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CN109226401B - 一种铝合金薄板零件的成形方法 - Google Patents

一种铝合金薄板零件的成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铝合金薄板零件的成形方法，其包括：i)将铝合金薄板材料加热至固溶温度窗口范围内以进行固溶处理；ii)将已固溶的铝合金薄板材料转移到模具中；iii)闭合模具，其中合模的成形过程在0.5秒以上；和iv)冷却模具以使成形零件冷却。本发明的铝合金薄板零件成形方法特别适合具有复杂形状的零件成形，不需要连续退火处理，非常节省材料成本；同时，材料在高温下成形性倍数增加、回弹量小，减少后续的零件成形道序，减少原材料损耗。

Description

一种铝合金薄板零件的成形方法
技术领域
本发明属于金属制品加工领域。具体地，本发明涉及一种铝合金薄板零件的成形方法。
背景技术
铝合金因为高性能重量比、有利的耐腐蚀性及其它因素而得到广泛应用。某些铝合金通常用于在常温(通常为-10至40℃)下使用的应用中。
已用于汽车工业的铝合金主要有2xxx(Al-Cu-Mg)、5xxx(Al-Mg)、6xxx(Al-Mg-Si)和7xxx(Al-Zn-Mg-Cu)系列。其中5xxx系列铝合金虽具有优良的成形性，可热处理强化型2xxx系列铝合金虽具有高的强度和良好的焊接性和锻造性，6xxx系列铝合金同时兼具T4/T4P态良好的成形性和较高的烤漆时效硬化响应能力(烤漆前后合金屈服强度的增量)，7xxx系列铝合金具有良好的强韧性。
汽车用铝合金冲压成形材料多为时效硬化铝合金材料，通常将材料轧制成需要厚度后(F态)，在铝厂完成连续退火达到T4状态，然后完成冷冲变形；其中任何一个环节控制不当都会产生很多问题，包括连续退火质量控制问题、冲压过程材料回弹的问题、低成形等等。热压制可以增强成形性并减少回弹，但它破坏了所需的微结构。因此需要成形后固溶热处理来恢复微结构，但这导致成形构件在固溶热处理后的淬火期间变形。
为了克服这些缺点，已进行各种努力并且开发了一些新的工艺。WO2008/059242中公开了一种成形方法，所述方法包括固溶热处理、成形和冷模淬火。在该方法中，将铝合金坯进行固溶热处理并快速移送到一组冷模中，所述冷模立即闭合以形成成形构件。成形构件在冷却成形构件期间被保持在冷模中。
EP2324137中公开了一种成形方法，其涉及非常快速的模具闭合。然而传统的压力机不能实现模具的这种高速闭合，并且需要制造专用工具或进行重大升级，这显著增加了设置成本。在EP2324137中所述的方法中，热压制可能需要高于100mm/s的冲压行程速度，且为了获得具有最佳性能的构件，可能需要400mm/s或更高的冲压速度。传统的压力机通常以低得多的速度操作，它们通常具有小于50mm/s的最高动力行程速度。
因此，仍需要针对传统设备合理设计铝合金制品的成形加工工艺。
发明内容
本发明的目的是利用现有设备加工出具有期望的性能尤其是力学性能的铝合金制品。
根据本发明的一个方面，提供一种铝合金薄板零件的成形方法，其包括以下步骤：
i)将铝合金薄板材料加热至固溶温度窗口范围内以进行固溶处理；
ii)将已固溶的铝合金薄板材料转移到模具中；
iii)闭合模具以形成零件，其中合模的成形过程在0.5秒以上；和
iv)冷却模具以使成形零件冷却。
根据本发明的另一方面，提供一种铝合金薄板零件，其由上述成形方法制备。
根据本发明的还一方面，提供一种汽车部件，其由上述成形方法制备。
根据本发明的又一方面，提供一种汽车，其包括上述铝合金薄板零件或汽车部件。
本发明的铝合金薄板零件成形方法特别适合具有复杂形状的零件成形，只需要F态的薄板材料，不需要连续退火处理，非常节省材料成本；同时，材料在高温下成形性倍数增加、回弹量小，减少后续的零件成形道序，减少原材料损耗。并且采用本发明的铝合金薄板零件成形方法不需要对现有设备进行改造。
本发明的铝合金薄板零件成形方法结合现有装备能力和生产能力，能够获得较好的材料性能，同时保证量产。
附图说明
结合附图对本发明进行描述，以使本领域技术人员更好地理解本发明的各特征和优点。
图1是本发明铝合金薄板零件的成形方法的温度-时间曲线示意图。
具体实施方案
下面对本发明技术方案进行详细描述。
根据本发明的一个方面，提供一种铝合金薄板零件的成形方法，其包括以下步骤：
i)将铝合金薄板材料加热至固溶温度窗口范围内以进行固溶处理；
ii)将已固溶的铝合金薄板材料转移到模具中；
iii)闭合模具以形成零件，其中合模的成形过程在0.5秒以上；和
iv)冷却模具以使成形零件冷却。
不同的铝合金材料的固溶温度窗口可能存在差异。本领域技术人员可以根据所用铝合金薄板材料确定固溶温度窗口。
所述铝合金薄板材料的厚度可为任何合适的厚度，例如0.7-3.0mm。
固溶温度窗口是指进行固溶处理的温度。固溶处理需要在铝基体内尽可能地溶解铝合金材料中的合金元素。本领域技术人员可以根据所用的铝合金确定固溶温度窗口以及将铝合金材料保持在该固溶温度窗口的时间。
在一些实施方案中，所述固溶温度窗口为400-600℃，更优选450-600℃，最优选450-550℃。
在一些实施方案中，所述铝合金薄板材料被保持在固溶温度窗口范围内以完成固溶处理的时间通常小于30分钟，例如可以为2-25分钟，优选3-15分钟。
在一些实施方案中，将所述铝合金薄板材料从加热设备转到到模具的时间大于5秒，例如可以为3-35秒，优选5-30秒，例如10秒。
所述已固溶处理的铝合金薄板材料优选在离开加热设备20秒以内开始成形。
在一些实施方案中，所述合模的成形时间为0.5-10秒，例如可以为0.5-7秒，0.5-5秒，或者0.5-3秒，也可以是3-7秒或者3-5秒。
合模的成形时间也称为合模时间，是指从铝合金薄板材料完全转移到模具中开始直到模具完全闭合的时间。
根据成形零件的厚度可以确定将所述成形零件保持在模具中的时间。
在一些实施方案中，将所述成形零件保持在模具中的时间大于5秒，例如可以为3-25秒，优选5-20秒，例如10秒。
在一些实施方案中，所述成形零件被冷却到120℃以下，例如可以80℃以下。
在一些实施方案中，所述成形零件在大于5秒内，例如5-20秒内被冷却到120℃以下，例如可以为80℃以下。
在一些实施方案中，所述模具的温度保持在120℃以下，例如可以80℃以下或者保持在室温。
例如可以采用内置冷却水道的方式对模具进行降温从而达到使成形零件冷却。
可以用本发明的方法的铝合金薄板材料可以为通常用于汽车零件加工的任何铝合金材料，例如选自2xxx、5xxx、6xxx和7xxx系列的铝合金材料。例如AA7075。
所述铝合金薄板材料可以经过或者没有经过预先时效硬化处理。
成形的零件可经过本领域技术人员熟知的时效处理：将成形的零件加热到人工硬化温度并保持这个温度直到允许沉淀硬化发生。典型的温度为100-250℃。典型的时间是5-40小时，例如在125℃下保持24小时。
本发明的铝合金薄板零件的成形方法只需要F态的薄板材料，可以降低原材料采购成本较低。本发明的铝合金薄板零件的成形方法尤其适合于形状复杂的零件的加工，这是由于铝合金材料固溶后，在高温下成形性倍数增加，延伸率超过50％。材料变形过程回弹量小成形尺寸稳定性好，一序成形，减少后续的成形道序，因此本发明的成形方法的工艺成本低。此外，材料变形过程成形性好，无需压边和拉延，成形材料损耗少、材料利用率高。
根据本发明的另一方面，提供一种铝合金薄板零件，其由上述成形方法制备。
根据本发明的还一方面，提供一种汽车部件，其由上述成形方法制备。
所述汽车部件可为B柱内板、B柱内板加强版、A柱内板等结构件，铰链加强板、地板梁等。
根据本发明的又一方面，提供一种汽车，其包括上述铝合金薄板零件或汽车部件。
在本申请说明书和权利要求书中，铝合金的命名符合本领域中已知的铝业协会(The Aluminum Association)的最新规定。并且每个系列内的每个合金今年有铝业协会登记。例如，2xxx系列中的铝合金被称为高强度合金并且通常包含镁和作为主合金元素的铜。6xxx和7xxx系列中的合金也称为高强度合金并且通常经由使其主合金元素沉淀通过热处理来强化，这些主合金元素对于6xxx系列来说为硅和镁并且对于7xxx系列来说为铜、锌和镁。
在本申请说明书和权利要求书中，所有表示数量、百分数、重量份之类的数字在所有情况下都应理解为由术语“大约”加以修饰。
本申请说明书和权利要求书中所述的“包含”和“包括”涵盖还包含或包括未明确提及的其它要素的情形以及由所提及的要素组成的情形。
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果作进一步说明，以使本领域技术人员能够充分地了解本发明的目的、特征和效果。然而，本发明的范围并不局限于此。
实施例1
按照模具尺寸将厚度为2.0mm的7075型铝合金薄板切割出与模具尺寸符合的料片，将料片放入加热炉中加热，固溶温度设定为480℃，保温5分钟。然后在10秒内将料片从加热炉转移到保持在室温的模具中，0.5秒后合模，保持10秒。打开模具，取出成形的零件，在125℃下进行24小时的时效处理。然后在零件上取样，根据ASTM E8/E8M对所得零件的样品的拉伸强度、屈服强度和延伸率进行测试，结果列于表1中。
实施例2
按照模具尺寸将厚度为2.0mm的7075型铝合金薄板切割出与模具尺寸符合的料片，将料片放入加热炉中加热，固溶温度设定为480℃，保温5分钟。然后在10秒内将料片从加热炉转移到保持在室温的模具中，3秒后合模，保持10秒。打开模具，取出成形的零件，在125℃下进行24小时的时效处理。然后在零件上取样，根据ASTM E8/E8M对所得零件的样品的拉伸强度、屈服强度和延伸率进行测试，结果列于表1中。
实施例3
按照模具尺寸将厚度为2.0mm的7075型铝合金薄板切割出与模具尺寸符合的料片，将料片放入加热炉中加热，固溶温度设定为480℃，保温5分钟。然后在10秒内将料片从加热炉转移到保持在室温的模具中，10秒后合模，保持10秒。打开模具，取出成形的零件，在125℃下进行24小时的时效处理。然后在零件上取样，根据ASTM E8/E8M对所得零件的样品的拉伸强度、屈服强度和延伸率进行测试，结果列于表1中。
表1.不同合模时间下7075型铝合金薄板的性能比较
Figure BDA0001572529280000051
实施例4
按照模具尺寸将厚度为2.0mm的7075型铝合金薄板切割出与模具尺寸符合的料片，将料片放入加热炉中加热，固溶温度设定为490℃，保温5分钟。然后在20秒内将料片从加热炉转移到保持在室温的模具中，1秒后合模，保持10秒。打开模具，取出成形的零件，在125℃下进行24小时的时效处理。然后在零件上取样，根据ASTM E8/E8M对所得零件的样品的拉伸强度、屈服强度和延伸率进行测试，结果列于表2中。
实施例5
按照模具尺寸将厚度为2.0mm的7075型铝合金薄板切割出与模具尺寸符合的料片，将料片放入加热炉中加热，固溶温度设定为470℃，保温5分钟。然后在20秒内将料片从加热炉转移到保持在室温的模具中，1秒后合模，保持10秒。打开模具，取出成形的零件，在125℃下进行24小时的时效处理。然后在零件上取样，根据ASTM E8/E8M对所得零件的样品的拉伸强度、屈服强度和延伸率进行测试，结果列于表2中。
表2.不同固溶时间下7075型铝合金薄板的性能比较
Figure BDA0001572529280000061
实施例6
按照模具尺寸将厚度为2.0mm的7075型铝合金薄板切割出与模具尺寸符合的料片，将料片放入加热炉中加热，固溶温度设定为480℃，保温5分钟。然后在10秒内将料片从加热炉转移到保持在室温的模具中，3秒后合模，保持10秒。打开模具，取出成形的零件，在125℃下进行24小时的时效处理。然后在零件上取样，根据ASTM E8/E8M对所得零件的样品的拉伸强度、屈服强度和延伸率进行测试，结果列于表3中。
实施例7
按照模具尺寸将厚度为2.0mm的7075型铝合金薄板切割出与模具尺寸符合的料片，将料片放入加热炉中加热，固溶温度设定为480℃，保温5分钟。然后在25秒内将料片从加热炉转移到保持在室温的模具中，3秒后合模，保持10秒。打开模具，取出成形的零件，在125℃下进行24小时的时效处理。然后在零件上取样，根据ASTM E8/E8M对所得零件的样品的拉伸强度、屈服强度和延伸率进行测试，结果列于表3中。
表3.不同转移时间下7075型铝合金薄板的性能比较
Figure BDA0001572529280000062
Figure BDA0001572529280000071
虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到，可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。

Claims (12)

1.一种铝合金薄板零件的成形方法，其特征在于，包括：
i)将铝合金薄板材料加热至固溶温度窗口范围内以进行固溶处理；
ii)将已固溶的铝合金薄板材料转移到模具中；
iii)闭合模具以形成零件，其中合模的成形过程在0.5秒以上；和
iv)冷却模具以使成形零件冷却，
其中将所述铝合金薄板材料从加热点转到模具的时间为10-30秒，
将所述成形零件保持在模具中的时间为5-20秒，
所述铝合金薄板材料的厚度为0.7-3.0mm。
2.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，所述固溶温度窗口为400-600℃。
3.根据权利要求1所述的成形方法，其特征在于，所述固溶温度窗口为450-550℃。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的成形方法，其特征在于，所述铝合金薄板材料被保持在固溶温度窗口范围内以完成固溶处理的时间小于30分钟。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的成形方法，其特征在于，所述成形零件被冷却到120℃以下。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的成形方法，其特征在于，所述成形零件被冷却到80℃以下。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的成形方法，其特征在于，所述成形零件在大于8秒内被冷却到120℃以下。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的成形方法，其特征在于，所述成形零件在大于8秒内被冷却到80℃以下。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的成形方法，其特征在于，所述铝合金薄板材料为选自2xxx、5xxx、6xxx和7xxx系列的铝合金材料。
10.一种铝合金薄板零件，其由根据权利要求1-9中任一项所述的成形方法制备。
11.一种汽车部件，其由根据权利要求1-9中任一项所述的成形方法制备。
12.一种汽车，其包括根据权利要求10所述的铝合金薄板零件或根据权利要求11所述的汽车部件。
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