CN102834255B - 用于防止金属部件在制造工艺期间翘曲的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制造包含双金属片材的部件的方法，包括进行加热双金属片材的制造工艺和在双金属片材的冷却期间物理地限制双金属片材发生变形。可选地，所述方法还包括在加热双金属片材的制造工艺期间物理地限制双金属片材发生变形。还公开了限制设备，其包括：第一限制部件，具有适于抵接金属片材的第一表面的第一热传导性接触表面；第二限制部件，具有适于抵接所述金属片材的第二表面的第二接触表面；和接合装置，进行操作以将所述第一限制部件和所述第二限制部件相对于彼此固定就位。金属片材在加热和/或冷却期间被限制在第一接触表面与第二接触表面之间。

Description

用于防止金属部件在制造工艺期间翘曲的系统和方法

技术领域

本发明总体涉及用于电子装置的外壳(例如，机壳、电池盖等)的制造，更具体地说涉及用于3C(计算机、通信、消费类电子产品)装置的金属外壳的制造。更进一步具体地说，本发明涉及防止双金属外壳在通过制造工艺受到加热时发生翘曲变形，所述制造工艺例如为NMT(NanoMoldTechnology，纳米模制技术)工艺。

背景技术

当前，3C产品的需求日益变得更取决于美观。作为结果，越来越多的引人注目的效果和区别特征被并入这种产品的外壳设计中。例如，金属机壳是3C市场中的当前趋势。

申请人发现由双金属化金属来形成金属机壳存在优点。双金属材料的一个示例是通过将两个不同金属的片材冷轧在一起以形成单个双层片材所形成的片状金属。如本文所使用的，术语双金属被认为也包括具有多于两个由两种或更多种不同金属形成的层的材料。

虽然存在优点，但是存在一些问题必须被处理以增加产品产出率。例如，双金属片状金属在受到显著温度变化时易于翘曲，因为两种金属具有不同的热膨胀系数(CTE)。作为结果，双金属部件在壳体暴露于加热的制造工艺期间特别脆弱。例如，双金属壳体在从NMT模具释放并被允许在室温冷却后可能发生严重的翘曲变形。

因此，所需的是用于在制造期间防止双金属翘曲的器件(means)。还需要的是用于防止受到涉及加热的制造工艺的双金属部件发生翘曲的器件。还需要的是用于防止在模制工艺中所涉及的双金属部件发生翘曲的器件。还需要的是用于改善涉及双金属部件的制造工艺的产品质量和产出率的器件。

发明内容

本发明通过提供用于在部件被冷却时限制部件的系统和方法，来克服在双金属部件暴露于温度波动时发生的问题。第一解决方案利用冷却型架(coolingfixture)来在模制产品从模具中释放出来后限制模制产品。部件或者组件在仍然温热时被放置在型架中，并被允许在完全受到限制的状态下在型架中冷却。第二解决方案使用快速加热和冷却方法(RHCM)来快速地加热和冷却模具中的产品。因为产品在受到模具的完全限制下受热和冷却，所以变形将显著地减小。

第二解决方案的处理时间大大小于第一解决方案的处理时间。然而，两种解决方案使用类似的原理，并且与现有技术相比，实现质量和产出率的显著提高。两种解决方案都在加热和/或冷却工艺期间提供物理限制，以防止双金属产品的自由变形。这允许应力分布在物理限制下达到新的平衡状态。虽然完全限制提供优异的结果，但是所需的限制量根据特定应用的具体情况应有所不同。

公开了一种用于制造包括双金属片材的部件的示例方法。双金属片材包括第一层的第一金属和第二层的第二金属。第二金属不同于第一金属，并且具有不同的热膨胀系数。所述方法包括进行导致加热双金属片材的制造工艺，冷却双金属片材，和在冷却双金属片材的步骤期间物理地限制双金属片材发生变形。可选地，所述方法还包括在导致加热双金属片材的制造工艺期间物理地限制双金属片材发生变形。

在一示例方法中，进行导致加热所述双金属片材的制造工艺的步骤包括进行模制工艺。示例的模制工艺包括直接在双金属片材的表面上模制结构，例如在NMT工艺中那样。在该示例方法中，限制双金属片材在导致加热双金属片材的制造工艺期间发生变形的步骤包括以在制造工艺中使用的模具来限制双金属片材。另外，限制在冷却双金属片材的步骤期间发生变形的步骤包括以模具限制双金属片材并主动冷却模具。作为一个示例，主动冷却模具包括循环与所述模具接触的温度调节流体。

在一替代示例方法中，限制双金属片材在冷却双金属片材的步骤期间发生变形的步骤包括：从模具取出双金属片材，将双金属片材放置到单独的限制装置中，并允许双金属片材在处于单独的限制设备中的同时发生冷却。可选地，允许双金属片材在处于限制装置中的同时发生冷却的步骤包括通过例如循环与限制设备接触的温度调节流体来主动冷却限制设备。

还公开了一种用于限制包括有金属片材的物品的限制设备。一示例性实施例包括：第一限制部件，具有适于抵接所述金属片材的第一表面的第一热传导性接触表面；和第二限制部件，具有适于抵接所述金属片材的第二表面的第二接触表面。金属片材的第二表面位于金属片材的与金属片材的第一表面相反的相反侧。所述示例性实施例进一步包括接合装置，其进行操作以将所述第一限制部件和所述第二限制部件相对于彼此固定就位，由此将所述金属片材限制在所述第一接触表面与所述第二接触表面之间。一储热器联接成经由所述第一部件的所述第一热传导性接触表面从所述金属片材接受热能。可选地，所述第二限制部件的第二接触表面可以是热传导性的，并且所述储热器可以联接成用于经由第二限制部件的第二接触表面从金属片材接受热能。

公开了用于在所述金属片材被加热和冷却的制造过程中限制所述金属片材的各种器件。

在一个示例性实施例中，所述第一限制部件由热传导性材料制成，并且所述储热器的至少一部分包括第一限制部件的热质量(thermalmass)。另外，所述第一限制部件由金属制成，并且所述储热器包括热质量比所述金属片材的热质量大至少10倍的金属量。可选地，所述储热器包括固体热传导性部分和热联接至所述固体热传导性部分的流体通道。

所述接合装置包括至少一个夹具(clamp)，所述至少一个夹具固定成用于将所述第一接触表面和所述第二接触表面偏置成抵靠所述金属片材的两相反侧。所公开的示例性实施例包括设置成向所述第一接触表面或者所述第二接触表面中的至少一个的大部分之上施加大致相等压力的多个夹具。此外，在示例性实施例中，所述第一接触表面和第二接触表面中的一个包括凹部，而所述第一接触表面和所述第二接触表面中的另一个包括凸部。

在一替代示例性实施例中，所述第一限制部件和第二限制部件是模具例如注塑模具的一部分。

附图说明

参考以下附图描述本发明，其中相似附图标记表示大致类似的构成要素：

图1示出了机壳由双金属片状材料形成的电子装置的透视图；

图2是在其上形成有模制结构的图1所示机壳的部件的透视图；

图3示出了在部件被冷却的同时被冷却型架保持在限制下的图2所示部件的第一表面区域；

图4示出了在部件被冷却的同时被冷却型架保持在限制下的图2所示部件的相反表面区域；

图5是在部件的加热和/或冷却期间施加至图2所示部件的限制作用力的示意图；

图6是冷却型架的基部的透视图；

图7是图2所示部件已就位于其中的图6所示冷却型架的基部的透视图；

图8是冷却型架的可移除顶部已与基部接合从而将图2所示部件夹持于其间的图7所示冷却型架的透视图；

图9是在其中夹持有图2所示部件的图8所示冷却型架的侧视截面图；

图10是概述本发明一个实施例的用于减小制造过程中的双金属部件的翘曲的示例方法的流程图；

图11示出了本发明第二实施例的注塑模具的加热和冷却周期；而

图12是概述本发明第二实施例的用于减小双金属部件的翘曲的示例方法的流程图。

具体实施方式

本发明通过提供用于在部件被加热和/或冷却时限制部件的系统和方法，来克服在双金属部件暴露于温度波动时发生的问题。部件的这种加热和冷却在各种各样的制造工艺期间是常见的。参考一特定工艺来本发明的各方面，在该特定工艺中塑料结构特征通过NMT工艺模制到双金属膝上型显示器外壳上。然而，应该明白的是，本发明可以用于防止与引起易受影响的部件受到加热和冷却的其它制造工艺(除NMT外)关联的所有类型的部件的翘曲。另外，省略了不是理解本发明所必需的某些特定细节(例如，模具材料和温度)，以免不必要地复杂化对本发明的说明。

图1示出了包括金属机壳102的电子装置100。作为一个示例，电子装置100是膝上型计算机。然而，应该明白的是，本发明并不局限于用于膝上型计算机的机壳。相反，本发明可以用于易于翘曲的任何制造工艺和/或部件。

机壳102包括以蛤壳关系铰接在一起的顶部壳体104和底部壳体106。顶部壳体104容纳计算机显示器和扬声器(图1中不可见)，而底部壳体106容纳键盘108、用户输入装置110、计算机主板(不可见)和膝上型计算机100中希望有的任何其它硬件部件(不可见)。

图2是顶部壳体104的透视图，所述顶部壳体包括多个模制而成的安装特征204(例如，螺丝凸台)。壳体104包括内表面206和相反的外表面208。另外，壳体104是由双金属化金属(例如，包层金属)构成的，所述双金属化金属具有通过一些适当的手段(例如，冷轧、金属沉积等)结合在一起的两种不同的金属层210、212。每个层210、212由不同类型的金属形成，使得表面206由第一类型的金属形成，而表面208由第二类型的金属形成。第一类型的金属(例如，铝合金)促进壳体104与安装特征204之间的结合，而第二类型的金属(例如，钛、不锈钢等)向壳体104提供强度和刚度。

虽然本发明可以用于任何类型的片状金属材料，但是将双金属片状材料用作一个示例，因为双金属片状材料特别易于翘曲。另外，双金属片状材料在许多应用中既在功能上(例如，如在前一段落中所描述的)又在美学上提供重要的优点。如本文所使用的，术语“双金属片状材料”包括这样的片状材料，该片状材料包括两层或更多层的不同金属成分。

安装特征204促进顶部壳体104向例如显示器(未示出)的框体和/或底部壳体106的安装。安装特征204例如由直接插入模制在表面106上的塑料形成。插入模制的塑料安装特征204与表面206之间的直接塑料到金属结合是使用NMT实现的。插入模制只是能使包括在所制部件中的金属片状材料被加热和冷却从而能导致金属片状材料的不希望翘曲的制造工艺的一个示例。本发明能够用于促进许多其它的这种加热和冷却部件的金属片状材料的制造工艺。

图3、4和5示出了在壳体104被冷却时被冷却型架同时保持在限制下的壳体104的区域。图3是壳体104的前侧俯视图。阴影区域302示出了被冷却型架保持在限制下的内表面206的区域。

图4示出了壳体104的外表面208的后侧俯视图。阴影区域402示出了也被冷却型架保持在限制下的外表面208的区域。在该特定实施例中，区域402覆盖壳体104的外表面208的全体或者至少大部分。

图5示出了壳体104的示意性截面图。虚线502、504表示通过冷却型架的表面分别对区域206、208施加的限制作用力的施加。壳体104上的限制作用力是通过冷却型架的表面沿图示方向施加的。为简明起见，虚线204图示为高于表面106，而虚线206图示为低于表面108。然而，应该明白的是，由虚线502、504表示的作用力将由冷却型架的相似轮廓的表面分别直接地抵接表面206、208而得到施加。

图6、7和8示出了处于各使用阶段的冷却型架600。图6示出了冷却型架600的基部602。基部602包括储热器604，并且限定出轮廓与壳体104的表面208匹配的凹入式接收表面606。在该特定实施例中，表面606在中心是大体平坦的，并具有凹状外围边界。该凹状边界与壳体104的凸状边缘和限制设备602(未示出)的上部的可选凸状表面互补。接收表面606是传热的，并且促进热能在壳体104与储热器604之间的流动。

与壳体104相比，储热器604包括比较大的热质量(例如，大至少10倍)。在该特定实施例中，储热器604和表面606由一块热传导性的金属例如钢或者铝形成。储热器604包括管道608，所述管道608促进温度调节流体穿过储热器604的循环。循环的温度调节流体促进储热器604的从而促进壳体104的有效加热和/或冷却。

基部602联接至多个接合装置610。在本示例性实施例中，接合装置610是夹具，其固定冷却型架600的可移除部分(在下面参考图8描述)。夹具610中的每一个经由相应的基部612固定至冷却型架600的基部602。多个边缘限制块614也定位在接收表面606的边缘附近。边缘限制块614在壳体104的冷却期间抑制壳体104的边缘。边缘限制块614和基部612中的每一个都包括倾斜的对齐表面616，这些表面一起将冷却型架600的上部引导就位，如下面将描述的。

图7示出了在其中设置有壳体104的冷却型架600的基部602，壳体104的内表面206面向上方。壳体104的外表面208(图7中不可见)搁置在基部602的表面606(被壳体104挡住而看不见)上。边缘抑制块614悬伸在壳体104的边缘上，并且与基部602的顶表面和壳体104的表面206两者抵接。

图8示出了冷却型架600以上部802设置在壳体104(不可见)之上并与基部602接合。上部802包括一对把手804，这对把手促进上部802的插入和取出。虽然图8中不可见，但是上部802的底面包括轮廓与壳体104的内表面206匹配的表面。夹具610朝基部602偏置上部802，将壳体104限制在其间。另外，夹具610配置成在壳体104上维持均匀的压力。在被如此限制的情况下，壳体104被保持处于非翘曲的状态，直到壳体104冷却并且壳体104的各层返回未受应力的稳定状态。

图9是在其中夹持有壳体104的冷却型架600的侧视截面图。如图9所示，冷却型架600的上部802包括顶部902、中间部904和接触部906。顶部通过多个紧固件908(例如，机器螺丝)固定至中间部904，并通过一个或多个紧固件910(例如，机器螺丝)固定至接触部906。中间部904包括定位表面912并限定出空腔914。定位表面912接触基部602的上表面，以确保可能导致壳体104发生变形的过多压力不施加到壳体104上。空腔914为模制的安装特征204提供间隙。接触部906在区域206(图3所示)中抵接壳体104。

在被限制在冷却型架600中的同时，热量从壳体104流出，通过热传导性表面606并进入储热器604中。在本示例性实施例中，可以通过经由管道608循环温度调节流体来主动地加热和/或冷却储热器604。然而，储热器604也可以是被动的(passive)。例如，储热器604可以仅仅是热传导性物体(例如，金属块)，其相对于壳体104具有比较大的热质量和/或充分的表面面积以向环境大气中散热。

因为壳体104薄，所以上部802可以是热传导性的或者隔热性的。实际上，取决于特定应用，任一实施例都能够提供优点。例如，在主动冷却的实施例中，隔热性上部会从壳体104将大部分热量引导到储热器604中，在那里被管道608中的温度调节流体带走。然而，在被动冷却的限制设备中，希望的是使向环境大气的散热最大化。在该情况下，如果上部802是热传导性的，则是有利的。

当冷却至稳定温度后，壳体104能够从冷却型架600取出，而没有翘曲。通过释放夹具610并由把手804从冷却型架600提升上部802，来取出壳体104。然后，可以通过任意适当的手段从基部602取出壳体104。

图10是概述用于在包括有金属片状材料的部件的制造期间减小翘曲的一个方法1000的流程图。在第一步1002中，提供制造设备(例如，模具)。然后，在第二步1004中，提供冷却型架。接下来，在第三步1006中，提供包括有金属片状材料(例如，双金属片状材料)的部件。然后，使该部件经受制造工艺。例如，在第四步1008中，将部件定位在模具中。然后，在第五步1010中，加热模具。接下来，在第六步1012中，向模具中注入熔融材料。然后，在第七步1014中，打开模具，并取出部件。接下来，在第八步1016中，将部件放置在冷却型架中。然后，在第九步1018中，使部件在物理限制下冷却至稳定温度。最后，在第十步1020中，从型架取出部件，从而结束该方法。

图11示出了本发明第二实施例的注塑模具的加热和冷却周期。在该实施例中，引起加热片状金属部件(例如，双金属壳体104)的制造工艺适于在将部件冷却至稳定状态的期间物理地限制部件。例如，通过对于在双金属壳体104上的NMT模制采用快速加热和冷却(RHCM)工艺，能够取得本发明的优点。在该工艺中，在时间t₀，当模具处于较低温度时，将金属部件1102装载到模具1104中。这有助于防止金属部件发生初始翘曲，因为不会与预热过的模具空腔接触。如图11所示，在t₀向模具1104加热，但是模具1104仍然处于来自前一周期的较低温度。模具1104将在完全闭合后开始升温并到达期望的温度。然后，在时间t₁，开始向模具1104中注入熔体。模具保持处于期望的高温直到熔体被完全注入模具1104中。然后，在时间t₂，开始冷却模具。在时间t₃，金属部件1102保持被物理地限制在闭合模具1104中，直到部件1102冷却至期望的稳定温度。然后，在时间t4，打开模具1104，取出部件1102，并开始加热模具1104，以准备下一模制周期。

本发明的该替代实施例是本发明的更宽方面的一个具体示例。具体说，该替代实施例示范了能够将用于会导致加热部件的某些工艺的不同类型的制造装备修改为实施和利用本发明的冷却型架。因此，在这些情况中不必需要单独的冷却型架。

图12是概述用于在导致加热片状材料的制造过程中减小包含金属片状材料(例如，双金属片状材料)的部件中的翘曲的另一示例方法1200的流程图。在第一步1202中，提供实施为冷却型架的制造装备(例如，修改的模具)，并且在第二步1204中，提供包括有金属片状材料的部件。然后，在第三步1206中，将部件放置并限制在模具中。接下来，在第四步1208中，迅速地加热模具。然后，在第五步1210中，向模具中注入熔体，以在受限制的部件上形成模制的特征。接下来，在第六步1212中，在部件被限制在模具中的同时冷却部件。最后，在第七步1214中，从模具取出冷却了的部件。

本发明的特定实施例的描述现在结束了。许多所描述的特征可能被取代、改变或者省略，而不背离本发明的范围。例如，本发明的冷却型架可以被并入除模制工艺外的制造装备/工艺(例如，钎焊、熔焊、切割等)中。另外，本发明可以用于容易遭受翘曲问题的其它类型的部件和/或制造工艺。从所示特定实施例发生的这些和其它偏差对本领域的技术人员来说将是显而易见的，特别是鉴于以上公开。

Claims (25)

1.一种用于制造包括预先制造的双金属片材的部件的方法，所述双金属片材具有第一层的第一金属和第二层的第二金属，所述第二金属不同于所述第一金属，所述方法包括：

进行导致加热所述预先制造的双金属片材的制造工艺；

冷却所述双金属片材；和

在冷却所述双金属片材的步骤期间物理地限制所述双金属片材发生变形。

2.如权利要求1所述的方法，还包括在导致加热所述双金属片材的制造工艺期间物理地限制所述双金属片材发生变形。

3.如权利要求2所述的方法，其中，进行导致加热所述双金属片材的制造工艺的步骤包括进行模制工艺。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述模制工艺包括直接在所述双金属片材的表面上模制出结构。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述模制工艺是纳米模制技术工艺。

6.如权利要求3所述的方法，其中，在导致加热所述双金属片材的制造工艺期间限制所述双金属片材发生变形的步骤包括以模具限制所述双金属片材。

7.如权利要求6所述的方法，其中，在冷却所述双金属片材的步骤期间限制所述双金属片材发生变形的步骤包括以所述模具限制所述双金属片材。

8.如权利要求7所述的方法，其中，在冷却所述双金属片材的步骤期间限制所述双金属片材发生变形的步骤包括主动冷却所述模具。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述主动冷却所述模具包括循环与所述模具接触的温度调节流体。

10.如权利要求6所述的方法，其中，在冷却所述双金属片材的步骤期间限制所述双金属片材发生变形的步骤包括：

从所述模具取出所述双金属片材；

将所述双金属片材放置到单独的限制设备中；和

允许所述双金属片材在处于所述单独的限制设备中的同时发生冷却。

11.如权利要求10所述的方法，其中，允许所述双金属片材在处于所述限制设备中的同时发生冷却的步骤包括主动冷却所述限制设备。

12.如权利要求11所述的方法，其中，主动冷却所述限制设备包括循环与所述限制设备接触的温度调节流体。

13.一种用于限制包括有预先制造的双金属片材的物品的限制设备，所述限制设备包括：

第一限制部件，具有储热器，所述储热器具有适于抵接所述双金属片材的第一表面的第一热传导性接触表面，其中，所述储热器联接成经由所述第一热传导性接触表面从所述双金属片材接受热能；

第二限制部件，具有适于抵接所述双金属片材的第二表面的第二接触表面，所述双金属片材的所述第二表面位于所述双金属片材的相对于所述双金属片材的所述第一表面的相反侧；

接合装置，进行操作以将所述第一限制部件和所述第二限制部件相对于彼此固定就位，由此将所述双金属片材限制在所述第一热传导性接触表面与所述第二接触表面之间。

14.如权利要求13所述的限制设备，其中：

所述第二限制部件的所述第二接触表面是热传导性的；并且

所述储热器联接成经由所述第二限制部件的所述第二接触表面从所述双金属片材接受热能。

15.如权利要求13所述的限制设备，其中：

所述第一限制部件由热传导性材料制成；并且

所述储热器的至少一部分包括所述第一限制部件的热质量。

16.如权利要求15所述的限制设备，其中，所述第一限制部件由金属制成。

17.如权利要求13所述的限制设备，其中，所述储热器包括热质量比所述双金属片材的热质量大至少10倍的金属量。

18.如权利要求13所述的限制设备，其中，所述储热器包括：

固体热传导性部分；和

热联接至所述固体热传导性部分的流体通道。

19.如权利要求13所述的限制设备，其中，所述接合装置包括至少一个夹具，所述至少一个夹具固定成用于将所述第一热传导性接触表面和所述第二接触表面偏置成抵靠所述双金属片材的两相反侧。

20.如权利要求19所述的限制设备，其中，所述接合装置包括设置成向所述第一热传导性接触表面或者所述第二接触表面中的至少一个的大部分之上施加大致相等压力的多个夹具。

21.如权利要求13所述的限制设备，其中，所述第一热传导性接触表面和所述第二接触表面中的一个包括凹部。

22.如权利要求21所述的限制设备，其中，所述第一热传导性接触表面和所述第二接触表面中的另一个包括凸部。

23.如权利要求13所述的限制设备，其中，所述第一限制部件和所述第二限制部件是模具的一部分。

24.如权利要求23所述的限制设备，其中，所述第一限制部件和所述第二限制部件是注塑模具的一部分。

25.一种用于限制包括有预先制造的双金属片材的物品的限制设备，所述限制设备包括：

用于在所述预先制造的双金属片材被加热和冷却的制造过程中限制所述预先制造的双金属片材的限制用器件，其中，所述限制用器件具有储热器，并且一第一热传导性接触表面适于抵接所述双金属片的第一表面，其中，所述储热器连接为通过所述第一热传导性接触表面接收来自所述双金属片材的热能。