本申請(qǐng)要求于2015年11月18日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第10-2015-0161504號(hào)的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。

發(fā)明背景

(a)發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多溫成形裝置(multi-warm forming device)及其成形方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種多溫成形裝置及其成形方法，該多溫成形裝置的一個(gè)模具組(mold set)執(zhí)行具有彼此不同的溫度條件的溫成形和吹塑成形，以便生產(chǎn)具有復(fù)雜的成形形狀和大的成形深度的產(chǎn)品。

(b)相關(guān)技術(shù)的描述

一般地，溫成形工藝已經(jīng)被開(kāi)發(fā)以形成輕質(zhì)材料的鎂合金片材，其中金屬結(jié)構(gòu)的密度小于鋁合金片材的密度，并且在美國(guó)，溫成形工藝目前已在開(kāi)發(fā)中且正通過(guò)各種沖壓成形方法的需求而被應(yīng)用，以便出于生產(chǎn)輕質(zhì)且高強(qiáng)度的車(chē)身的目的而將鎂合金片材應(yīng)用至車(chē)身。

換言之，溫成形方法在冷成形溫度和熱成形溫度之間的中間溫度范圍進(jìn)行，其中片材接收來(lái)自通過(guò)熱源加熱的高溫模具的熱能，并且沖壓成形使得屈服強(qiáng)度被減弱且伸長(zhǎng)率被改善的條件下進(jìn)行。

應(yīng)用溫成形方法的鎂合金片材具有HCP(密堆六方)晶格結(jié)構(gòu)，因此由于晶體結(jié)構(gòu)而難以在室溫下將沖壓成形方法應(yīng)用至鎂合金片材，并且可成形性通過(guò)非基面滑動(dòng)系(non-basal plane slip system)在高溫區(qū)域中(高于200℃的)被活化的特性被快速改善。

然而，鎂具有高的比強(qiáng)度，并且其在重量方面可以比鋁合金輕30％，但是與諸如鋁合金之類(lèi)的其他材料相比，其在成本、腐蝕、可成形性和焊接特性方面是不利的。

特別地，在生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀的產(chǎn)品或具有大的成形深度的產(chǎn)品的情況下，存在由于可成形性的限制而使工藝數(shù)目和部件數(shù)目增多、成形成本增大并且生產(chǎn)率下降的缺點(diǎn)。

同時(shí)，鋁合金與鎂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，并且因此壓鑄工藝與鋁合金一起使用以生產(chǎn)成形形狀復(fù)雜且成形深度大的產(chǎn)品。

然而，壓鑄方法將鋁合金的熔融金屬注入壓模(die)中以進(jìn)行鑄造，其中設(shè)備成本對(duì)于大量生產(chǎn)是高的，工藝的數(shù)目較大，且在生產(chǎn)率方面存在缺點(diǎn)。

因此，目前，使用超塑性作為鋁合金的物理特性的新的成形方法已引起注意，其中超塑性是當(dāng)材料在特定溫度條件下變形時(shí)材料表現(xiàn)出極端延展性而無(wú)局部收縮的特性。

在本背景部分公開(kāi)的以上信息僅為了增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明的背景的理解，并且因此其可能包含不構(gòu)成本國(guó)中本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已經(jīng)已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明概述

本發(fā)明致力于提供具有進(jìn)行溫成形和吹塑成形的優(yōu)點(diǎn)的多溫成形裝置及其成形方法，在所述溫成形中，材料通過(guò)加壓塑性變形被成形為最大成形深度，通過(guò)吹塑成形，材料在材料的低于退火溫度的超塑性溫度下被成形為最終產(chǎn)品形狀，使得具有超塑性特性的材料內(nèi)的位錯(cuò)密度(dislocation density)減小，以致產(chǎn)品可以通過(guò)一個(gè)模具組生產(chǎn)以具有深的成形深度和復(fù)雜的形狀。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置可以包括：下部模具壓模(lower mold die)，其布置在墊枕上以用于工藝，并且其中具有至少一個(gè)空間部分的模具安裝部分形成在其中心處；下部模具，其布置在下部模具壓模的模具安裝部分的上表面處，其中在豎直方向上形成于下部模具中的多個(gè)氣體供給通道通過(guò)氣體供給線路連接至外部的氣體供給裝置，并且下部成形表面形成在下部模具的上表面處；上部模具，其被安裝在上部部分的滑動(dòng)器上以能夠在下部模具壓模的上部部分處對(duì)應(yīng)于下部模具上下移動(dòng)，其中上部成形表面對(duì)應(yīng)于下部模具形成在下表面處，上部模具面表面(upper mold face surface)形成在上部成形表面的周界處，并且多個(gè)加熱筒(heating cartridge)沿著上部成形表面和上部模具面表面被安裝在內(nèi)部；和坯料保持器，其中模具安裝部分被插入對(duì)應(yīng)于模具安裝部分形成的穿透孔中，該坯料保持器能夠通過(guò)安裝在下部模具壓模內(nèi)的導(dǎo)柱和緩沖彈簧在豎直方向上移動(dòng)，并且其中多個(gè)加熱筒沿著保持器面表面(holder face surface)安裝，該保持器面表面在成形工藝的早期階段與上部模具面表面一起約束材料。

材料可以用作超塑性材料。

鋁合金板可以用作超塑性材料。

多溫成形裝置還可以包括絕緣箱，該絕緣箱分別安裝在上部模具和坯料保持器的外表面上以保存模具的熱能。

絕緣箱可以由微孔板件(micro-porosity panel)制成，該微孔板件被組裝在上部模具和坯料保持器的每一個(gè)外表面上。

多個(gè)鍵槽可以對(duì)應(yīng)于下部模具壓模的模具安裝部分的上表面和安裝在下部模具壓模的模具安裝部分上的下部模具的下表面形成，并且插入該鍵槽中的約束鍵將下部模具固定在下部模具壓模上。

下部模具壓模的模具安裝部分的上表面可以被形成為平坦的模具安裝表面。

連接至外部氣體供給裝置的氣體供給線路可以穿過(guò)模具安裝部分的空間部分連接至氣體供給通道。

氣體供給線路可以布置成穿透加熱單元的中心部分，該加熱單元配置成在模具安裝部分的空間部分內(nèi)部。

加熱單元可以包括加熱器外殼和加熱線圈，在所述加熱器外殼中，在其中心處形成穿透孔，并且該加熱器外殼布置在模具安裝部分的空間部分中，該加熱線圈纏繞在加熱器外殼中。

加熱單元的外部可以被模具安裝部分的空間部分內(nèi)部的絕熱材料覆蓋。

下部成形表面可以形成為半成品形狀表面以能夠使材料形成為最大成形深度。

上部成形表面可以形成為完整的產(chǎn)品形狀以能夠使材料形成為最終的完整形狀。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)示例性實(shí)施方案的多溫成形方法可以包括：材料供給步驟，在該材料供給步驟中，將由超塑性材料制成的板裝載在坯料保持器上，該坯料保持器對(duì)應(yīng)于下部模具的周界通過(guò)導(dǎo)柱和緩沖彈簧安裝在下部模具壓模上，其中該下部模具安裝在下部模具壓模上；材料加熱步驟，在該材料加熱步驟中，通過(guò)向下移動(dòng)布置在下部模具的上部部分處的由滑動(dòng)器操作的上部模具并且通過(guò)保持板的邊緣與坯料保持器在一起，使板通過(guò)配置在上部模具和坯料保持器內(nèi)部的加熱筒加熱至溫成形溫度；溫成形步驟，其通過(guò)在溫成形溫度下滑動(dòng)器的操作而使上部模具和下部模具組合以使板通過(guò)塑性變形而變形為最大成形深度；和吹塑成形步驟，在該吹塑成形步驟中，加熱筒還在板已經(jīng)被溫成形為最大成形深度的條件下將板加熱至超塑性溫度，氣體通過(guò)形成于下部模具內(nèi)部的氣體供給通道來(lái)供給，并且板在上部模具與下部模具組合的條件下通過(guò)氣壓沿著上部模具的上部成形表面形成為產(chǎn)品的最終形狀。

鋁合金板可以用作超塑性材料。

由微孔板件制成的絕緣箱可以安裝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熱能。

氣體供給通道可以通過(guò)氣體供給線路連接至氣體供給裝置并且接收高壓氣體。

氣體供給線路可被配置在下部模具壓模內(nèi)部的加熱單元覆蓋，并且為氣體供給通道供給高溫氣體。

下部模具的下部成形表面可以形成為半成品形狀表面以能夠使材料形成為最大成形深度。

上部模具的上部成形表面可以形成為完整的產(chǎn)品形狀以能夠使材料形成為最終的完整形狀。

溫成形溫度可以設(shè)定為低于退火溫度的值，這降低了具有超塑性特性的材料內(nèi)的位錯(cuò)密度。

本發(fā)明的示例性實(shí)施方案可以執(zhí)行溫成形并且然后執(zhí)行吹塑成形，該溫成形在低于退火溫度下(這降低了具有超塑性特性的材料內(nèi)的位錯(cuò)密度)通過(guò)加壓塑性變形使材料形成為最大成形深度，該吹塑成形在鋁合金片材的超塑性溫度下使材料形成為最終產(chǎn)品形狀，使得產(chǎn)品可以通過(guò)一個(gè)模具組被生產(chǎn)，以具有深的成形深度和復(fù)雜的形狀。

特別地，當(dāng)形成成形深度深且形狀復(fù)雜的產(chǎn)品時(shí)，通過(guò)最小數(shù)目的工藝，部件的數(shù)目減少并且可以節(jié)省成本，并且因此存在成本方面的優(yōu)點(diǎn)。

進(jìn)一步地，產(chǎn)品的復(fù)雜部分通過(guò)吹塑成形來(lái)形成，在該吹塑成形中，氣體壓力通過(guò)與模具的非接觸而使材料擴(kuò)展，并且因此與常規(guī)壓鑄方法相比存在最小化次品率的優(yōu)點(diǎn)。

附圖簡(jiǎn)述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置的局部分解透視圖。

圖2是被應(yīng)用至根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置的模具的分解透視圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置的橫截面圖。

圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置的步驟的流程框圖。

圖5至圖8示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置的操作狀態(tài)。

具體實(shí)施方式

下文中，將參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例實(shí)施方案進(jìn)行描述。

進(jìn)一步地，為了便于描述，圖中所示的構(gòu)造的尺寸和厚度被選擇性地提供，并且本發(fā)明不限于圖中所示的那些，并且為了清楚地描述本發(fā)明，將省略與本描述無(wú)關(guān)的部分。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置的局部分解透視圖，圖2是被應(yīng)用至根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置的模具的分解透視圖，且圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置的橫截面圖。

參照?qǐng)D1至圖3，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置及其成形方法在溫成形條件下使具有超塑性的鋁合金片材形成至最大成形深度，并且然后執(zhí)行吹塑成形至產(chǎn)品的最終形狀。

在此，當(dāng)材料在特定溫條件下變形時(shí)，超塑性材料示出了極端延展性而無(wú)局部收縮，并且該材料在本發(fā)明的示例性實(shí)施方案中可以是鋁合金片材。

換言之，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置及其成形方法執(zhí)行溫成形并且然后執(zhí)行吹塑成形，該溫成形通過(guò)在低于退火溫度下(這降低了具有超塑性特性的材料內(nèi)的位錯(cuò)密度)的加壓塑性變形使材料形成為最大成形深度，該吹塑成形在鋁合金片材的超塑性溫度下使材料形成為最終產(chǎn)品形狀，使得產(chǎn)品可以通過(guò)一個(gè)模具組被生產(chǎn)以具有深的成形深度和復(fù)雜的形狀。

根據(jù)示例性實(shí)施方案的用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)特性的多溫成形裝置包括下部模具壓模1、下部模具3、上部模具5和坯料保持器7。

下部模具壓模1被安裝在墊枕(未示出)上以用于工藝，并且具有兩個(gè)內(nèi)部空間部分(SP)的模具安裝部分9形成在下部模具壓模1的中心處。

下部模具3安裝在下部模具壓模1的模具安裝部分9的上表面上，兩個(gè)氣體供給通道L1在豎直方向上形成于內(nèi)部，且下部成形表面3a形成于下部模具3的上表面上。進(jìn)一步地，氣體供給通道L1連接至氣體供給裝置11，該氣體供給裝置11布置在外部以通過(guò)氣體供給線路L2供給高壓成形氣體。

在此，下部成形表面3a具有未完成的形狀表面以?xún)H使材料形成為最大成形深度。

下部模具壓模1的模具安裝部分9的上表面固定至下部模具3的下表面，下部模具3的下表面通過(guò)鍵安裝被安裝至下部模具壓模1的模具安裝部分9的上表面，鍵槽(KG)形成在下部模具壓模1的模具安裝部分9的上表面和下部模具3的下表面上的三個(gè)點(diǎn)處，并且保持鍵(K)插入到每個(gè)鍵槽(KG)中以使下部模具3在下部模具壓模1上的位置固定。

下部模具壓模1的模具安裝部分9的上表面被形成為平坦的模具安裝表面(F)，使得下部模具3的下表面安置于其上。

另外，連接至外部氣體供給裝置11的氣體供給線路L2穿過(guò)模具安裝部分9的兩個(gè)空間部分(SP)連接至兩條氣體供給通道L1。在這種情況下，氣體供給線路L2布置成被模具安裝部分9的兩個(gè)空間部分(SP)內(nèi)部的加熱單元(HU)覆蓋。換言之，加熱單元(HU)被配置在模具安裝部分9的兩個(gè)空間部分(SP)的內(nèi)部，并且氣體供給線路L2穿透加熱單元(HU)的中間部分以布置在其中。

加熱單元(HU)包括加熱器外殼(HH)和加熱線圈(HC)，氣體供給線路L2穿透的穿透孔H1形成在布置在模具安裝部分9的空間部分(SP)中的加熱器外殼(HH)的中心部分處，并且加熱線圈(HC)被纏繞在加熱器外殼(HH)中并且通過(guò)功率控制器將氣體供給線路L2的成形氣體加熱至預(yù)定的高溫。

絕熱材料(HP)被配置在模具安裝部分9的兩個(gè)空間部分(SP)中并且覆蓋加熱單元(HU)的外部以便使加熱單元(HU)絕緣。

上部模具5安裝在上部部分的滑動(dòng)器(未示出)上以在下部模具壓模1的上部部分處對(duì)應(yīng)于下部模具3上下移動(dòng)。上部成形表面5a形成在對(duì)應(yīng)于下部模具3的上部模具5的下表面處，且上部模具面表面5b沿著上部成形表面5a的周界形成。

多個(gè)加熱筒13安裝在上部成形表面5a和上部模具面表面5b的內(nèi)部以能夠?qū)⑸喜磕＞?加熱至預(yù)定溫度。

上部成形表面5a形成有最終產(chǎn)品形狀以便形成產(chǎn)品的最終形狀。

坯料保持器7布置成在模具安裝部分9被插入對(duì)應(yīng)于模具安裝部分9形成的穿透孔H2內(nèi)的條件下通過(guò)下部模具壓模1內(nèi)的導(dǎo)柱21和緩沖彈簧17在豎直方向上移動(dòng)。

在坯料保持器7中，多個(gè)加熱筒15形成在保持器面表面7a的內(nèi)部，該保持器面表面7a在成形工藝的早期階段與上部模具面表面5b一起保持材料，并且多個(gè)加熱筒15配置成將坯料保持器7加熱至預(yù)定溫度。

絕緣箱19安裝在上部模具5和坯料保持器7的每一個(gè)外表面上以將熱能保存在模具的內(nèi)部，并且組裝在上部模具5和坯料保持器7的每個(gè)外表面上的絕緣箱19可以是微孔絕緣片材。

圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置的步驟的流程框圖，且圖5至圖8示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置的操作狀態(tài)。

下文中，參照?qǐng)D4至圖8，使用根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置的成形方法將分階段進(jìn)行描述。

參照?qǐng)D4，使用根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置的成形方法執(zhí)行材料供給步驟S1、材料加熱步驟S2、溫成形步驟S3和吹塑成形步驟S4。

首先，如圖5所示，材料供給步驟S1將鋁合金片材(P)裝載在坯料保持器7上，該坯料保持器7通過(guò)導(dǎo)柱21和緩沖彈簧17對(duì)應(yīng)于安裝在下部模具壓模1上的下部模具3和該下部模具3的周界通過(guò)導(dǎo)柱21和緩沖彈簧17安裝在下部模具壓模1上。

隨后，如圖6所示，材料加熱步驟S2通過(guò)布置于上部模具5和坯料保持器7內(nèi)部的加熱筒13將鋁合金片材(P)加熱至溫成形的溫度，其中上部模具5首先在下部模具3的上部部分處通過(guò)滑動(dòng)器(未示出)被降低，并且上部模具5與坯料保持器7一起保持鋁合金片材(P)的邊緣。

在此，鋁合金片材(P)的邊緣通過(guò)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之間，并且溫成形溫度設(shè)置為低于退火溫度的值，這降低了具有超塑性特性的鋁合金片材(P)的位錯(cuò)密度。

然后，執(zhí)行溫成形步驟S3，并且如圖7所示，溫成形步驟S3通過(guò)在溫成形溫度下的滑動(dòng)器(未示出)的操作使上部模具5與下部模具3組合，其中鋁合金片材(P)通過(guò)由加壓引起的塑性變形被形成為最大成形深度。

鋁合金片材(P)通過(guò)溫成形工藝塑性變形至最大成形深度以具有第一成形形狀。

在這種條件下，如圖8所示，執(zhí)行吹塑成形步驟S4，并且吹塑成形步驟S4在上部模具5與下部模具3組合的條件下使用加熱筒13和15以進(jìn)一步將形成為最大成形深度的鋁合金片材(P)加熱至超塑性溫度，通過(guò)形成于下部模具3內(nèi)部的氣體供給通道L1供給高壓成形氣體，并且通過(guò)氣體壓力使鋁合金片材(P)沿著上部模具5的上部成形表面5a膨脹，使得鋁合金片材(P)形成為復(fù)雜產(chǎn)品的最終形狀。

此時(shí)，成形氣體通過(guò)氣體供給線路L2從外部氣體供給裝置11供給，在經(jīng)過(guò)加熱單元(HU)時(shí)被加熱至高溫，并且通過(guò)氣體供給線路L2被供給至下部模具3的內(nèi)部。

在根據(jù)多溫成形裝置的成形方法的工藝中，上部模具5和下部模具3內(nèi)部的熱能通過(guò)絕緣箱19來(lái)保存，該絕緣箱19由具有微孔的絕緣板構(gòu)件制成并且安裝在上部模具5和坯料保持器7的每個(gè)外表面上，使得熱量損耗被最小化以執(zhí)行工藝。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置及其成形方法執(zhí)行溫成形，該溫成形在低于退火溫度下(這降低了具有超塑性特性的鋁合金片材(P)內(nèi)的位錯(cuò)密度)通過(guò)加壓塑性變形使材料形成至最大成形深度，并且然后將鋁合金片材加熱至超塑性溫度以執(zhí)行吹塑成形，該吹塑成形使材料形成為最終產(chǎn)品形狀，使得產(chǎn)品可以被生產(chǎn)為具有深的成形深度和復(fù)雜的形狀，并且因此無(wú)需制備單獨(dú)的模具。

此外，在根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的多溫成形裝置及其成形方法中，當(dāng)形成成形深度深且形狀復(fù)雜的產(chǎn)品時(shí)，通過(guò)最小化工藝的數(shù)目，部件的數(shù)目減少并且可以節(jié)省成本，而且因此存在成本方面的優(yōu)點(diǎn)，并且產(chǎn)品中的復(fù)雜部分通過(guò)吹塑成形來(lái)形成，在該吹塑成形中，氣體壓力通過(guò)與模具的非接觸而使材料擴(kuò)展，并且因此與常規(guī)壓鑄方法相比存在最小化故障率的優(yōu)點(diǎn)。

雖然已經(jīng)結(jié)合目前認(rèn)為是可行的示例性實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解的是，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施方案，而是相反地，本發(fā)明旨在覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同布置。

<符號(hào)描述>

1：下部模具壓模

3：下部模具

5：上部模具

7：坯料保持器

9：模具安裝部分

11：氣體供給裝置

13、15：加熱筒

17：緩沖彈簧

19：絕緣箱

21：導(dǎo)柱

HU：加熱單元

SP：空間部分

L1：氣體供給通道

L2：氣體供給線路

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