CN102166589A - 超高精度硬盘驱动臂型材的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所设计的一种超高精度硬盘驱动臂型材的生产方法，是一种使用6061铝合金圆铸锭的生产方法，其热挤压主要工艺如下：铝合金圆铸锭熔铸→均匀化及感应预热→分流模设计、制造与预热→热挤压成形→在线式喷水雾淬火→同步牵引→中断→冷床冷却→拉伸矫直→定尺锯切→人工时效处理→成品检验→包装出货等。所得到的生产方法，最终得到的型材满足了硬盘驱动臂型材所要求的硬度，强度，屈服强度等各种要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种型材的生产方法，特别是一种用于加工成存储数据的硬盘的超高精度驱动臂型材的生产方法。
背景技术
一、电脑硬磁盘驱动臂为超高精度铝合金零件，其毛坯形式目前主要为铝合金热挤压型材(Extruded Profile)，毛坯再经过高精度机械加工、去毛刺和表面处理等。
二、超高精度电脑硬盘驱动臂铝合金型材的技术要求如下：
1、机械性能
抗拉强度σb≥280MPa，屈服强度σ0.2≥240MPa，延伸率δ≥8％，硬度HRE 85～95。
2、晶粒度
ASTM E112或GB/T 3246.1-2000标准3～8级。
3、尺寸公差和轮廓度
(1)尺寸公差一般±0.2mm，特殊±0.125mm，使用三坐标测量仪CMM检测样品所有尺寸，尺寸100％合格。
(2)轮廓度要求一般0.20mm，特殊0.15mm，使用5倍或10倍投影仪PROJECTOR进行轮廓检测，轮廓度100％合格。
(3)直线度和扭拧度均≤0.15mm/300mm。
4、良好的切削性能以及表面处理(酸洗、镀镍)性能并且在这些加工过程中不能有任何缺陷。
根据以上超高精度电脑硬盘驱动臂铝合金型材的技术要求，可看出驱动臂型材的尺寸精度等技术要求已远远高于GB/T 6892-2006《一般工业用铝及铝合金挤压型材》及其他国家关于热挤压铝合金型材超高精级尺寸的规定，同时对轮廓度、力学性能(硬度)和晶粒度等提出了严格要求。电脑硬盘驱动臂铝合金热挤压型材尺寸精度、力学性能、显微组织、切削加工性能、表面处理性能等要求极高，而现有的铝合金型材的生产方法所得到的型材精度低，硬度较低，需要后处理加工程序较才多能达到所要求的硬度。导致硬盘驱动臂的制造成本增加。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种完全达到超高精度电脑硬盘驱动臂铝合金型材技术要求，且大批量、稳定生产，生产成本低的超高精度硬盘驱动臂型材的生产方法。
为了达到上述目的，本发明所设计的一种超高精度硬盘驱动臂型材的生产方法，是一种使用6061铝合金圆铸锭的生产方法，其特征是：
a)挤压模具放入模套，连同支承垫放入工具加热炉，加热到420℃～500℃，保温2～5小时；
b)挤压筒400～450℃左右保温，带固定挤压垫的挤压轴放入挤压筒中预热2小时以上；
c)铸锭经感应加热炉梯温加热到温400～520℃后，输送入挤压机；
d)通过挤压机挤压成型，挤压速度2～15米/分；
e)型材挤出挤压机前横梁后，牵引机以适度牵引力与挤压速度同步牵引前进，使型材迅速进入在线喷水雾淬火状态，通过使挤压速度和铸锭加热温度配合并保持稳定，使挤出型材在淬火前的温度稳定控制在6061铝合金固溶处理温度范围480℃～550℃，淬火后急冷至100℃以下；
f)以适度拉伸力进行拉伸矫直，严格控制拉伸率0.5～1.5％，去除应力和弯曲变形；
g)挤压后的型材，尽快进行人工时效处理，时效温度为180℃～200℃，时效时间为3～8小时；
h)对时效后的型材取样，进行力学性能测试，用投影仪放大5倍或10倍检查型材的轮廓度，用三坐标测量仪CMM检测尺寸。
其中：所述的铸锭感应加热炉采用300KW-500KW的铝铸锭工频感应加热炉。
所述的人工时效处理采用隧道电阻炉或循环热风炉，功率为150KW-500KW。
所述的在线喷水雾淬火时的冷却水压力位0.2MPa-0.8MPa，冷却水温度35℃以下，冷却速度高于于300℃/分钟。
所述的铝合金圆铸锭在进行挤压加工前进行高温充分均匀化处理并强制空冷至室温，且均匀化处理后需要进行车皮去除表面氧化层和铸造缺陷。
本发明所得到的超高精度硬盘驱动臂型材的生产方法，通过各种方法对生产设备加温，并保证了挤压工作时的完全“等温挤压”条件，从而减少了最终得到的型材的内部应力，提高了其屈服强度。利用牵引速度与挤压速度同步，提高型材的尺寸精度，然后利用水雾淬火系统增加型材的硬度，在通过张力矫直机进行精确的拉伸与矫直，以最终降低挤压和喷水淬火过程中的弯曲和扭拧变形，并在一定程度上消减型材淬火时喷水急冷所产生的内应力，从而保证型材的尺寸精度。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1：
本实施例描述的超高精度硬盘驱动臂型材的生产方法，生产某一款超高精度电脑硬盘驱动臂铝合金型材，使用的6061M铝合金圆铸锭的化学成分、熔炼和铸造设备和质量控制如下： (单位：重量百分比)
其热挤压主要工艺如下：
铝合金圆铸锭熔铸→均匀化及感应预热→分流模设计、制造与预热→热挤压成形→在线式喷水雾淬火→同步牵引→中断→冷床冷却→拉伸矫直→定尺锯切→人工时效处理→成品检验→包装出货等。
所使用主要设备如下：
(1)热挤压成形设备采用1800美吨正向单动挤压机。挤压机的挤压轴、挤压筒和模具盒的对中性能良好，易于调整。运动部件运动重复精度高。采用固定挤压垫技术。挤压机自动控制，挤压速度稳定，型材出料温度520℃；
(2)热挤压成形主要辅助设备
1)、500KW铝铸锭工频感应加热炉
铸锭感应加热炉与挤压机联机，实现自动化操作。
2)、45KW工具加热炉
挤压模具、工具必须预热，加热到450℃，保温4小时。炉温自动控制，均匀性好。
3)、240KW铝型材人工时效炉
240KW隧道电阻炉，炉温均匀性±3℃。时效温度为185℃，保温8小时。
4)、在线式喷水雾淬火系统
具有双向5组喷头，喷水方向、压力和流量可调整。冷却水压力0.2～0.8MPa，冷却水温度35℃，冷却速度800℃/分钟。
5)、120Kg直线牵引机
牵引速度与挤压速度同步，牵引力可调。
6)、30吨张力矫直机
进行精确的拉伸和矫直。
关键工艺流程和参数如下：
(1)、挤压模具放入模套，连同支承垫放入工具加热炉，加热到450℃，保温4小时；
(2)、挤压筒450℃左右保温，带固定挤压垫的挤压轴放入挤压筒中预热2～4小时以上；
(3)、铸锭经感应加热炉梯温加热到500℃后，输送入挤压机(首料温度略高)；
(4)、通过挤压机挤压成型，挤压速度5～6米/分；
(5)、型材挤出挤压机前横梁后，牵引机以适度牵引力与挤压速度同步牵引前进，很快进入在线喷水雾淬火状态。挤出型材在淬火前的温度稳定520℃左右，淬火后急冷至80℃以下；
(6)、以适度拉伸力进行拉伸矫直，严格控制拉伸率0.5％；
(7)、挤压后的型材，尽快进行人工时效处理，时效温度为185℃±3℃，保温时间为8小时；
按以上工艺生产的某一款超高精度电脑硬盘驱动臂铝合金型材，对时效后的型材取样，进行力学性能和硬度测试，用投影仪(放大10倍)检查轮廓度，用三坐标测量仪CMM检测尺寸，达到的技术性能指标如下：
1、机械性能
抗拉强度σb＝308MPa，屈服强度σ0.2＝291MPa，延伸率δ＝10％，硬度HRE90。
2、晶粒度
ASTM E112或GB/T 3246.1-2000标准8级。
3、尺寸公差和轮廓度
(1)尺寸公差一般±0.2mm，使用三坐标测量仪CMM检测样品所有尺寸，尺寸100％合格。
(2)轮廓度要求一般0.20mm，使用10倍投影仪PROJECTOR进行检测，轮廓度100％合格。
(3)直线度和扭拧度均≤0.15mm/300mm。
切削性能以及表面处理(酸洗、镀镍)性能良好，加工过程中没有发现任何缺陷。
实施例2
本实施例描述的超高精度硬盘驱动臂型材的生产方法，生产某一款超高精度电脑硬盘驱动臂铝合金型材，使用的6061M铝合金圆铸锭的化学成分、熔炼和铸造设备和质量控制如下： (单位：重量百分比)
其所述的热挤压主要工艺如下：
铝合金圆铸锭熔铸→均匀化及感应预热→分流模设计、制造与预热→热挤压成形→在线式喷水雾淬火→同步牵引→中断→冷床冷却→拉伸矫直→定尺锯切→人工时效处理→成品检验→包装出货等。
所使用主要设备如下：
(1)热挤压成形设备采用1250吨正向单动挤压机。挤压轴、挤压筒和模具盒的对中，采用固定挤压垫技术。挤压机自动控制，挤压速度稳定，型材出料温度525℃；
(2)热挤压成形主要辅助设备
1、300KW铝铸锭工频感应加热炉
铸锭感应加热炉自动化操作。
2、45KW工具加热炉
挤压模具、工具必须预热，加热到420℃，保温6小时。炉温自动控制，均匀性好。
3、160KW铝型材人工时效炉
隧道电阻炉，炉温均匀性±3℃。时效温度为185℃，保温8小时。
4、在线式喷水雾淬火系统
具有双向4组喷头，喷水方向、压力和流量可调整。冷却水压力0.2～0.8MPa，冷却水温度35℃，冷却速度600℃/分钟。
5、120Kg直线牵引机
牵引速度与挤压速度同步，牵引力可调。
6、30吨张力矫直机
进行精确的拉伸和矫直。
其关键工艺流程和参数如下：
(1)、挤压模具放入模套，连同支承垫放入工具加热炉，加热到450℃，保温4小时；
(2)、挤压筒420℃左右保温，带固定挤压垫的挤压轴放入挤压筒中预热4小时以上；
(3)、铸锭经感应加热炉梯温加热到510℃后，输送入挤压机(首料温度略高)；
(4)、通过挤压机挤压成型，挤压速度5～5.5米/分；
(5)、型材挤出挤压机前横梁后，牵引机以适度牵引力与挤压速度同步牵引前进，很快进入在线喷水雾淬火状态。挤出型材在淬火前的温度稳定525℃左右，淬火后急冷至100℃以下；
(6)、以适度拉伸力进行拉伸矫直，严格控制拉伸率0.5％；
(7)、挤压后的型材，尽快进行人工时效处理，时效温度为185℃±3℃，保温时间为8小时；
按以上工艺生产的某一款超高精度电脑硬盘驱动臂铝合金型材，对时效后的型材取样，进行力学性能和硬度测试，用投影仪(放大10倍)检查轮廓度，用三坐标测量仪CMM检测尺寸，达到的技术性能指标如下：
1、机械性能
抗拉强度σb＝300MPa，屈服强度σ0.2＝285MPa，延伸率δ＝10％，硬度HRE89。
2、晶粒度
ASTM E112或GB/T 3246.1-2000标准10级。
3、尺寸公差和轮廓度
(1)尺寸公差一般±0.2mm，使用三坐标测量仪CMM检测样品所有尺寸，尺寸100％合格。
(2)轮廓度要求一般0.20mm，使用10倍投影仪PROJECTOR进行检测，轮廓度100％合格。
(3)直线度和扭拧度均≤0.15mm/300mm。
4、切削性能以及表面处理(酸洗、镀镍)性能良好，加工过程中没有发现任何缺陷。
Claims (5)
1.一种超高精度硬盘驱动臂型材的生产方法，是一种使用6061铝合金圆铸锭的生产方法，其特征是：
a)挤压模具放入模套，连同支承垫放入工具加热炉，加热到420℃～500℃，保温2～5小时；
b)挤压筒400～450℃左右保温，带固定挤压垫的挤压轴放入挤压筒中预热2小时以上；
c)铸锭经感应加热炉梯温加热到温400～520℃后，输送入挤压机；
d)通过挤压机挤压成型，挤压速度2～15米/分；
e)型材挤出挤压机前横梁后，牵引机以适度牵引力与挤压速度同步牵引前进，使型材迅速进入在线喷水雾淬火状态，通过使挤压速度和铸锭加热温度配合并保持稳定，使挤出型材在淬火前的温度稳定控制在6061铝合金固溶处理温度范围480℃～550℃，淬火后急冷至100℃以下；
f)以适度拉伸力进行拉伸矫直，严格控制拉伸率0.5～1.5％，去除应力和弯曲变形；
g)挤压后的型材，尽快进行人工时效处理，时效温度为180℃～200℃，时效时间为3～8小时；
h)对时效后的型材取样，进行力学性能测试，用投影仪放大5倍或10倍检查型材的轮廓度，用三坐标测量仪CMM检测尺寸。
2.根据权利要求1所述的超高精度硬盘驱动臂型材的生产方法，其特征是所述的铸锭感应加热炉采用300KW-500KW的铝铸锭工频感应加热炉。
3.根据权利要求1所述的超高精度硬盘驱动臂型材的生产方法，其特征是所述的人工时效处理采用隧道电阻炉或循环热风炉，功率为150KW-500KW。
4.根据权利要求1所述的超高精度硬盘驱动臂型材的生产方法，其特征是所述的在线喷水雾淬火时的冷却水压力位0.2MPa-0.8MPa，冷却水温度35℃以下，冷却速度高于于300℃/分钟。
5.根据权利要求1所述的超高精度硬盘驱动臂型材的生产方法，其特征是所述的铝合金圆铸锭在进行挤压加工前进行高温充分均匀化处理并强制空冷至室温，且均匀化处理后需要进行车皮去除表面氧化层和铸造缺陷。
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