[发明专利]在金属板和管的热吹成形期间的流体冷却

说明书

技术领域

本发明涉及使用加压流体作用于加热的薄金属工件的一侧来推动和拉伸所述热软化的工件。工件通常被拉伸为与位于该工件另一侧的工具的成形表面一致，来将该金属成形为复杂形状。更具体地，本发明涉及使用第二流体来选择性地冷却变形金属的预定高应变位置，以增强该工件的整体成形性，并且使成形时的局部损害最小化。

背景技术

本发明关注于将薄的、相对轻重量的铝基合金工件和镁基合金工件成形为汽车车身面板或一般的管状车身或框架结构或诸如此类。这种面板可以例如由尺寸约1000毫米×1500毫米×1-3毫米的初始平坦的金属板坯形成。管状结构可以由管制成，所述管具有例如必要的长度、约50毫米至约150毫米左右的标称直径、以及约1-3毫米的壁厚。

在管状工件的热吹成形中，可适当成形的金属合金管被加热至成形温度并且置于具有一个或多个成形表面的限制工具内，而流体压力被施加到该工件的内部，从而将软化的薄壁部分向该工具的封闭成形表面扩展。可以从该管工件获得复杂形状。

镁或铝金属板的热吹成形通常涉及：将该板材在预热炉中加热至约500℃；将该板材自动机械转移到饰面模具构件（facing die member）（有时也称为工具）之间的位置，饰面模具构件也被加热至大约相同温度；在半模具之间夹钳该板材以建立气密封条；以及然后向该板材的一侧施加气体压力来吹塑它并且将它拉伸为与饰面模具腔一致来形成所需形状。然后，释放气体压力，打开模具，取走并冷却所形成的面板。替代地，在一些情况中，代替使用预热炉，板材可由热模具加热。两种情况下，板材通常被加热至大约500℃，然后保持该温度一段短时间来确保在施加成形压力前温度均匀。工件通常（如果未已经完全退火的话）在变形前经历静态再结晶，并且它是经历该变形的再结晶颗粒结构。这种实践可与具有适当成分和热机械历史的铝合金和镁合金一起成功使用。可以形成具有复杂曲率和深凹坑或穴的车身面板。

因而，取决于金属工件的所有区域在其被拉伸过和拉伸向加热的成形工具时的可成形性，热吹成形可被用来形成复杂的三维形状。润滑剂可被用来增强金属在成型工具表面上的摩擦运动，并且保护该工件和工具的表面。尽管如此，对于可从指定金属板合金获得的所需物品形状仍可有限制。

发明内容

热吹成形一般在诸如金属板或金属管的薄金属合金工件上进行，其中，冷轧或挤压的金属通常具有约一毫米至约三毫米的厚度。在本说明书对本发明的实施例的说明中，通常将参考对金属板工件的处理。这么做是出于简化目的，并且要理解，在许多实施例中，可以以类似方式处理管状工件的薄金属。

由于热吹成形经常被用来将薄金属合金工件变形为具有复杂形状的物品，必须选择合适的金属合金成分和冶金微结构。例如，铝合金5083可以适用于铝合金物品，AZ31则经常适用于镁合金物品。每一种均可被制备为具有细颗粒微结构，细颗粒微结构提供用于成形的改进的延展性。如上所述，在被置于加热的成形模具之间前或后，工件一般被均匀加热至预定成形温度。该加热过程也可被用来退火或再结晶该工件，从而就在热吹成形操作开始时增强其可成形性。通常情况下，模具（或其他成形工具）也被加热至相对窄的成形温度范围，该范围被建立以在可接受的成形时期内增强该工件的可成形性。

分析要成形的部件的形状来标识金属板工件在其中可能经历应变水平的区域，所述应变水平会在金属板被拉伸和成形时甚至在该金属的提高的成形温度处对金属板造成撕裂或其他损害。例如，人们希望在金属工件中形成半球形状。当预热的金属板试样的外围被夹钳并且一侧被施加了适合的空气压力时，热板材可被逐渐扩展为半球形圆顶形状。但是要指出的是，扩展金属的圆顶高度通常受限于在成形圆顶形状的极点区域附近处应变的金属的过度减薄和分裂。半球形状是分析起来相对简单的形状。但也可以通过分析技术或通过初步成形实验在工件材料上进行其他成形测试来分析其他所需的物品形状。进行这种测试是出于标识预期形状的区域的目的，在所述区域中，在获得所需的热吹成形物品形状前，金属可被过度减薄或过度应变以及损害。

有时候，对易延展金属的这种局部减薄和应变限制了可通过该材料的热吹成形获得的形状的类型（例如，圆顶高度）。这会意味着不能使用热吹成形从可用金属合金制成所需物品形状。有时候，通过明显减缓对流体压力的施加以及成形速率，仍可获得形状。但这限制了生产速率以及对昂贵成形设备的利用。