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技术领域

本公开涉及一种用于温热成型板材金属合金如铝合金的润滑实践，其中在相对的未加热成型模之间将预加热板材金属坯料成型成复杂形状。更具体地，就在热板材金属坯料被插入在模之间前，将润滑剂涂覆至未加热模表面。润滑剂组成被挑选成改进板材金属的成型并且在打开模以移除零件时蒸发。润滑剂被选择以便是大体上自移除的，以最小化或避免成型板材金属或金属模的润滑剂移除处理。

背景技术

机动车辆的车身板件通常包括成型的外片材层和成型的内片材层，这些片材层具有互补形状并且在形成中空车身板件结构时在它们的外周边缘处附接。这种双层板件可用作门板、行李箱盖、后挡板或类似物，并且板件构件被成形以在组装成车体结构时起到实用和装饰两种功能。

金属成型工艺已经用于提供机动车辆的具有各种形状的车身板件。但是仍然需要提供具有更复杂形状的高质量板件同时维持可接受成型成本。

发明内容

本发明提供一种促进将板材金属工件成型成复杂形状（如制造内门板或外门板所需要的），或成型成用于制造吸引人且实用机动车辆的车身构件的其它板件。本发明可适用于例如成型所具有的组成适合于在例如约100℃至约500℃范围内的成型温度下形变和成形为此类复杂三维形状的板材合金、铝基合金或镁基合金。本发明具体旨在用于成型已经预加热至此范围内的成型温度的厚度为约0.5毫米至约3毫米的铝合金或镁合金板材。

根据要获得的板件形状和板材金属合金的成型特性，板件的成型可能需要在具有精确机加工的成型表面的两组或更多组相对的模构件之间进行连续成型步骤。相对的模通常在大型液压机或机械压力机上承载并且由其启动。每个模构件通常是大质量体、在横截面上是长方形的、由仔细机加工成铸造体的具有成型表面的铸造工具钢组成形成。具有互补成型表面的两个（或更多个）此类模被压力机致动以接合相当薄的板材金属工件的相反侧。每个模闭合和板材金属成型步骤通常是在一秒至几秒的时间段内完成。然后模通过压力机动作打开，并且工件从模之间并且从压力机区域移除。

根据本发明的实践，将初始板材金属坯料加热至经验或实验预先确定的成型温度，以促进金属合金板材材料（通常是铝或镁合金）的仔细且复杂成形。板材金属合金坯料被预加热，但其并未涂布有润滑剂。替代地，相对的模的成型表面均匀或选择性地涂布有在板材金属合金工件的变形期间适当地分离模和工件表面的流动性润滑剂，但润滑剂随后在打开模时蒸发、逸出或在气流中被带走。润滑剂被选择成消除或最小化残留物在成型的工件上的形成，此形成需要昂贵、费时的移除步骤。

大质量模（通常重一吨或更重）不被加热至环境温度以上，除了在它们可能被预加热工件的反复变形和成型而温热时。通常，润滑剂可作为液体喷涂在模表面上或用涂覆器散布（类似于涂漆）在模表面上。通常，这种润滑剂在成型操作中每次使用模构件时涂覆。但是本发明方法的意图和目的是避免必须投入大量时间、材料和劳力来从成型的工件表面或成型工具表面移除残留润滑剂。

润滑剂被选择成：在已加热板材金属工件被插入以用于成型时粘附至未加热成型模的表面，并且在金属成型步骤的短暂持续时间期间，在相对的模的表面与工件的相反表面之间提供必要的润滑。然后，在打开模并且相当热的工件与模表面分离时，润滑剂将从相应表面蒸发。优选的是，润滑剂是可在约200℃以下的温度下蒸发的。可通过空气流或类似物来帮助润滑剂从工件表面蒸发，空气流或类似物被运载到蒸汽移除管道中并且从成型模和压力机的区域被引导至润滑剂材料回收点或处理点。卤代烃例如二溴化乙烯被认为是候选润滑材料。此类卤代烃材料的成员具有适用于例如铝合金的温热成型的耐久润滑剂特性，并且具有适用于通过在压力机位置蒸发至蒸汽移除流或蒸汽移除系统中而从工件表面（并且从模表面，如果必要的话）快速移除的挥发性。

本发明包括以下方案：

1. 一种使用压力机致动的相对的成型模成型板材金属工件的方法，成型模具有相对的模成型表面，模成型表面抵靠板材金属工件的表面闭合以根据模成型表面的形状成型板材金属工件，并且成型模随后从工件的表面打开以实现所成型的工件从成型模和压力机的移除；所述方法包括：

将板材金属工件预加热至约100℃至约500℃范围内的温度；

将液体润滑剂材料的涂层涂覆至成型模的成型表面，成型模未加热至环境温度以上，除了在它们可能由板材金属工件的反复成型加热时；液体润滑剂材料被组成以在工件的成型期间润滑模成型表面和板材金属工件的表面的接触面并且稍后在低于约200℃的温度下从所成型的工件的表面蒸发；

将预加热板材金属工件插入成型模的在液体润滑剂材料涂布的成型表面之间；

抵靠预加热板材金属工件的表面闭合成型模的润滑剂材料涂布的成型表面，以便将工件成型为模成型表面的形状；

打开成型模，以便将所成型的工件从模和压力机移除，同时在已加热工件的表面上引导载气流以将润滑剂材料从已加热工件移除；以及

将所成型的工件从压力机移除。

2. 如方案1所述的成型板材金属工件的方法，其中板材金属工件是适用于在约100℃至约500℃范围内的温度下成型并且具有约0.5毫米至约3毫米范围内的厚度的铝基合金或镁基合金。

3. 如方案1所述的成型板材金属工件的方法，其中板材金属工件是选自由AA3104、AA5182、AA5754和AA6111合金组成的组的铝基合金。

4. 如方案1所述的成型板材金属工件的方法，其中板材金属工件是选自由AM30、AZ31和ZEK100镁合金组成的组的镁合金。

5. 如方案1所述的成型板材金属工件的方法，其中液体润滑剂材料是卤代烷烃或烷醇烃。

6. 如方案1所述的成型板材金属工件的方法，其中液体润滑剂材料是含有多达5个碳原子的卤代烷烃或卤代烷醇烃。

7. 如方案6所述的成型板材金属工件的方法，其中液体润滑剂材料的卤素物质包含溴。

8. 如方案6所述的成型板材金属工件的方法，其中液体润滑剂材料的卤素物质包含碘。

9. 如方案1所述的成型板材金属工件的方法，其中所成型的工件的表面在打开成型模之后被加热以使润滑剂材料从所成型的工件的表面蒸发。

10. 如方案1所述的成型板材金属工件的方法，其中在所成型的工件的表面上被引导的载气流随后被进一步处理以回收润滑剂材料。

11. 一种使用压力机致动的相对的成型模顺序地逐一成型大体上相同的板材金属工件组的方法，成型模具有相对的模成型表面，模成型表面依次抵靠每个板材金属工件的表面闭合以将板材金属工件成型为模成型表面的形状，并且成型模随后从工件的表面打开以实现所成型的工件从成型模和压力机的移除；所述方法顺序地应用于所述组中的每一个工件并且包括以下步骤：

将每个板材金属工件预加热至约100℃至约500℃范围内的温度；

将液体润滑剂材料的涂层涂覆至成型模的成型表面，成型模未加热至环境温度以上，除了在它们可能由板材金属工件组中的成员的反复成型加热时；液体润滑剂材料被组成以在工件的成型期间润滑模成型表面和板材金属工件的表面的接触面并且稍后在低于约200℃的温度下从所成型的工件的表面蒸发，液体润滑剂材料在成型工件组中的成员之前以预先确定的时间间隔涂覆至模成型表面；

将每个预加热板材金属工件依次插入在成型模的液体润滑剂材料涂布的成型表面之间；

抵靠预加热板材金属工件的表面闭合成型模的润滑剂材料涂布的成型表面，以便将工件成型为模成型表面的形状；

打开成型模，以便将所成型的工件从模和压力机移除，同时在已加热工件的表面上引导载气流以将润滑剂材料从已加热工件移除；以及

将所成型的工件从压力机移除。

12. 如方案11所述的成型板材金属工件的方法，其中每个板材金属工件是适用于在约100℃至约500℃范围内的温度下成型并且具有约0.5毫米至约3毫米范围内的厚度的铝基合金或镁基合金。

13. 如方案11所述的成型板材金属工件的方法，其中每个板材金属工件是选自由AA3104、AA5182、AA5754和AA6111合金组成的组的铝基合金。

14. 如方案11所述的成型板材金属工件的方法，其中每个板材金属工件是选自由AM30、AZ31和ZEK100镁合金组成的组的镁合金。

15. 如方案11所述的成型板材金属工件的方法，其中液体润滑剂材料是卤代烷烃或烷醇烃。

16. 如方案11所述的成型板材金属工件的方法，其中液体润滑剂材料是含有多达5个碳原子的卤代烷烃或卤代烷醇烃。

17. 如方案16所述的成型板材金属工件的方法，其中液体润滑剂材料的卤素物质包含溴。

18. 如方案16所述的成型板材金属工件的方法，其中液体润滑剂材料的卤素物质包含碘。

19. 如方案11所述的成型板材金属工件的方法，其中所成型的工件的表面在打开成型模之后被加热以使润滑剂材料从所成型的工件的表面蒸发。

20. 如方案11所述的成型板材金属工件的方法，其中在所成型的工件的表面上被引导的载气流随后被进一步处理以回收润滑剂材料。

从以下对本发明实践的具体实例的详细描述将清楚本发明的其它目标和优点。

附图说明

图1是成形以用于成型机动车辆的外行李箱盖板件的上成型模构件和下成型模构件的横截面的立视图。在其相对的成型模构件的使用中，它们将支撑在使它们在用于插入板材金属工件的打开位置（如图1所示）与用于成型板材金属的闭合位置之间移动的压力机构上。为简化视图，在图1或其它附图中未示出压力机构。在图1中，还指示出润滑剂喷涂装置，所述装置能够插入至模之间的开口中或从开口移除，以便以所需润滑剂涂布模式将液体润滑剂涂覆至成型模的成型表面。

图2是板材金属工件在以下情况时的示意流程图：从存货区域取出板材金属工件、将板材金属工件运载至其被预加热至例如约100℃至约500℃范围内的成型温度的加热装置，并且随后将其放置在未加热（但已润滑）成型模之间以用于成形为车体板件，如外行李箱盖板件。

图3示出在已加热板材金属工件上闭合以成型行李箱盖外板件的已润滑、未加热的互补成型模的截面立视图。

图4示出成型模，成型模处于它们的用于移除成型的行李箱盖板件的打开位置；并且示出成型的行李箱盖板件的斜视图。

具体实施方式

本发明的实践可有效地应用于板材金属合金，这些板材金属合金在其被加热至约100℃至约500℃范围内的温度时适当地可成型并且在相对的、压力机支撑并且压力机致动的成型模的成型表面之间变形成预先确定的工件形状。通常，相当薄的铝基合金和镁基合金板材通过本发明的实践可温热成型。合适铝合金的实例包括AA3104、AA5182、AA5754和AA6111。合适镁合金的实例包括AM30、AZ31和ZEK100。本发明的方法还可应用于被组成以用于在以上指定范围内的温度下在互补的成型模之间成型的钢合金（尤其是具有低合金元素含量）。

本发明的实践要求使用合适的液体润滑剂材料。液体润滑剂被涂覆至未加热成型模表面并粘附至模表面，同时将预加热板材金属坯料或先前加热且部分成型的工件放置在液体膜涂布的面对的模表面之间。模抵靠板材金属工件的表面闭合并且润滑剂用于热工件的模成型。但是当模从与工件表面接触打开时，工件上剩余的任何润滑剂将在低于约200℃的温度下蒸发并且离开表面。可通过在板材金属工件的表面上引导合适的空气流、氮气流或类似物来促进工件表面部分上的任何润滑剂的蒸发和移除。

合适润滑剂材料的实例包括选自卤代烃类的选定成员。溴化烃类和碘化烃类是优选的，尤其是溴化烷烃类，如二溴乙烷和二溴甲烷。这是因为对于此过程而言它们极低的可燃性以及它们理想的沸点。另外，为促进涂覆，如果润滑剂在室温下是液体的话将是有用的。表1中给出可能的润滑剂材料的非详尽列表。

表1

因此，含有1个至5个碳原子的含溴或含碘烷类（或烷醇）优选作为本温热成型方法的实践的液体润滑剂。因为这些化合物含有卤素，所以与非卤代化合物（即使非卤代化合物的蒸发点是合适的）相比，蒸发的润滑剂燃烧的可能有所降低。这些没那么优选的材料的实例将是乙二醇或正癸烷。

如以上在本说明书中所述，互补成型工具用于将初始扁平的板材金属工件成形为复杂形状的三维制品，如用于机动车辆的车身板件。成型的板件或其它制品用于临界结构目的，同时还被设计用于管理车辆周围的空气流动并且在视觉上吸引人且与所有车辆表面相容。例如，车辆外行李箱盖板件（如图4中100处所示）具有用于封闭车辆存储区域的顶部的大体水平部分以及用于封闭存储区域的后部并且形成车辆的临界后表面的大体竖直部分。外行李箱盖板件的竖直表面通常具有用于应用车牌照的缩进区域。并且行李箱盖板件的水平部分和竖直部分二者通常在它们的前到后方向上并且在它们的横跨车身方向上都具有复杂曲率。此外，在金属合金板件的形状从其水平区域继续至其竖直区域时，板件在板件的宽度上可具有曲率半径相对小、难以成型的隆脊或成型的部分。换句话说，为用于指定总功能和视觉目的二者，几乎每平方厘米金属表面都已经通过成型动作从扁平表面再成形为复杂弯曲表面。准备合适的大（且昂贵）的互补成型工具以给予初始扁平的板材金属工件所需形状。

在许多实施例中，成型工具将包括由工具钢或其它合适材料的铸造块体仔细机加工成的具有成型表面的互补阳模和阴模。每个这种工具通常相当沉重（重一吨或更重）并且在相反、面对的位置被支撑在合适的压力机中，其中它们预期的成型表面对准。压力机可以是例如机械致动或液压致动的。阳模和阴模通常对准成沿竖直轴线分开和闭合。

在图1中，以截面示出上具有阴模12和下阳模14的组件10，以便显示图4中的斜视图中所示的外行李箱盖板件100的截面的弯曲线。阴模12和阳模14由合适压力机（未示出）来支撑，用于相对于固定阳模14沿竖直轴线升起和降低阴模12以进入和离开成型位置。在图1中，上模12相对于互补的下模14被升起到打开模构件位置（或打开压力机位置）。根据本发明的实践，模构件12和14未被加热，除了在它们可能由反复的成型操作温热时。在反复用于温热成型板材金属坯料时，此类模可达到例如40℃左右的温度。昂贵的模组可用于以其中使用压力机的轮班工作方式制造许多成型的工件。并且可通过多于一个压力机和模组来使初始扁平的板材金属坯料经受成型，以便完成工件成为合适成型且修整的制品的预期成形。

作为实例，外行李箱盖板件（像图4中数字100所标识的）可由铝合金5182形成，其中板材金属工件被预加热至约225℃的温度。如下进一步实践这种温热成型方法。

将液体润滑剂涂覆至成型模的成型表面中的一个或两个。在本发明的一个实施例中，将液体润滑剂喷涂至上模12和下模14二者的成型表面上。如图1中所示，液体润滑剂诸如1,3-二溴丙烷从润滑剂储箱被运送穿过喷管16，并且被引导穿过对着上模12的成型表面20的一组上喷嘴18，并且穿过对着下模14的成型表面24的一组下喷嘴22。喷管和喷嘴的装配可安装在支撑结构（未示出）上，以便易于插入至打开模之间的空间中以涂覆润滑剂并且容易撤回以装载和成型已加热板材金属坯料。相应喷嘴18、22的数量和位置被确定以快速且有效地在成型表面20、24二者上提供液体润滑剂的薄涂层或膜26。液体涂膜26（其覆盖每个成型表面）的一小部分在图1中示出，并且以夸大的厚度来描绘以示出其在表面20、24上的存在。液膜26被涂覆至每个模构件12、14的预期接触板材金属工件或以其它方式要求润滑的全部表面区域20、24。

液膜26材料的组成被选择成提供未加热成型模表面20、24以及已加热板材金属工件的表面的合适润滑。表1中列出许多液体润滑剂以及它们的对应的大气压力沸点。如本说明书中所述，润滑剂被选择的原因在于：其在成型板材金属工件（例如，图2中的工件30）中的润滑特性，以及其从成型的板材金属工件的表面蒸发的能力。在本发明的一些实施例中，在预期将板材金属工件加热至约100℃至约500℃范围内的较高温度时，可能希望选择具有较高沸点的液体润滑剂。在一些工件成型实施例中，可能有用的是使用辐射加热器（或其它局部加热装置）结合用于将液体润滑剂材料从成型的板材金属工件移除的载气系统。

由于期望液体润滑剂在成型操作期间和之后形成蒸汽，所以优选的是提供蒸汽排空系统（由图1和图4中的箭头28所指示），如空气或氮气载气流，以便从工件和压力机区域移除和回收润滑剂蒸汽。例如，排空系统28可包括管道系统，其设置用于从成型模12、14的区域抽吸负载蒸汽的空气（或另一种蒸汽运载气体流）并且将蒸汽运载至蒸汽回收区域。例如，载流可被冷却以使润滑剂冷凝成液体，以便从载气流中分离。在另一个实例中，润滑剂蒸汽可被吸收或被吸收至微粒吸收材料或其它蒸汽夹带材料上。在许多操作中，可回收并且再利用润滑剂材料。排空系统28还可包括可移动表面，可移动表面可放置在处于模的打开位置的模12、14周围，以便约束模区域中的润滑剂蒸汽并且帮助将蒸汽引导至蒸汽移除管道系统中。

图2示出通常将是扁平的板材金属工件30，板材金属工件从此类工件的供应源被运输、接近成型操作被定位至加热炉32或其它合适加热装置。板材金属工件30的厚度通常为约0.5毫米至约3毫米，并且具有将由成型模12、14的成型表面20、24接合的相反的扁平表面50、52。如图2中所示，加热炉32设置有将工件30快速加热至金属合金组合物以及成型操作的性质所指定的成型温度的加热元件34。如所述的，约100℃至约500℃范围内的成型温度旨在用于本发明的实践。板材金属工件30由合适运载装置（未示出）通过加热炉32的进口36运输进入加热室38中。将板材金属工件30保持在加热室38中持续指定加热时间，并且随后通过出口40从加热炉32移除。

如图2的流程图中所示，然后立即将已加热工件30’放置在成型模12、14的液体润滑膜26涂布的表面20、24之间。如图3中所示，成型模12、14通过它们的压力机构的动作抵靠已加热板材金属工件30’的上表面50和下表面52闭合。在液体润滑剂膜26涂布的成型模闭合之前，已加热工件的表面50、52不具有润滑剂涂层。但是在成型模12、14抵靠已加热工件的面对的表面50、52闭合时，模表面20、24上的液体润滑剂膜26与表面50、52形成接触，并且随后用于使得能够将已加热工件30’成型为制品100，如机动车辆的外行李箱盖板件。

在图4中，成型模12和14被示出为已经通过它们的支撑压力机构的动作打开。工件取出装置（为简化视图未示出）已经使成型的工件100与成型模12、14的表面20、24分离。工件100仍是热的，并且预期的是任何润滑材料将立即从工件的热表面蒸发并且被收集在蒸汽回收系统28中。在一些工件成型情况中，可能有用的是使用辐射加热器（或其它局部加热装置）结合用于将液体润滑剂材料从成型的板材金属工件移除的载气系统。成型模表面20、24上残余的任何液体润滑剂可在随后成型操作中用于之后的已加热板材金属工件上。

在本发明的实践中使用液体润滑材料旨在允许润滑剂从成型的工件100的表面（例如，50、52）的大体上完全的移除。优选的是，润滑剂材料被选择成在热工件上的经受得住成型操作而不在工件的表面上留下残留物（固体或液体），残留物要求利用大量时间和材料的润滑剂移除步骤。虽然如所述的，一些润滑剂可残余在成型模12、14的未加热表面20、24上，但是所述方法通过旨在自身蒸发并从成型的工件自移除的液体润滑剂来实践。

在许多板材金属成型厂中，预期的是将在成型操作之间仅具有短暂时间间隔地反复使用成型模。经验将教示在每次成型操作之后或在一些此类成型操作之后是否需要将另外的液体润滑剂喷涂或以其它方式涂覆至成型工具表面。

一般来说，优选的是用于温热成型板材金属工件的合适预加热温度以及对涂覆至未加热成型工具的表面的合适液体润滑剂的选择的组合将在仅一次成型操作中实现复杂板材金属形状的产生。但是应意识到，给定工件可能需要多于一个成型操作，以便获得其最终形状和/或修剪掉或移除所不需要的原始板材金属坯料材料的部分。在工件可能需要在随后成型步骤之前重新加热时，优选的是不向工件涂覆润滑剂，但将选定的液体润滑剂涂覆至未加热成型工具表面。

已经通过不旨在限制以下所要求保护方法的范围的特定实例说明本发明的实践。