[发明专利]从板材形成复杂形状的部件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及从铝合金板材形成复杂形状的部件。本发明还涉及从镁合金形成这种部件。

背景技术

一般来说，希望将用在汽车和航空航天应用中的部件做得尽可能的轻。较轻的部件有助于降低汽车或飞机的总重量，并因此协助提高燃油经济性。轻质部件的使用也可带来其他的优点，如，在汽车应用中改善处理性能，以及在航空航天应用中允许进行较重的负载。因为这些原因，所以希望从轻质合金(比如铝合金(Al-合金))来制备用于这些应用的部件。

然而，Al-合金的韧性较低(例如与钢合金相比)。因此，从Al-合金形成复杂形状的部件至少是困难的，且有时是不可能的。相反，复杂形状的部件有时从经热处理的铝合金实心块铣削而成。这可能会导致高比例的Al-合金被浪费，从而带来高的制造成本。当从镁合金(Mg-合金)形成部件时也存在同样的问题。

WO2008/059242中公开了一种将铝合金(Al-合金)板材形成复杂形状的部件的方法。WO2008/059242公开的方法一般包括以下步骤：

(i)加热Al-合金板材坯料至其固溶热处理(Solution Heat Treatment，SHT)温度，并保持该温度直至完成SHT；

(ii)快速将板材坯料转移至一套冷模中，以便最大幅度地降低板材坯料的热损失；

(iii)立刻关闭冷模以将板材坯料形成部件；以及

(iv)在冷却所形成的部件的过程中，将所形成的部件保持在封闭的模具内。

尽管这种方法相对于早期方法具有一定的优势，但也存在一定的不足。例如，为了该方法的成功进行，成形过程需要在板材冷却前进行。由于板材往往迅速冷却(板材薄，且具有低比热容以及高导热系数)，所以成形过程必须进行得非常快速。因此，问题在于：成形过程需要一种具有高成形力的非常快速的压力机。这种压力机是昂贵的并且高成形力往往会缩短工具的寿命。并且，也很难形成复杂部分：因为板材往往在复杂部分完全形成之前就趋于冷却。

因此，希望解决这个不足。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种从Al-合金板材形成复杂形状的部件的方法，该方法包括以下步骤：

a)加热板材至低于该合金的固溶热处理温度的温度；

b)将经加热的模具间的该经加热的板材形成复杂形状或朝复杂形状形成；

c)加热板材至至少其SHT温度并基本保持该温度直至完成SHT；以及

d)对冷模间的所述经固溶热处理的板材进行淬火，同时完成复杂形状的形成或保持复杂形状。

已经发现，Al-合金在低于SHT温度时的成形性大于在SHT温度时的成形性。这是因为合金中的夹杂物在SHT温度时变成液体，并导致在成形开始前，材料内产生微孔洞。因此，在SHT温度后以及SHT温度时成形性降低。

因此，通过使板材在低于SHT温度时至少部分成形，当成形性更大时，也就更易于形成复杂部分。本方法中的这一点是通过以下方式实现的：首先通过加热板材至低于SHT温度的温度，然后在热模间使板材至少部分形成复杂形状。另外，通过将至少部分成形的板材置于冷模中以淬火板材，在淬火操作过程中可完成该成形(或，如果板材已经完全成形，则保持成形)，从而得到所需形状的部件。

步骤(a)可包括加热板材至低于合金中夹杂物熔化的温度。步骤(a)可包括加热板材至合金的成形性比在SHT温度时的成形性大的温度。步骤(a)可包括加热板材至合金基本上具有最大成形性时的温度。

步骤(b)可包括在设置为最大幅度地降低板材的热损失的热模中成形板材。在步骤(b)中，模具可处于低于合金SHT温度的温度。在步骤(b)中，模具所处的温度与步骤(a)中板材被加热至的温度基本相同。在步骤(b)中，模具的温度可基本保持恒定。步骤(b)中的模具可包括一个或多个加热元件。

步骤(d)可包括在板材中形成孔或切口的步骤。步骤(b)中的模具可与步骤(b)中的模具具有基本相同的形状。步骤(b)中的模具可设置为引导热远离其中的板材。步骤(b)中的模具可被冷却，并可包括一个或多个冷却元件和/或冷却通道。

该方法可包括后续步骤(e)：人工老化所述得到的复杂形状的部件。