多温成形装置及其成形方法与流程

本申请要求于2015年11月18日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0161504号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

发明背景

(a)发明领域

本发明涉及一种多温成形装置(multi-warm forming device)及其成形方法。更具体地，本发明涉及一种多温成形装置及其成形方法，该多温成形装置的一个模具组(mold set)执行具有彼此不同的温度条件的温成形和吹塑成形，以便生产具有复杂的成形形状和大的成形深度的产品。

(b)相关技术的描述

一般地，温成形工艺已经被开发以形成轻质材料的镁合金片材，其中金属结构的密度小于铝合金片材的密度，并且在美国，温成形工艺目前已在开发中且正通过各种冲压成形方法的需求而被应用，以便出于生产轻质且高强度的车身的目的而将镁合金片材应用至车身。

换言之，温成形方法在冷成形温度和热成形温度之间的中间温度范围进行，其中片材接收来自通过热源加热的高温模具的热能，并且冲压成形使得屈服强度被减弱且伸长率被改善的条件下进行。

应用温成形方法的镁合金片材具有HCP(密堆六方)晶格结构，因此由于晶体结构而难以在室温下将冲压成形方法应用至镁合金片材，并且可成形性通过非基面滑动系(non-basal plane slip system)在高温区域中(高于200℃的)被活化的特性被快速改善。

然而，镁具有高的比强度，并且其在重量方面可以比铝合金轻30％，但是与诸如铝合金之类的其他材料相比，其在成本、腐蚀、可成形性和焊接特性方面是不利的。

特别地，在生产具有复杂形状的产品或具有大的成形深度的产品的情况下，存在由于可成形性的限制而使工艺数目和部件数目增多、成形成本增大并且生产率下降的缺点。

同时，铝合金与镁合金相比在重量方面是不利的，而在材料成本和可成形性方面是有利的，并且因此压铸工艺与铝合金一起使用以生产成形形状复杂且成形深度大的产品。

然而，压铸方法将铝合金的熔融金属注入压模(die)中以进行铸造，其中设备成本对于大量生产是高的，工艺的数目较大，且在生产率方面存在缺点。

因此，目前，使用超塑性作为铝合金的物理特性的新的成形方法已引起注意，其中超塑性是当材料在特定温度条件下变形时材料表现出极端延展性而无局部收缩的特性。

在本背景部分公开的以上信息仅为了增强对本发明的背景的理解，并且因此其可能包含不构成本国中本领域的普通技术人员已经已知的现有技术的信息。

发明概述

本发明致力于提供具有进行温成形和吹塑成形的优点的多温成形装置及其成形方法，在所述温成形中，材料通过加压塑性变形被成形为最大成形深度，通过吹塑成形，材料在材料的低于退火温度的超塑性温度下被成形为最终产品形状，使得具有超塑性特性的材料内的位错密度(dislocation density)减小，以致产品可以通过一个模具组生产以具有深的成形深度和复杂的形状。

根据本发明的一个或多个示例性实施方案的多温成形装置可以包括：下部模具压模(lower mold die)，其布置在垫枕上以用于工艺，并且其中具有至少一个空间部分的模具安装部分形成在其中心处；下部模具，其布置在下部模具压模的模具安装部分的上表面处，其中在竖直方向上形成于下部模具中的多个气体供给通道通过气体供给线路连接至外部的气体供给装置，并且下部成形表面形成在下部模具的上表面处；上部模具，其被安装在上部部分的滑动器上以能够在下部模具压模的上部部分处对应于下部模具上下移动，其中上部成形表面对应于下部模具形成在下表面处，上部模具面表面(upper mold face surface)形成在上部成形表面的周界处，并且多个加热筒(heating cartridge)沿着上部成形表面和上部模具面表面被安装在内部；和坯料保持器，其中模具安装部分被插入对应于模具安装部分形成的穿透孔中，该坯料保持器能够通过安装在下部模具压模内的导柱和缓冲弹簧在竖直方向上移动，并且其中多个加热筒沿着保持器面表面(holder face surface)安装，该保持器面表面在成形工艺的早期阶段与上部模具面表面一起约束材料。

材料可以用作超塑性材料。

铝合金板可以用作超塑性材料。

多温成形装置还可以包括绝缘箱，该绝缘箱分别安装在上部模具和坯料保持器的外表面上以保存模具的热能。

绝缘箱可以由微孔板件(micro-porosity panel)制成，该微孔板件被组装在上部模具和坯料保持器的每一个外表面上。

多个键槽可以对应于下部模具压模的模具安装部分的上表面和安装在下部模具压模的模具安装部分上的下部模具的下表面形成，并且插入该键槽中的约束键将下部模具固定在下部模具压模上。

下部模具压模的模具安装部分的上表面可以被形成为平坦的模具安装表面。

连接至外部气体供给装置的气体供给线路可以穿过模具安装部分的空间部分连接至气体供给通道。

气体供给线路可以布置成穿透加热单元的中心部分，该加热单元配置成在模具安装部分的空间部分内部。

加热单元可以包括加热器外壳和加热线圈，在所述加热器外壳中，在其中心处形成穿透孔，并且该加热器外壳布置在模具安装部分的空间部分中，该加热线圈缠绕在加热器外壳中。

加热单元的外部可以被模具安装部分的空间部分内部的绝热材料覆盖。

下部成形表面可以形成为半成品形状表面以能够使材料形成为最大成形深度。

上部成形表面可以形成为完整的产品形状以能够使材料形成为最终的完整形状。

根据本发明的一个或多个示例性实施方案的多温成形方法可以包括：材料供给步骤，在该材料供给步骤中，将由超塑性材料制成的板装载在坯料保持器上，该坯料保持器对应于下部模具的周界通过导柱和缓冲弹簧安装在下部模具压模上，其中该下部模具安装在下部模具压模上；材料加热步骤，在该材料加热步骤中，通过向下移动布置在下部模具的上部部分处的由滑动器操作的上部模具并且通过保持板的边缘与坯料保持器在一起，使板通过配置在上部模具和坯料保持器内部的加热筒加热至温成形温度；温成形步骤，其通过在温成形温度下滑动器的操作而使上部模具和下部模具组合以使板通过塑性变形而变形为最大成形深度；和吹塑成形步骤，在该吹塑成形步骤中，加热筒还在板已经被温成形为最大成形深度的条件下将板加热至超塑性温度，气体通过形成于下部模具内部的气体供给通道来供给，并且板在上部模具与下部模具组合的条件下通过气压沿着上部模具的上部成形表面形成为产品的最终形状。

铝合金板可以用作超塑性材料。

由微孔板件制成的绝缘箱可以安装在上部模具和坯料保持器的外表面上以保存在其中的模具的热能。

气体供给通道可以通过气体供给线路连接至气体供给装置并且接收高压气体。

气体供给线路可被配置在下部模具压模内部的加热单元覆盖，并且为气体供给通道供给高温气体。

下部模具的下部成形表面可以形成为半成品形状表面以能够使材料形成为最大成形深度。

上部模具的上部成形表面可以形成为完整的产品形状以能够使材料形成为最终的完整形状。

温成形温度可以设定为低于退火温度的值，这降低了具有超塑性特性的材料内的位错密度。

本发明的示例性实施方案可以执行温成形并且然后执行吹塑成形，该温成形在低于退火温度下(这降低了具有超塑性特性的材料内的位错密度)通过加压塑性变形使材料形成为最大成形深度，该吹塑成形在铝合金片材的超塑性温度下使材料形成为最终产品形状，使得产品可以通过一个模具组被生产，以具有深的成形深度和复杂的形状。

特别地，当形成成形深度深且形状复杂的产品时，通过最小数目的工艺，部件的数目减少并且可以节省成本，并且因此存在成本方面的优点。

进一步地，产品的复杂部分通过吹塑成形来形成，在该吹塑成形中，气体压力通过与模具的非接触而使材料扩展，并且因此与常规压铸方法相比存在最小化次品率的优点。

附图简述

图1是根据本发明的示例性实施方案的多温成形装置的局部分解透视图。

图2是被应用至根据本发明的示例性实施方案的多温成形装置的模具的分解透视图。

图3是根据本发明的示例性实施方案的多温成形装置的横截面图。

图4是示出根据本发明的示例性实施方案的多温成形装置的步骤的流程框图。

图5至图8示出根据本发明的示例性实施方案的多温成形装置的操作状态。

具体实施方式

下文中，将参照附图对本发明的示例实施方案进行描述。

进一步地，为了便于描述，图中所示的构造的尺寸和厚度被选择性地提供，并且本发明不限于图中所示的那些，并且为了清楚地描述本发明，将省略与本描述无关的部分。

图1是根据本发明的示例性实施方案的多温成形装置的局部分解透视图，图2是被应用至根据本发明的示例性实施方案的多温成形装置的模具的分解透视图，且图3是根据本发明的示例性实施方案的多温成形装置的横截面图。

参照图1至图3，根据本发明的示例性实施方案的多温成形装置及其成形方法在温成形条件下使具有超塑性的铝合金片材形成至最大成形深度，并且然后执行吹塑成形至产品的最终形状。

在此，当材料在特定温条件下变形时，超塑性材料示出了极端延展性而无局部收缩，并且该材料在本发明的示例性实施方案中可以是铝合金片材。

换言之，根据本发明的示例性实施方案的多温成形装置及其成形方法执行温成形并且然后执行吹塑成形，该温成形通过在低于退火温度下(这降低了具有超塑性特性的材料内的位错密度)的加压塑性变形使材料形成为最大成形深度，该吹塑成形在铝合金片材的超塑性温度下使材料形成为最终产品形状，使得产品可以通过一个模具组被生产以具有深的成形深度和复杂的形状。

根据示例性实施方案的用于实现本发明的技术特性的多温成形装置包括下部模具压模1、下部模具3、上部模具5和坯料保持器7。

下部模具压模1被安装在垫枕(未示出)上以用于工艺，并且具有两个内部空间部分(SP)的模具安装部分9形成在下部模具压模1的中心处。

下部模具3安装在下部模具压模1的模具安装部分9的上表面上，两个气体供给通道L1在竖直方向上形成于内部，且下部成形表面3a形成于下部模具3的上表面上。进一步地，气体供给通道L1连接至气体供给装置11，该气体供给装置11布置在外部以通过气体供给线路L2供给高压成形气体。

在此，下部成形表面3a具有未完成的形状表面以仅使材料形成为最大成形深度。

下部模具压模1的模具安装部分9的上表面固定至下部模具3的下表面，下部模具3的下表面通过键安装被安装至下部模具压模1的模具安装部分9的上表面，键槽(KG)形成在下部模具压模1的模具安装部分9的上表面和下部模具3的下表面上的三个点处，并且保持键(K)插入到每个键槽(KG)中以使下部模具3在下部模具压模1上的位置固定。

下部模具压模1的模具安装部分9的上表面被形成为平坦的模具安装表面(F)，使得下部模具3的下表面安置于其上。

另外，连接至外部气体供给装置11的气体供给线路L2穿过模具安装部分9的两个空间部分(SP)连接至两条气体供给通道L1。在这种情况下，气体供给线路L2布置成被模具安装部分9的两个空间部分(SP)内部的加热单元(HU)覆盖。换言之，加热单元(HU)被配置在模具安装部分9的两个空间部分(SP)的内部，并且气体供给线路L2穿透加热单元(HU)的中间部分以布置在其中。

加热单元(HU)包括加热器外壳(HH)和加热线圈(HC)，气体供给线路L2穿透的穿透孔H1形成在布置在模具安装部分9的空间部分(SP)中的加热器外壳(HH)的中心部分处，并且加热线圈(HC)被缠绕在加热器外壳(HH)中并且通过功率控制器将气体供给线路L2的成形气体加热至预定的高温。

绝热材料(HP)被配置在模具安装部分9的两个空间部分(SP)中并且覆盖加热单元(HU)的外部以便使加热单元(HU)绝缘。

上部模具5安装在上部部分的滑动器(未示出)上以在下部模具压模1的上部部分处对应于下部模具3上下移动。上部成形表面5a形成在对应于下部模具3的上部模具5的下表面处，且上部模具面表面5b沿着上部成形表面5a的周界形成。

多个加热筒13安装在上部成形表面5a和上部模具面表面5b的内部以能够将上部模具5加热至预定温度。

上部成形表面5a形成有最终产品形状以便形成产品的最终形状。

坯料保持器7布置成在模具安装部分9被插入对应于模具安装部分9形成的穿透孔H2内的条件下通过下部模具压模1内的导柱21和缓冲弹簧17在竖直方向上移动。

在坯料保持器7中，多个加热筒15形成在保持器面表面7a的内部，该保持器面表面7a在成形工艺的早期阶段与上部模具面表面5b一起保持材料，并且多个加热筒15配置成将坯料保持器7加热至预定温度。

绝缘箱19安装在上部模具5和坯料保持器7的每一个外表面上以将热能保存在模具的内部，并且组装在上部模具5和坯料保持器7的每个外表面上的绝缘箱19可以是微孔绝缘片材。

图4是示出根据本发明的示例性实施方案的多温成形装置的步骤的流程框图，且图5至图8示出根据本发明的示例性实施方案的多温成形装置的操作状态。

下文中，参照图4至图8，使用根据本发明的示例性实施方案的多温成形装置的成形方法将分阶段进行描述。

参照图4，使用根据本发明的示例性实施方案的多温成形装置的成形方法执行材料供给步骤S1、材料加热步骤S2、温成形步骤S3和吹塑成形步骤S4。

首先，如图5所示，材料供给步骤S1将铝合金片材(P)装载在坯料保持器7上，该坯料保持器7通过导柱21和缓冲弹簧17对应于安装在下部模具压模1上的下部模具3和该下部模具3的周界通过导柱21和缓冲弹簧17安装在下部模具压模1上。

随后，如图6所示，材料加热步骤S2通过布置于上部模具5和坯料保持器7内部的加热筒13将铝合金片材(P)加热至温成形的温度，其中上部模具5首先在下部模具3的上部部分处通过滑动器(未示出)被降低，并且上部模具5与坯料保持器7一起保持铝合金片材(P)的边缘。

在此，铝合金片材(P)的边缘通过上部模具面表面5b和保持器面表面7a被保持在上部模具5和坯料保持器7之间，并且温成形温度设置为低于退火温度的值，这降低了具有超塑性特性的铝合金片材(P)的位错密度。

然后，执行温成形步骤S3，并且如图7所示，温成形步骤S3通过在温成形温度下的滑动器(未示出)的操作使上部模具5与下部模具3组合，其中铝合金片材(P)通过由加压引起的塑性变形被形成为最大成形深度。

铝合金片材(P)通过温成形工艺塑性变形至最大成形深度以具有第一成形形状。

在这种条件下，如图8所示，执行吹塑成形步骤S4，并且吹塑成形步骤S4在上部模具5与下部模具3组合的条件下使用加热筒13和15以进一步将形成为最大成形深度的铝合金片材(P)加热至超塑性温度，通过形成于下部模具3内部的气体供给通道L1供给高压成形气体，并且通过气体压力使铝合金片材(P)沿着上部模具5的上部成形表面5a膨胀，使得铝合金片材(P)形成为复杂产品的最终形状。

此时，成形气体通过气体供给线路L2从外部气体供给装置11供给，在经过加热单元(HU)时被加热至高温，并且通过气体供给线路L2被供给至下部模具3的内部。

在根据多温成形装置的成形方法的工艺中，上部模具5和下部模具3内部的热能通过绝缘箱19来保存，该绝缘箱19由具有微孔的绝缘板构件制成并且安装在上部模具5和坯料保持器7的每个外表面上，使得热量损耗被最小化以执行工艺。

如上所述，根据本发明的示例性实施方案的多温成形装置及其成形方法执行温成形，该温成形在低于退火温度下(这降低了具有超塑性特性的铝合金片材(P)内的位错密度)通过加压塑性变形使材料形成至最大成形深度，并且然后将铝合金片材加热至超塑性温度以执行吹塑成形，该吹塑成形使材料形成为最终产品形状，使得产品可以被生产为具有深的成形深度和复杂的形状，并且因此无需制备单独的模具。

此外，在根据本发明的示例性实施方案的多温成形装置及其成形方法中，当形成成形深度深且形状复杂的产品时，通过最小化工艺的数目，部件的数目减少并且可以节省成本，而且因此存在成本方面的优点，并且产品中的复杂部分通过吹塑成形来形成，在该吹塑成形中，气体压力通过与模具的非接触而使材料扩展，并且因此与常规压铸方法相比存在最小化故障率的优点。

虽然已经结合目前认为是可行的示例性实施方案描述了本发明，但应理解的是，本发明不限于所公开的实施方案，而是相反地，本发明旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

<符号描述>

1：下部模具压模

3：下部模具

5：上部模具

7：坯料保持器

9：模具安装部分

11：气体供给装置

13、15：加热筒

17：缓冲弹簧

19：绝缘箱

21：导柱

HU：加热单元

SP：空间部分

L1：气体供给通道

L2：气体供给线路

H1、H2：穿透孔

3a：下部成形表面

5a：上部成形表面

5b：上部模具面表面

7a：保持器面表面