(57)【要約】  本発明は、６ｘｘｘ又は７ｘｘｘシリーズのＡｌ合金ブランクを成形する方法を提供することに関する。方法は、加熱ステーションにおいて、ブランクを、ブランクの合金の溶体化（ＳＨＴ）温度ＴＳＨＴに加熱し、ＳＨＴが完了するまでブランクを前記ＳＨＴ温度に保ち、冷却ステーションにおいて、ブランク内での合金の動的移動が停止する中間温度（ＴＩＴＭ）に、ブランク内の合金の再結晶化が生じないように十分に高い冷却速度でブランクを冷却し、成形工具でブランクを成形し、成形したブランクを室温ＴＥに急冷し、成形及び急冷したブランクを時効処理ステーションで人工時効処理する、各工程を含む。さらに、本発明は、６ｘｘｘ又は７ｘｘｘシリーズのＡｌ合金ブランクを成形するシステム（１、３）に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
６ｘｘｘ又は７ｘｘｘシリーズのＡｌ合金ブランク（２）を成形する方法（１００）であって、
加熱ステーション（１０）において、前記ブランクを、前記ブランクの前記合金の溶体化（ＳＨＴ）温度（ＴＳＨＴ）に加熱（１０２）し、ＳＨＴが完了するまで前記ブランクを前記ＳＨＴ温度に保つ工程と、
冷却ステーション（２０）において、前記ブランクを、前記ブランクにおける合金の動的移動が停止する中間温度（ＴＩＴＭ）に、前記ブランクにおいて前記合金の再結晶化が生じないように十分に高い冷却速度で冷却（１０４）する工程と、
前記ブランクを、成形工具（３２）において成形（１０６）する工程と、
前記成形したブランク（２′）を、室温（ＴＥ）に急冷（１０８）する工程と、
前記成形及び急冷したブランクを、時効処理ステーション（４０）において人工時効処理（１１０）する工程を含む、該方法。
【請求項２】
前記中間温度（ＴＩＴＭ）は、前記ブランク（２）の前記合金に応じて選択され、前記合金の材料の動的移動が停止する温度であり、前記中間温度は１００℃を超える、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記成形工具（３２）を、前記中間温度（ＴＩＴＭ）に予備加熱する、請求項１又は２の何れか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記ブランク（２）が、前記成形工具（３２）で前記成形（１０６）する間に前記中間温度（ＴＩＴＭ）に保つ、請求項１から３までの何れかに記載の方法。
【請求項５】
前記成形を、第１成形工具（３２ａ）で実行し、前記急冷を第２成形工具（３２ｂ）で実行する、請求項１から４までの何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
６ｘｘｘ又は７ｘｘｘシリーズのＡｌ合金ブランクを成形するシステム（１、３）であって、
ブランク（２）を、そのＳＨＴ温度（ＴＳＨＴ）に加熱するように構成された加熱ステーション（１０）と、
前記ブランクにおける前記合金の動的移動が停止する中間温度（ＴＩＴＭ）に、前記ブランクの前記合金において、再結晶化が生じないように十分に高い冷却速度で、前記ブランクを冷却するように構成された冷却ステーション（２０）と、
前記ブランクを成形及び急冷するように構成された少なくとも１つの成形工具（３２）と、
人工時効プロセスを前記成形及び急冷したブランク（２′）に提供するように構成された時効処理ステーション（４０）とを備える、該システム。
【請求項７】
前記冷却ステーション（２０）は、前記ブランク（２）を、前記ブランク（２）の前記合金に応じて選択され、前記合金の材料の動的移動が停止する前記中間温度（ＴＩＴＭ）に冷却するように構成され、前記中間温度は１００℃を超える、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
前記成形工具は、前記ブランクを成形するよりも前に、前記中間温度に加熱されるように構成されている、請求項６又は７に記載のシステム。
【請求項９】
前記成形工具は、前記成形工具（３２）で前記成形（１０６）する間に、前記ブランク（２）を前記中間温度（ＴＩＴＭ）に保つように構成されている、請求項５から８までの何れかに１項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記システムは、前記ブランク（２）を成形するように構成される第１成形工具（３２ａ）と、前記ブランクを冷却するように構成される第２成形工具（３２ｂ）とを備える請求項５から９までの何れか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本開示はアルミニウム合金のブランクシートの熱間処理方法に関するものであり、特に、どのようなグレード、組成又はテンパー度のアルミニウム合金のブランクシートにも適した方法に関する。
【０００２】
背景
特に自動車産業において、ブランクシートの熱間成形、とりわけ高力アルミニウム合金のブランクシートの熱間成形は重要である。アルミニウム合金ブランクの成形に関して知られる、数多の方法がある。例えば、ＷＯ２０１０／０３２００２及びＷＯ２０１５／１３６２９９において示されるような熱間成形ダイクエンチ法である。
【０００３】
しかしながら、そのような既知の方法は、いくつかの不都合を有している。例えば、それらの方法は、全てのアルミニウム合金グレードには適していない。ＷＯ２０１０／０３２００２における方法は、ＡＡ６０８２材料に適しているが、いずれのＡＡ７ｘｘｘ材料にも適していない。さらに、アルミニウム合金グレード材料の組成及びテンパー度は、異なる材料サプライヤ毎に変わる場合がある。既知の方法を用いて得られた成形部品は、異なる組成及びテンパー度に非常に影響を受けやすい。
【０００４】
さらに、既知の処理は、成形部品の安定性、再現性及び正確度の不足により大量生産に適していないという問題を有している。
【０００５】
結果として、既知の技術の前述の不都合を軽減する、アルミニウム合金ブランクシートを成形するための生産方法が必要である。
【０００６】
概要
本発明の目的は、現在の方策についての上述の不都合を軽減する、改善された解決策を提供することである。さらに、成形部品の改善された正確度をもたらし、どのようなグレード、組成及びテンパー度のアルミニウム合金にも適した方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明を添付の独立請求項によって規定し、実施形態を、添付の従属請求項において、以下の記載において、及び、図面において説明する。
【０００８】
本発明の第一の側面によれば、６ｘｘｘ又は７ｘｘｘシリーズＡｌ合金ブランクを部品へと成形する方法が提供される。本方法は、加熱ステーションにおいてブランクを、当該ブランクの合金についての溶体化（ＳＨＴ）温度、ＴＳＨＴ、に加熱し、ＳＨＴが完了するまでブランクを前記ＳＨＴ温度に保ち、冷却ステーションにおいてブランクを、ブランクにおける合金の動的移動が停止する中間温度、ＴＩＴＭ、に、ブランクの合金において再結晶化が生じないように十分に高い冷却速度で冷却し、ブランクを成形工具で成形し、成形されたブランクを室温ＴＥに急冷し、時効処理ステーションにおいて成形及び急冷されたブランクを人工時効処理する各工程を備える。
【０００９】
本発明に従う方法を用いることによって、成形部品の高い正確度と少量のススプリングバックを伴って、いずれの６ｘｘｘ又は７ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金グレードのシートブランクにも適した方法が提供される。
【００１０】
ブランクを溶体化熱処理（ＳＨＴ）温度に、又はそれを超える温度に保つ時間を、固溶体中の銅、亜鉛、マグネシウム、マンガン、ケイ素などの硬化元素の最大濃度を確実にするに十分となるように選択することができる。固溶体中におけるこれらの元素の濃度及び溶解速度は、温度の上昇に伴って増加し得る。
【００１１】
特定の冷却速度でブランクを冷却することによって、固溶体のＳＨＴ組成は、中間温度において保たれ得る。ブランクが非常に遅い速度で冷却された場合、合金化元素は固溶体中を拡散し、粒界において、大きなボイド内に、未溶解の粒子内に、又は他の所望しない位置に集積するであろう。成形部品の改善された強度特性を達成するためには、急速な冷却を提供することで、そのような再結晶化を避け、拡散プロセスを低減させ、合金化元素を固溶体中に保つことが望ましくあり得る。これを達成するための冷却速度は、アルミニウム合金グレード及びブランクの組成に応じて選択することができる。さらに、急冷速度を、ブランクのアルミニウム合金のグレードと組成に応じて選択することができる。
【００１２】
中間温度は、室温以上かつＳＨＴ温度以下である、中間温度範囲内の温度であり得る。中間温度範囲内において所与の析出量に必要な時間は、その低い溶質拡散係数を原因として、増加し得る。ほとんどのアルミニウム合金グレードでは、析出への熱力学的ポテンシャルが、溶質の高い過飽和度によって中間温度において大抵高いが、一方で、その温度範囲における原子の拡散不能性、増加した核生成又は析出と、成長とが不可能であることによって、析出形成速度は低い。
【００１３】
１つの例によれば、７ｘｘｘシリーズのＡｌ合金ブランクでは、中間温度を４００〜４２０℃から選択することができる。さらに、ＡＡ６０８２Ａｌ合金ブランクでは、中間温度を３００〜３５０℃として選択することができる。そのような温度において、ブランクの合金材料における動的移動は、停止し得る。
【００１４】
中間温度への冷却を、成形工具から離れた冷却ステーションにおいて実行することができる。それによって、急速な冷却が提供され、ブランク内の均一な温度を伴ってよい。
【００１５】
１つの例によれば、６ｘｘｘシリーズのＡｌ合金（ＡＡ６０８２など）では、少なくとも３０Ｋ／ｓである冷却速度を選ぶことができる。さらに、７ｘｘｘシリーズのＡｌ合金ブランクでは、少なくとも３０Ｋ／ｓの、少なくとも５０Ｋ／ｓの、又は好ましくは約１００Ｋ／ｓの冷却速度を選ぶことができる。
【００１６】
一実施形態において、中間温度は、ブランクのＡｌ合金に応じて選択することができ、そして１００℃を超えるものである。中間温度を、ブランク内の合金材料の動的移動が停止する温度として選択すべきである。６ｘｘｘ又は７ｘｘｘシリーズのＡｌ合金のどちらをブランクに使用するかに応じて、最適な中間温度が異なり得る。しかしながら、中間温度は１００℃を超えるものであり得る。さらに、中間温度を、本合金材料における動的移動が停止する温度のなかで、可能な限り最も高い温度に選択することができる。
【００１７】
一実施形態において、成形工具を中間温度に予備加熱することができる。それにより、ブランクを中間温度において成形することができる。それによって、ブランクの温度を、成形中に制御し得るので、最終成形部品の特性における正確度を向上させることが可能である。
【００１８】
一実施形態において、ブランクを、成形工程の間に、成形工具内で中間温度に保つことができる。工具の温度を、成形中に、工具とブランクの両者の温度を中間温度で安定に保つために、制御することができる。成形した後、成形したブランクを室温に急速冷却するために、成形工具の温度を制御することができる。成形工具の温度を、成形工程を通して中間温度に制御するために、温度制御機能を成形工具に設けることができる。
【００１９】
一実施形態において、成形と急冷を、別個の成形工具によって実行することができる。第１成形工具が中間温度においてブランクを成形することができ、第２成形工具がブランクを室温に急冷することができる。さらなる実施形態において、第１成形工具を、中間温度に予備加熱することができ、それにより成形中にブランクを中間温度に保ち得る。次いでブランクを第２成形工具へと移送し、ブランクを室温に急冷する。第２成形工具は、冷間成形工具であり得る。代替として、第１成形工具を予備加熱しなくともよく、それによってブランクを、成形中に冷却する。次いで第２成形工具内のブランクを、制御された方法で、第２成形工具において室温に急冷することができる。
【００２０】
本発明の第２の側面によれば、６ｘｘｘ又は７ｘｘｘシリーズのＡｌ合金ブランク成形システムが提供される。システムは、ブランクをそのＳＨＴ温度ＴＳＨＴに加熱するように構成された加熱ステーションと、ブランクを、ブランクにおける合金の動的移動が停止する中間温度ＴＩＴＭへと、ブランクの合金において再結晶化が生じないように十分に高い冷却速度で冷却するように構成された冷却ステーションと、ブランクを成形及び急冷するように構成された成形工具と、人工時効プロセスを、成形及び急冷されたブランクに提供するように構成された時効処理ステーションとを備える。
【００２１】
ブランクをそのＳＨＴ温度に加熱するように構成された加熱ステーションとは、加熱ステーションに挿入されたブランクをそのＳＨＴ温度に加熱することが可能な手段を備えた加熱ステーションを意味し得る。ブランクを、ブランクにおける合金の動的移動が停止する中間温度へと、ブランクの合金における再結晶化が生じないように十分に高い冷却速度で冷却するように構成された冷却ステーションとは、ブランクをこの特定の方法で冷却することが可能な手段を備えた冷却ステーションを意味し得る。ブランクを成形及び急冷するように構成された成形工具とは、ブランクを成形及び急冷することが可能な手段を備えた成形工具を意味し得る。人工時効プロセスを、成形及び急冷されたブランクに提供するように構成された時効処理ステーションとは、人工時効プロセスを可能とする手段を備えた時効処理ステーションを意味し得る。
【００２２】
本発明に従うシステムのさらなる実施形態は、方法について上述したと同様に提供され得る。加熱ステーション、冷却ステーション、成形工具及び／又は時効処理ステーションは、方法について上述したような追加機能を提供することが可能な手段をさらに備えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
発明は、以下、添付の図面を参照して詳細に説明される。
【図１】図１は、発明の実施形態に従う方法のフローチャートを示す。
【図２】図２は、発明の実施形態に従うシステムのブロック図を示す。
【図３】図３は、発明の実施形態に従う方法のプロセスの線図を示す。
【図４】図４は、発明の実施形態に従う方法のフローチャートを示す。
【図５】図５は、発明の実施形態に従うシステムのブロック図を示す。
【図６】図６は、発明の実施形態に従う方法のプロセスの線図を示す。
【実施形態の説明】
【００２４】
本発明を、発明の好ましい実施形態を図示する添付図面を参照し、以下に、より完全に説明する。しかしながら、本発明は、多数の異なる形態で具体化することができ、本明細書に記載された実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない；むしろ、これらの実施形態が提供されることで、本開示は徹底的かつ完全となり、発明の範囲を当業者に完全に示すものである。図面において同様の番号は同様の要素を参照するものである。
【００２５】
図１に示すように、発明の実施形態に従う方法１００は、６ｘｘｘ又は７ｘｘｘシリーズのＡｌ合金ブランク２を、ブランク２の特定の合金についての溶体化（ＳＨＴ）温度に加熱１０２する、第１工程を備える。図２をさらに参照すると、ブランク成形システム１が提供され、ここで加熱１０２を加熱ステーション１０において実行する。加熱ステーション１０において、ブランク２がそのＳＨＴ温度又はそれを超える温度に達すると、ブランク２の合金の溶体化が完了するまで、ブランク２の温度をＳＨＴ温度又はそれを超える温度に保つ。
【００２６】
次ぐ工程において、ブランク２を中間温度に冷却１０４する。ブランク成形システム１において、冷却１０４を、冷却ステーション２０で実行する。合金の動的移動が停止する中間温度を、ブランク２の合金ごとに選択する。
【００２７】
冷却１０４を、ブランク２の合金の中で再結晶化が生じないように十分に高い冷却速度で実行する。
【００２８】
次ぐ工程では、ブランク２を、成形工具３２においてブランク成形システム１のプレスステーション３０において成形１０６する。プレスステーション３０は、液圧プレス、（サーボ液圧の、又はサーボ機構の）サーボプレスなどの、アルミニウム合金ブランクシートの成形に適したプレスであり得る。
【００２９】
ブランク２の成形１０６の後、成形したブランク２′、すなわち成形部品２′を、成形工具３２で室温に急冷１０８する。
【００３０】
最終的に、成形されたブランク２′を、時効処理ステーション４０において人工時効処理１１０する。時効処理プロセスは、ブランク２の合金材料の中の再結晶化を制御及び制限するように提供される。
【００３１】
図３は、発明の実施形態に従うブランク成形方法１００を示す。ブランク２を、室温ＴＥからＳＨＴ温度ＴＳＨＴへと加熱し、上述したように必要時間ｔ１〜ｔ２の間、ＴＳＨＴに保つ。ｔ２において、ブランク２を、上述したように必要な冷却速度で中間温度ＴＩＴＭへと急速に冷却する。次いで、ブランク２を、ｔ２〜ｔ３の間に成形工具３２で成形する。ｔ３において、成形したブランク２′を、室温ＴＥに急冷する。
【００３２】
時効処理ステーション４０において、成形部品２′を、人工時効処理のために時効処理温度ＴＡに加熱することによって処理する。部品２′を、期間ｔ５〜ｔ６の間、時効処理プロセスが完了するまで時効処理温度ＴＡに保つ。時間ｔ３〜ｔ４間に、成形したブランクの時効処理ステーション４０への移送を提供する。
【００３３】
ブランク２を、別個のステーション１０、２０、３０、４０の間で移送する。移送は、ブランク２で最小熱損失が達成されるように実行することができる。
【００３４】
図４及び図５は、発明の実施形態に従う方法２００及びシステム３を示す。加熱２０２及び冷却２０４の各工程は、上述した通りの工程１０２及び１０４に対応する。次に、ブランク２を、ブランク成形システム３のプレスステーション３０において、予備加熱した第１成形工具３２ａで成形２０６する。第１成形工具３２ａを、中間温度に予備加熱する。それによりブランク２は、第１成形工具３２ａ内に配置する際にさらなる冷却を受けない。中間温度を、成形プロセス１０６を通して、第１成形工具３２ａ及びブランク２において保つことができる。
【００３５】
次に、成形したブランクを、別個の冷間第２成形工具３２ｂに移送する。冷間第２成形工具３２ｂにおいて、ブランクを室温に急冷する。冷間第２成形工具３２ｂは、ブランクを、その最終成形部品へとさらに成形及び急冷することができる。
【００３６】
さらに、図５は、上記に提示された実施形態のうちの何れかに利用することが可能な、時効処理の任意選択の構成を示す。そのような時効処理の実施形態では、第１の予備時効処理工程を予備時効処理ステーション４０ａにおいて実行し、そこでは成形部品２′を時効処理温度ＴＡに加熱して予備時効処理が完了するまでＴＡに保ち、次いで、室温ＴＥに冷却する。第２の時効処理ステーション４０ｂへの移送の後に、部品２′を、部品２′の塗装焼付けを提供するために、再びＴＡに加熱し、ある期間ＴＡに保ち、その後室温ＴＥに冷却する。代替として、部品を、塗装焼付けプロセスにおいて、予備時効処理プロセスでの温度ＴＡとは異なる温度に加熱することができる。それにより、予備時効処理及び塗装焼付けを含む２段階時効処理プロセスが提供される。
【００３７】
好ましくは、予備時効処理プロセスを、成形／スタンピングラインに統合し、部品２′の成形と直接接続して実行する。塗装焼付けプロセスは、どちらが生産ラインに適しているかによらず、より後段の段階において実行することができる。
【００３８】
予備時効処理プロセスの使用は、第２成形工具におけるスタンピングの後の自然時効を防止する。さもなければ、自然時効は、７ｘｘｘシリーズのＡｌ合金材料では約３０分後に、６ｘｘｘシリーズのＡｌ合金材料では約１時間後に生じ得る。塗装焼付けプロセスは、成形部品がピーク硬度に達するためには有効となり得ない。さらに、予備時効処理プロセスは、別の位置への移送、組み立て又は接続操作前の必要期間にわたる貯蔵などの後処理アクティビティを可能にする。そのとき塗装焼付け操作を、短周期期間の間に低コストで最適なピーク硬度を提供するのに最も適した時間において、実行することができる。これは、例えば、成形部品２′を所望の組み立て品に接続させた後であってもよい。
【００３９】
図６は、本発明の実施形態に従うブランク成形方法プロセス２００を示す。ブランク２は、室温ＴＥからＳＨＴ温度ＴＳＨＴに加熱し、上述のように必要期間ｔ１〜ｔ２の間ＴＳＨＴに保つ。ｔ２とｔ３との間において、ブランク２を、上述のように必要な冷却速度で中間温度ＴＩＴＭに冷却する。次いでブランク２を、ｔ３〜ｔ４の間に、予備加熱した第１成形工具３２ａで成形する。ｔ４とｔ５との間で、成形したブランク２′を、第２成形工具３２ｂで室温ＴＥに急冷する。
【００４０】
さらに、図６は、上記予備時効処理及び塗装焼付け工程を含む、実施形態のプロセスを示す。予備時効処理ステーション４０ａにおいて、成形したブランク２′を、人工時効処理のために、時効処理温度ＴＡに加熱し、期間ｔ７〜ｔ８において時効処理温度ＴＡに保つことによって処理する。室温に冷却した後、ブランク２′を、第２の時効処理ステーション４０ｂにおいて、再び時効処理温度ＴＡに加熱し、ｔ１〜ｔ２の間、時効処理プロセスが完了するまでＴＡに保つ。次いで、最終成形部品に成形したブランク２′を、再び室温ＴＥに冷却する。
【００４１】
図面及び明細書において、発明の好ましい実施形態及び例を開示し、特定の用語を用いているが、それらは一般的な及び説明的な意味でのみ使用しており、限定を目的とするものではなく、発明の範囲を以下の請求項に記載する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020536166.tif 000005
【図４】
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【図５】
2020536166.tif 000007
【図６】
2020536166.tif 000008
【国際調査報告】
2020536166.tif 000009
2020536166.tif 000010
2020536166.tif 000011