锻造模具及应用于电子装置的金属外壳的成型方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种锻造模具及应用于电子装置的金属外壳的成型方法。使用该模具可将金属板材锻压成型为后续机加工量少的金属外壳的坯件，再将外壳坯件经过较少的机加工，便能成型为金属外壳。解决了现有技术中电子装置的金属外壳机加工时间长、无法成型后续机加工量少的外壳坯件、生产成本高，以及材料利用率低等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
3C 电子装置(Computer, Communication and Consumer electronic)的外形一般是扁平长方体形状。其外壳常为薄抽屉状凹形，由一中央薄腹板及其四周的边框次结构围成外壳凹腔。外壳的外正表面一般是平面，但也可设计为弧面。四周边框的外侧表面为平面或弧面。凹腔内腹板和边框上通常设计有腹板次结构和边框次结构，作为安装其它元器件的结构(如螺柱、凸台、卡扣和铰接缘等)或充当外壳的强化结构(如强化筋和加强肋等)。凹腔敞开处可安装显示屏和按键等人机交流界面，如平板电脑与盒盖式手提电脑的屏幕或键盘，也可以装配外壳盖。外壳腹板和四周边框可开设有开关孔、接线孔、USB孔、按键孔、光盘槽，或触摸板孔和键盘孔等各种功能和形状的开口，也可以几乎没有孔槽。电子装置一体化金属外壳是指其中央腹板、边框、腹板次结构和边框次结构都从一整体或一整块金属成型而来。“一体化”也可称“一体成型”、“整体成型”或“统一”等，英文称之为 unified、integral、homogenous、integrally formed 或 unibody 等。如果一体化金属外壳中间腹板材料的厚度与周围边框材料的厚度显著不同，同时包含材料厚度有变化的边框次结构和腹板次结构，从而造成这种一体化金属外壳横截面上的材料厚度是发生变化的，则可称之为“一体化变截面金属外壳”。美国专利公开US20120030930、US20120050988和US20110164365中分别描述的电子装置一体化金属外壳便属于这种一体化变截面金属外壳。而当一体化变截面金属外壳中央的腹板很薄时，可称之为“一体化变截面薄腹板金属夕卜壳'如今的电子装置，尤其是便携电子装置(如手机、平板电脑、MP3、GPS和手提电脑等)的外壳力求尽可能的轻、薄、外观效果好，而轻金属材料则是制造轻、薄金属外壳的首选。由于比重低、比屈服强度 高(材料的屈服强度与其密度之比)、外观可装饰性优异，铝合金已成为制造便携电子装置一体化变截面金属外壳的主要材料。然而，不论使用何种金属或合金，生产这种一体化变截面薄腹板金属外壳是金属加工业的一大难题。美国专利US8341832公开了一种电子装置外壳的机加工生产方法，可以成型出性能优异、外表美观的一体化变截面薄腹板铝合金外壳。低成本的铸造方法过去已应用于生产电子装置一体化变截面铝合金和镁合金的外壳坯件。铸造的外壳坯件还需经过机加工成型为最终的金属外壳。铝合金外壳通常是利用压铸法生产，镁合金外壳则通常使用压铸法或半固态压铸法生产。但要铸造成型大面积的薄腹板铝合金或镁合金外壳，从技术角度上还存在困难。中国专利ZL200410049928.5公开的一种一体化变截面薄腹板铝合金外壳压铸方法中，使用硅含量质量百分比为10.87%的铝合金可压铸成型薄腹板的外壳。但是，高硅含量铝合金铸件的机械性能不佳，同时在进行阳极氧化处理后的外观亦不好，不适合用于需阳极氧化、外观和性能要求高的便携电子装置铝合金外壳。金属通常经过锻造后，具有良好的机械性能。因此锻造方法也可用于开发生产电子装置一体化变截面薄腹板金属外壳坯件，再经过后续机加工将坯件成型为外壳终件。但是，锻造工艺通常难以成型出大面积的薄腹板铝合金坯件。s.D.El Wakil所著((Processes and Design for Manufacturing (制造工艺与设计)》专著中 197-199 页和表5.3解释了锻造成型铝合金腹板最薄厚度与腹板面积之间的关系(S.D.El Wakil,Processes and Design for Manufacturing, 2nd Ed, Pagel97_199 and Table 5.3,Waveland Press, Inc., 2002)。以一款9.7吋屏幕平板电脑的面积约为241 X 185mm的一体化变截面铝合金外壳为例，其锻造投影面积约为0.044m2，根据该书表5.3查得，对应面积的腹板锻件可锻压成型的最薄厚度将大于4mm，这一数值超过了该平板电脑铝合金外壳腹板厚度0.8mm的400%。美国专利US6694594在说明书中也指出:锻造技术虽可以成型出小尺寸(80X80mm)的薄腹板外壳锻件，但难以锻造出面积更大的薄腹板外壳锻件。即便是使用超大吨位的锻造设备，也很难锻压出大面积的薄腹板铝合金外壳坯件。原因在于，巨大的锻造压力会使铝合金和模具间产生异常大的摩擦力，阻碍金属向四周流动，难以将板材成型为薄腹板锻件(M.F.Ashby, Materials Selection in Mechanical Design, Figure13.27，Elsevier Ltd., 2011)。即便假设在巨大的锻压力下能锻造出薄腹板锻件，巨大的压力也会将处于热塑性状态的薄腹板紧紧贴于模具上而造成无法脱模。在将一块较厚的金属板锻造成型为有腹板次结构的薄腹板外壳时，由于厚金属材料必须在很大的锻造压力下从中间沿与锻压力垂直的方向四周流动形成薄腹板的过程中充填锻压方向上的腹板次结构型腔，必然会使腹板次结构与腹板相接的根部形成紊乱的锻造流线，同时腹板次结构型腔还难以充满。中国 专利公开CN101850396指出了这一技术难题。为了降低锻造薄腹板锻件所需的巨大压力，并解决上述腹板次结构填充的难题，中国授权公告号为CN101850396B的专利公开，CN202447570U专利和CN102513485A专利申请公开了三种相似的两步冲锻方法和模具，用于成型电子装置一体化变截面薄腹板镁合金或铝合金外壳坯件。其所述的两步冲锻实质上是两步锻造，只是其中有一步的锻造速度快，被称之为“冲”。两步锻造成型中至少有一步的锻压面积与外壳终件的面积相当。根据锻造技术知识可知，锻造所需的压力在固定的锻造参数条件(如坯件与模具的温度及材料的应力应变性能)下，主要取决于锻压面积。因此这种两步冲锻中至少有一步所需的压力不会比一步锻造所需的压力有明显的降低。而多增加的一道锻压工序、使用两套不同的模具，均会导致这种两步锻造的生产成本增加，效率降低。这三种两步冲锻方法及模具主要是为热锻造镁合金而设计。其中CN101850396B公开的实施例中有使用1050铝合金在室温下冲锻成型外壳坯件。但是1050铝合金是机械性能很低的铝合金，非常容易成型，却不适合用于3C电子装置的外壳。由于两步冲锻仍然是将较厚的金属板材分步冲锻为薄腹板外壳锻件，所以必须锻压使板材中间部位的金属向四周流动继而形成薄腹板。不论采用几道锻造工序，尚不能真正解决锻造过程中上述腹板次结构填充难以充满的难题。从上述的三个中国专利和专利公开的实施例可以看出，为了降低成型的难度，腹板的次结构均是在靠近边框周边的部位而不是在腹板中间成型的小尺寸的腹板次结构。如果腹板次结构处于腹板的中间部位，会造成锻造流线紊乱；而腹板次结构处于腹板周边的话，又由于材料不足难以充满体积较大的腹板次结构型腔。除了一体化变截面薄腹板金属外壳，电子装置中还常使用组合钣金外壳。其使用一块厚度均匀(等截面)的薄冲压钣金件作为主体壳，而用于安装内部元件的附加结构和加强结构则通过焊接、粘接、卡扣、铆接等方式固定到钣金主体壳上，形成组合钣金外壳，其钣金主体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锻造模具，用于将给定金属板材锻压成型为电子装置的外壳坯件，所述外壳坯件包括正锻面、外侧锻面、凹腔锻面和边框坯；所述凹腔锻面包括腹板内锻面、腹板次结构坯和边框次结构坯；所述锻造模具包括上模具和下模具，其特征在于：所述上模具具有上模压块组及形成于所述上模压块组中间并向内凹进的减压槽；所述下模具具有下模腔，用于容纳所述金属板材，并在所述上模压块组的锻压下共同将所述金属板材成型为所述外壳坯件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭跃南，聂存珠，陈学军，曲峰，刘铭，曲荣生，
申请(专利权)人：亚超特工业有限公司，
类型：发明
国别省市：