由铸造材料制成的成形部件的制作方法
【专利摘要】用于使由超过准静态断裂伸长率的铸造材料制得的部件非破坏性地成形的方法，其中所述部件通过电磁高速成形(EMF)而成形。
【专利说明】由铸造材料制成的成形部件
[0001]本发明涉及一种用于使由超出准静态断裂伸长率的铸造材料制成的部件非破坏性地成形的方法。
[0002]已知的是，铸造作为一种基本的成形方法，在成形、功能整合和材料选择方面给予很大的自由度。基本上，从初始材料到粗制品的转变在单加工步骤中获得。然而，其对于随后进行成形步骤，例如用于产生倒扣(undercuts)或用于形成夹持连接件可能是有利的。由于铸造材料相对高的脆性，至今还没有通过成形进一步加工铸造部件的已知方法。
[0003]一般地说，铸造材料的断裂伸长率达不到例如挤出产品的数量级。预定用于成形的材料特征在于断裂伸长率通常超过20 %。相比之下，铸造材料的断裂伸长率，取决于合金和铸造方法，经常只在1% (AlSi9Cu3)至4% (AlSi7Mg)。这些断裂伸长率绝对不足以成形，在达到可用的成形程度很早之前就会出现裂纹或断裂。因而，这种类型的材料至今还不适于成形。
[0004]用于实现更高断裂伸长率的一种可行的方法是使用超塑性成形，其在LS-Dyna用户论坛，Bamberg2008的会议报告中公开。然而，这以极低的成形速率(~10-4s-1)和强加热(>0.5*Tm)为先决条件。此处，Tm被理解为是指材料在绝对温标的熔点。这些边界条件既需要很长的处理时间又需要高的能量支出，这经常使得这些方法的使用不经济。
[0005]然而，还已知的是，在金属的成形方法中较高的断裂伸长率通常还伴随着增加的应变速率。然而，这种作用总体上在越纯净的材料中越明显，而在合金的情况下大幅减低[Lindholm, U.S.Journal ofMaterials6,1971 (1)]。用于材料科学研究的液压法(第一届International Conference on High Speed Forming ICHSF 的会议录，Dortmund, 2004)或甚至用于生成高应变速率的爆炸方法在连续生产中几乎不适于非破坏性的成形，因为这些方法不能经济性地整合成生产工艺。
[0006]本发明的目的是使用一种能够在低于150°C的中等温度下使铸造材料成形的方法。
[0007]根据本发明，此目的能够实现是由于铸造材料是通过电磁高速成形(EMF)而成形的。
[0008]此方法，作为现有技术，至今还没有被用于铸造材料，因为现有的偏见是铸造材料不能被非破坏性地成形。一方面，该方法产生需要的非常高的应变速率，另一方面，该方法还可在生产条件下被灵活地使用。
[0009]通过EMF方法可以产生的应变速率在1001/s至若干个100001/s的范围，伴随着尽可能各向同性发展的力。部件的最佳变形优选在应变速率大于10001/s以及应变速率大于100001/s的情况下获得。
[0010]力的各向同性发展是非常重要的，因为其他的机械方法会快速地导致部件的非均匀变形，从而导致部件局部不足或制备部件的材料局部不足。
[0011]对于待成形的部件，优选的构造在于使用断裂伸长率小于20%的铸造材料。由这种铸造材料制成的部件通过其他成形方法不能被成形至足够的程度，因为它们越发地有破裂趋向。[0012]通过使由铸造材料制得的部件成形实现与至少一个另外的部件的形配合(form-fitting)连接。例如，由铸造合金制成的部件被安置在另一个部件上，该另一个部件可以但不必须由相同的材料制成。随后使用EMF方法实现形配合连接，其没有产生整体结合。也就是说，两种材料彼此没有混合(amalgamate)或没有融合，如在焊接操作的情况。
[0013]类似地，通过EMF方法，通过由铸造材料制得的部件的成形来实现与至少一个另外的部件的力配合(force-fitting)连接。在部件连接在一起之后，例如通过将它们松散地放置到彼此顶部或通过将它们插入到彼此当中，使用EMF方法实现了力配合连接，而没有在部件之间形成整体结合。
[0014]在另外的EMF方法的有利使用中，单个铸造部件通过成形成为最终的形状。结果，能够例如制造一种部件，该部件否则由于倒扣不能从模具中移出。
[0015]而且，该方法还可被有利地用于利用基体材料强度的局部增加，其通过强的材料
变形产生。
[0016]EMF方法特别适于使铸造铝合金及铸造镁合金成形。在此方面，有利的和需要的是将成形参数适应于特定的材料性能。例如，这可以通过设定电磁力时间进程实现，其基本由充电能、电容器电容和线圈电感确定。
[0017]本发明所基于的研究发现所述电磁高速成形使得例如由AlSi7Mg制得的铸造管在颈缩时能够实现最高达30%的伸长率，而没有可辨别的破裂。
[0018]然而，本发明并不限于前述的合金或管状部件。还可证明在其他的合金和设计中类似地增加伸长率值。因而，本发明还可被用于例如铁合金。
【权利要求】
1.用于使由超过准静态断裂伸长率的铸造材料制得的部件非破坏性地成形的方法，其特征在于该部件通过电磁高速成形(EMF)而成形。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于所述EMF方法的应变速率高于100s—1。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于所述EMF方法的应变速率高于1000s—1。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于所述EMF方法的应变速率高于10000s—1。
5.根据权利要求1-4之一的方法，其特征在于与至少一个另外的部件的形配合连接通过使由铸造材料制得的部件成形产生。
6.根据权利要求1-5之一的方法，其特征在于与至少一个另外的部件的力配合连接通过使由铸造材料制得的部件成形产生。
7.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述铸造材料是铝合金。
8.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述铸造材料是镁合金。
9.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述铸造材料是铁合金。
10.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述铸造材料具有低于20%的断裂伸长率。
11.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述铸造材料具有低于15%的断裂伸长率。
12.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述铸造材料具有低于10%的断裂伸长率。
13.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于所述铸造材料具有低于5%的断裂伸长率。
14.根据前述权利要求任一项的方法，其特征在于用于成形的加工温度低于0.5*成形材料的Tm。
【文档编号】C22F3/00GK103861929SQ201310756918
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2012年12月11日
【发明者】T·雷肯 申请人:乔治·费希尔汽车股份公司