)到在步驟(c)之前將板材冷卻達(dá)到的溫度時(shí)，從固體至少部分地提升板材。可以施加負(fù)載至固體，以增大固體對(duì)板材的壓力。

[對(duì)流冷卻]

步驟(b)可以包括將板材轉(zhuǎn)移至溫度控制室?？梢詫囟瓤刂剖也贾贸梢灾辽俸辖鸬呐R界冷卻速率冷卻板材。溫度控制室可以處于300℃以下的溫度。溫度控制室可以處于250℃的溫度或低于250℃的溫度。溫度控制室可以處于200℃的溫度或低于200℃的溫度。溫度控制室可以處于150℃的溫度或低于150℃的溫度。溫度控制室可以處于100℃的溫度或低于100℃的溫度。溫度控制室可以處于50℃的溫度或低于50℃的溫度。步驟(b)可以包括將板材保持至溫度控制室直至達(dá)到目標(biāo)溫度。

[非均勻冷卻]

冷卻板材的步驟(b)可以包括選擇性地將板材的至少一個(gè)區(qū)域冷卻至與板材的其余部分不同的溫度。步驟(b)可以包括選擇性地將板材的至少第一區(qū)域冷卻至第一溫度，所述第一溫度低于將所述板材的至少第二區(qū)域冷卻達(dá)到的第二溫度。換言之，冷卻可以是不均勻的。以此方式，可以根據(jù)這些區(qū)域中模具的幾何結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性來(lái)選擇至少第一和第二區(qū)域被冷卻達(dá)到的溫度。例如，被冷卻至第一溫度的第一區(qū)域可以是以下板材區(qū)域，在所述板材區(qū)域中需要比在第二區(qū)域中更高的強(qiáng)度以防止發(fā)生局部變薄。可以根據(jù)這些區(qū)域?qū)⒃谀＞咧薪?jīng)受的力來(lái)選擇至少第一和第二區(qū)域被冷卻達(dá)到的溫度，或者可以根據(jù)一旦成形這些區(qū)域在使用中將經(jīng)受的力來(lái)選擇至少第一和第二區(qū)域被冷卻達(dá)到的溫度?？梢赃x擇至少第一和第二區(qū)域被冷卻達(dá)到的溫度，以提供受控的由工件成形的零件的失效。被冷卻至第一溫度的第一區(qū)域可以是比被冷卻至第二溫度的第二區(qū)域更厚的板材區(qū)域。步驟(b)可以包括選擇性地將板材的至少一個(gè)區(qū)域冷卻至與板材的至少第二區(qū)域不同的溫度，使得成品零件具有至少一個(gè)區(qū)域，其相對(duì)于板材的至少一個(gè)第二區(qū)域具有降低的強(qiáng)度和/或升高的可延展性。這提供在碰撞條件下受控的成品零件失效。

[通過(guò)流體的非均勻冷卻]

當(dāng)冷卻是不均勻的和將冷卻流體引導(dǎo)向經(jīng)加熱的板材時(shí)，可以用更長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間、更低的溫度和/或更大的質(zhì)量流量將流體引導(dǎo)至板材的第一區(qū)域，以將其冷卻至第一溫度，所述第一溫度低于所述板材的至少第二區(qū)域被冷卻達(dá)到的第二溫度。

[通過(guò)固體的非均勻冷卻]

當(dāng)冷卻是不均勻的和將具有比空氣更高的熱導(dǎo)率的固體施加至板材時(shí)，步驟(b)可以包括通過(guò)以比施加至第二區(qū)域更大的壓力將固體施加至第一區(qū)域，選擇性地將板材的至少第一區(qū)域冷卻至第一溫度，所述第一溫度低于所述板材的至少第二區(qū)域被冷卻達(dá)到的第二溫度。

所述固體可以包括布置成與所述板材接觸的表面，該表面的至少一個(gè)第一區(qū)域相對(duì)于至少一個(gè)第二區(qū)域是凸出的(in relief)。以此方式，當(dāng)將固體施加至板材時(shí)，與所述至少一個(gè)第二區(qū)域相比，所述至少一個(gè)第一區(qū)域用更大的壓力與板材接觸。步驟(b)可以包括：通過(guò)將固體施加至第一區(qū)域而不施加至第二區(qū)域，選擇性地將所述板材的至少所述第一區(qū)域冷卻至第一溫度，所述第一溫度低于將所述板材的至少所述第二區(qū)域冷卻達(dá)到的第二溫度。固體可以包括布置成至少部分地接觸板材的表面。也就是說(shuō)，表面的至少部分可以布置成接觸板材的至少部分。表面可以由具有第一熱導(dǎo)率的第一材料和具有比第一熱導(dǎo)率更低的第二熱導(dǎo)率的第二材料形成。以此方式，當(dāng)表面與板材接觸時(shí)，第一材料將比第二材料更快地冷卻板材。

當(dāng)固體包括布置成接觸板材的表面，該表面限定至少一個(gè)開(kāi)口，所述至少一個(gè)開(kāi)口布置成連接至真空單元使得所述至少一個(gè)開(kāi)口中的壓力低于大氣壓力時(shí)，步驟(b)可以包括操作真空單元，以在第一開(kāi)口中施加小于第二開(kāi)口中的第二壓力的第一壓力，第一壓力和第二壓力小于大氣壓力。以此方式，與鄰近第二開(kāi)口的板材區(qū)域相比，將用更大的力將鄰近第一開(kāi)口的板材區(qū)域牽拉至板材，使得第一區(qū)域比第二區(qū)域更快被固體冷卻。

[冷卻之處]

步驟(b)可以包括在冷卻站處的表面上冷卻板材。冷卻站可以形成布置成轉(zhuǎn)移板材至模具的裝置的部分。步驟(b)可以包括在正將板材轉(zhuǎn)移至模具時(shí)冷卻板材。其可以包括在將板材保持在夾具中以用于將板材從爐轉(zhuǎn)移至模具的同時(shí)冷卻板材。步驟(b)可以包括在模具中冷卻板材。當(dāng)步驟(b)包括在模具中冷卻板材時(shí)，這些模具可以被布置成將流體引導(dǎo)向板材。可以使用流體清潔這些模具。

[效果]

通過(guò)以至少合金的臨界冷卻速率冷卻板材(在將板材加熱至其SHT溫度范圍內(nèi)之后且在將板材放置在這些模具之間之前)，避免了合金中的微結(jié)構(gòu)沉淀，并且與沒(méi)有冷卻步驟(b)的方法相比，板材當(dāng)其被放在模具中時(shí)更冷。因此，與WO2010/032002A1中描述的目前的HFQ(RTM)方法相比，可以在更低的溫度下成形板材。因?yàn)榘宀氖窃诟偷臏囟认鲁尚蔚?，所以其?qiáng)度將更高，且應(yīng)變硬化效應(yīng)更大，有助于更大的材料引入。換言之，應(yīng)變硬化效應(yīng)導(dǎo)致板材的變形更加均勻，變形的區(qū)域變得更堅(jiān)固，導(dǎo)致在其它區(qū)域發(fā)生變形，其它區(qū)域轉(zhuǎn)而又變得更堅(jiān)固。這降低局部變薄的可能性，增強(qiáng)板材的可成形性。因此，給目前的HFQ(RTM)方法引入冷卻步驟(b)使HFQ(RTM)成形的益處得以進(jìn)一步增強(qiáng)，同時(shí)減少其缺陷。

以至少合金的臨界冷卻速率冷卻板材的特征因此增加成形零件的強(qiáng)度，同時(shí)保持足夠的板材可延展性，以使其得以成形。

[步驟(c)]

在將板材放置在模具之間以使其成形為復(fù)雜零件或朝向復(fù)雜零件成形的步驟(c)中，可以將模具成形為導(dǎo)致(account for)板材的局部變薄。換言之，可以將布置成接觸板材的模具的表面成形為遵循所成形零件的厚度輪廓。這些模具可以是冷模具。這些模具可以被冷卻。因此，可以在模具中對(duì)板材進(jìn)一步淬火。

[效果]

通過(guò)在冷模具中成形板材，避免了低成本效益的(由于板材和模組的加熱的緣故)溫成形問(wèn)題和工件的微結(jié)構(gòu)破壞(后成形強(qiáng)度退化)的可能性的問(wèn)題。

[應(yīng)用]

該方法可以是成形復(fù)雜零件的方法。該方法可以是成形用于汽車應(yīng)用的零件的方法。該方法可以是成形用于航空航天應(yīng)用的零件的方法。該方法可以是成形用于航空航天應(yīng)用的面板部分(panel part)的方法。該方法可以是成形內(nèi)部結(jié)構(gòu)性板材部件、承重零件或適于承受靜態(tài)或移動(dòng)結(jié)構(gòu)中的負(fù)荷的零件的方法。

附圖簡(jiǎn)述

下面僅通過(guò)實(shí)例的方式并參照附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施方案，其中：

圖1是顯示當(dāng)金屬合金板材經(jīng)受現(xiàn)有HFQ(RTM)工藝時(shí)其溫度的曲線圖；

圖2(a)顯示在使用和不使用現(xiàn)有的SHT的情況下，用于在300℃下對(duì)金屬合金板材的單軸拉伸測(cè)試的溫度歷程；

圖2(b)除了顯示使用現(xiàn)有SHT的在450℃下的金屬行為以模擬常規(guī)HFQ(RTM)工藝之外，還顯示使用現(xiàn)有SHT和不使用現(xiàn)有SHT在300℃下金屬的機(jī)械行為的比較，以模擬步驟(b)的效果。

圖3顯示由板材金屬合金成形復(fù)雜零件的方法的實(shí)施方案的工藝流程圖；

圖4顯示具有真空管道的傳導(dǎo)冷卻板上的金屬合金板材(工件)的示意圖；

圖5顯示在具有用于使用空氣霧和水霧冷卻工件的噴嘴總成的冷卻站處的工件；和

圖6顯示在具有呈上淬火塊和下淬火塊形式的傳導(dǎo)板的冷卻站處的工件。

某些示例實(shí)施方案的具體描述

圖1中示出了WO2010/032002A1中描述的冷模成形和淬火(HFQ(RTM))方法的工件溫度對(duì)固溶熱處理時(shí)間的曲線圖。簡(jiǎn)言之，該方法涉及加熱板材金屬工件至其SHT溫度或高于SHT溫度；在該溫度下對(duì)其均熱處理；將其轉(zhuǎn)移至冷模組；和快速將其成形為零件形狀。然后將成形的零件在模具中淬火，然后人工老化或自然老化。如上文所討論的，該現(xiàn)有方法中的重要考慮因素是：當(dāng)其成形時(shí)，板材金屬合金盡可能接近其SHT溫度。

相比之下，現(xiàn)在將要描述的相當(dāng)于本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方案的本方法包括：在將板材放置在模具中之前以至少合金的臨界冷卻速率冷卻板材的另外的步驟。

現(xiàn)在參照?qǐng)D3，該方法(其是由板材金屬合金成形復(fù)雜零件的方法，在該實(shí)施方案中該板材金屬合金是回火AA6082板材(“工件”))概述地涉及以下步驟：固溶熱處理(A)該工件；將其快速冷卻(B)至其待成形的溫度；在模具中由該工件成形(C)零件，和在模具中進(jìn)一步淬火；和對(duì)這些模具脫模(D)，并移除成形的零件。

繼續(xù)參照?qǐng)D3，現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述這些步驟中的每一個(gè)步驟。

[步驟(A)]

步驟(A)涉及工件的固溶熱處理。將該工件加熱至發(fā)生合金的固溶熱處理的溫度。在該實(shí)施方案中，將其加熱至525℃。使用爐加熱工件，但是在其它實(shí)施方案中，可以想得到使用其它加熱站，例如，對(duì)流烤箱。在該溫度下均熱處理該工件，以將盡可能多的合金元素溶解為鋁基體。這使得工件被完全固溶熱處理。在該實(shí)施方案中，均熱處理工件15秒至25秒。然而，溫度和時(shí)間將隨下面討論的許多因素變化。

選擇的溫度和時(shí)間取決于合金系列。

溫度和時(shí)間還將取決于工件是否已經(jīng)回火。在該實(shí)施方案中，如上文提到的，工件已經(jīng)回火。在工件未經(jīng)回火的實(shí)施方案中(例如，在其中輥軋(roll)板材之后或?qū)宀耐嘶鹬髮?duì)板材金屬合金實(shí)施成形復(fù)雜零件的方法的實(shí)施方案中)，通過(guò)將工件保持在該溫度范圍內(nèi)比用于上文描述的實(shí)施方案的回火鋁合金6082的工件的15秒至25秒更長(zhǎng)的時(shí)間完成固溶熱處理。例如，在某些實(shí)施方案中，將工件保持在該溫度范圍內(nèi)至少1分鐘，而在其它實(shí)施方案中，將其保持在該溫度范圍內(nèi)至少10分鐘。

均熱處理時(shí)間還取決于所選擇的溫度和取決于朝向該溫度加熱的速率。根據(jù)合金，與在較低溫度下較長(zhǎng)時(shí)間的SHT相比，在較高的溫度下均熱處理短時(shí)間可以引起零件的最終機(jī)械性能，諸如在室溫下的可延展性的降低。然而，較短時(shí)間加熱至高溫增加可用該方法成形零件的速度。AA6082(本實(shí)施方案的合金)包含阻止晶粒生長(zhǎng)的添加物。因此，可以在不損害成品零件的機(jī)械性能的情況下，在較高溫度下將其加熱較短時(shí)間。因此，在其它實(shí)施方案中，將工件加熱至高于525℃的溫度例如560℃。與該描述的實(shí)施方案相比，在其中加熱至最終希望的溫度耗費(fèi)更長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)施方案中，額外的均熱處理是不必要的。例如，在對(duì)流烤箱中將工件加熱至560℃可以耗費(fèi)約10分鐘。在這種情況下，不將工件保持在該溫度下，因?yàn)樵诩訜犭A段期間已經(jīng)完成SHT。

在一些實(shí)施方案中，根本不需要對(duì)工件均熱處理，因?yàn)殡S著將工件朝向最終溫度加熱可以實(shí)現(xiàn)SHT。

[步驟(B)]

[均勻冷卻]

在步驟(B)處，將工件冷卻至其待成形的溫度。在該實(shí)施方案中，均勻地將工件冷卻至300℃。冷卻坯料達(dá)到的溫度和冷卻坯料的時(shí)間取決于工件的厚度以及使用的具體冷卻方法?？梢允褂孟冗M(jìn)的材料測(cè)試技術(shù)表征不同溫度和/或應(yīng)變速率下的工件金屬的機(jī)械性能。使用先進(jìn)的材料建模和有限元(FE)建模，以預(yù)測(cè)在指定成形條件下材料的成形極限?；诮ｎA(yù)測(cè)選擇最合適的成形參數(shù)。在一些實(shí)施方案中，成形工藝的FE模型還幫助確定零件中的最大應(yīng)力水平，并且選擇能夠?qū)崿F(xiàn)這些應(yīng)力的溫度和冷卻時(shí)間。例如，在其中工件為AA6082且2mm厚的供選擇的實(shí)施方案中，將工件冷卻至350℃，并且冷卻時(shí)間為約1秒至3秒。

現(xiàn)在參照?qǐng)D5，在該實(shí)施方案中，在冷卻站(50)處冷卻工件(52)，該冷卻站(50)在爐與模具(未示出)之間的生產(chǎn)線上(也未示出)，作為在爐與模具之間轉(zhuǎn)移工件(52)的系統(tǒng)(未示出)的部分。在冷卻站(50)處，將工件(52)放在工件保持單元(55)的表面上，并且通過(guò)空氣霧和水霧將其冷卻。將加壓的水從噴嘴總成(51)釋放為細(xì)噴霧。根據(jù)需要的冷卻速率和部件的尺寸選擇使用的噴嘴的數(shù)目。當(dāng)需要以高速率冷卻大工件的整體時(shí)，所需要的噴嘴數(shù)目大于例如以較低速率冷卻小工件所需的噴嘴的數(shù)目。

以至少合金的臨界冷卻速率，即以避免不想要的沉淀形成和生長(zhǎng)但是保持高可延展性的速率冷卻工件。在該實(shí)施方案中，50℃每秒的冷卻速率實(shí)現(xiàn)該效果。對(duì)于其它合金來(lái)說(shuō)，合金的臨界冷卻速率將是不同的。

使用控制回路監(jiān)控和調(diào)整工件(52)的冷卻。用熱電偶(53)測(cè)量工件(52)的溫度。通過(guò)流量控制單元(54)控制來(lái)自噴嘴總成(51)的加壓水噴霧的質(zhì)量流量。流量控制單元(54)將通過(guò)熱電偶(53)測(cè)得的溫度與參考溫度(即，限定避免不想要的沉淀形成和生長(zhǎng)但是保持高可延展性的冷卻速率的溫度)進(jìn)行比較。當(dāng)通過(guò)熱電偶(53)測(cè)得的溫度正以低于參考溫度的速率降低時(shí)，流量控制單元(54)增大來(lái)自噴嘴總成(51)的加壓水噴霧的質(zhì)量流量。相反地，當(dāng)通過(guò)熱電偶(53)測(cè)得的溫度正以高于參考溫度降低速率的速率降低時(shí)，流量控制單元(54)減小來(lái)自噴嘴總成(51)的加壓水噴霧的質(zhì)量流量。還根據(jù)通過(guò)熱電偶(53)測(cè)得的溫度通過(guò)流量控制單元(54)控制噴嘴總成(51)釋放加壓水噴霧至工件(52)的時(shí)間。當(dāng)測(cè)得的溫度表明工件(52)被冷卻到希望的溫度時(shí)—在該實(shí)施方案中，當(dāng)工件(52)已經(jīng)被均勻冷卻至300℃時(shí)—流量控制單元(54)停止將加壓水噴霧至工件(52)上。

[步驟(C)]

再次參照?qǐng)D3，在步驟(C)中，在冷模組中由工件成形零件。在該實(shí)施方案中，還將零件保持在模組中的壓力下，以進(jìn)一步將其冷卻。

在該實(shí)施方案中，將這些模具成形以導(dǎo)致工件的局部變薄。在制造模具之前，根據(jù)待在模具中成形的零件的厚度，包括局部變薄，使用模擬來(lái)精修設(shè)計(jì)的表面幾何形狀。在現(xiàn)有的方法中，基于以下假設(shè)設(shè)計(jì)和機(jī)械加工模具表面：待借助模具成形的板材將是厚度均勻的。例如，將模具表面設(shè)計(jì)和機(jī)械加工成具有標(biāo)稱板材厚度加10％公差的板材。相比較而言，在該實(shí)施方案中，將工具表面成形為遵循成形零件的厚度輪廓。這增加了工件與模具之間的接觸，從而改善至模具的熱傳導(dǎo)。

[步驟(D)]

在步驟(D)中，對(duì)模具進(jìn)行脫模。一旦已將零件冷卻至足夠低的溫度—在該實(shí)施方案中，一旦將其冷卻至約100℃—就將其移除。

然后在成形工藝之后通過(guò)人工老化(圖3中未示出)增強(qiáng)部件的最終強(qiáng)度。

[效果和優(yōu)點(diǎn)]

與現(xiàn)有的HFQ(RTM)工藝相比，該方法的優(yōu)點(diǎn)可以概述如下：

(i)較低的成形溫度導(dǎo)致較低的模具溫度和較不密集的熱循環(huán)，從而增加模具壽命。

(ii)將較少的熱傳遞至模具。在許多實(shí)施方案中，自然對(duì)流/傳導(dǎo)足以冷卻模具中的工件，并且消除了對(duì)模具冷卻的需要。這可以簡(jiǎn)化模組設(shè)計(jì)和降低成本。例如，在航空航天應(yīng)用中，通常緩慢地成形零件(生產(chǎn)率低)，并且因此工件的自然模具冷卻將是足夠的。

(iii)由于需要較小的溫度變化，所以模具中成形的零件的保壓壓力和時(shí)間更低，從而減少能量使用并提高生產(chǎn)率。

(iv)因?yàn)樵谳^低溫度下，應(yīng)變硬化效應(yīng)更大，所以可以以與現(xiàn)有的HFQ(RTM)方法相比更低的速度成形零件。因此，可以使用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械壓力機(jī)用于成形。

(v)更低的成形速度可以降低對(duì)模具的沖擊負(fù)荷，從而增加模具壽命。

(vi)在較低溫度下的較大應(yīng)變硬化效應(yīng)可以導(dǎo)致模具中工件的較高可拉拔性和因此導(dǎo)致改進(jìn)的可成形性。與固溶熱處理之后得到的良好的可延展性(真實(shí)應(yīng)變失效(strains to failure)(εf)在30％至60％的范圍內(nèi)；即，與低碳鋼的真實(shí)應(yīng)變失效是相當(dāng)?shù)?相結(jié)合，即使在較低的成形溫度下，也可以成形復(fù)雜形狀的零件。

(vii)在其中在步驟(B)中不均勻地冷卻工件的實(shí)施方案中，可以根據(jù)需要改變工件的不同區(qū)域上方的溫度，以最大化可成形性和降低局部變薄。

現(xiàn)在參照?qǐng)D2(a)和圖2(b)，現(xiàn)在將對(duì)SHT(步驟(A))和冷卻階段(B)對(duì)工件的機(jī)械性能的影響進(jìn)行簡(jiǎn)要討論。

在使用和不使用現(xiàn)有的SHT的情況下，在300℃下對(duì)鋁合金進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn)。圖2(a)顯示用于這些試驗(yàn)的溫度歷程。圈起來(lái)的區(qū)域表示樣本變形的時(shí)間。圖2(b)顯示用圖2(a)中示出的測(cè)試條件對(duì)合金進(jìn)行的單軸拉伸試驗(yàn)的結(jié)果。因此，其顯示了在使用和SHT和不使用SHT的情況下的合金的機(jī)械行為的對(duì)比。其還顯示了使用現(xiàn)有SHT(常規(guī)HFQ(RTM)方法)在450℃下對(duì)合金進(jìn)行的測(cè)試結(jié)果。

將在不同溫度下測(cè)試為失效的材料變形行為與在從SHT溫度快速冷卻至相同溫度之后測(cè)試時(shí)的材料變形相比較。這將顯露出現(xiàn)有SHT對(duì)機(jī)械性能的益處。在1/s的應(yīng)變速率下進(jìn)行測(cè)試，輥軋方向與負(fù)載方向平行。還比較了在HFQ(RTM)條件下進(jìn)行的測(cè)試的結(jié)果，假定(在SHT溫度下)在固溶熱處理和轉(zhuǎn)移至冷模組之后，變形之前的工件溫度是450℃。這將顯露出將冷卻步驟引入到傳統(tǒng)HFQ(RTM)方法的益處。

從圖2(b)可以看出，與沒(méi)有現(xiàn)有的SHT時(shí)相比，使用現(xiàn)有的SHT的工件的可延展性增強(qiáng)。其達(dá)到了足夠用于成形復(fù)雜特征的水平。使用現(xiàn)有SHT在300℃下的變形增加可延展性大約80％。當(dāng)與HFQ(RTM)條件相比較時(shí)，應(yīng)變硬化增強(qiáng)。通過(guò)假定數(shù)據(jù)的冪律形式(power law representation)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)變硬化指數(shù)(n值)從0.04增大至0.12。還可以看出，與HFQ(RTM)條件相比，流動(dòng)應(yīng)力高得多。在300℃變形下的抗張強(qiáng)度超過(guò)在HFQ(RTM)條件下實(shí)現(xiàn)的抗張強(qiáng)度的兩倍。因此可以看出，冷卻步驟增強(qiáng)了應(yīng)變硬化和強(qiáng)度，同時(shí)保持足夠的用于成形復(fù)雜形狀零件的可延展性，從而增強(qiáng)板材金屬可成形性。如還可以從圖2(b)中示出的結(jié)果、從使用SHT的300℃的流動(dòng)應(yīng)力曲線與使用SHT的450℃的流動(dòng)應(yīng)力曲線的比較看出，在300℃下應(yīng)變硬化效應(yīng)更顯著。因此，如果零件是在300℃下成形的，那么該零件中的厚度分布將比在450℃下成形的零件的厚度分布更均勻。

[步驟(B)—供選擇的方案]

再次參照?qǐng)D3，在供選擇的實(shí)施方案中，與上文描述的方式不同地實(shí)施冷卻步驟(B)。在其它方面，方法可以與第一實(shí)施方案的方法相同?，F(xiàn)在將描述這些供選擇的實(shí)施方案。

[通過(guò)噴霧的供選擇的均勻冷卻]

在一個(gè)供選擇的實(shí)施方案中，不是將工件放置在冷卻站處的表面上，而是在從爐轉(zhuǎn)移至模具期間將其保持在夾具中的同時(shí)通過(guò)空氣霧和水霧(如上文描述)冷卻工件。在其它實(shí)施方案中，一旦已將工件轉(zhuǎn)移至模具，就繼續(xù)通過(guò)空氣霧和水霧冷卻工件。這是通過(guò)構(gòu)建到模組中的噴嘴實(shí)現(xiàn)的，這些噴嘴如上所述將加壓水釋放為細(xì)噴霧。在又一些其它實(shí)施方案中，一旦已將工件轉(zhuǎn)移至模具，才冷卻工件。在一旦已將工件轉(zhuǎn)移至模具就冷卻工件的一些實(shí)施方案中，使用空氣-水霧冷卻和清潔模具。

[通過(guò)氣流的均勻冷卻]

在其它實(shí)施方案中，通過(guò)來(lái)自氣刀(air blade)總成的受控氣流冷卻工件。在一些實(shí)施方案中，這是在爐與模具之間的冷卻站處進(jìn)行的，在冷卻站處，將工件放置在表面上并通過(guò)空氣流冷卻工件。在其它實(shí)施方案中，在將其轉(zhuǎn)移至爐與模具之間的同時(shí)將其冷卻，同時(shí)將其保持在用于轉(zhuǎn)移其的夾具中。

[通過(guò)傳導(dǎo)板的均勻冷卻]

現(xiàn)在參照?qǐng)D6，在又一些其它實(shí)施方案中，使用呈上淬火塊(63)和下淬火塊(65)形式的傳導(dǎo)板冷卻工件(52)。正如其中使用空氣霧和水霧或通過(guò)氣刀冷卻工件的實(shí)施方案一樣，可以在爐與模具之間的生產(chǎn)線上的冷卻站處或者在爐與模具之間轉(zhuǎn)移期間使用傳導(dǎo)板冷卻工件。在兩種實(shí)施方案中，都是將工件保持在傳導(dǎo)板之間，并且施加均勻的壓力，直到將其冷卻到希望的溫度。

在該供選擇的實(shí)施方案中，在爐與模具(未示出)之間的生產(chǎn)線(也未示出)上的冷卻站(60)處冷卻工件(52)。在已經(jīng)執(zhí)行步驟(A)(工件的固溶熱處理)之后，放置機(jī)械手(61)拾取工件(52)。放置機(jī)械手(61)將工件(52)放在裝載運(yùn)輸機(jī)(64)上。裝載運(yùn)輸機(jī)(64)將工件(52)滾動(dòng)至下淬火塊(65)的滾筒(69)上。這些滾筒(69)是可伸縮的，并且一旦工件(52)位于上淬火塊(63)下面的適當(dāng)位置上，滾筒(69)就縮回。然后將上淬火塊(63)降低至工件(52)上。通過(guò)壓力控制單元(66)調(diào)整通過(guò)上淬火塊(63)施加的壓力。通常，施加的壓力越大，工件(52)的冷卻速率越快。以此方式在負(fù)載下的淬火塊之間的冷卻允許超過(guò)500℃每秒的冷卻速率。因此，在該實(shí)施方案中，在塊(63)、(65)之間的冷卻時(shí)間小于0.5s。然而，也可以實(shí)現(xiàn)甚至更快的冷卻。例如，使用該裝置冷卻時(shí)間可能為0.1s。

在另一供選擇的實(shí)施方案中，以與關(guān)于圖5描述的實(shí)施方案中相同的方式，使用熱電偶(未示出)監(jiān)測(cè)工件(52)的溫度。該供選擇的實(shí)施方案中的壓力控制單元(66)以與上文描述的流量控制單元(54)相似的方式運(yùn)行。具體地，壓力控制單元(54)將通過(guò)熱電偶(53)測(cè)得的溫度與參考溫度進(jìn)行比較。當(dāng)通過(guò)熱電偶(53)測(cè)得的溫度正以低于參考溫度的速率降低時(shí)，壓力控制單元(54)通過(guò)上淬火塊(63)增加施加到工件(52)的壓力。相反地，當(dāng)通過(guò)熱電偶(53)測(cè)得的溫度正以高于參考溫度的速率降低時(shí)，壓力控制單元(54)通過(guò)上淬火塊(63)減小施加到工件(52)的壓力。通過(guò)上淬火塊施加壓力的時(shí)間也是依據(jù)通過(guò)熱電偶(53)測(cè)得的溫度通過(guò)流量控制單元(54)控制的。當(dāng)測(cè)得的溫度表明工件(52)被冷卻至希望的溫度時(shí)—在該實(shí)施方案中，當(dāng)工件(52)已經(jīng)被均勻冷卻至300℃時(shí)—壓力控制單元(56)使上淬火塊(63)從工件(52)被提升。

在剛描述的兩個(gè)供選擇的實(shí)施方案中，在已經(jīng)將工件(52)冷卻了特定的一段時(shí)間(或者，在第二實(shí)施方案中，冷卻至特定的測(cè)量溫度)之后，將上淬火塊(63)從工件(52)提升。然后下淬火塊(65)的滾筒(69)再次伸展出，并且將工件(52)滾動(dòng)至卸載運(yùn)輸機(jī)(67)上。卸載運(yùn)輸機(jī)(67)定位工件(52)，使得其可以被轉(zhuǎn)移機(jī)械手(68)提升。轉(zhuǎn)移機(jī)械手(68)將工件(52)轉(zhuǎn)移至用于步驟(C)的模具(未示出)。

[在真空板上的冷卻]

現(xiàn)在參照?qǐng)D4，現(xiàn)在將描述其中通過(guò)傳導(dǎo)板冷卻工件(52)的另外的供選擇的實(shí)施方案。圖4顯示了在具有高熱導(dǎo)率的板(41)上的工件(52)。通過(guò)板(41)的側(cè)面中的通道(44)將板(41)連接至真空單元(未示出)。通道(44)連接至在板(41)的表面中具有開(kāi)口的導(dǎo)管(43)，在冷卻期間將工件(52)放置在板(41)的表面上。在實(shí)施方案中，該板(41)替代上文參照?qǐng)D6描述的實(shí)施方案的下淬火塊(65)。在該實(shí)施方案中，將工件(52)放置在板(41)上。將上淬火塊(63)降低至工件(52)上。在導(dǎo)管(43)中產(chǎn)生真空。這將工件(52)吸至板(41)上。其從而增大工件(52)經(jīng)受的壓力。真空還增大工件(52)周圍的氣流，這增大冷卻速率。一旦工件(52)已經(jīng)被冷卻至如通過(guò)熱電偶測(cè)得的特定溫度(在該實(shí)施方案中，300℃)，或者已經(jīng)被冷卻特定的時(shí)間(其中熱電偶不存在)，不再施加真空，并且參照?qǐng)D6和圖3如上文所述繼續(xù)該方法。

在另一個(gè)供選擇的實(shí)施方案中，在具有高熱導(dǎo)率的板(41)上冷卻工件，如上所述。當(dāng)工件達(dá)到限定的溫度時(shí)，雙金屬片(圖4中未示出)從板(41)提升工件(52)。因此，在該供選擇的實(shí)施方案中，通過(guò)雙金屬片終止冷卻步驟，而不需要控制單元或人為干預(yù)。也可以使用雙金屬片提升工件(52)離開(kāi)下淬火塊(或者具有高熱導(dǎo)率的板)，其中該塊不是被布置成具有通過(guò)其的真空。

[非均勻冷卻]

在另一供選擇的實(shí)施方案中，將其中將需要較大的應(yīng)變硬化效應(yīng)以成形零件的工件區(qū)域冷卻至比工件的其余部分更低的溫度(“非均勻冷卻”)。在一些“非均勻冷卻”的實(shí)施方案中，通過(guò)待由工件成形的零件的幾何形狀確定選擇性地冷卻哪些區(qū)域。例如，待成形為具有小特征的工件的區(qū)域的溫度將被選擇為稍微低于工件上其它區(qū)域的溫度，使得在成形期間可以發(fā)生材料引入以減少局部變薄，所述小特征需要顯著的材料拉伸。換句話說(shuō)，采用在工件各處賦予不均勻的溫度，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)模具中的材料移動(dòng)的額外控制。

在其它“非均勻冷卻”實(shí)施方案中，通過(guò)預(yù)測(cè)該零件在使用中所經(jīng)受的力來(lái)確定選擇性地冷卻哪些區(qū)域。例如，將以快速率淬火在應(yīng)保持高應(yīng)力與相對(duì)低的可延展性的區(qū)域，另一方面，可以以較低的速率冷卻應(yīng)具有好的可延展性與較低的屈服應(yīng)力的區(qū)域。

在又一些其它“非均勻冷卻”實(shí)施方案中，將工件冷卻使得其溫度在冷卻步驟(B)結(jié)束時(shí)在工件的區(qū)域之間平穩(wěn)變化。換言之，冷卻的工件具有跨越工件的多個(gè)溫度梯度。這在工件上產(chǎn)生幾個(gè)不同的溫度區(qū)域。以此方式控制冷卻，例如用以傳送跨越工件的分等級(jí)的強(qiáng)度。在工件用于汽車零件的情形中，這樣的冷卻可以提供在碰撞條件下受控的零件失效。

在另外的“非均勻冷卻”的實(shí)施方案中，當(dāng)工件具有多于一種材料厚度時(shí)—例如，當(dāng)工件是拼焊板(tailor welded blank)時(shí)(即，由兩個(gè)或多個(gè)板材焊接在一起組成的工件)，工件的較薄區(qū)域被冷卻至比工件的較厚區(qū)域更低的溫度。這有助于較厚區(qū)域的應(yīng)變，從而減小薄部分中的應(yīng)變。以此方式，應(yīng)變?cè)诤癫牧吓c薄材料之間分布更均勻，并且減小了臨界區(qū)域中的最大薄化。

[通過(guò)傳導(dǎo)板的非均勻冷卻]

在一個(gè)“非均勻冷卻”實(shí)施方案中，以與上文關(guān)于圖6描述的“均勻冷卻”實(shí)施方案相似的方式通過(guò)傳導(dǎo)冷卻來(lái)冷卻工件。也就是說(shuō)，在爐與模具之間的生產(chǎn)線上的冷卻站處在上淬火塊與下淬火塊之間將其冷卻。然而，在該實(shí)施方案中，改變上淬火塊，使得通過(guò)增大在工件將被冷卻至較低溫度的區(qū)域中塊對(duì)工件的壓力，實(shí)現(xiàn)在工件的不同區(qū)域上冷卻至不同的溫度。在該實(shí)施方案中，上淬火塊具有與工件上需要較大的冷卻速率的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的壓花區(qū)域(embossed area)。當(dāng)將上淬火塊施加至工件時(shí)，這些壓花區(qū)域?qū)ぜ膲毫Υ笥谖磯夯▍^(qū)域?qū)ぜ膲毫?。從而在工件與壓花區(qū)域接觸的地方比在未壓花區(qū)域的區(qū)域中以更大的速率冷卻工件。

在另一“非均勻冷卻”實(shí)施方案中，也是以與上文關(guān)于圖6描述的“均勻冷卻”實(shí)施方案相似的方式通過(guò)傳導(dǎo)冷卻來(lái)冷卻工件。然而，在該實(shí)施方案中，改變上淬火塊，使得僅將其施加到待冷卻至較低溫度的那些工件區(qū)域。

在又一“非均勻冷卻”實(shí)施方案中，也是以與上文關(guān)于圖6描述的“均勻冷卻”實(shí)施方案相似的方式通過(guò)傳導(dǎo)冷卻來(lái)冷卻工件，但是上淬火塊由具有不同熱導(dǎo)率的材料制成。在與將以比工件的其他區(qū)域更高的速率冷卻的工件區(qū)域相對(duì)應(yīng)的上淬火塊區(qū)域中，上淬火塊由比該淬火塊的其它區(qū)域具有更高熱導(dǎo)率的材料制成。在與將以較低速率冷卻的工件區(qū)域?qū)?yīng)的上淬火塊區(qū)域中，上淬火塊由具有較低熱導(dǎo)率的材料成形。

在上述實(shí)施方案中的每一個(gè)實(shí)施方案的變化中，相反地如上文關(guān)于上淬火塊的描述改變下淬火塊。在這些變化中，上淬火塊如同關(guān)于圖6中描述的上淬火塊。

在另外的“非均勻冷卻”實(shí)施方案中，在板(41)上冷卻工件，貫穿工件產(chǎn)生真空，如圖4中所示，以上文描述的方式中的任一種改變上淬火塊(未示出)。

在又一“非均勻冷卻”實(shí)施方案中，在板(41)上冷卻工件，貫穿工件產(chǎn)生真空，如圖4中所示，并且在工件的不同區(qū)域中，使用真空對(duì)工件產(chǎn)生不同的負(fù)計(jì)示壓力。也就是說(shuō)，通過(guò)位于工件(52)的區(qū)域下面的那些導(dǎo)管(43)的真空水平增加，與工件的其余部分相比，該工件區(qū)域?qū)⒁愿叩乃俾时焕鋮s。這增加了保持那些區(qū)域緊靠板(41)使用的力，從而增加了那些區(qū)域的冷卻速率。通過(guò)位于工件(52)的以較低的速率被冷卻的區(qū)域下面的那些導(dǎo)管(43)的真空較弱。

如上所述，在其它實(shí)施方案中，進(jìn)行使用傳導(dǎo)板的“非均勻冷卻”，同時(shí)在爐與模具之間轉(zhuǎn)移的期間(而非在冷卻站處)將工件保持在夾具中。

[通過(guò)噴霧的非均勻冷卻]

在供選擇的實(shí)施方案中，以與上文關(guān)于圖5描述的使用空氣霧和水霧均勻冷卻工件相似的方式，使用了噴嘴總成(51)將加壓水作為噴霧釋放，以實(shí)現(xiàn)非均勻冷卻。在該供選擇的實(shí)施方案中，流量控制單元(54)僅使將以較高速率冷卻的工件區(qū)域的區(qū)域中的噴嘴釋放空氣霧流和水霧流。這更快地冷卻工件的那些區(qū)域，且將那些區(qū)域冷卻至比噴嘴不引導(dǎo)空氣霧和水霧的工件區(qū)域更低的溫度。

供選擇地或此外，在另外的實(shí)施方案中，流量控制單元(54)控制來(lái)自這些噴嘴中的每個(gè)噴嘴的空氣霧和水霧的質(zhì)量流量，使得與其它區(qū)域中的噴嘴相比，待更快冷卻的工件區(qū)域的區(qū)域中的噴嘴以更高的質(zhì)量流量釋放空氣霧和水霧。類似地，在該其它實(shí)施方案中的流量控制單元(54)控制待冷卻至較低溫度的工件區(qū)域的區(qū)域中的噴嘴，與工件的其它區(qū)域中的噴嘴相比，釋放空氣霧和水霧更長(zhǎng)時(shí)間。