CN1928146A - 提高铝合金板的可成形性的铝合金板局部表面改良方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过对铝合金板局部表面改良提高铝合金板的可成形性的方法。该方法包括：板固定步骤，将要局部表面改良的板牢固；局部表面改良步骤，包括：通过施加压力将探头紧贴在需要表面改良的固定板的区域上，然后将区域上的探头高速旋转移动。根据该方法，由于在铝合金板形成产品的过程中产生应变和应力集中而出现裂纹的板的区域要进行局部表面改良，从而与基材相比提高了铝合金板的可成形性，这样铝合金板可易于形成产品。若必要的话，探头的摩擦系数可利用形成在与板进行接触的探头的下表面上的细凸纹或细凸出的各种形状而发生变化，从而改变塑性流，以调节板的塑性区域的深度，因此进一步提高合金板的可成形性。

Description

提高铝合金板的可成形性的铝合金板局部表面改良方法
技术领域
本发明涉及一种提高铝可成形性的表面改良方法，具体地，涉及一种通过局部处理铝合金板的表面提高铝合金板的可成形性的方法。
背景技术
在不久的将来，铝合金板将作为包括电动汽车和氢气汽车的环保轻型汽车的主导材料，用于包括汽车主体内外板的各种部件。具体地，例如5000系列铝板的加工硬化合金板经常应用在汽车上是已知的。
由于沉淀硬化的铝合金板难以确保在最大时效条件下有足够的可成形性，所以其应在固溶体处理条件下形成。由于该原因，所以在产品形成之后在时效处理过程中，出现产品变形的可能性是非常高的。另一方面，加工硬化合金在形成产品后不需要进行热处理，由此产品不会出现变形，而在产品形成过程中另外会产生强度增加的结果。
但是，由于产品的形状是多样的，所以产品的形成条件也变得日益严格。由于此原因，为了将合金广泛用于汽车上，不论合金的强化机理如何，均需要进一步提高材料自身的可成形性，或需要局部提高在产品形成过程中有应变和应力集中的部件的可成形性。
发明内容
因此，针对现有技术中所出现的上述问题而提出了本发明，且本发明的一个目的是提供一种提高铝合金板的可成形性的铝合金板局部表面改良方法，其中圆杆形探头以将压力施加到板的表面上的方式旋转移动，所述圆杆形探头不带有探针，并将圆杆形探头插入到铝合金板内，所述板的表面预计在板加工成产品的过程中产生裂纹，从而板的表面特性被改变，因而可提高铝合金板的可成形性。
为了实现上述目的，本发明提供一种提高铝合金板的可成形性的铝合金板局部表面改良方法，所述方法包括：板固定步骤，其是将所要局部表面改良的板固定；和局部表面改良步骤，其步骤包括：通过施加压力将高速旋转的探头与需要表面改良的固定板的区域紧密接触，然后移动接触在所述区域上的探头。
所述局部表面改良步骤包括：探测需要表面改良的区域步骤，在该步骤中探测出在板形成产品过程中具有应变和应力集中的区域；探头定位步骤，该步骤是将高速旋转探头定位在前述探测步骤中所探测出的区域上；及表面改良步骤，其包括利用施加压力将高速旋转的探头与需要表面改良的区域紧密接触，然后移动接触在所述区域上的探头。
在探测需要表面改良的区域步骤中，选择出一区域，该区域由于在板形成具有几何结构的产品的过程中产生应变和应力集中而可能出现裂纹。例如，在板形成给定形状的形成过程中，产生弯曲线的区域可选作为需要表面改良的区域。
在表面改良步骤中，由于探头的运动，产生在板表面上的塑性流渗入到板内，并形成局部表面改良区域。
关于探头，优选地使用圆杆形探头，该探头没有探针，其插入到板内。在探头的下端表面上，为了增加摩擦系数，也可形成具有细凸纹或细凸出的摩擦部分，因此增加板的塑性区域的深度。换句话说，所述塑性区域的深度可通过改变摩擦部分的摩擦系数而被调节。
此外，在本发明中所述板还可这样实施：所述板的可成形性可通过这样形成的接合处而得到提高，所述接合处是通过采用表面摩擦焊接方法将两块或更多块板彼此接合而形成。
上述板是铝合金板，且根据本发明，通过执行表面改良方法，提高所述铝合金板的可成形性，在该方法中，通过施加压力将高速旋转的圆杆形探头与由于在铝合金板形成产品的过程中产生应变和应力集中的区域紧密接触，然后将相接触的探头在所述区域上旋转移动，从而由于温度升高和铝合金板里面的塑性变形，使在铝合金板和圆杆形探头之间的接触面处产生动态再结晶和晶粒细化，因而所述的铝合金板的局部区域具有与基材不同的微观结构和机械特性。
附图说明
结合附图，从下面的详细描述中将对本发明的上述和其它目的、特征及优点理解得更加清晰，其中：
图1示出了局部处理铝表面的方法；
图2示出了1.5mm厚的5052铝合金板(基材和局部表面改良板)受到有限圆顶高度(LDH)测试之后的外观；
图3示出了1.5mm厚的5052铝板(基材和局部表面改良板)的LDH值；
图4示出了1.0mm厚的1050铝板(基材和局部表面改良板)的LDH值；
图5示出了0.5mm厚的5052铝合金板(基材和表面摩擦焊接板)受到有限圆顶高度(LDH)测试之后的外观；和
图6示出了0.5mm厚的5052铝板(基材和表面摩擦焊接板)的LDH值。
具体实施方式
采用参照附图举例的方法，将进一步详细地描述本发明。
如图1所示，在将要表面改良的铝合金板1的表面上，不具有探针的圆杆形探头2插入到板1内，所述探头2在高速旋转的同时以恒定压力与板表面相接触地移动，以产生适宜的摩擦热，从而形成局部表面改良区域3。此时，与圆杆形探头2相接触的铝合金板1的表面材料由于摩擦热和塑性变形产生的加工热量而变软，并且圆杆形探头2的高速旋转而产生剧烈的塑性流进入到铝合金板1中。塑性区域4的宽度约等于圆杆形探头正下方的圆杆形探头2的直径，即，在铝合金板1的表面处，而该直径朝着板材料的里面逐渐减小。在此加工过程中，形成在板上的塑性区域4将具有与基材不同的微观结构和机械特性。与基材相比，如上所述的已进行局部表面改良的铝合金板的可成形性提高了，并且当在产品形成过程中由于应力和应变集中而出现裂纹的区域上完成局部表面改良时，所述产品可更易于形成。
当增加圆杆形探头2的直径时，局部表面改良区域3的宽度和塑性区域4的深度随之增加。但是，在一些情形下，需要使用相同直径的圆杆形探头2以增加塑性区域4的深度。在此情况下，当铝合金板1和圆杆形探头2之间的摩擦系数为高的摩擦系数时，易于出现塑性流，从而增加塑性区域的深度。因此，当为了增加圆杆形探头2的摩擦系数，而在与铝合金板1相接触的圆杆形探头2的下表面上形成有各种形状的细凸纹或细凸出的摩擦部分时，就能容易地增加塑性区域的深度。在另一方面，当摩擦部分的摩擦系数减小时，则塑性区域的深度可减小。
总之，如图1所示，为提高铝合金板的形成性而对铝合金板进行局部处理的发明方法包括以下步骤：
(a)将要局部表面改良的板牢固地固定；
(b)将比板材硬的材料制成的高速旋转的圆杆形探头放置在板上需要进行局部表面改良的区域上；
(c)利用探头高度旋转产生摩擦热，同时在板的表面上产生被迫的剧烈塑性流；
(d)使产生在板表面上的塑性流渗入到板内；
(e)由于探头运动的结果，形成局部表面改良区域。
实施例
在本发明中，为了对基材和局部表面改良板的可形成性之间进行比较，进行了限制圆顶高度(Limited dome height)(LDH)的测试，所述限制圆顶高度测试是一种评价可成形性的方法。LDH测试实施在长度210mm、宽度120mm的样本上，实施条件为：冲压直径为100.0mm、冲压速度为每分种2.0mm，坯料压力为60KN和无润滑条件。使用各种直径的工具，所形成的局部表面改良区域与板的旋转方向和样本的纵向平行。
图2示出了1.5mm厚的5052铝合金基材和局部表面改良板在受到LDH测试之后的外观。在图2中，AR表示基材，5ΦLSM(局部表面改良)，8ΦLSM和10ΦLSM板均表示的是分别使用直径为5mm、8mm和10mm的圆杆形探头进行局部表面改良的铝合金板。这些表示同样以相同方式在图3和图4采用。
图3示出了1.5mm厚的5052铝合金基材和局部表面改良板的LDH值的比较。如可在图3中看到的，采用局部表面改良LSM板的LDH值均比基材AR板的LDH值高，且当用于局部表面改良的圆杆形探头的直径增加时，LDH也随之增加。其表明：板的可成形性可通过采用圆杆形探头实现局部表面改良来提高。10ΦLSM板在可形成性方面与AR板相比增加约22％。
图4示出了1.0mm厚的1050铝合金基材和局部表面改良板的LDH值的比较。如可在图4中看到的，LSM(局部表面改良)板的LDH值均比基材AR(AS-可接受的)板的LDH值高。其表明：以和图3中所示的5052铝合金板的相同方式，板的可成形性可通过采用圆杆形探头实现局部表面改良来提高。8ΦLSM板在可形成性方面与AR板相比增加约19％。
图5示出了0.5mm厚的5052铝合金基材和表面摩擦焊接接合板受到LDH测试之后的外观。在图5中，SFwed表示表面摩擦焊接接合。用于焊接处理的工具的直径为5mm。
图6示出了0.5mm厚的5052的铝合金基材和表面摩擦焊接接合板的LDH值的比较。如可在图6中看到的，SFWed(表面摩擦焊接)板的LDH值比基材AR板的LDH值高。表面摩擦焊接的SFWed板在可形成性方面与基材AR板相比增加约50％。
如上所述，根据本发明，当圆杆形探头在高速旋转的同时利用施加压力而与铝合金板接触移动时，铝合金板的局部区域内发生了变化，使其局部区域具有与基材不同的微观结构和机械特性，产生该变化是由于在板和圆杆形探头之间的接触面由于圆杆形探头的旋转而形成温度升高和铝合金板内部的连续塑性变形，从而产生动态再结晶、晶粒细化等等。同样，当圆杆形探头旋转时，塑性流渗入到铝内，从而沿着圆杆形探头的运动轨迹形成表面改良塑性区域，由于表面改良塑性区域的微观结构和机械特性，铝合金板的可成形性可被提高。
虽然本发明的优选实施例是用于以说明目的而进行描述的，但是本领域的技术人员将能够理解的是，在不脱离如所附的权利要求中所公开的本发明的范围和精神内，可对本发明进行各种修改、增加和替代。

Claims (5)

1.一种用于提高铝合金板的可成形性的铝合金板局部表面改良方法，所述方法包括：
板固定步骤，将所要局部表面改良的板固定；及
局部表面改良步骤，包括：通过施加压力将探头与需要表面改良的固定板的区域紧密接触，然后在所述区域上高速旋转移动所述探头。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述局部表面改良步骤包括：
探测需要表面改良区域的步骤，探测出在所述板形成产品过程中应变和应力将集中的区域；
探头定位步骤，将高速旋转探头定位在前述探测步骤中所探测出的区域上；
表面改良步骤，其包括：将所述高速旋转的探头与所述需要表面改良的区域紧密接触，然后通过施加压力移动接触所述区域的所述探头。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述探头为圆杆形探头，该探头没有探针，且将所述探头插入到所述板内。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述探头的下端表面上形成有摩擦部分。
5.如权利要求1至4任一所述的方法，其中所述板的表面改良区域为通过采用表面摩擦焊接方法将两块或更多块板彼此接合而形成的接合处。
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