多成形方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年12月29日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0188959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

本发明涉及一种多成形(multi-froming)方法。更具体地，本发明涉及一个模具组(moldset)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的多成形方法。

(b)相关技术的描述

一般地，温成形工艺已经被开发以冲压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，并且冲压成形在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-basalplaneslipsystem)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变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变形深度大的产品。

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

本发明已致力于提供一种多成形方法，其中在模具中加热至温变形条件的材料通过塑性变形被变形至最大变形深度且在加热至超塑性温度的变形材料通过吹塑气体被吹塑成形至最终产品形状之后，可以生产出具有深的成形深度和复杂形状的产品。

根据本发明的示例性实施方案的多成形方法可以包括：第一材料供给步骤，其中将具有超塑性的片材装载在下部模具上和坯料保持器(blankholder)上，所述下部模具布置在温成形模具的下部模具压模上，所述坯料保持器通过缓冲弹簧对应于所述下部模具的周界布置在下部模具压模上；材料温加热步骤，其中在所述温成形模具的下部模具的上部部分处通过滑动器操作的上部模具被降低以与所述坯料保持器一起抓住所述片材的边缘，并且所述片材通过布置于所述温成形模具的所述上部模具、所述下部模具和所述坯料保持器中的加热筒被加热至温成形温度；温成形步骤，其中操作所述温成形模具的滑动器，所述上部模具与所述下部模具组合并且在所述温成形温度下使所述片材沿着下部模具的下部模具表面塑性变形至产品的最大变形深度；材料超塑性加热步骤，其中从所述温成形模具卸载温变形至产品的最大成形深度的所述片材，并且所述片材在加热装置中被加热至超塑性温度；二次材料供给步骤(secondarymaterialsupplystep)，其中将加热至超塑性温度的所述片材装载在下部模具上和坯料保持器上，所述下部模具布置在吹塑成形模具的下部模具压模上，所述坯料保持器通过缓冲弹簧对应于所述下部模具的周界布置在所述下部模具压模上；吹塑密封步骤，其中通过滑动器操作的上部模具与所述吹塑成形模具的下部模具在预定压力下组合，所述上部模具与所述坯料保持器一起抓住所述板的边缘，且沿着所述吹塑成形模具的下部模具的边缘周界形成的密封焊道(sealingbead)接触布置于所述上部模具与所述下部模具之间的所述片材以便防止用于使所述片材吹塑变形的吹塑气体的泄露；吹塑成形步骤，其中通过形成于所述吹塑成形模具的所述下部模具中的气体通道将吹塑气体供给至所述下部模具和所述片材之间的间隙中，使得所述片材沿着所述上部模具的上部模具表面变形至产品的最终形状；和产品卸载步骤，其中在所述片材在所述吹塑成形模具中吹塑成形至产品的最终形状之后，所述上部模具与所述下部模具分离以卸载最终产品。

超塑性材料可以是铝合金板。

气体通道可以通过气体供给管与外部气体供给器连接以接收高压气体。

温成形模具的下部模具的下部模具表面可以具有不完整的产品形状以使片材仅变形至最大成形深度。

吹塑成形模具的上部模具的上部模具表面可以具有最终产品形状以使片材变形至产品的最终形状。

在材料温加热步骤中，温成形温度可以设定为小于退火温度的值，这降低了具有超塑性的材料的结构内的势密度(potentialdensity)。

在材料温加热步骤中，温成形温度可以设定为在200℃至250℃的范围内的一个值，其中铝合金的粒度尺寸增大，其强度减弱，且其延展性增强。

当在温成形步骤中上部模具与下部模具组合时，板的塑性变形可以通过上部模具的位置移动来进行，而不按压上部模具。

加热装置可以是高频感应加热型或电加热型。

在材料超塑性加热步骤中，所述超塑性温度可以设定为在500℃至540℃的范围内的一个值，其形成铝合金的超塑性。

在二次材料供给步骤中，吹塑成形模具可以被预加热至预定温度。

在吹塑成形步骤之前，在二次材料供给步骤中，吹塑成形模具可以被预加热至在350℃至500℃的范围内的值。

吹塑成形模具的密封焊道可以包括：内部密封焊道，所述内部密封焊道沿着下部模具的边缘周界突出并且其前端部分接触片材以被强制地插入片材中；和外部密封焊道，所述外部密封焊道在内部密封焊道的外侧处沿着下部模具的边缘周界突出并且其前端部分接触片材以被强制地插入片材中。

内部密封焊道和外部密封焊道的高度可以设定为在片材厚度的40％至60％的范围内的值。

内部密封焊道可以沿着片材的修边线形成。

在吹塑密封步骤中，预定压力可以是400t。

在吹塑成形步骤中，在下部模具与片材之间供应的吹塑气体的压力可以是30巴。

在本发明的示例性实施方案中，铝合金片材被加热至低于退火温度的值，这降低了在温成形模具中的铝合金片材的结构内的势密度，片材通过模具的组合在温成形条件下塑形变形以变形至产品的最大成形深度，并且通过加热装置加热至超塑性温度的铝合金板在吹塑成形模具中通过吹塑气体被吹塑成形以变形至产品的最终形状，使得具有深的成形深度和复杂形状的最终产品可以通过最小数目的模具来生产。

特别地，当生产具有深的成形深度和复杂形状的产品时，部件的数目通过最小化的工艺而减少，并且这在成本方面是有利的。

另外，具有复杂形状的部分通过吹塑成形来形成，其中高压气体在不与模具接触的情况下使该部分变形，并且因此与常规压铸方法相比，缺陷率被最小化。

附图简述

图1是示出根据本发明的示例性实施方案的多成形方法的逐步的流程框图。

图2至图9是示出根据本发明的示例性实施方案的多成形方法的逐步的流程图。

具体实施方式

下面，将参照附图对本发明的示例性实施方案进行描述。

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，将省略与本说明书无关的部分。

在本发明的示例性实施方案中，温成形模具和吹塑成形模具的每个部件通过参考标记来区分。

图1是示出根据本发明的示例性实施方案的多成形方法的逐步的流程框图，且图2至图9是示出根据本发明的示例性实施方案的多成形方法的逐步的流程图。

参照图1，根据本发明的示例性实施方案的多成形方法使具有超塑性的铝合金片材温成形至产品的最大变形深度，然后在加热装置中将铝合金片材加热至超塑性温度，并且进行吹塑成形以生产具有最终形状的产品。

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

换言之，根据本发明的示例性实施方案的其多温成形方法进行温成形并且然后进行吹塑成形，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(dislocationdensity))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的产品形状，使得产品可以通过一个模具组进行生产以具有深的成形深度和复杂的形状。

参照图2，在示例性实施方案中，为了实现本发明的技术效果，根据多成形方法的温成形模具10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被布置在工艺的垫枕(未示出)上，并且模具安装部分9形成在下部模具压模1的中心处。

下部模具3被布置在下部模具压模1的模具安装部分9的上表面上，并且下部模具表面3a形成于下部模具3的上表面上。在此，下部模具表面3a具有不完整的形状以便使片材形成为最大成形深度。

多个加热筒(hc)沿着下部模具表面3a被掩埋以将下部模具3加热至预定温度。

上部模具5被安装在滑动器11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。另外，上部模具5具有在下表面处对应于下部模具3的上部模具表面5a，并且上部模具面5b沿着上部模具表面5a的周界形成。

多个加热筒(hc)沿着上部模具表面5a和上部模具面5b被掩埋以将上部模具5加热至预定温度。

上部模具表面5a可以具有不完整的形状以便使片材形成为最大成形深度。

坯料保持器7具有穿透孔(h)，该穿透孔(h)形成在对应于模具安装部分9的中心部分处，模具安装部分9被插入孔(h)中，并且保持器7布置成通过布置于下部模具压模1上的缓冲弹簧(cs)上下移动。

多个加热筒(hc)沿着保持器面7a掩埋在坯料保持器7中，以将坯料保持器7加热至预定温度，该保持器面7a在成形工艺的早期阶段与上部模具面5b一起抓住铝合金片材(p)。

加热筒(hc)根据待操作的控制器(c)的控制信号接收来自电源供应器15的电力。

参照图5，加热装置30可以是高频感应加热型或电加热型，但是其不限于此，并且其可以是红外灯加热装置。

加热装置30可以是可将铝合金片材(p)加热至高于500℃的超塑性温度的众所周知的类型，并且其详细描述将被省略。

参照图6，用于吹塑成形的吹塑成形模具20以与温成形模具10类似的方式包括下部模具压模21、下部模具23、上部模具25和坯料保持器27。

下部模具压模21布置在工艺的垫枕(未示出)上，并且具有空间部分(sp)的模具安装部分29形成在下部模具压模21的中心处。

下部模具23布置在下部模具压模21的模具安装部分29的上表面处，气体通道l1在上下方向上形成于下部模具23中，且下部模具表面23a形成于下部模具23上表面处。另外，气体通道l1通过气体供给管l2与供给具有高压的吹塑气体的气体供给器33连接。

下部模具表面23a具有低于最大变形深度的形状，以便有效地供给吹塑气体，并且多个加热筒(hc)沿着下部模具表面23a掩埋于其中，以将下部模具23加热至预定温度。

在气体供给管l2与气体供给器33连接的情况下，气体供给管l2穿过模具安装部分29的空间部分sp与气体通道l1连接。

密封焊道沿着吹塑成形模具20的下部模具23上的边缘周界形成在内侧和外侧处，内部密封焊道b1沿着下部模具23的边缘周界突出且焊道b1的接触铝合金片材(p)的部分被强制地插入片材(p)中，而外部密封焊道b2沿着内部密封焊道b1的外侧在下部模具23的边缘周界上突出且焊道b2的接触铝合金片材(p)的部分被强制地插入片材(p)中。

在此，内部密封焊道b1和外部密封焊道b2的高度可以设定为在片材的厚度的40％至60％的范围内的值，并且特别地，内部密封焊道b1可以沿着片材的修边线形成。

双密封焊道b1和b2执行下部模具23和铝合金片材(p)之间的密封功能以便防止在铝合金片材(p)吹塑成形时吹塑气体的泄露。

上部模具25安装在滑动器31上以在下部模具模21的上部部分处对应于下部模具23上下移动。

另外，上部模具25具有在其下表面处的对应于下部模具23的上部模具表面25a，并且上部模具面5b形成在上部模具表面25a的周界处。

在此，多个加热筒(hc)掩埋在上部模具表面25a和上部模具面25b的内部以将上部模具25加热至预定温度。

上部模具表面25a具有最终产品形状以使片材形成为最终形状。

在此，加热筒(hc)根据待操作的控制器(c)的控制信号接收来自电源供应器35的电力。

坯料保持器27具有穿透孔(h)，该穿透孔(h)对应于模具安装部分29形成在中心部分处，模具安装部分29被插入孔(h)中，并且保持器27布置成通过布置于下部模具压模21上的缓冲弹簧(cs)而上下移动。

多个加热筒(hc)沿着保持器面27a掩埋在坯料保持器27中，以将坯料保持器27加热至预定温度，该保持器面7a在成形工艺中与上部模具面25b一起抓住铝合金片材(p)。

下面，参照图2至图9，将描述示出根据本发明的示例性实施方案的多成形方法的逐步的流程框图。

参照图1，根据本发明的示例性实施方案的多成形方法的逐步的工艺顺序地执行第一材料供给步骤s1、材料温加热步骤s2、温成形步骤s3、材料超塑性加热步骤s4、二次材料供给步骤s5、吹塑密封步骤s6、吹塑成形步骤s7和产品卸载步骤s8。

参照图2，第一材料供给步骤s1将具有超塑性的片材p装载在下部模具3上和坯料保持器7上，该下部模具3布置在温成形模具10的下部模具压模1上，该坯料保持器7通过缓冲弹簧cs对应于下部模具3的周界布置在下部模具压模1上。

顺序地，参照图3，在材料温加热步骤s2中，通过滑动器11操作的在温成形模具10的下部模具3的上部部分处的上部模具5被降低以与坯料保持器7一起抓住铝合金片材p的边缘，并且铝合金片材p通过布置于温成形模具10的上部模具5、下部模具3和坯料保持器7中的加热筒hc加热至温成形温度。

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

换言之，在材料温加热步骤s2中，温成形温度设定为在200℃至250℃的范围内的一个值，其中铝合金片材p的粒度尺寸增大，其强度减弱，且其延展性增强，并且在室温下铝合金片材(p)在根据本发明的示例性实施方案的温成形模具10中可以被加热至250℃。

然后，进行温成形步骤s3，并且参照图4，温成形步骤s3操作温成形模具10的滑动器11，上部模具5与下部模具3组合并且在温成形温度下使铝合金片材沿着下部模具3的下部模具表面3a塑性变形至产品的最大变形深度。

在温成形工艺中，铝合金片材(p)塑性变形至最大变形深度以具有第一成形形状。

另外，在温成形步骤s3中，铝合金片材(p)的塑性变形通过上部模具的位置移动来进行，而不按压上部模具，并且当上部模具与下部模具在温成形步骤中组合时，铝合金片材(p)的通过上部模具面5b和保持器面7a被保持在上部模具5和坯料保持器7之间的边缘沿着下部模具表面3a被拉向上部模具5和下部模具3。

以这种方式，温变形至产品的最大变形深度的铝合金片材(p)被装载至加热装置30中以进行材料超塑性加热步骤s4。

参照图5，在材料超塑性加热步骤s4中，从温成形模具10卸载温变形至产品的最大变形深度的铝合金片材(p)，且片材(p)被装载至加热装置30中以将其加热至超塑性温度。

加热装置30可以是高频感应型或电加热型。

另外，超塑性温度设定为在500℃至540℃的范围内的值，这在材料超塑性加热步骤s4中形成铝合金片材的超塑性，并且在本发明的示例性实施方案中，通过考虑到移动期间的热损耗，片材可以在加热装置30中被加热至至少510℃。

铝合金片材(p)在加热装置30中被加热至超塑性温度，然后进行二次材料供给步骤s5，并且参照图6，二次材料供给步骤s5将加热至超塑性温度的铝合金片材(p)装载在坯料保持器27上，该坯料保持器27通过缓冲弹簧cs对应于布置在吹塑成形模具20的下部模具压模21上的下部模具23的周界布置在下部模具压模21上。

在二次材料供给步骤s5中，吹塑成形模具20维持其预定温度以防止加热至超塑性温度的铝合金片材(p)的冷却，其中吹塑成形模具20在吹塑成形之前通过上部模具25、下部模具23和坯料保持器27的加热筒hc在350℃至500℃的范围内加热。

像这样，加热至超塑性温度的铝合金片材(p)被装载至吹塑成形模具20中，并且进行吹塑密封步骤s6。

参照图7，吹塑密封步骤s6在400t的压力下使吹塑成形模具20的通过滑动器操作的上部模具25与下部模具23组合，上部模具25与坯料保持器27一起抓住铝合金片材p的边缘，且沿着吹塑成形模具20的下部模具23的边缘周界形成的密封焊道(b1、b2)接触布置于上部模具25与下部模具23之间的铝合金片材p以便防止用于使铝合金片材吹塑变形的吹塑气体的泄露。

在这种情况下，内部密封焊道b1沿着铝合金片材(p)的修边线接触铝合金片材(p)并且被强制地插入铝合金片材(p)中，且外部密封焊道b2沿着铝合金片材(p)的修边线的外部接触铝合金片材(p)并且被强制地插入铝合金片材(p)中以形成双密封结构。

另外，内部密封焊道b1和外部密封焊道b2的高度可以设定为在铝合金片材的厚度的40％至60％的范围内的值以便不切割铝合金片材(p)，并且压痕沿着铝合金片材(p)的修边线和修边线的外侧形成在上部模具25上以维持下部模具23与铝合金片材(p)之间的气密性。

在完成吹塑密封步骤s6的情况下，进行吹塑成形步骤s7。

参照图8，吹塑成形步骤s7通过形成于吹塑成形模具20的下部模具23中的气体通道l1将吹塑气体供给至下部模具23和铝合金片材(p)之间的间隔中，并且吹塑气体压力沿着上部模具25的上部模具表面25a进行吹塑成形为产品的最终形状。

在该工艺中，供给至下部模具23与铝合金片材(p)之间的间隔中的气压可以设定为30巴，其中气压使铝合金片材(p)沿着上部模具25的上部模具表面25a膨胀，并且片材形成为产品的最终形状以具有复杂结构。

在这种情况下，吹塑气体通过气体供给管l2从气体供给器33被供给，经过加热单元(未示出)并且被加热至高的温度，并且在高温和高压下通过下部模具23中的气体通道l1被供给。

吹塑气体的气压可以根据铝合金片材(p)的厚度来调整。

当完成铝合金片材(p)的吹塑成形时，进行产品卸载步骤s8。

参照图9，在产品卸载步骤s8中，在完成吹塑成形以使片材在吹塑成形模具20中形成为最终形状并且使上部模具25与下部模具23分离之后，从下部模具23卸载最终的铝合金产品(pp)。

在根据多成形方法的逐步的工艺中，包括微孔材料的绝缘箱(未示出)布置在温成形模具10和吹塑成形模具20的外部上以使热损耗最小化。

以这种方式，在根据本发明的示例性实施方案的多成形方法中，温成形模具10的模具被组合以通过塑性变形使被加热至低于退火温度的温度从而降低结构内的势密度的铝合金片材(p)温变形至最大变形深度，加热装置30将铝合金片材(p)加热至超塑性温度，并且吹塑气体使片材在吹塑成形模具20中吹塑变形至最终形状，并且因此产品具有深的变形深度和复杂形状，且使模具部件的数目最小化。

另外，虽然生产了具有深的变形深度和复杂形状的产品，但是模具部件的数目通过最小化的工艺而减少并且这在成本方面是有利的。

进一步地，具有复杂形状的部分通过吹塑成形来形成，其中高压气体在不与模具接触的情况下使该部分变形，并且因此与常规压铸方法相比缺陷率被最小化。

虽然已经结合目前认为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>

10：温成形模具

20：吹塑成形模具

1、21：下部模具压模

3、23：下部模具

5、25：上部模具

7、27：坯料保持器

9、29：模具安装部分

11、31：滑动器

15、35：电源供应器

30：加热装置

33：气体供给器

3a、23a：下部模具表面

5a、25a：上部模具表面

5b、25b：上部模具面

7a、27a：保持器面

c：控制器

sp：空间部分

l1：气体通道

l2：气体供给管

h：穿透孔

hc：加热筒

cs：缓冲弹簧

b1：内部密封焊道

b2：外部密封焊道

p：铝合金片材

pp：铝合金产品