CN103286522A - 一种电子产品铝合金壳体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电子产品铝合金壳体的制备方法，其包括以下步骤：预成型、时效处理、二次成型、时效处理、精修处理。本发明提供的电子产品铝合金壳体的制备方法，通过挤压工艺与锻造成型相结合，既能够形成复杂的结构特征，后续还可通过机械表面处理和阳极氧化处理以获得很好的表观效果。本发明提供的制备方法加工难度低、加工时间短、成本低。

Description

一种电子产品铝合金壳体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种电子产品铝合金壳体的制备方法。 

背景技术

随着消费水平的提高，消费者对电子产品的要求不仅注重其质量，对其外观表面的质感及触感也越来越关注。铝合金壳体能够带来无以伦比的视觉冲击感，同时具有手感细腻、防摔、抗腐蚀等优点，一直以来倍受消费者青睐，代表着高端电子产品壳体的发展方向。 

目前，国内电子产品（如手机、笔记本、平板电脑等）的铝合金壳体部件主要采用的是压铸成型法或冲压成型法。利用压铸成型法制备的壳体能够获得较复杂的结构特征，但其机械性能比较差，尤其是塑性；而且压铸过后，材料内部组织偏析严重，后续进行阳极氧化处理效果差，进而导致表观效果差。利用冲压成型法制备的壳体，其内部组织偏析少，后续进行阳极氧化的效果好，能够获得很好表观效果，但其主要是通过拉伸、折弯等形成产品壳体，产品截面厚度一致，故不能形成具有复杂结构特征的产品。 

为了解决上述问题，目前大部分电子产品厂商采用原材料直接进行CNC（计算机数字控制机床）加工成壳体，然后对其进行阳极氧化处理，以制造出精美的壳体。然而，此工艺加工难度大，特别是要去掉CNC留下来的刀纹难度更大，且良率低。同时，为了形成复杂结构特征，所使用的原料一般较厚，导致CNC加工时间长，生产效率极低；而且，需要CNC加工剔除较多的废料，造成原料浪费，导致制造成本高，生产效益低。 

发明内容

本发明为解决现有电子产品铝合金壳体的制备方法中加工难度大、加工时间长、成本高的技术问题，从而提供一种加工难度低、加工时间短、成本低的电子产品铝合金壳体的制备方法。 

一种电子产品铝合金壳体的制备方法，其包括以下步骤： 

（1）预成型：将铝合金坯料进行挤压成型；

（2）时效处理：对步骤（1）所得的工件进行时效处理；

（3）二次成型：对步骤（2）所得的工件进行润滑处理后再进行锻造成型；

（4）时效处理：对步骤（3）所得的工件进行时效处理；

（5）精修处理：对步骤（4）所得的工件进行精修处理，使其达到相应的结构要求，以形成最终产品。

本发明提供的电子产品铝合金壳体的制备方法，通过挤压成型与锻造成型的结合，工件经过挤压和锻造之后，可以达到电子产品壳体所需要的形状，之后只需进行少量的CNC处理对产品进行精修，以形成复杂结构特征，加工时间明显减少，生产效益大大提高。同时，经过挤压和锻造之后，工件可以稳定的地达到壳体产品复杂的结构特征处的高度要求，降低了对原材料厚度的要求，之后进行的CNC处理仅需剔除少量的废料，大大节省原料，制造成本大大降低。   

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体实施方式及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式和具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

一种电子产品铝合金壳体的制备方法，其包括以下步骤： 

（1）预成型：将铝合金坯料进行挤压成型；

（2）时效处理：对步骤（1）所得的工件进行时效处理；

（3）二次成型：对步骤（2）所得的工件进行润滑处理后再进行锻造成型；

（4）时效处理：对步骤（3）所得的工件进行时效处理；

（5）精修处理：对步骤（4）所得的工件进行精修处理，使其达到相应的结构要求，以形成最终产品。 

挤压成型一般是通过冲头或凸模对放置在凹模中的坯料进行加压，使之产生塑性流动，从而获得相应于模具的型孔或凹凸模形状的制件的方法。挤压成型为无切削加工工艺，其材料利用率非常高。在本发明中，挤压优选为正挤压，即工件的流出方向与挤压轴的运动方向相同。经过挤压成型后，工件形成铝合金壳体基本形状。 

时效处理是一种合金工件经固溶处理、冷塑性变形、铸造或锻造成型后，在较高的温度恒温放置或室温保持，其性能、形状、尺寸随时间而变化的热处理工艺。在本发明中，经过预成型后，需对工件进行时效处理，其可以为自然时效，也可以为人工时效。本发明优选为自然时效，其具体操作为：将挤压成型过后的工件置于常温下，放置48h以上。 

锻造成型一般是指利用锻造机械或模具对工件施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸的锻件的加工方法。通过锻造能消除金属在加工过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。 

在本发明中，所述锻造成型没有特殊限定，可以采用热锻成型，也可以采用冷锻成型。所谓热锻是指锻造时的锻造温度高于金属工件的再结晶温度；所谓冷锻成型是指在工件再结晶温度以下进行的锻造成型工艺。本发明优选采用冷锻成型，冷锻成型能使工件的内部结构组织更加紧密，产品更加稳定，产品后续外观处理效果更良好。 

在本发明中，铝合金工件首先通过冲压成型形成铝合金壳体的基本形状，然后通过锻造成型以形成铝合金壳体的3D结构面和部分复杂结构特征。经过冲压成型或者锻造成型之后，工件内部没有枝晶偏析，故能够进行阳极氧化处理，进而获得很好的表观效果。 

在本发明中，在进行锻造成型之前，需要对工件进行润滑处理，以降低在锻造过程中的磨损、减少摩擦等，使工件在锻造过程中具有良好的流动性，减少表面组织变化以提高后续阳极氧化的良率。在本发明中，润滑处理可以采用固体润滑剂进行润滑，固体润滑剂可以采用石墨、滑石粉等。优选的，润滑处理为使用液态锻造油进行润滑，即在工件表面均匀涂抹液态锻造油。在本发明中，对于液态锻造油没有特殊限定，可以为本领域技术人员所公知的液态锻造油。优选的，本发明中的液态锻造油包括80~90.5wt%精致矿物油、1.0~6.0wt%精致植物油、2.0~10.0wt%改性脂类极压添加剂、2.0~5.0wt%合成酯类极压添加剂、1.0~5.0wt%硫化脂肪极压添加剂、0.05~0.5wt%抗泡添加剂。作为本领域技术人员所公知的，所述改性脂类极压添加剂可以为氯代或溴代烷烃，所述合成酯类极压添加剂可以为硫化脂肪酸酯，所述硫化脂肪极压添加剂可以为硫化脂肪。使用此液态锻造油，在锻造时能释放出特殊的液体润滑组分，起到润滑作用，而且溶剂极易挥发，不会在工件上造成液体残留。 

本发明中的润滑处理也可以采用其他润滑方式，如采用磷化处理加皂化处理的润滑方式进行润滑处理。即，先将铝合金工件浸置于配置好的磷化液中进行磷化处理，然后将经过磷化处理的工件置于配置好的皂化液中进行皂化处理。 

磷化处理工艺为本领域技术人员所公知，在此不做详细描述。在本发明中，磷化液没有特殊限定，可以为本领域技术人员所公知的磷化液，如Zn(H₂PO₄)₂与磷酸的混合溶液。在本发明中，磷化液的总酸度优选为40~45，pH值优选为2~4，磷化温度优选为50~75℃，磷化时间约60s。经过磷化处理后，在铝合金表面生成一层磷酸盐覆盖膜层，这一膜层是由多孔性的片状结晶组织构成，并且牢固地粘附在铝合金工件的表面，其对润滑剂有相当高的吸附储藏作用。同时该膜层即使在塑性变形中的高压下也不会剥落，结合强度高。 

皂化处理工艺为本领域技术人员所公知，在此不做详细描述。在本发明中，皂化液没有特殊限定，可以为本领域技术人员所公知的皂化液，如硬脂酸钠或肥皂溶液。在本发明中，皂化温度优选为65~85℃、PH值优选为8~9，皂化时间约30秒。经过皂化处理后，皂脂深深地渗入到磷酸盐覆盖膜层的毛细孔内，它能够在制件与模具之间形成有润滑作用的非金属隔离层，起到润滑作用。 

在经过锻造之后，工件的内部会产生加工应力，无法达到后续的加工要求，故在本发明中，对锻造成型之后的工件进行时效处理，消除加工应力，以便于后续加工；同时，通过时效处理能够提高产品的机械性能，提高产品的硬度及强度等。 

在本发明中，经过锻造成型后需对工件进行时效处理，以消除工件的内应力，稳定其组织和尺寸，改善其机械性能。在本发明中，锻造成型之后，可以对工件进行自然时效，也可以对工件进行人工时效，本发明优选为人工时效，其具体操作为：将锻造成型后的工件置于200±5℃的环境下保温3-3.5h。 

根据本发明所提供的电子产品铝合金壳体的制备方法，所述精修处理优选采用计算机数字控制机床（Computer numerical control machine tools，简称数控机床或CNC）对经过锻造之后的工件进行进一步精加工，以使工件达到最终的结构要求。计算机数字控制机床为用数字化信息来实现工件与刀具相对运动轨迹、切削加工工艺参数及各类辅助操作等步骤自动控制的高效率加工机床，为本领域技术人员所公知。在本发明中，精修处理为对金属外壳的细微结构进行修正，以达到金属外壳要求的精确尺寸。 

根据本发明所提供的电子产品铝合金壳体的制备方法，优选的，为了使电子产品铝合金壳体符合消费者对外观的需求，在所述精修处理之后还可以对铝合金壳体进行后续处理，如机械表面处理、阳极氧化处理等。 

机械表面处理可以为抛光，喷砂，拉丝等。抛光是利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法，本发明优选为机械抛镜面光。喷砂是利用高速砂流的冲击作用清理和粗化工件表面的过程。拉丝是指利用机械摩擦的方法在工件的表面加工出纹路的加工方法，本发明优选为同心圆拉丝。 

在本发明中，由于铝合金壳体是经过挤压和锻造之后得到的产品，其材料内部没有组织偏析，可以进行后续的阳极氧化处理，以提高铝合金壳体的表观效果；同时，通过阳极氧化处理还可以对铝合金壳体进行保护。本发明中阳极氧化处理没有特殊要求，可以采用本领域技术人员所公知的阳极氧化处理，如在15V的电压下进行阳极氧化处理，处理时间为40min。 

另外，本申请的发明人意外发现，经过两次时效处理后，尤其是挤压成型后进行自然时效、锻造成型后进行人工时效后，产品的性能能够得到大大的提升。发明人研究发现，这是由于挤压过后，工件内部会产生内应力，如不及时进行消除，在锻造成型的时候容易产生残留或应力叠加，锻造成型后进行的时效处理，其效果会大大减弱或难以去除内应力。本发明中通过两次时效处理的结合，有效的避免了应力残留或叠加，大大的提高了产品的力学性能。 

根据本发明提供的电子产品铝合金壳体的制备方法，通过挤压成型形成铝合金壳体基本形状，再通过锻造成型形成铝合金壳体的3D面和部分内部复杂结构特征，之后进行精修处理剔除余料，形成尺寸精确的复杂结构特征。本发明提供的方法中，挤压成型过程与锻造成型过程中能够形成基本的铝合金壳体各部分结构，在此过程中，不会产生废料，后续精修处理仅需剔除少量余料就能形成尺寸精确的复杂结构特征，原料利用率高；同时，后续所需的CNC处理机加工时间相应的大大减少、加工难度降低。 

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细的描述。 

实施例1

首先在1000吨挤压机中，采用正向挤压将铝合金坯料制成预定的尺寸形状。其中，挤压模具温度为450℃，坯料温度为480℃，挤压比为14，挤出速度控制在12~17S左右。再将挤压过后的工件置于自然环境中，放置48h，以进行自然时效处理。

然后，在经过自然时效处理后的工件上均匀地涂液态抹锻造油，以进行润滑处理。其中，液态锻造油包括80wt%精致矿物油、6wt%精致植物油、3.5wt%改性脂类极压添加剂、5wt%合成酯类极压添加剂、5wt%硫化脂肪极压添加剂、0.5wt%抗泡添加剂。 

接着将经过润滑的工件置于1000吨锻造机床的模具腔内，将其锻造成笔记本电脑壳体所需结构形状以及局部特征。再将其置于恒温箱中，在200±5℃下保温3h。然后用维氏硬度计测量其硬度，其硬度值约为75HV。 

最后，采用计算机数字控制机床（CNC）进行精修处理，剔除余料，以形成尺寸精确的复杂结构特征，加工时间为约1小时左右。材料利用率为80~90%。 

再采用进行机械抛光，抛光时间为600s；最后采用电解液进行阳极氧化处理，氧化电压为15V，槽液温度22℃，氧化时间为40min，着色时间为10min，封孔时间为15min。所得产品表观效果佳。 

实施例2

首先在1000吨挤压机中，采用正向挤压将铝合金坯料制成预定的尺寸形状。其中，挤压模具温度为450℃，坯料温度为480℃，挤压比为14，挤出速度控制在12~17S左右。再将挤压过后的工件放置于置于自然环境中，放置48h，以进行时效处理。

然后，将其浸置于磷化液Zn(H₂PO₄)₂中，总酸度：40~45；pH：2~4，在60±5℃下浸泡约60s。然后在65~85℃下将经过磷化处理的工件置于皂化液中约30s，皂化液的 PH值为8~9；接着将经过润滑的工件置于1000吨锻造机床的模具腔内，将其锻造成笔记本电脑壳体所需结构形状以及局部特征。 

再将其置于恒温箱中，在200±5℃下保温3.5h。然后用维氏硬度计测量其硬度，其硬度值约为80HV。 

最后，采用计算机数字控制机床（CNC）进行精修处理，剔除余料，以形成尺寸精确的复杂结构特征，加工时间为约1小时左右。材料利用率为80~90%。 

再采用进行机械抛光，抛光时间为600s；最后采用电解液进行阳极氧化，氧化电压为15V，槽液温度22℃，氧化时间为40min，着色时间为10min，封孔时间为15min。所得产品表观效果佳。 

实施例3

与实施例1不同的是：液态锻造油包括85wt%精致矿物油、1wt%精致植物油、10wt%改性脂类极压添加剂、2wt%合成酯类极压添加剂、1.95wt%硫化脂肪极压添加剂、0.05wt%抗泡添加剂。

其他均与实施例1相同。 

实施例4

与实施例1不同的是：液态锻造油包括90.5wt%精致矿物油、3wt%精致植物油、2wt%改性脂类极压添加剂、3.25wt%合成酯类极压添加剂、1 wt%硫化脂肪极压添加剂、0.25wt%抗泡添加剂。

其他均与实施例1相同 

对比例1

将铝合金坯料置于计算机数字控制机床中进行机加工，通过设定CNC机床程序，剔除余料，形成产品最终结构，加工时间约120min。材料利用率为60~70%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，因此，只要运用本发明说明书内容所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种电子产品铝合金壳体的制备方法，其包括以下步骤：

（1）预成型：将铝合金坯料进行挤压成型；

（2）时效处理：对步骤（1）所得的工件进行时效处理；

（3）二次成型：对步骤（2）所得的工件进行润滑处理后再进行锻造成型；

（4）时效处理：对步骤（3）所得的工件进行时效处理；

（5）精修处理：对步骤（4）所得的工件进行精修处理，以形成最终产品。

2.根据权利要求1所述的电子产品铝合金壳体的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的时效处理为：在常温下放置48h以上。

3.根据权利要求1所述的电子产品铝合金壳体的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中的锻造成型为冷锻成型。

4.根据权利要求1至3任一所述的电子产品铝合金壳体的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中的时效处理为：在110~250℃下保温3-3.5h。

5.根据权利要求1至3任一所述的电子产品铝合金壳体的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中的润滑处理为在步骤（2）所得的工件表面均匀涂抹液态锻造油。

6.根据权利要求5所述的电子产品铝合金壳体的制备方法，其特征在于，所述液态锻造油包括：80~90.5wt%精致矿物油、1.0~6.0wt%精致植物油、2.0~10.0wt%改性脂类极压添加剂、2.0~5.0wt%合成酯类极压添加剂、1.0~5.0wt%硫化脂肪极压添加剂、0.05~0.5wt%抗泡添加剂。

7.根据权利要求1至3任一所述的电子产品铝合金壳体的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中的润滑处理为先进行磷化处理再进行皂化处理。

8.根据权利要求1至3任一所述的电子产品铝合金壳体的制备方法，其特征在于，所述精修处理为采用计算机数字控制机床进行精修。

9.根据权利要求1至3任一所述的电子产品铝合金壳体的制备方法，其特征在于，在步骤（5）之后还进行机械表面处理；所述机械表面处理为抛光，喷砂，拉丝中的一种或多种。

10.根据权利要求1至3任一所述的电子产品铝合金壳体的制备方法，其特征在于，在步骤（5）之后还进行阳极氧化处理。