(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート金属合金から部品を成形する方法であって、当該方法は：
（ａ）溶体化熱処理を達成するように、合金の溶体化熱処理が起こる温度まで前記シートを加熱するステップ；
（ｂ）少なくとも前記合金に関する臨界冷却速度で前記シートを冷却するステップ；
（ｃ）ダイの間に前記シートを置き、前記シートを、複雑な部品に又は複雑な部品に向かって、成形するステップ；及び
（ｄ）前記ダイが前記シートと接触している間に、前記ダイの間で前記シートを焼入れする(quenching)ステップ；
を含む、方法。
【請求項２】
ステップ（ｂ）は、少なくとも前記合金内の微細構造析出が防止される速度で前記シートを冷却することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シートは、前記部品の成形を尚も可能にする最低の温度まで冷却される、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ｂ）は、前記シートに冷却媒体を適用することを含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記冷却媒体は固体である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記冷却媒体は流体である、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
ステップ（ｂ）は、前記シートの少なくとも第一の領域を第一の温度まで選択的に冷却することを含み、前記第一の温度は第二の温度よりも低く、前記シートの少なくとも第二の領域は前記第二の温度まで冷却される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ｂ）は、前記第一の領域に対して前記第二の領域に対するよりも大きな圧力で前記固体を適用することによって、前記シートの少なくとも第一の領域を第一の温度まで選択的に冷却することを含み、前記第一の温度は第二の温度よりも低く、前記シートの少なくとも第二の領域は前記第二の温度まで冷却される、請求項５に従属する場合の請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ステップ（ｂ）は、前記第一の領域に固体を適用し、前記第二の領域に前記固体を適用しないことによって、前記シートの少なくとも第一の領域を第一の温度まで選択的に冷却することを含み、前記第一の温度は第二の温度よりも低く、前記シートの少なくとも第二の領域は前記第二の温度まで冷却される、請求項４に従属する場合の請求項７、又は請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ステップ（ｂ）は、前記シートの少なくとも第一の領域を第一の温度まで選択的に冷却することを含み、前記第一の温度は第二の温度よりも低く、前記シートの少なくとも第二の領域は、前記第二の領域よりも長い持続時間、低い温度及び／又は大きな質量流量で前記シートの前記第一の領域に前記流体を向けることによって、前記第二の温度まで冷却される、請求項６に従属する場合の請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
ステップ（ａ）は、少なくとも前記合金内の析出物が溶かされる温度まで前記シートを加熱することを含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
ステップ（ａ）は、前記シートの溶体化熱処理温度以上まで前記シートを加熱すること、及び、少なくとも１５秒間にわたって前記の温度で前記シートを維持することを含む、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ダイは冷却される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記シートは、アルミニウム合金製である、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記シートは、ＡＡ５ＸＸＸアルミニウム合金製であり、ステップ（ａ）は、前記シートを４８０℃と５４０℃の間まで加熱すること含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
ステップ（ｂ）は、前記シート上の一つ又はそれ以上の位置において前記シートの温度を測定すること、及び前記一つ又はそれ以上の位置において測定された温度に基づいて前記シートの冷却の速度を制御することを含む、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
ステップ（ｂ）は、前記固体に荷重を適用し、前記シート上の前記固体の圧力を増大させることを含む、請求項５、８又は９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記固体は、前記シートと接触するように構成された表面を有し、前記表面の少なくとも一つの第一の領域は、少なくとも一つの第二の領域と比較して浮き上がっている、請求項５、８、９又は１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
ステップ（ｂ）は、前記シートを前記ダイに運ぶように構成された装置の一部分を形成する冷却ステーションにおいて、前記シートを冷却することを含む、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記ステップ（ｄ）が、前記シートが周囲温度又は室温になるまで、前記シートを前記ダイの間で焼入れすること（quenching）を含む、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シート金属合金からの部品の成形に関する。複数の実施形態において、本発明は、アルミニウム合金からの部品の成形に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、自動車用途及び航空宇宙用途で使用される構成部分は、それらの構成部分の最終的な使用に対応している限り、少ない部品で製造されることが望ましい。この要求を満たす一つの部品製造方法は、ダイセット（die  set）を使用して金属の単一シートを部品に成形することである。しかしながら、この方法で成形され得る部品の形状の複雑さは、ダイセット内で成形されるシート金属の機械的性質によって制限される。一方で、それは過度に脆性であるかもしれない；他方では、それは過度に延性であるかもしれない。いずれの場合においても、成形性は制限されるであろう。以前に、本発明者らは、金属のシートを溶体化熱処理（solution  heat  treating）し、次いでそれを冷間ダイセット内で急速に成形して部品にすることが、金属の成形性を改善し、より複雑な形状の構成部分が単一シートから製造されることを可能にすることを発見した。したがって、そのような構成部分は、もはや複数部品のアセンブリとして形成される必要がない。
【０００３】
このプロセスは、溶体化熱処理、冷間ダイ成形及び焼入れ（quenching）（ＨＦＱ（ＲＴＭ））プロセスを使用するアルミニウム合金シート構成部分を成形する方法を開示する国際公開第２０１０／０３２００２Ａ１号に開示されている。そのようなプロセスを通過する際の金属合金のシートの温度は、図１に示されている。本質的に、この既存のＨＦＱ（ＲＴＭ）プロセスは、以下のステップを伴う：
（Ａ）  その金属の溶体化熱処理（ＳＨＴ）温度範囲まで又は以上にシート金属ワークピースを予熱するステップ；
（Ｂ）  材料が完全に溶体化熱処理されることを可能にするために、予熱温度でワークピースをソーキングするステップ；
（Ｃ）  ワークピースを冷間ダイセットに運び、可能な最高温度及び高い成形速度で迅速に成形するステップ；
（Ｄ）  急速冷却（冷間ダイ焼入れ）のために冷間ダイセット内で成形された部品を保持し、成形後の強度に関して望ましい過飽和固溶体（ＳＳＳＳ）材料微細構造を達成するステップ；及び
（Ｅ）  熱処理材料のための改良された強度を得るために、成形された部品の人工的又は自然なエイジングを行うステップ。
【０００４】
段階Ｃにおいて、ワークピースは、部品の成型に採用される材料の高い延性（ductility）を可能にするために、ＳＨＴ温度に近い温度で成形される。この高い温度において、ワークピースは、非常に柔らかく、延性且つ変形しやすい。したがって、この方法は、高い成形後の強度のために望ましいＳＳＳＳ微細構造を備えた形状が複雑な部品（複雑な部品）の成形を可能にすることを含む、それより前の方法を超える確かな利点を有するが、一方でまた、それはいくらかの欠点を有する。これらは、これから説明されるであろう。
【０００５】
ワークピースは、そのＳＨＴ温度付近であるときに弱い。複雑な部品の成形中に、ワークピースのある領域はダイ（又はダイス，die）によって拘束されるが、同時にその他はダイの上を流れることを強制される。静止して保持されるダイ内の領域から押し込まれている領域への材料の流れは、限定される。このことは、ワークピースが局所的な薄化（localized  thinning）及び断裂に結果し得る。これは、成形プロセスが、歪み硬化の効果から、少ない利益を得るためである。その効果は、特にアルミニウム合金の場合により高い温度で弱い。歪みは、変形させられたワークピースの領域がより硬く及びそれ故により強くなるように、金属を硬化させる。これは、他の材料をその部位内に引張り、その材料をダイ内に引き込むための、これらの変形された領域の能力を向上させる。引き込まれた金属はそれ自体が歪められて、そのため硬化させられる。シート全体でのこの歪み及び硬化は、局所的な薄化を抑制し、より均一な変形につながる。歪み硬化が大きいほど、均一な変形の傾向が大きくなる。弱い歪み硬化のみでは、変形は高延性の領域に局在化され、引き込みは限定され、したがって局所的な薄化及び破損の発生が増加し得る。これは成形性を低下させる。このプロセスにおける成形性及び強度を向上させるために、ワークピースは、歪み速度硬化の効果を最大化することによって高温におけるより弱い歪み硬化を相殺するための非常に高い速度で、ダイ内で成形される。
【０００６】
延性を増大させるための高温並びに歪み硬化及び歪み速度硬化を増大させるための高い成形速度の要求は、以下の課題につながり得る：
（ｉ）  大量の熱がワークピースからダイセットに伝達される。成形プロセスは、ダイがＳＳＳＳ微細構造を得るために要求される焼入れ速度を達成するために低温のままでいることを要求するので、それらは、表面上を又は内部の冷却剤搬送チャネル（又は他の方法）によって、人工的に冷却されなければならない。繰り返される熱サイクルは、ダイのより速い劣化及び損耗につながり得る。
（ｉｉ）  ＨＦＱ成形された部品の大量生産のために、ダイが冷却されることの要求は、ダイの設計、動作及び保守管理を複雑化し、ダイセットの費用を増大させる。
（ｉｉｉ）  成形される部品は望ましい温度にそれが冷却されるまでダイの間に保持されなければならないので、ダイ内の保持圧力及び時間がより高い。これは、より低い成形時間及び圧力を用いるプロセスよりも多くのエネルギーを使用し、成形効率及び従って生産性を低下させる。
（ｉｖ）  高い成形速度は、成形中にダイが閉じられたときに有意な衝撃荷重を引き起こし得る。繰り返される荷重は、ダイの損傷及び損耗につながり得る。それはまた、高耐久性のダイ材料の使用も必要にするかも知れず、それは、ダイセットの費用を増大させる。
（ｖ）  専用の高速液圧プレスが、ダイを閉じる力を提供するプロセスのために要求される。これらの液圧プレスは高価であり、それは、ＨＦＱプロセスの用途を制限する。
【０００７】
既存のＨＦＱプロセスに伴うこれらの課題の少なくともいくつかに対処することが、望ましいであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際出願公開第２０１０／０３２００２Ａ１号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第一の態様によれば、シート金属合金から部品を成形する方法が提供され、その方法は：
（ａ）溶体化熱処理を達成するように、合金の溶体化熱処理が起こる温度までシートを加熱するステップ；
（ｂ）少なくとも合金に関する臨界冷却速度でシートを冷却するステップ；及び
（ｃ）ダイの間にシートを置き、シートを、複雑な部品に又は複雑な部品に向かって（toward）、成形するステップ、
を含む。
【００１０】
［材料］
シートは、アルミニウム合金製であってもよい。シートは、ＡＡ５ＸＸＸ合金製であってもよい。シートは、ＡＡ６ＸＸＸ合金製であってもよい。シートは、ＡＡ７ＸＸＸ合金製であってもよい。それは、アルミニウム合金６０８２製であってもよい。シートは、マグネシウム合金製であってもよい。それは、チタニウム合金製であってもよい。シートは、成形の前に溶体化熱処理を要求する如何なる合金製であってもよい。シートは、焼戻し合金（tempered  alloy）製であってもよい。シートは、未焼戻し合金（untempered  alloy）製であってもよい。シートは、焼鈍し合金（annealed  alloy）製であってもよい。
【００１１】
［ステップ（ａ）］
［ＳＨＴ温度］
ステップ（ａ）においてシートが加熱される温度は、合金に及び完成部品の用途に依存するであろう。溶体化熱処理（ＳＨＴ）が達成され得る温度の範囲が存在する。その範囲の下端は、その合金に関するソルバス温度（solvus  temperature）であり得る。ソルバス温度は、析出（precipitate）し得るシート内の合金化元素が溶体の状態になるか（go  into  solution）又は溶体の状態になり始める温度として定義され得る。その範囲の上端は、その合金に関する固相線温度（solidus  temperature）であり得る。固相線温度は、シート内の合金化元素が析出する温度として定義され得る。ステップ（ａ）は、シートを少なくとも合金内の析出物が溶かされる温度まで加熱することを含んでもよい。シート金属合金がアルミニウム合金６０８２である場合、ステップ（ａ）は、シートを５２０℃と５７５℃の間まで加熱することを含んでもよい（５７５℃はアルミニウム合金６０８２の固相線温度である）。シート金属合金がアルミニウム合金６０８２である場合、ステップ（ａ）は、シートを５２０℃と５６５℃の間まで加熱することを含んでもよい。シート金属合金がアルミニウム合金６０８２である場合、ステップ（ａ）は、シートを５２０℃と５４０℃の間まで加熱することを含んでもよい。シート金属合金が焼戻しアルミニウム合金６０８２である場合、ステップ（ａ）は、シートを５２５℃まで加熱することを含んでもよい。シート金属合金がＡＡ５ＸＸＸ合金である場合、ステップ（ａ）は、シートを４８０℃と５４０℃の間まで加熱することを含んでもよい。シート金属合金がＡＡ７ＸＸＸ合金である場合、ステップ（ａ）は、シートを４６０℃と５２０℃の間まで加熱することを含んでもよい。
【００１２】
［ソーキング］
ステップ（ａ）は、合金の溶体化熱処理が起こる温度の範囲内の温度までシートを加熱すること、及び、１５秒間にわたってこの温度範囲内にそれを維持することを含んでもよい。シートが焼戻し金属合金製である場合に、ステップ（ａ）は、１５秒間から２５秒間にわたってこの温度範囲内にシートを維持することを含んでもよい。シートが焼戻し金属合金製である場合に、ステップ（ａ）は、少なくとも１分間にわたってこの温度範囲内にシートを維持することを含んでもよい。シートが未焼戻し金属合金製である場合に、ステップ（ａ）は、少なくとも５分間にわたってこの温度範囲内にシートを維持することを含んでもよい。シートをその溶体化熱処理温度範囲内に維持することは、金属マトリクス内に合金化元素を溶かす。
【００１３】
［効果］
シートを、それが成形される前に溶体化熱処理することによって、ＳＨＴステップのないプロセスにおけるよりも高い延性が獲得され得る。
【００１４】
［ステップ（ｂ）］
本方法は、少なくとも、溶体化熱処理（ＳＨＴ）が起こる温度までシートを加熱した後、シートをダイ（dies）の間に置く前に、少なくとも合金に関する臨界冷却速度でシートを冷却するステップ（ｂ）を含むことにおいて、国際公開第２０１０／０３２００２Ａ１号セクションに記載されたプロセスと異なる。
【００１５】
［冷却の速度］
ステップ（ｂ）の臨界冷却速度は、合金によって異なる。ステップ（ｂ）は、少なくとも合金内の微細構造析出が防止される速度でシートを冷却することを含んでもよい。臨界冷却速度での又はそれ以上での冷却は、成形後の強度を低下させ得る、粒子境界における粗い析出物の形成を防止する。シート金属合金がＭｇ及びＳｉの第一の質量分率をもつアルミニウム合金である場合に、ステップ（ｂ）は、少なくとも１０℃毎秒でシートを冷却することを含んでもよい。ステップ（ｂ）は、少なくとも２０℃毎秒でシートを冷却することを含んでもよい。シート金属合金が、Ｍｇ及びＳｉの第一の質量分率よりも高い、Ｍｇ及びＳｉの第二の質量分率をもつアルミニウム合金である場合に、ステップ（ｂ）は、少なくとも５０℃毎秒でシートを冷却することを含んでもよい。シート金属合金がアルミニウム合金６０８２である場合に、少なくともこの速度での冷却は、金属内の粗い析出を防止する。ステップ（ｂ）は、シート上の一つ又はそれ以上の位置においてシートの温度を測定することを含んでもよい。その温度又は複数の温度は、連続的に又は間隔を置いて測定されてもよい。ステップ（ｂ）は、測定された温度又は複数の温度に基づいてシートの冷却の速度を制御することを含んでもよい。
【００１６】
［冷却の持続時間］
ステップ（ｂ）は、１０秒間より短い時間にわたってシートを冷却することを含んでもよい。ステップ（ｂ）は、５秒間より短い時間にわたってシートを冷却することを含んでもよい。ステップ（ｂ）は、３秒間より短い時間にわたってシートを冷却することを含んでもよい。ステップ（ｂ）は、２秒間より短い時間にわたってシートを冷却することを含んでもよい。ステップ（ｂ）は、１秒間より短い時間にわたってシートを冷却することを含んでもよい。ステップ（ｂ）は、０．５秒間より短い時間にわたってシートを冷却することを含んでもよい。ステップ（ｂ）は、０．１秒間より短い時間にわたってシートを冷却することを含んでもよい。シート金属合金がＡＡ６０８２である場合に、ステップ（ｂ）は、１秒間から３秒間にわたってシートを冷却することを含んでもよい。
【００１７】
［目標温度］
ステップ（ｂ）は、目標温度に達するまでシートを冷却することを含んでもよい。シートを冷却するステップ（ｂ）は、シート全体を実質的に同じ温度まで冷却することを含んでもよい。
【００１８】
ステップ（ｃ）の前にシートが冷却される温度は、成形されるべき部品の形状、それが成形される材料、及び完成部品の要求される機械的性質に依存する。シートは、部品の成形を尚も可能にする最低の温度まで冷却されてもよい。シートは、それが望ましい特性を有するような部品の成形を尚も可能にする最低の温度まで冷却されてもよい。例えば、シートが低過ぎる温度まで冷却された場合には、受け入れられないスプリングバック（spring-back）が起こり得る。シートは、部品が成形中に経験する最大歪みに破損することなく耐えることを可能にする、最低の温度まで冷却されてもよい。シートは、５０℃と３００℃の間まで冷却されてもよい。シートは、１００℃と２５０℃の間まで冷却されてもよい。シートは、１５０℃と２００℃の間まで冷却されてもよい。シートは、２００℃と２５０℃の間まで冷却されてもよい。シートがアルミニウム合金６０８２から成形される場合に、シートは、２００℃と３００℃の間まで冷却されてもよい。シートがアルミニウム合金６０８２から成形される場合に、シートは、３００℃まで冷却されてもよい。
【００１９】
［冷却の手段］
シートの冷却は、単に周囲の静止した空気によるのではなく、いくつかの人工的な手段によることが予測される。ステップ（ｂ）は、シートに冷却媒体を適用すること（applying）を含んでもよい。ステップ（ｂ）は、加熱されたシートに冷却媒体を向けること（directing）を含んでもよい。
【００２０】
［流体による冷却］
冷却媒体は、流体であってもよい。流体は、気体例えば空気であってもよい。流体は、液体例えば水であってもよい。流体は、気体及び液体例えば空気及び水を含んでもよい。流体は、流体の加圧流として向けられてもよい。流体は、噴流として向けられてもよい。流体は、ミストスプレーとして向けられてもよい。流体は、少なくとも合金に関する臨界冷却速度でシートが冷却されるような、持続時間、温度及び／又は質量流量で向けられてもよい。
【００２１】
［固体による冷却］
冷却媒体は、空気よりも高い熱伝導性をもつ固体であってもよい。冷却媒体は、水よりも高い熱伝導性をもつ固体であってもよい。固体は、少なくとも合金に関する臨界冷却速度でシートが冷却されるような圧力及び／又は持続時間で適用されてもよい。固体は、銅のトランスファーグリップであってもよい。固体は、焼入れブロックであってもよい。固体は、伝導性のプレートであってもよい。固体は、ブロック上にシートを配置することを容易にするように構成された後退可能なローラーを含んでもよい。固体は、シートに少なくとも部分的に接触するように構成された表面を有してもよい。その表面は、真空ユニットに接続されるように構成された少なくとも一つの開口部を画成し、そのため、その少なくとも一つの開口部内の圧力は、大気圧よりも低い。このような方法で、シートは、少なくとも一つの開口部内の負のゲージ圧力によって固体状に保持され得る。固体は、ステップ（ｃ）の前にシートが冷却されるべき温度に板が達した場合にシートを固体から少なくとも部分的に持ち上げるように構成されたバイメタル板を含んでもよい。シートへの固体の圧力を増すために、荷重が固体に加えられてもよい。
【００２２】
［対流冷却（Convective  Cooling）］
ステップ（ｂ）は、温度制御されたチャンバにシートを運ぶことを含んでもよい。温度制御されたチャンバは、少なくとも合金に関する臨界冷却速度でシートを冷却するように構成されてもよい。温度制御されたチャンバは、３００℃より低い温度であってもよい。温度制御されたチャンバは、２５０℃以下の温度であってもよい。温度制御されたチャンバは、２００℃以下の温度であってもよい。温度制御されたチャンバは、１５０℃以下の温度であってもよい。温度制御されたチャンバは、１００℃以下の温度であってもよい。温度制御されたチャンバは、５０℃以下の温度であってもよい。ステップ（ｂ）は、目標温度に達するまでシートを温度制御されたチャンバに維持することを含んでもよい。
【００２３】
［不均一な冷却］
シートを冷却するステップ（ｂ）は、シートの少なくとも一つの領域を、シートの残りの部分とは異なる温度まで選択的に冷却することを含んでもよい。ステップ（ｂ）は、シートの少なくとも第一の領域を第一の温度まで選択的に冷却することを含んでもよく、第一の温度は第二の温度よりも低く、シートの少なくとも第二の領域は第二の温度まで冷却される。換言すれば、冷却は不均一であってもよい。このような方法で、少なくとも第一及び第二の領域が冷却される温度は、それらの領域におけるダイの幾何学的形状の複雑さに従って選択されてもよい。例えば、第一の温度まで冷却される第一の領域は、局所的な薄化が起こることを防ぐために第二の領域よりも高い強度が要求されるシートの領域であってもよい。少なくとも第一及び第二の領域が冷却される温度は、ダイ内でこれらの領域が経験するであろう力に従って選択されてもよく、又はひとたび成形されて使用中にこれらの領域が経験するであろう力に従って選択されてもよい。少なくとも第一及び第二の領域が冷却される温度は、ワークピースから成形された部品の制御された破損に備えるように選択されてもよい。第一の温度まで冷却される第一の領域は、第二の温度まで冷却される第二の領域よりも厚いシートの領域であってもよい。ステップ（ｂ）は、完成部品が、シートの少なくとも一つの第二の領域と比較して低下した強度及び／又は増大した延性の少なくとも一つの領域を有するように、シートの少なくとも一つの領域を、シートの第二の領域とは異なる温度まで選択的に冷却することを含んでもよい。これは、衝突状態下での完成部品の制御された破損に備え得る。
【００２４】
［流体による不均一な冷却］
冷却が不均一であり且つ冷却流体が加熱されたシートに向けられる場合は、流体は、より長い持続時間、より低い温度及び／又はより大きな質量流量でシートの第一の領域に向けられてそれを第一の温度まで冷却してもよく、第一の温度は第二の温度よりも低く、シートの少なくとも第二の領域は第二の温度まで冷却される。
【００２５】
［固体による不均一な冷却］
冷却が不均一であり且つ空気よりも高い熱伝導性をもつ固体がシートに適用される場合は、ステップ（ｂ）は、第一の領域に対して第二の領域に対するよりも大きな圧力で固体を適用することによって、シートの少なくとも第一の領域を第一の温度まで選択的に冷却することを含んでもよく、第一の温度は第二の温度よりも低く、シートの少なくとも第二の領域は第二の温度まで冷却される。
【００２６】
固体は、シートと接触するように構成された表面を有してもよく、その表面の少なくとも一つの第一の領域は、少なくとも一つの第二の領域と比較して浮き上がっている。このような方法により、固体がシートに適用された場合に、少なくとも一つの第一の領域は、第二の領域よりも大きな圧力でシートと接触する。ステップ（ｂ）は、第一の領域に固体を適用し、第二の領域に固体を適用しないことによって、シートの少なくとも第一の領域を第一の温度まで選択的に冷却することを含んでもよく、第一の温度は第二の温度よりも低く、シートの少なくとも第二の領域は第二の温度まで冷却される。固体は、少なくとも部分的にシートと接触するように構成された表面を有してもよい。すなわち、表面の少なくとも一部分は、シートの少なくとも一部分と接触するように構成されてもよい。表面は、第一の熱伝導性を有する第一の材料、及び第一の熱伝導性よりも低い第二の熱伝導性を有する第二の材料で形成されてもよい。このような方法により、表面がシートと接触している場合に、第一の材料は、第二の材料よりも急速にシートを冷却することができる。
【００２７】
固体がシートに接触するように構成された表面を有し、その表面が真空ユニットに接続されるように構成された少なくとも一つの開口部を画成し、そのため、その少なくとも一つの開口部内の圧力が大気圧よりも低い場合に、ステップ（ｂ）は、第一の開口部内の第一の圧力を負わせるように真空ユニットを動作させることを含んでもよく、第一の圧力は第二の開口部内の第二の圧力よりも低く、第一及び第二の圧力は大気圧よりも低い。このような方法により、第一の開口部に隣接するシートの領域は、第二の開口部に隣接するシートの領域よりも大きな力でシートに引かれることができ、そのため、第一の領域は、第二の領域よりも迅速に固体によって冷却される。
【００２８】
［冷却される場所］
ステップ（ｂ）は、冷却ステーションにおいて表面上でシートを冷却することを含んでもよい。冷却ステーションは、シートをダイに運ぶように構成された装置の一部分を成形してもよい。ステップ（ｂ）は、シートがダイに運ばれている間にシートを冷却することを含んでもよい。それは、加熱炉（furnace）からダイにシートを運搬するためのグリップにシートが保持されている間にシートを冷却することを含んでもよい。ステップ（ｂ）は、ダイ内でシートを冷却することを含んでもよい。ステップ（ｂ）がダイ内でシートを冷却することを含む場合に、ダイは、シートに流体を向けるように構成されてもよい。流体は、ダイを洗浄するために使用されてもよい。
【００２９】
［効果］
（シートをそのＳＨＴ温度範囲内まで加熱した後、且つダイの間にシートを置く前に）少なくとも合金に関する臨界冷却速度でシートを冷却することによって、合金内の微細構造析出が防止され、シートは、それがダイ内に置かれるときに、冷却するステップ（ｂ）のないプロセスにおけるよりも冷えている。したがって、シートは、国際公開第２０１０／０３２００２Ａ１に記述された既存のＨＦＱ（ＲＴＭ）方法におけるよりも低い温度で成形されることができる。シートがより低い温度で成形されるため、その強度はより高くなり且つその歪み硬化効果はより大きくなり、より大きな材料引き込みを容易にする。換言すれば、歪み硬化効果は、シートの変形をより均一にし、変形された領域はより強くなり、他の領域内で変形を起こし、今度はその領域がより強くなる。これは、局所的な薄化の可能性を低下させ、シートの成形性を強化する。したがって、既存のＨＦＱ（ＲＴＭ）プロセスへの冷却するステップ（ｂ）の導入は、ＨＦＱ（ＲＴＭ）成形の利益が更に強化されることを可能にし、一方でその欠点を軽減する。
【００３０】
したがって、少なくとも合金に関する臨界冷却速度でのシート冷却の特徴は、成形される部品の強度を増大させ、一方で、それが成形されることを可能にするためのシートの十分な延性を維持する。
【００３１】
［ステップ（ｃ）］
ダイの間にシートを置き、それを複雑な部品に又は複雑な部品に向かって、成形するステップ（ｃ）において、ダイは、シートの局所的薄化を考慮する（account  for）ように形作られてもよい。換言すれば、シートに接触するように構成されたダイの表面は、成形される部品の厚さの外形に従うように形作られてもよい。ダイは冷間ダイであってもよい。ダイは冷却されてもよい。したがって、シートは、ダイ内で更に焼入れされてもよい。
【００３２】
［効果］
シートを冷間ダイ内で成形することによって、（シート及びダイセットの加熱に起因する）低い費用効果の温間成形の課題、及びワークピースの微細構造破壊（成形後の強度の低下）の可能性の課題は、防止される。
【００３３】
［用途］
本方法は、複雑な部品を成形する方法であってもよい。本方法は、自動車用途のための部品を成形する方法であってもよい。本方法は、航空宇宙用途のための部品を成形する方法であってもよい。本方法は、航空宇宙用途のためのパネル部品を成形する方法であってもよい。本方法は、内部構造シート構成部分、荷重負荷部品又は静的構造若しくは動的構造内の荷重に耐えるために適した部品を成形する方法であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
本発明の具体的な実施形態が、添付の図面を参照して、ほんの一例として以下に記述される。
【図１】既存のＨＦＱ（ＲＴＭ）プロセスを通過するときの、金属合金のシートの温度を示すグラフである。
【図２Ａ】金属合金のシートに対する、事前のＳＨＴあり又はなしでの、３００℃での単軸引張試験のために使用される温度履歴を示す。
【図２Ｂ】従来のＨＦＱ（ＲＴＭ）プロセスをシミュレートするための、事前のＳＨＴありでの４５０℃での金属の挙動に加えて、ステップ（ｂ）の効果をシミュレートするための、事前のＳＨＴあり又はなしでの、３００℃での金属の機械的挙動の比較を示す。
【図３】シート金属合金から複雑な部品を成形する方法の一つの実施形態に関するプロセス図を示す。
【図４】真空ダクトを備えた伝導性冷却プレート上の金属合金のシート（ワークピース）の模式図を示す。
【図５】空気及び水のミストを用いてワークピースを冷却するための、ノズルのアセンブリを備えた冷却ステーションにおけるワークピースを示す。
【図６】上側及び下側の焼入れブロックの形の伝導性プレートを備えた冷却ステーションにおけるワークピースを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
国際公開第２０１０／０３２００２Ａ１号に記述される溶体化熱処理、冷間ダイ成形及び焼入れ（ＨＦＱ（ＲＴＭ））方法に関する、時間に対するワークピース温度のグラフが、図１に示される。簡単に、この方法は、シート金属ワークピースを、そのＳＨＴ温度まで又はそれ以上に加熱すること；この温度でそれをソーキングすること；それを冷間ダイセットに運ぶこと；及びそれを部品の形状に急速に成形すること、を伴う。成形された部品は、次いでダイ内で焼入れされ、次いで人工的又は自然にエイジングを受ける。上述したように、この既存の方法で重要な考慮事項は、シート金属合金が、成形されるときに可能な限りそのＳＨＴ温度に近いことである。
【００３６】
対照的に、以下に記述する、本開示の一つの実施形態にあたる方法は、シートがダイ内に置かれる前に、少なくとも合金に関する臨界冷却速度でシートを冷却する、追加的なステップを含む。
【００３７】
これから図３を参照すると、本方法は、本実施形態においては焼戻しされたＡＡ６０８２のシート（“ワークピース”）であるシート金属合金から複雑な部品を成形する方法であり、概要において以下のステップを伴う：ワークピースを溶体化熱処理するステップ（Ａ）；それが成形される温度まで、それを急速に冷却するステップ（Ｂ）：ダイ内でワークピースから部品を成形すること、及びダイ内でそれを更に焼入れするステップ（Ｃ）；並びにダイを解放し、成形された部品を取り外すステップ（Ｄ）。
【００３８】
続けて図３を参照して、これらのステップのそれぞれがより詳細に以下に記述される。
【００３９】
［ステップ（Ａ）］
ステップ（Ａ）は、ワークピースの溶体化熱処理を伴う。ワークピースは、合金の溶体化熱処理が起こる温度まで加熱される。本実施形態において、それは５２５℃まで加熱される。ワークピースを加熱するために加熱炉が使用されるが、他の実施形態において、他の加熱ステーション、例えば対流式オーブンが考えられる限りでは使用されてもよい。ワークピースは、実用的な限り多くの合金化元素をアルミニウムマトリクス内に溶かすために、この温度でソーキングされる。これは、ワークピースが完全に溶体化熱処理されることを可能にする。本実施形態において、ワークピースは、１５秒間から２５秒間にわたってソーキングされる。しかしながら、温度及び時間は、後述する数々の要素に従って変わってもよい。
【００４０】
温度及び時間は、合金系列に依存して選択される。
【００４１】
温度及び時間はまた、ワークピースが焼戻されているか否かに依存してもよい。本実施形態において、上で言及したように、ワークピースは焼戻されている。ワークピースが焼戻されていない実施形態において（例えば、複雑な部品を成形する方法が、シートをローリングした後又はシートをアニーリングした後にシート金属合金に対して行われる実施形態において）溶体化熱処理は、上述の実施形態の焼戻されたアルミニウム合金６０８２のワークピースについて使用される１５から２５秒間よりも長い時間にわたってその温度範囲内にワークピースを維持することによって遂行される。例えば、特定の実施形態において、ワークピースは、少なくとも１分間にわたって温度範囲内に保持され、他のものにおいて、それは、少なくとも１０分間にわたって温度範囲内に保持される。
【００４２】
ソーキング時間もまた、選択された温度に、及びその温度に向かう加熱の速度に依存する。合金に依存して、より高い温度での短時間のソーキングは、より低い温度でのより長い温度のソーキングと比較して、室温における延性のような部品の最終的な機械的性質の下落を生じさせ得る。しかしながら、より短い時間での高温への加熱は、このプロセスを使用して部品が成形されることができる速さを増大させる。ＡＡ６０８２（本実施形態の合金）は、粒子成長を止めるための添加物を包含する。したがって、それは、完成部品の機械的性質を妥協することなく、より高い温度でより短い時間にわたって加熱されることができる。したがって、他の実施形態において、ワークピースは、５２５℃よりも高い温度、例えば５６０℃まで加熱される。最終的な望ましい温度への加熱がこの記述された実施形態よりも長くかかる実施形態においては、追加のソーキングは不必要である。例えば、対流式オーブン内でワークピースを５６０℃まで加熱することは、およそ１０分間かかり得る。これが該当する場合、ＳＨＴは加熱段階の間に達成されているため、ワークピースはこの温度で保持されない。
【００４３】
いくつかの実施形態において、ワークピースが最終的な温度に向かって加熱されるときにＳＨＴが達成され得るので、ワークピースは、全くソーキングされる必要がない。
【００４４】
［ステップ（Ｂ）］
［均一な冷却］
ステップ（Ｂ）において、ワークピースはそれが成形される温度まで冷却される。本実施形態において、ワークピースは３００℃まで均一に冷却される。未完成品（blank）が冷却される温度、及びそれが冷却される時間は、ワークピースの厚さ、及び使用される具体的な冷却方法に依存する。異なる温度及び／又は歪み速度におけるワークピース金属の機械的性質は、進歩した材料試験技術を使用して特徴付けられることができる。進歩した材料モデリング及び有限要素（ＦＥ）モデリングは、特定の成形状況における材料の成形制限を予測するために使用される。最も適切な成形パラメータが、モデリング予測に基づいて選択される。いくつかの実施形態において、成形プロセスのＦＥモデルはまた、部品内の最大の歪みレベルを特定することを助け、これらの歪みが達成されることを可能にする温度及び冷却時間が選択される。例えば、ワークピースがＡＡ６０８２製であり且つ２ｍｍ厚さである一つの代替的な実施形態において、ワークピースは、３５０℃まで冷却され、冷却時間はおよそ１秒間から３秒間である。
【００４５】
これから図５を参照すると、本実施形態において、ワークピース５２は、生産ライン（図示なし）上の加熱炉とダイ（同様に図示なし）の間の、加熱炉とダイとの間でワークピース５２を運ぶシステム（図示なし）の一部分としての冷却ステーション５０において冷却される。冷却ステーション５０において、ワークピース５２は、ワークピース保持ユニット５５の表面に置かれ、空気及び水のミストによって冷却される。加圧された水がノズルのアセンブリ５１から微細なスプレーとして解放される。使用されるノズルの数は、要求される冷却の速度及び構成部分の大きさに従って選択される。大きなワークピースの全体の冷却が高い速度で要求される場合、そのときノズルの要求される数は、例えば、小さなワークピースを低い速度で冷却するために要求されるノズルの数よりも大きい。
【００４６】
ワークピースは、少なくとも合金に関する臨界冷却速度で、すなわち、析出の不必要な形成及び成長を防止するが、高い延性を維持する速度で冷却される。本実施形態において、５０℃毎秒の冷却速度は、この効果を達成する。他の合金に関しては、合金に関する臨界冷却速度は異なるであろう。
【００４７】
ワークピース５２の冷却を監視及び調節するために、制御ループが使用される。ワークピース５２の温度は、熱電対５３によって測定される。ノズルのアセンブリ５１からの加圧された水のスプレーの質量流量は、流れ制御ユニット５４によって制御される。流れ制御ユニット５４は、熱電対５３によって測定された温度を基準温度（すなわち、析出の不必要な形成及び成長を防止するが、高い延性を維持する冷却の速度を規定する温度）と比較する。流れ制御ユニット５４は、熱電対５３によって測定された温度が基準温度よりも低い速度で低下している場合に、ノズルのアセンブリ５１からの加圧された水のスプレーの質量流量を増加させる。逆に、流れ制御ユニット５４は、熱電対５３によって測定された温度が基準温度の低下の速度よりも高い速度で低下している場合に、ノズルのアセンブリ５１からの加圧された水のスプレーの質量流量を低下させる。ノズルのアセンブリ５１がワークピース５２上への加圧された水のスプレーを解放する時間もまた、熱電対５３によって測定された温度に従って、流れ制御ユニット５４によって制御される。ワークピース５２が所望の温度まで冷却されたことを測定された温度が示す場合には‐本実施形態において、ワークピース５２が３００℃まで均一に冷却されている場合には‐流れ制御ユニット５４は、ワークピース５２上への加圧された水のスプレーを止める。
【００４８】
［ステップ（Ｃ）］
もう一度図３を参照すると、ステップ（Ｃ）において、冷間ダイセット内でワークピースから部品が成形される。本実施形態において、部品はまた、更にそれを冷却するために、加圧下でダイセット内に保持される。
【００４９】
本実施形態において、ダイは、ワークピースの局所的薄化の考慮するように形作られる。ダイの製造の前に、局所的薄化を含む、ダイ内で成形されるべき部品の厚さに従って、ダイの計画された表面の幾何学的形状を精緻化するためにシミュレーションが使用される。既存の方法において、ダイ表面は、ダイによって成形されるべきシートは均一な厚さであろうという過程に基づいて設計及び機械加工される。例えば、ダイ表面は、名目上のシート厚さプラス１０％の許容誤差のシートについて設計及び機械加工される。対照的に、本実施形態において、工具表面は、成形される部品の厚さの外形に従うように形作られる。これは、ダイへの熱伝導を改善するためのワークピースとダイとの間の接触を増大させる。
【００５０】
［ステップ（Ｄ）］
ステップ（Ｄ）において、ダイは解放される。ひとたび部品が十分に低い温度まで冷却されると‐本実施形態において、それは約１００℃まで冷却される‐それは取り外される。
【００５１】
次いで、構成部品の最終的な強度は、人工的なエイジング（図３に示されていない）によって成形プロセスの後に強化される。
【００５２】
［効果及び利点］
既存のＨＦＱ（ＲＴＭ）プロセスと比較して、本方法の利点は以下のように要約されることができる。
（ｉ）  より低い成形温度は、より低いダイ温度及びより集中的でない熱サイクルに結果し、ダイの寿命を増大させる。
（ｉｉ）  より少ない熱がダイに伝達される。多くの実施形態において、自然な対流／伝導は、ダイ内のワークピースを冷却するために十分であり、ダイ冷却の必要性がない。これは、ダイセット設計を単純化し費用を低減し得る。例えば、航空宇宙用途において、部品は典型的にゆっくりと成形され（生産性は低い）、そのためワークピースの自然なダイ冷却が十分であろう。
（ｉｉｉ）  要求されるより小さな温度変化に起因して、ダイ内で成形される部品の保持圧力及び時間がより少なく、エネルギー使用を低減し且つ生産性を向上させる。
（ｉｖ）  より低い温度における歪み硬化効果がより大きいため、部品は、既存のＨＦＱ（ＲＴＭ）プロセスよりも低い速度で成形されることができる。したがって、成形のために標準的な機械プレスが使用されることができる。
（ｖ）  このより低い成形速度は、ダイへの衝撃荷重を低減することができ、ダイの寿命を増大させる。
（ｖｉ）  より低い温度におけるより大きな歪み硬化効果は、ダイ内のワークピースのより高い引き込み能力（drawability）に、またそれ故に改良された成形性につながり得る。溶体化熱処理の後に達成される良好な延性（３０％から６０％までの範囲内の破損までの真歪み（εｆ）；すなわち、軟鋼のそれに匹敵する）と合わさって、たとえ低い成形温度でも、複雑形状の部品が成形され得る。
（ｖｉｉ）  ステップ（Ｂ）においてワークピースが不均一に冷却される実施形態において、ワークピースの異なる領域にわたる温度は、成形性を最大化し局所的な薄化を低減するために要求に応じて異なってもよい。
【００５３】
これから図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、ワークピースの機械的性質に対する、ＳＨＴ（ステップ（Ａ））及び冷却段階（Ｂ）の効果の簡単な記述がこれからなされる。
【００５４】
単軸引張試験は、事前のＳＨＴあり及びＳＨＴなしで、３００℃でアルミニウム合金に対して行われた。図２Ａは、これらの試験のために使用される温度履歴を示す。円で囲まれた区域は、標本が変形したときを示す。図２Ｂは、図２Ａに示される試験条件での合金に対する単軸引張試験の結果を示す。したがって、それは、ＳＨＴあり又はなしでの合金の機械的挙動の比較を示す。それはまた、事前のＳＨＴありでの４５０℃での（従来のＨＦＱ（ＲＴＭ）プロセス）、合金に対する試験の結果を示す。
【００５５】
異なる温度での破損までの試験された材料の変形挙動は、ＳＨＴ温度から同じ温度への急速な冷却の後に試験された場合の材料の変形と比較された。これは、機械的性質への従来のＳＨＴの利益を明らかにするであろう。試験は、荷重方向に対して平行なローリング方向で、１／Ｓの歪み速度で行われた。また、（ＳＨＴ温度での）溶体化熱処理及び冷間ダイセットへの運搬の後に、変形前のワークピース温度が４５０℃であると仮定して、ＨＦＱ（ＲＴＭ）条件で行われた試験に関する結果が比較される。これは、従来のＨＦＱ（ＲＴＭ）プロセスに冷却するステップを導入することの利益を明らかにするであろう。
【００５６】
図２Ｂから、事前のＳＨＴありのワークピースの延性は、事前のＳＨＴがない場合と比較して強化されることを理解することができる。それは、複雑な形状を成形するために十分な水準に達する。事前のＳＨＴありでの３００℃での変形は、および８０％だけ延性を増大させた。ＨＦＱ（ＲＴＭ）条件と比較した場合に、歪み硬化は強化された。データのべき法則表示を仮定することによって、歪み硬化指数（ｎ値）が０．０４から０．１２まで増大したことが発見された。また、流れ応力はＨＦＱ（ＲＴＭ）条件と比較してはるかに高いことも理解することができる。３００℃での変形下での引張強さは、ＨＦＱ（ＲＴＭ）条件によって達成される強さよりも二倍以上大きい。したがって、冷却するステップは、歪み硬化（strain  hardening）及び強度（strength）を強化し、一方で、複雑な形状の部品を成形するために十分な延性が維持され、それ故にシート金属の成形性を改善することを理解することができる。また、図２Ｂに示される結果から理解できるように、ＳＨＴあり３００℃と、ＳＨＴあり４５０℃との流れ応力曲線の比較から、歪み硬化効果は、３００℃の方がより明白である。したがって、部品が３００℃で成形される場合、部品内の厚さの分布は、４５０℃で成形された部品に関するよりも均一になるであろう。
【００５７】
［ステップ（Ｂ）‐代替手段］
もう一度図３を参照すると、代替的な実施形態において、冷却するステップ（Ｂ）は、上述の方法とは異なるやり方で実行される。他の点においては、プロセスは、第一の実施形態と同じであってもよい。これらの代替的な実施形態が、これから記述される。
【００５８】
［ミストスプレーによる代替的な均一な冷却］
一つの代替的な実施形態において、ワークピースは、冷却ステーションにおいて表面上に置かれず、加熱炉からダイへの運搬中にそれがグリップ内に保持されている間に、（上述したように）空気及び水のミストによって冷却される。他の実施形態において、ワークピースは、ひとたびそれがダイに運ばれると、空気及び水のミストによって冷却され続ける。これは、上述したように、加圧された水を微細なスプレーとして解放する、ダイセットに内蔵されたノズルによって達成される。更に他の実施形態において、ワークピースは、それがダイに運ばれるとすぐに冷却されるだけである。ワークピースがダイに運ばれるとすぐに冷却されるいくつかの実施形態において、空気‐水ミストがダイを冷却及び洗浄するために使用される。
【００５９】
［空気流による均一な冷却］
他の実施形態において、ワークピースは、空気羽根のアセンブリからの空気の制御された流れによって冷却される。いくつかの実施形態において、これは、ワークピースが表面上に敷かれて空気の流れによって冷却される、加熱炉とダイの間の冷却ステーションにおいて行われる。他において、それは、それが加熱炉とダイの間を運ばれている間に、それを運ぶために使用されるグリップ内に保持されたまま冷却される。
【００６０】
［伝導性プレートによる均一な冷却］
これから図６を参照すると、更に他の実施形態において、ワークピース５２は、上側焼入れブロック６３及び下側焼入れブロック６５の形の伝導性プレートを使用して冷却される。ワークピースが空気及び水のミストを使用して又は空気羽根によって冷却される実施形態と同様に、ワークピースは、生産ライン上の加熱炉とダイの間の冷却ステーションにおいて、又は加熱炉とダイの間の運搬中のいずれかに、伝導性プレートを使用して冷却されることができる。両方の実施形態において、ワークピースは伝導性プレートの間に保持され、それが所望の温度に冷却されるまで均一な圧力が加えられる。
【００６１】
この代替的な実施形態において、ワークピース５２は、生産ライン（図示なし）上の加熱炉とダイ（同様に図示なし）の間の冷却ステーション６０において冷却される。配置ロボット６１は、ステップ（Ａ）（ワークピースの溶体化熱処理）が行われた後にワークピース５２を取り上げる。配置ロボット６１は、ワークピース５２を荷重コンベヤ６４に降ろす。荷重コンベヤ６４は、ワークピース５２を回して下側焼入れブロック６５の複数のローラー６９上に動かす。これらのローラー６９は後退可能であり、ひとたびワークピース５２が上側焼入れブロック６３の下の所定の位置に入れば、ローラー６９は後退する。次いで上側焼入れブロック６３は、ワークピース５２の上に下げられる。上側焼入れブロック６３によって加えられる力は、圧力制御ユニット６６によって調整される。概して、加えられる圧力が大きいほど、ワークピース５２の冷却速度は速い。このような焼入れブロックの間での荷重下での冷却は、５００℃毎秒を超える冷却速度を可能にする。したがって、本実施形態において、ブロック６３，６５の間での冷却時間は、０．５秒より短い。しかしながら、更に速い冷却も達成され得る。例えば、この装置を用いて０．１秒の冷却時間が可能である。
【００６２】
他の代替的な実施形態において、ワークピース５２の温度は、図５に関連して記述された実施形態における方法と同じ方法で、熱電対（図示なし）によって監視される。この代替的な実施形態における圧力制御ユニット６６は、上述した流れ制御ユニット５４に類似する方法で動作する。具体的には、圧力制御ユニット５４は、熱電対５３によって測定された温度を基準温度と比較する。圧力制御ユニット５４は、熱電対５３によって測定された温度が基準温度よりも低い速度で低下している場合に、上側焼入れブロック６３によってワークピース５２に加えられる圧力を増大させる。逆に、圧力制御ユニット５４は、熱電対５３によって測定された温度が基準温度よりも高い速度で低下している場合に、上側焼入れブロック６３によってワークピース５２に加えられる圧力を低下させる。上側焼入れブロックによって圧力が加えられる時間もまた、熱電対５３によって測定された温度に従って、流れ制御ユニット５４によって制御される。ワークピース５２が所望の温度まで冷却されたことを測定された温度が示す場合には‐本実施形態において、ワークピース５２が３００℃まで均一に冷却されている場合には‐圧力制御ユニット５６は、上側焼入れブロック６３がワークピース５２から持ち上げられるようにする。
【００６３】
今記述された代替的な実施形態の両方において、ワークピース５２が特定の時間にわたって（又は第二の実施形態においては、特定の測定された温度まで）冷却された後に、上側焼入れブロック６３はワークピース５２から持ち上げられる。次いで、下側焼入れブロック６５の複数のローラー６９は、再び伸ばされ、ワークピース５２を回して荷重コンベヤ６７上に動かす。荷重コンベヤ６７は、ワークピース５２が運搬ロボット６８によって持ち上げられるように、ワークピース５２を配置する。運搬ロボット６８は、ステップ（Ｃ）のためにワークピース５２をダイ（図示なし）に運ぶ。
【００６４】
［真空プレート上での冷却］
図４を参照して、ワークピース５２が伝導性プレートによって冷却される更なる代替的な実施形態がこれから記述される。図４は、高い熱伝導性を有するプレート４１上のワークピース５２を示す。プレート４１は、プレート４１の側面のチャネル４４を介して真空ユニット（図示なし）に接続される。チャネル４４は、プレート４１の表面に開口部を有するダクト４３に接続し、そのプレート４１上に冷却中にワークピース５２が置かれる。一つの実施形態において、このプレート４１は、上で図６を参照して記述された実施形態の下側焼入れブロック６５に取って代わる。本実施形態において、ワークピース５２はプレート４１上に置かれる。上側焼入れブロック６３は、ワークピース５２の上に下げられる。ダクト４３内に真空が作り出される。これは、ワークピース５２をプレート４１上に吸引する。それにより、それは、ワークピース５２によって経験される圧力を増大する。真空はまた、ワークピース５２の周りの空気の流れを増加させ、冷却速度を増大する。ひとたびワークピース５２が、熱電対によって測定されているときに特定の温度（本実施形態においては、３００℃）まで冷却されると又は（熱電対が存在しない場合に）特定の時間にわたって冷却されると、もはや真空は適用されず、図６及び図３を参照して上述したようにプロセスは継続する。
【００６５】
他の代替的な実施形態において、ワークピースは、上述したように、高い熱伝導性を有するプレート４１上で冷却される。（図４において示されていない）バイメタル板は、ワークピースが既定の温度に到達する場合に、プレート４１から離れるようにワークピース５２を持ち上げる。したがって、この代替的な実施形態において、冷却するステップは、制御ユニット又は人間の介入の必要なく、バイメタル板によって終了させられる。そのブロックが中を通る真空をもつように構成されていない場合には、バイメタル板はまた、下側焼入れブロック（又は高い熱伝導性を有するプレート）から離れるようにワークピース５２を持ち上げるために使用されてもよい。
【００６６】
［不均一な冷却］
他の代替的な実施形態において、部品の成形により大きな歪み硬化効果が要求されるであろうワークピースの領域は、ワークピースの残りよりも低い温度まで冷却される（“不均一な冷却”）。いくつかの“不均一な冷却”の実施形態において、どの領域が選択的に冷却されるかは、ワークピースから成形されるべき部品の幾何学的形状によって決定される。例えば、かなりの材料の伸張を要求する、小さな形状を有するように成形されるべきワークピースの領域の温度は、成形中に材料引き込みが起こって局所的な薄化を低減できるように、他の領域の温度よりもわずかに低くなるように選択されるであろう。換言すれば、ワークピースにわたって不均一な温度を与えることは、ダイ内の材料移動の追加的な制御を得るために使用される。
【００６７】
他の“不均一な冷却”の実施形態において、どの領域が選択的に冷却されるかは、その部品が使用中に経験すると予測される力によって決定される。例えば、比較的低い延性を備えて高い応力を支えるべき領域は、速い速度で焼入れをされることになり、他方では、比較的低い降伏応力を備えて高い延性を有するべき領域は、より低い速度で焼入れをされてもよい。
【００６８】
更に他の“不均一な冷却”の実施形態において、ワークピースは、冷却するステップ（Ｂ）の終了時におけるその温度が、ワークピースの複数の部位の間で滑らかに変化するように冷却される。換言すれば、冷却されたワークピースは、それを横切って複数の温度勾配を有する。これは、ワークピース上に数個のはっきりと区別できる温度部位を生み出す。冷却は、例えば、ワークピース全体にわたって次第に変化する強度を提供するように、このように制御される。ワークピースが自動車部品用である場合に、そのような冷却は、衝突状態下での部品の制御された破損に備え得る。
【００６９】
更なる“不均一な冷却”の実施形態において、ワークピースが一つ以上の材料の厚さを有する場合には‐例えば、ワークピースがテーラー溶接された未完成品である（すなわち、ワークピースが一体的に溶接された二つ又はそれ以上のシートから作り上げられている）場合には、ワークピースのより薄い領域は、ワークピースのより厚い領域よりも低い温度まで冷却される。これは、より厚い領域を歪ませることを容易にし、したがって薄い区分における歪みを低減する。このような方法で、厚い材料と薄い材料との間でより均一に歪みが分配され、重要な領域における最大の薄化が低減される。
【００７０】
［伝導性プレートによる不均一な冷却］
一つの“不均一な冷却”の実施形態において、ワークピースは、図６に関連して上述した“均一な冷却”の実施形態に類似する方法で伝導性冷却によって冷却される。すなわち、それは、生産ライン上の加熱炉とダイの間の冷却ステーションにおいて上側及び下側の焼入れブロックの間で冷却される。しかしながら、本実施形態において、上側焼入れブロックは変更されており、そのため、ワークピースの異なる領域に対する異なる温度への冷却は、ワークピースがより低い温度まで冷却されるべき領域におけるワークピースへのブロックの圧力を増大させることによって達成される。本実施形態における上側焼入れブロックは、より大きな冷却の速度が要求されるワークピース上の領域に対応するエンボス領域を有する。上側焼入れブロックがワークピースに適用されるときに、ワークピースへのこれらのエンボス領域の圧力は、エンボス領域以外の領域の圧力よりも大きい。それにより、ワークピースは、それがエンボス領域と接触する場所で、エンボス領域以外の領域の部位よりも大きな速度で冷却される。
【００７１】
他の“不均一な冷却”の実施形態において、ワークピースはまた、図６に関連して上述した“均一な冷却”の実施形態に類似する方法で伝導性冷却によって冷却される。しかしながら、本実施形態において、上側焼入れブロックは、より低い温度まで冷却されるべきワークピースのそれらの領域にそれが適用されるのみであるように、変更されている。
【００７２】
更に他の“不均一な冷却”の実施形態において、ワークピースはまた、図６に関連して上述した“均一な冷却”の実施形態に類似する方法で伝導性冷却によって冷却される。しかし、上側焼入れブロックは、異なる複数の熱伝導性を有する複数の材料から作られる。ワークピースの他の領域よりも大きな速度で冷却されるべきワークピースの領域に対応する上側焼入れブロックの領域において、上側焼入れブロックは、上側焼入れブロックの他の領域よりも高い熱伝導性を有する材料から作られる。より低い速度で冷却されるべきワークピースの領域に対応する上側焼入れブロックの領域において、上側焼入れブロックは、より低い熱伝導性を有する材料から形成される。
【００７３】
上述の各実施形態の変形例において、下側焼入れブロックが代わりに、上側焼入れブロックに関連して上述したように変更される。これらの変形例における上側焼入れブロックは、図６に関連して記述されたものと同様である。
【００７４】
更なる“不均一な冷却”の実施形態において、ワークピースは、図４に示されるような、中を通って真空が作り出されるプレート４１上で冷却され、上側焼入れブロック（図示なし）が上述のいずれかの方法で変更される。
【００７５】
更なる“不均一な冷却”の実施形態において、ワークピースは、図４に示されるような、中を通って真空が作り出されるプレート４１上で冷却され、真空は、ワークピースの異なる複数の領域において、異なる負のゲージ圧力をワークピース上に作り出すように使用される。すなわち、真空のレベルが、ワークピースの残りよりも高い速度で冷却されるべきワークピース５２の領域の下に設置されたダクト４３の真空を通じて、高められる。これは、それらの領域がプレート４１に対して保持される力を増大させ、それ故にそれらの領域の冷却の速度を増大させる。より低い速度で冷却されるべきワークピース５２の領域の下に設置されたダクト４３の真空を通じた真空は、より弱い。
【００７６】
他の実施形態において、上述したような伝導性プレートを使用する“不均一な冷却”は、（冷却ステーションにおいてではなく、）加熱炉からダイへの運搬中にワークピースがグリップ内に保持されている間に、行われる。
【００７７】
［ミストスプレーによる不均一な冷却］
一つの代替的な実施形態において、不均一な冷却を達成するために、図５に関連して上述した空気及び水のミストを使用するワークピースの均一な冷却に類似する方法で、加圧された水を微細なスプレーとして解放するノズルのアセンブリ５１が使用される。この代替的な実施形態において、流れ制御ユニット５４は、より高い速度で冷却されるべきワークピースの領域の部位内のノズルのみに、空気及び水のミストの流れを解放させる。これは、ワークピースのそれらの領域を、ノズルが空気及び水のミストを向けていないワークピースの領域より急速に且つより低い温度まで冷却する。
【００７８】
代替的に又は加えて、他の実施形態において、流れ制御ユニット５４は、各ノズルからの空気及び水のミストの質量流量を制御して、より急速に冷却されるべきワークピースの領域の部位内のノズルが、他の領域内のノズルよりも高い質量流量で空気及び水のミストを解放するようにする。同様に、その他の実施形態における流れ制御ユニット５４は、より低い温度まで冷却されるべきワークピースの領域の部位内のノズルが、他の領域内のノズルよりも長い時間にわたって空気及び水のミストを開放するように制御する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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