專利名稱：用金屬合金板材料形成物件的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明通常涉及形成金屬的方法，且更具體地涉及用金屬合金板件材料形成物品的方法。
背景技術(shù)：
汽車的板件金屬制品，例如車身和關閉面板，可以用鋼合金板件材料在環(huán)境溫度下通過將鋼合金板件材料沖壓成復雜的形狀而形成。沖壓可以包括在沖壓工具中抓持鋼合金板件材料同時沖頭根據(jù)互補壓模的形狀而讓鋼合金板件材料成形。這樣的鋼合金板件材料是易于成形的，且鋼合金板件材料可以被拉伸并形成具有復雜的形狀而沒有撕裂的物
品O
其他金屬合金板件材料，例如鋁合金板件材料和鎂合金板件材料，可以代替鋼合金板件材料以減輕形成的物品的重量。然而，鋁和鎂合金板件材料通常比鋼合金板件材料不易成形，且因此在成形期間造成撕裂。

發(fā)明內(nèi)容
ー種用金屬合金板件材料形成物品的方法包括沖壓金屬合金板件材料以由此形成具有至少ー個突出部的預成型件。至少ー個突出部包括基部部分、具有第一厚度且與基部部分間隔開以由此具有第一最大高度的第一區(qū)域、和互連基部部分和第一區(qū)域且具有大于第一厚度的第二厚度的第二區(qū)域。在沖壓之后，該方法包括讓第二區(qū)域選擇性退火而基本上沒有讓第一區(qū)域退火。選擇性退火之后，方法包括同時增加第一最大高度，基本上讓第一厚度和第二厚度均等以由此形成物品。在一個實施例中，金屬合金板件材料通過沖壓工具沖壓，該工具包括成形表面，配置為用于成形金屬合金板件材料。至少ー個突出部具有縱向軸線，第一區(qū)域與基部部分間隔開以由此具有沿縱向軸線的第一最大高度。進ー步地，第二區(qū)域從基部部分延伸以便互相連接基部部分和第一區(qū)域。第二區(qū)域具有沿縱向軸線的小于第一最大高度的第二最大高度。沖壓金屬合金板件材料包括沿成形表面拉伸金屬合金板件材料的第一區(qū)域以形成至少ー個突出部的相應的第一區(qū)域，和沿成形表面拉伸金屬合金板件材料的第二區(qū)域以形成至少ー個突出部的相應的第二區(qū)域。此外，第一區(qū)域具有第一硬度且第二區(qū)域具有小于第一硬度的第二硬度。在沖壓金屬合金板件材料之后，該方法包括僅選擇性退火僅第二區(qū)域而基本上不退火第一區(qū)域以形成エ件。該方法還包括，在選擇性退火之后，沖壓エ件以同時增加第一最大高度和基本上讓第一厚度第二和第二厚度均等，以由此形成物品。在另ー實施例中，沖壓工具包括沖頭，該沖頭具有成形表面，且金屬合金板件材料是板件形式的鋁合金。進ー步地，選擇性退火包括將金屬合金板件材料感應加熱到大約300°C到大約400°C的溫度并持續(xù)大約5秒到大約30秒。該方法還包括在選擇性退火之后將エ件淬火到大約環(huán)境溫度。在淬火エ件之后，該方法包括沖壓エ件以同時増加第一最大高度，且基本上使得第一厚度和第二厚度均等，以由此形成物品。與沖壓エ件同時發(fā)生的是，該方法還包括優(yōu)選地在第二區(qū)域處產(chǎn)生變形從而物品在第一區(qū)域和第二區(qū)域的每ー個處具有基本上均勻的厚度，為大約I毫米到大約2毫米。在下文結(jié)合附圖進行的對實施本發(fā)明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理解上述的本發(fā)明的特征和以及其他的特征。


圖IA是設置在沖壓工具中的金屬合金板件材料的示意性橫截面部分視圖，其準備好用于通過金屬合金板件材料形成物品；圖IB是沖壓圖IA的金屬合金板件材料以形成預成型件的示意性橫截面部分視圖；圖IC是將圖IB的預成型件退火以形成エ件的示意性橫截面部分視圖；
圖ID是圖IA的金屬合金板件材料的示意性橫截面部分視圖；圖2是圖IB的預成型件的示意性橫截面視圖；和圖3是圖ID的物品的示意性橫截面視圖。
具體實施例方式參見圖，其中相同的附圖標記表示相同的元件，在本文描述用金屬合金板件材料12形成物品10的方法。方法可以用于用金屬合金板件材料12形成具有復雜的形狀的物品10，例如但不限于鋁合金和鎂合金。從而該方法可以用于形成適用于汽車應用的物品10，例如汽車車身和封閉面板。然而，應理解該方法也可以用于形成適用于非汽車應用的物品10，包括用于鐵路和航空應用的構(gòu)件。參見圖1A、1B和1D，該方法包括沖壓金屬合金板件材料12，如在下文詳述的。金屬合金板件材料12可以是適用于沖壓的板件形式的任何金屬合金，且可以根據(jù)通過該方法形成的物品10的期望應用來選擇(圖IA和1D)。例如，金屬合金板件材料12可以是板件形式的5000系列的鋁合金。通過非限制性的例子，金屬合金板件材料12可以是鋁合金AA 5182且按100分鋁合金AA 5182的重量含大約4. 5份鎂、按重量大約O. 35份錳、按重量小于或等于大約O. 20份硅、按重量小于或等于大約O. 15份銅、按重量小于或等于大約O. I份鉻、按重量小于或等于大約O. 25份鋅和剰余重量為鋁。在另ー非限制性的例子中，金屬合金板件材料12可以是鋁合金AA 5754且按100份鋁合金AA 5754重量含大約2. 7份鎂、按重量小于或等于大約O. 5份錳、按重量小于或等于大約O. 3份鉻、和剰余重量為鋁。替換地，金屬合金板件材料12可以是板件形式的6000系列的鋁。例如，金屬合金板件材料12可以是鋁合金6111且具有按100份鋁合金6111重量含大約O. 75份鎂、按重量大約O. 90份硅、按重量大約O. 70份銅、按重量大約O. 30份錳、按重量小于或等于大約O. 10份鉻、按重量小于或等于大約O. 15份鋅和剰余重量為鋁。在另ー非限制性的例子中，金屬合金板件材料12可以是板件形式的鎂合金。例如，金屬合金板件材料12可以是鎂合金AZ31且按100份鎂合金AZ31重量含大約3份鋁、按重量大約I份鋅、按重量大約O. 2份錳、和剰余重量為鎂。再次參見圖IA和1B，方法包括沖壓金屬合金板件材料12以由此形成預成型件14(圖1B)，該預成型件具有至少ー個突出部16 (圖1B)。通過非限制性的例子，沖壓可以包括將金屬合金板件材料12設置為接觸成形表面18，該成形表面配置為用于讓金屬合金板件材料12成形，且沿成形表面18拉伸金屬合金板件材料12以形成至少ー個突出部16。在一個變化例中，金屬合金板件材料12可以通過沖壓工具20沖壓，該工具包括成形表面18。例如，繼續(xù)參考圖IA和1B，金屬合金板件材料12可以通過沖壓工具20沖壓，該エ具包括具有成形表面18的沖頭22。更具體地，沖頭22具有成形表面18，該成形表面配置為用于根據(jù)物品10的期望幾何結(jié)構(gòu)讓金屬合金板件材料12成形(圖3)。在沖壓期間，金屬合金板件材料12可以被沖壓工具20夾緊和/或夾持，如圖1A-1D所示。沖頭22可以沿箭頭24的方向平移(圖IB和1D)，以接觸金屬合金板件材料12。對于該方法，如參考圖IB和IC所述的,金屬合金板件材料12例如通過沖壓工具20沖壓，以形成具有至少ー個突出部16的預成型件14。即，沖壓金屬合金板件材料12可以包括將金屬合金板件材料12設置為接觸成形表面18，且沿成形表面18拉伸金屬合金板件材料12以形成至少ー個突出部16。應理解預成型件14 (圖1B)具有最終物品10 (圖3)的初始形狀，但是不具有物品10的最終形狀?！と缛鐖D2所示，至少ー個突出部16可以具有縱向軸線26。進ー步地，至少ー個突出部16包括基部部分28，且第一區(qū)域30與基部部分28間隔開以由此具有第一最大高度32。S卩，第一區(qū)域30可以與基部部分28間隔開以由此具有沿縱向軸線26的第一最大高度32。例如，如圖2所示，至少ー個突出部16可以彎曲到具有第一最大高度32的第一區(qū)域30的頂點。從而第一區(qū)域30可以形成至少ー個突出部16的頂部部分。第一區(qū)域30還具有第一厚度34，如圖2所不。此外，繼續(xù)參考圖2，至少ー個突出部16具有從基部部分28延伸的第二區(qū)域36，以便將基部部分28和第一區(qū)域30互相連接。第二區(qū)域36具有沿縱向軸線26的第二最大高度38，其小于第一最大高度32。即第二區(qū)域36從基部部分28和第一區(qū)域30之間的基部部分28延伸從而第二最大高度38小于第一最大高度32。因此,如圖2所示,第二區(qū)域36可以形成至少ー個突出部16的側(cè)面。此外，第二區(qū)域具有第二厚度40，其大于第一厚度34。參見圖IA和1B，沖壓可以進ー步包括拉伸與成形表面18接觸的金屬合金板件材料12的第一區(qū)域42，以形成至少ー個突出部16的相應的第一區(qū)域30 (圖2)。即沖壓金屬合金板件材料12可以包括沿成形表面18拉伸金屬合金板件材料12的第一區(qū)域42，以形成至少ー個突出部16的相應的第一區(qū)域30。繼續(xù)參考圖IA和1B，沖壓可以進一歩包括拉伸與成形表面18接觸的金屬合金板件材料12的第二區(qū)域44，以形成至少ー個突出部16的相應的第二區(qū)域36(圖2)。應理解第二區(qū)域44也可以在接觸成形表面18之前拉伸。然而，沖壓金屬合金板件材料12可以包括沿成形表面18拉伸金屬合金板件材料12的第二區(qū)域44，以形成至少ー個突出部16的相應的第二區(qū)域36。在沖頭22的成形表面18接觸且拉伸金屬合金板件材料12時，第一區(qū)域30 (圖2)可以比第二區(qū)域36 (圖2)拉伸更多。從而第二區(qū)域36可以比第一區(qū)域30更厚。此外，繼續(xù)參考圖2，第一區(qū)域30可以具有第一硬度且第二區(qū)域36可以具有小于第一硬度的第二硬度。即方法可以包括在沖壓同時發(fā)生的對第一區(qū)域30賦予應變到第一應變水平，從而第一區(qū)域30具有第一硬度。類似地，該方法可以與沖壓同時發(fā)生的對第二區(qū)域36賦予應變到第二應變水平，該第二應變水平小于第一應變水平，從而第二區(qū)域36具有第二硬度。換句話說，該方法可以包括對第一區(qū)域30和第二區(qū)域36進行加工硬化，即沿沖頭22 (圖IA和1B)的成形表面18 (圖IA和1B)拉伸金屬合金板件材料12相應的第一和第二區(qū)域42、44 (圖IA和1B)。在沖壓期間金屬合金板件材料12被沿成形表面18拉伸時，第一區(qū)域30 (圖2)可以被拉伸且被加工硬化到比第二區(qū)域36 (圖2)更大的程度，從而第一硬度大于第二硬度。換句話說，第一應變水平可以大于第二應變水平，從而第一區(qū)域30比第二區(qū)域36更硬?，F(xiàn)在參見圖1C，在沖壓金屬合金板件材料12之后，該方法包括選擇性地對第二區(qū)域36退火，而基本上沒有對第一區(qū)域30退火。如在本文使用的，術(shù)語“退火”是指對金屬合金板件材料12熱處理到預定溫度，保持該溫度，且隨后讓金屬合金板件材料12冷卻。例如，預定溫度可以在被加工硬化的金屬合金板件材料12的再結(jié)晶溫度以上。選擇性地退火是指局部退火，即僅第二區(qū)域36退火而基本上沒有讓第一區(qū)域30退火，以由此形成エ件46。從而第二區(qū)域36可以選擇性地以任何適用于僅加熱金屬合金板件材料12—部分的方式退火。選擇性退火可以包括加熱第二區(qū)域36到大約250° C至大約550° C的溫度。此溫度 可以例如根據(jù)金屬合金板件材料12的合金成分和加工硬化的量選擇。在一個非限制性的例子中，選擇性退火可以包括感應加熱第二區(qū)域36到大約300° C至大約500° C的溫度，并持續(xù)大約5秒到大約I分鐘。即，選擇性退火可以包括通過多個局部加熱元件48(圖1C)將金屬合金板件材料12加熱到大約300° C至大約400° C的溫度并持續(xù)大約5秒到大約30秒。進ー步地，雖然多個局部加熱元件48示出為在圖IC的沖壓工具20中鄰近金屬合金板件材料12設置，但是應理解局部加熱元件48可以定位在沖壓工具20 (未示出)外部。不期望被理論限制且參考圖2，因為在沖壓以形成如上所述的預成型件14之后第ニ區(qū)域36比第一區(qū)域30更厚且更軟，所以對第二區(qū)域36選擇性退火而基本上沒有對第一區(qū)域30退火使得第二區(qū)域36軟化而沒有使得第一區(qū)域30軟化。S卩，讓第二區(qū)域36選擇性退火釋放了沖壓期間產(chǎn)生的金屬合金板件材料12中的內(nèi)部應力，且與第一區(qū)域30相比改善了第二區(qū)域36的可成形性。因此，對第二區(qū)域36選擇性退火進ー步減少第二硬度。在選擇性退火之后，方法可以進一歩包括將エ件46 (圖1C)淬火到大約環(huán)境溫度。即エ件46可以在對第二區(qū)域36選擇性退火之后冷卻(圖1C)。這樣的淬火保護可沖壓工具20不被選擇性退火期間產(chǎn)生的熱量影響?，F(xiàn)在參見圖1D、2和3，在選擇性退火和可選地淬火エ件46 (圖1C)之后，方法進ー步包括同時增加第一最大高度32 (圖2)，和基本上使得第一厚度34 (圖2)和第二厚度40(圖2)均等，以由此形成物品10 (圖3)。即參見圖3，物品10可以在第一區(qū)域30和第二區(qū)域36的每ー個處具有基本上均勻的厚度50。因此，基部部分28可以比第一區(qū)域30和第二區(qū)域36每ー個更厚，如圖3所示。具體說，同時增加且基本上均等可以包括將エ件46沖壓為以形成物品10。即參見圖1C、1D、2和3，エ件46 (圖1C)可以沿沖壓工具20 (圖1D)的成形表面18 (圖1D)拉伸，以進ー步增加至少ー個突出部16的第一最大高度32 (圖2)和同時基本上讓第一厚度34 (圖2)和第二厚度40 (圖2)均等。沖壓エ件46可以形成物品10 (圖3)，該物品10在第一區(qū)域30和第二區(qū)域36的每ー個處具有基本上均勻的厚度50(圖3)，大約為O. 75毫米到大約2. 25毫米。
繼續(xù)參考圖IC和1D，因為第二區(qū)域36 (圖1C)比第一區(qū)域30 (圖1C)更厚，且因為第二區(qū)域36在選擇性退火期間被軟化，所以該方法可以優(yōu)選地在選擇性退火之后包括在第二區(qū)域36處產(chǎn)生變形。即，第一厚度34和第二厚度40的上述均等可以通過優(yōu)選地將第二區(qū)域36比第一區(qū)域30減薄得更多來實現(xiàn)。具體說，因為選擇性退火使得第二區(qū)域36與第一區(qū)域30相比而被軟化，所以該方法可以優(yōu)選地在沖壓期間產(chǎn)生變形，例如沿成形表面18 (圖1D)拉伸第二區(qū)域36。相反地，方法可以制止第一區(qū)域30處的變形。因此，參見圖2，至少ー個突出部16的第一最大高度32増加，且第一厚度34和第二厚度40基本上均等，從而物品10 (圖3)比エ件46 (圖1C)更高且在第一區(qū)域30和第二區(qū)域36的每ー個處具有基本上均勻的厚度50 (圖3)。即，在一個非限制性的例子中，方法包括沖壓エ件46(圖1C)以同時増加第一最大高度32 (圖2)且基本上讓第一厚度34 (圖2)和第二厚度40(圖2)均等，以由此形成物品10 (圖3)。在另ー非限制性的例子中，方法優(yōu)選地包括在第二區(qū)域36 (圖2)處產(chǎn)生變形從而物品10 (圖3)在第一區(qū)域30和第二區(qū)域36的每ー個處具有基本上均勻的厚度50 (圖3)，為大約I毫米到大約2毫米，例如大約I. 5毫米。因此，該方法使得金屬合金板件材料12的可成形性最大化。具體說，該方法形成物品10，該物品具有増加的形狀復雜性且允許突出部16具有増加的總最大高度52 (圖3) 而沒有裂開。即，物品10的總最大高度52大于預成型件14 (圖2)的第一最大高度32 (圖2)。此外，物品10的總最大高度52大于例如沒有使用任何退火和/或沒有對第二區(qū)域36選擇性退火(即對整個比較預成型件(未示出)退火和/或僅對第一區(qū)域30退火)而形成的比較物品(未示出)的總最大高度。進ー步地，該方法形成物品10，該物品在第一區(qū)域30和第二區(qū)域36處具有良好的一致厚度50。S卩，如圖3所示，形成的物品10在第一區(qū)域30和第二區(qū)域36的每ー個處具有基本上均勻的厚度50。此外，方法在選擇性退火期間需要相對較低的加熱能量且因此與比較方法(其包括對整個比較預成型件(未示出)退火)相比成本高效。從而該方法可以用于形成復雜的物品10，例如汽車的行李箱蓋和提升式車門面板。盡管已經(jīng)對執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進行了詳盡的描述，但是本領域技術(shù)人員可得知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來實施本發(fā)明的許多替換設計和實施例。
權(quán)利要求
1.一種用金屬合金板件材料形成物品的方法，所述方法包括 沖壓金屬合金板件材料以由此形成預成型件，該預成型件具有至少一個突出部； 其中該至少一個突出部包括基部部分、具有第一厚度且與基部部分間隔開以由此具有第一最大高度的第一區(qū)域、和互連基部部分和第一區(qū)域且具有大于第一厚度的第二厚度的第二區(qū)域； 在沖壓之后，對第二區(qū)域選擇性退火而基本上沒有對第一區(qū)域退火；和 在選擇性退火之后，同時增加第一最大高度，且基本上將第一厚度和第二厚度均等以由此形成物品。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，進一步包括，在選擇性退火之后，優(yōu)選地在第二區(qū)域處產(chǎn)生變形。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中沖壓包括將金屬合金板件材料設置為與成形表面接觸，所述成形表面配置為用于將金屬合金板件材料成形，和沿成形表面拉伸金屬合金板件材料以形成至少一個突出部。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中沖壓進一步包括拉伸與成形表面接觸的金屬合金板件材料的第一區(qū)域，以形成所述至少一個突出部的相應的第一區(qū)域。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中沖壓進一步包括拉伸與成形表面接觸的金屬合金板件材料的第二區(qū)域，以形成至少一個突出部的相應的第二區(qū)域。
6.如權(quán)利要求I所述的方法，其中第一區(qū)域具有第一硬度且第二區(qū)域具有小于第一硬度的第二硬度。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，進一步包括在沖壓同時發(fā)生的對第一區(qū)域賦予應變到第一應變水平，從而第一區(qū)域具有第一硬度。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括，與沖壓同時發(fā)生的，對第二區(qū)域賦予應變到第二應變水平，該第二應變水平小于第一應變水平，從而第二區(qū)域具有第二硬度。
9.如權(quán)利要求I所述的方法，其中選擇性退火形成工件，和進一步地其中同時增加和基本上均等的操作包括沖壓工件。
10.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述物品具有在第一區(qū)域和第二區(qū)域的每一個處基本上均勻的厚度。
全文摘要
一種用金屬合金板件材料形成物品的方法包括沖壓金屬合金板件材料以由此形成具有至少一個突出部的預成型件。該至少一個突出部包括基部部分、具有第一厚度且與基部部分間隔開以由此具有第一最大高度的第一區(qū)域、和互連基部部分和第一區(qū)域且具有大于第一厚度的第二厚度的第二區(qū)域。在沖壓之后，該方法包括讓第二區(qū)域選擇性退火而基本上沒有讓第一區(qū)域退火，和在選擇性退火之后，同時增加第一最大高度且基本上讓第一厚度和第二厚度均等以由此形成物品。
文檔編號B21D22/02GK102825124SQ20121019490
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者J.T.卡特, D.G.瓦里克 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司