CN104493429B - 镁铝合金手机外壳的应变诱发的半固态成形工艺及模具 - Google Patents

镁铝合金手机外壳的应变诱发的半固态成形工艺及模具 Download PDF

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Abstract

镁铝合金手机外壳的应变诱发的半固态成形工艺及模具，其工艺是将产生一定压缩变形的镁铝合金板裁剪成合适大小并对其进行半固态保温，然后将得到的具有半固态特性的镁铝合金板料放入已预热过的模具进行挤压成形；模具包括手机外壳下凹模装置，手机外壳下凹模装置上侧连接手机外壳上凸模装置，且手机外壳上凸模装置上装配有模具导向杆，手机外壳下凹模装置的左侧连接有手机外壳左侧抽芯滑块，右侧连接手机外壳右侧抽芯滑块，下侧连接手机外壳顶出机构，本发明能够制备出性能优越的镁铝合金手机外壳，且具有工艺简单、成形速度快、成本低等优点。

Description

镁铝合金手机外壳的应变诱发的半固态成形工艺及模具
技术领域
本发明属于通信产品技术领域，特别涉及镁铝合金手机外壳的应变诱发的半固态成形工艺及模具。
背景技术
手机，作为普及率极高的一款手持移动通讯终端设备，在短短几十年的时间内，已经经过了数次升级换代，成为科技进步的时代缩影。作为手机的“皮肤”，手机外壳是用户们直接进行接触的部分，它不仅是手机强有力的防护伞，可以有效地减少灰尘的侵袭，降低意外摔落的损害，增强手机的使用寿命，更重要的是提升使用者的产品体验。因此，制作手机外壳的材料要求具有强度高，耐热导热性良好、具有电磁屏蔽性、尺寸稳定、外观好等特点，技术向轻量薄壁化方向发展，以达到保护、散热、美观的作用。
目前，除了采用工程塑料作为手机外壳的主要材料以外，金属材料也因其特有的尊贵典雅及优良的物理性能而被用于制造手机外壳，成为了高档手机外壳的主流，其中，镁合金作为工业使用的密度最小的金属结构材料，具有高的比强度、比刚度、良好的切削加工性和易于回收等优点，尤其是镁合金所具有电磁屏蔽和抗辐射性能，使其越来越多地被用来制备手机外壳。
当前大多少3C产品是采用压铸工艺生产，但是压铸镁合金时型腔内气体以及压铸涂料产生的气体无法顺利排出的问题难以解决，这些气体在高压下或溶解在镁合金内，或形成许多高压微气孔零散分布在压铸件内，严重影响了成形的镁合金手机外壳的性能；半固态成形技术是近几年兴起的一种高效优质的成形方法，其总体思路是：把镁合金加热至半固态，然后挤压成形。其中，由塑料射出成形技术衍生出一种镁合金手机外壳的注射成形方法的工作原理是：将镁合金金属颗粒由料管加热等过程转变为具有触变性质的半固态浆料，然后通过柱塞或往复螺杆将其推送射入闭合的金属模腔中凝固成形。该方法适应于大批量生产、产品尺寸精度高，质量稳定、缩短生产周期、提高了生产率，但是在该镁合金手机外壳成形过程中，注射机中的关键部件(内螺杆及内衬)耐磨性、耐腐蚀性差，使用寿命短，维护费用高。
发明内容
为克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种镁铝合金手机外壳的应变诱发的半固态成形工艺及模具，通过该工艺及模具不仅能够制备出性能优越的镁铝合金手机外壳，且具有工艺简单、成形速度快、成本低等优点。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
镁铝合金手机外壳的应变诱发的半固态成形工艺，包括以下步骤：
1)压缩变形：将准备好的5mm厚的镁铝合金板料在轧板机上轧制、压力机上挤压或通过高速锻造以使其产生20～40％的压缩变形；
2)下料：将步骤1)得到的产生压缩变形的镁铝合金板裁剪，以满足成形手机外壳；
3)半固态保温：将步骤2)得到的镁铝合金板放入电阻炉或中频感应炉进行半固态保温，其中保温温度设定在该镁铝合金的半固态温度区间范围内，保温时间5～30min，从而得到具有半固态特性的镁铝合金板；
4)半固态挤压成形：将步骤3)得到具有半固态特性的镁铝合金板放入经过预热的镁铝合金手机外壳半固态挤压成形模具进行半固态挤压成形，从而制备出半固态镁铝合金手机外壳。
所述镁铝合金手机外壳半固态挤压成形模具，包括手机外壳下凹模装置1，手机外壳下凹模装置1上侧连接手机外壳上凸模装置2，且手机外壳上凸模装置2上装配有模具导向杆3，模具导向杆3插入手机外壳下凹模装置1内，手机外壳下凹模装置1的左侧连接有手机外壳左侧抽芯滑块4，右侧连接手机外壳右侧抽芯滑块5，下侧连接手机外壳顶出机构6。
所述手机外壳下凹模装置1包括手机外壳下凹模具1-1，手机外壳下凹模具1-1上端面四周均布四个导向盲孔1-1-1，手机外壳下凹模具1-1的四个侧面的第一热电偶盲孔1-1-2内装配有第一热电偶1-2，手机外壳下凹模具1-1的下端面的第一空心紫铜螺旋管槽1-1-3内装配有第一空心紫铜螺旋管1-3，手机外壳下凹模具1-1上端面四周还均布四个第一沉头孔1-1-4，且位于第一沉头孔1-1-4内的第一内六角螺栓1-4将手机外壳下凹模具1-1与手机外壳下凹模具挡板1-5固连在一起，手机外壳下凹模具1-1上端面中间是手机外壳下凹槽1-1-5，手机外壳下凹槽1-1-5的下侧面均布有八个第一通孔1-1-6，手机外壳下凹槽1-1-5的左、右两个侧面分布有可通过手机外壳左侧抽芯滑块4以及手机外壳右侧抽芯滑块5的第一抽芯孔1-1-7，此外，手机外壳下凹模具挡板1-5上端面四周分布有与第一内六角螺栓1-4连接的第一螺纹盲孔1-5-1，手机外壳下凹模具挡板1-5上端面中间均布有八个第二通孔1-5-2，手机外壳下凹模具挡板1-5上端面还分布有对第一空心紫铜螺旋管1-3进行局部装配的第一长方体凹槽1-5-3。
所述手机外壳上凸模装置2包括手机外壳上凸模具2-1，手机外壳上凸模具2-1下端面四周均布有四个用来装配模具导向杆3的导向杆沉头孔2-1-1，手机外壳上凸模具2-1的四个侧面的第二热电偶盲孔2-1-2内装配有第二热电偶2-2，手机外壳上凸模具2-1上端面的第二空心紫铜螺旋管槽2-1-3内装配有第二孔隙紫铜螺旋管2-3，手机外壳上凸模具2-1下端面四周还均布有四个第二沉头孔2-1-4，且位于第二沉头孔2-1-4内的第二六角螺栓2-4将手机外壳上凸模具2-1与手机外壳上凸模具挡板2-5固连在一起，手机外壳上凸模具2-1下端面中间是手机外壳上凸台2-1-5，手机外壳上凸模具2-1下端面四周还均布有排气槽2-1-6，此外，手机外壳上凸模具挡板2-5下端面四周分布有与第二内六角螺栓2-4连接的第二螺纹盲孔2-5-1，手机外壳上凸模具挡板2-5下端面还分布有对第二空心紫铜螺旋管2-3进行局部装配的第二长方体凹槽2-5-2。
相对于现有技术，本发明将半固态技术用于制备镁铝合金手机外壳具有以下优点：
1.相对传统低端手机外壳采用的工程塑料，本发明采用镁铝合金来制备手机外壳，镁铝合金作为工业使用的密度最小的金属结构材料，具有高的比强度、比刚度、良好的切削加工性和易于回收等优点，尤其是镁铝合金所具有电磁屏蔽和抗辐射性能，是工程塑料手机外壳永远无法比拟的。
2.本发明在采用镁铝合金制备手机外壳的过程中，引入了半固态挤压成形技术，利用镁铝合金的半固态特性，对通过本发明的半固态挤压模具对镁铝合金的半固态坯料进行挤压，从而制备出综合性能优越的镁铝手机外壳。
3.本发明装置简单，材料利用率高，生产成本低，且制备出的镁合金手机外壳具有表面质量好、刚性强、手感好、形状稳定的特点。
附图说明
图1是本发明的半固态挤压成形模具三维示意图。
图2是图1中手机外壳下凹模装置1的三维分解示意图。
图3是图2中手机外壳下凹模具1-1的从上侧看时的三维示意图。
图4是图2中手机外壳下凹模具1-1的从下侧看时的三维示意图。
图5是图2中手机外壳下凹模具挡板1-5的三维示意图。
图6是图1中手机外壳上凸模装置2的三维分解示意图。
图7是图6中手机外壳上凸模具2-1的从下侧看时的三维示意图。
图8是图6中手机外壳上凸模具2-1的从上侧看时的三维示意图。
图9是图6中手机外壳上凸模具挡板2-5的三维示意图。
图10是图1中手机外壳左侧抽芯滑块4的三维示意图。
图11是图1中手机外壳右侧抽芯滑块5的三维示意图。
图12是图1中手机外壳顶出机构6的三维示意图。
图13是图2(或图6)中第一(或第二)空心紫铜螺旋管1-3(或2-3)，的三维示意图。
图14是本发明实施例中镁铝合金板压缩件7的三维示意图。
图15是本发明实施例中手机外壳成形件8的三维示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
镁铝合金手机外壳的应变诱发的半固态成形工艺，包括以下步骤：
1)压缩变形：将准备好的5mm厚的镁铝合金板料在轧板机上轧制、压力机上挤压或通过高速锻造以使其产生20～40％的压缩变形；
2)下料：将步骤1)得到的产生压缩变形的镁铝合金板裁剪成合适大小，以满足成形手机外壳；
3)半固态保温：将步骤2)得到的镁铝合金板放入电阻炉或中频感应炉进行半固态保温，其中保温温度设定在该镁铝合金的半固态温度区间范围内，保温时间5～30min，从而得到具有半固态特性的镁铝合金板；
4)半固态挤压成形：将步骤3)得到具有半固态特性的镁铝合金板放入经过预热的镁铝合金手机外壳半固态挤压成形模具进行半固态挤压成形，从而制备出性能优越的半固态镁铝合金手机外壳。
参照图1、图10、图11及图12，所述镁铝合金手机外壳半固态挤压成形模具，包括手机外壳下凹模装置1，手机外壳下凹模装置1上侧连接手机外壳上凸模装置2，且手机外壳上凸模装置2上装配有模具导向杆3，模具导向杆3插入手机外壳下凹模装置1内，手机外壳下凹模装置1的左侧连接有手机外壳左侧抽芯滑块4，右侧连接手机外壳右侧抽芯滑块5，下侧连接手机外壳顶出机构6。
参照图2、图3、图4及图5，所述手机外壳下凹模装置1包括手机外壳下凹模具1-1，手机外壳下凹模具1-1上端面四周均布四个导向盲孔1-1-1，手机外壳下凹模具1-1的四个侧面的第一热电偶盲孔1-1-2内装配有第一热电偶1-2，手机外壳下凹模具1-1的下端面的第一空心紫铜螺旋管槽1-1-3内装配有第一空心紫铜螺旋管1-3，手机外壳下凹模具1-1上端面四周还均布四个第一沉头孔1-1-4，且位于第一沉头孔1-1-4内的第一内六角螺栓1-4将手机外壳下凹模具1-1与手机外壳下凹模具挡板1-5固连在一起，手机外壳下凹模具1-1上端面中间是手机外壳下凹槽1-1-5，手机外壳下凹槽1-1-5的下侧面均布有八个第一通孔1-1-6，手机外壳下凹槽1-1-5的左、右两个侧面分布有可通过手机外壳左侧抽芯滑块4以及手机外壳右侧抽芯滑块5的第一抽芯孔1-1-7，此外，手机外壳下凹模具挡板1-5上端面四周分布有与第一内六角螺栓1-4连接的第一螺纹盲孔1-5-1，手机外壳下凹模具挡板1-5上端面中间均布有八个第二通孔1-5-2，手机外壳下凹模具挡板1-5上端面还分布有对第一空心紫铜螺旋管1-3进行局部装配的第一长方体凹槽1-5-3。
参照图6、图7、图8及图9，所述手机外壳上凸模装置2要包括手机外壳上凸模具2-1，手机外壳上凸模具2-1下端面四周均布有四个用来装配模具导向杆3的导向杆沉头孔2-1-1，手机外壳上凸模具2-1的四个侧面的第二热电偶盲孔2-1-2内装配有第二热电偶2-2，手机外壳上凸模具2-1上端面的第二空心紫铜螺旋管槽2-1-3内装配有第二空心紫铜螺旋管2-3，手机外壳上凸模具2-1下端面四周还均布有四个第二沉头孔2-1-4，且位于第二沉头孔2-1-4内的第二六角螺栓2-4将手机外壳上凸模具2-1与手机外壳上凸模具挡板2-5固连在一起，手机外壳上凸模具2-1下端面中间是手机外壳上凸台2-1-5，手机外壳上凸模具2-1下端面四周还均布有排气槽2-1-6，此外，手机外壳上凸模具挡板2-5下端面四周分布有与第二内六角螺栓2-4连接的第二螺纹盲孔2-5-1，手机外壳上凸模具挡板2-5下端面还分布有对第二空心紫铜螺旋管2-3进行局部装配的第二长方体凹槽2-5-2。
下面以采用本发明制备镁铝合金AZ91D手机外壳为实施例，对其成形的具体工艺描述如下：
1)压缩变形：将准备好的5mm厚的AZ91D镁铝合金板料在轧板机上轧制使其产生30％的压缩变形；
2)下料：将步骤1)得到的产生压缩变形的镁铝合金板裁剪成长140mm，宽70mm且四周分布有R8的倒圆角的镁铝合金板压缩件7，参照图14；
3)半固态保温：将步骤2)得到的镁铝合金板压缩件7放中频感应炉进行半固态保温，且保温温度设定为565～575℃，保温时间取15min，从而得到具有半固态特性的镁铝合金板；
4)半固态挤压成形：将步骤3)得到具有半固态特性的镁铝合金板放入经过预热的镁铝合金手机外壳半固态挤压成形模具进行半固态挤压成形，从而制备出半固态镁铝合金手机外壳，具体为：
4.1)镁铝合金手机外壳半固态挤压成形模具的预热：参照图2、图6及图13，分别给位于手机外壳下凹模装置1内的第一空心紫铜螺旋管1-3以及手机外壳上凸模装置2内的第二空心紫铜螺旋管2-3通入冷却水以及高频脉冲电流，且从“入口”进，“出口”出，利用第一空心紫铜螺旋管1-3和第二空心紫铜螺旋管2-3产生的感应磁场分别对手机外壳下凹模具1-1和手机外壳上凸模具2-1进行加热，并通过第一热电偶1-2和第二热电偶2-2检测温度，待达到预期的预热温度后，调整通入第一空心紫铜螺旋管1-3和第二空心紫铜螺旋管2-3的高频脉冲电流参数以进行保温；
4.2)手机外壳的半固态挤压成形：参照图1、图3、图14及图15，待步骤4.1)完成后，首先，将步骤3)得到具有半固态特性的镁铝合金板放入放入手机外壳下凹槽1-1-5中；接着，上升手机外壳顶出机构6使其上侧顶杆端面与手机外壳下凹模1的凹槽底部的端面平齐，同时，下降手机外壳上凸模装置2，利用手机外壳上凸台2-1-5对具有半固态特性的镁铝合金板进行挤压成形；待手机外壳上凸模装置2下降到位后，分别向右、向左挤压手机外壳左侧抽芯滑块4以及手机外壳右侧抽芯滑块5直至其前端与手机外壳上凸台2-1-5的侧面接触；然后，停止给第一空心紫铜螺旋管1-3和第二空心紫铜螺旋管2-3加载高频脉冲电流，但继续通入冷却水以使手机外壳的半固态挤压成形模具快速冷却，从而促使手机外壳成形件8快速冷却；最后，先上升手机外壳上凸模装置2进行分模，则手机外壳成形件8会被留在手机外壳下凹槽1-1-5的凹槽内，再分别向左、向右抽出手机外壳左侧抽芯滑块4以及手机外壳右侧抽芯滑块5，并上升手机外壳顶出机构6将手机外壳成形件8顶出，从而制备出镁铝合金AZ91D手机外壳。

Claims (3)

1.镁铝合金手机外壳的应变诱发的半固态成形工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)压缩变形：将准备好的5mm厚的镁铝合金板料在轧板机上轧制、压力机上挤压或通过高速锻造以使其产生20～40％的压缩变形；
2)下料：将步骤1)得到的产生压缩变形的镁铝合金板裁剪，以满足成形手机外壳；
3)半固态保温：将步骤2)得到的镁铝合金板放入电阻炉或中频感应炉进行半固态保温，其中保温温度设定在该镁铝合金的半固态温度区间范围内，保温时间5～30min，从而得到具有半固态特性的镁铝合金板；
4)半固态挤压成形：将步骤3)得到具有半固态特性的镁铝合金板放入经过预热的镁铝合金手机外壳半固态挤压成形模具进行半固态挤压成形，从而制备出半固态镁铝合金手机外壳；
所述的镁铝合金手机外壳半固态挤压成形模具，包括手机外壳下凹模装置(1)，手机外壳下凹模装置(1)上侧连接手机外壳上凸模装置(2)，且手机外壳上凸模装置(2)上装配有模具导向杆(3)，模具导向杆(3)插入手机外壳下凹模装置(1)内，手机外壳下凹模装置(1)的左侧连接有手机外壳左侧抽芯滑块(4)，右侧连接手机外壳右侧抽芯滑块(5)，下侧连接手机外壳顶出机构(6)。
2.根据权利要求1所述的镁铝合金手机外壳的应变诱发的半固态成形工艺，其特征在于：所述手机外壳下凹模装置(1)包括手机外壳下凹模具(1-1)，手机外壳下凹模具(1-1)上端面四周均布四个导向盲孔(1-1-1)，手机外壳下凹模具(1-1)的四个侧面的第一热电偶盲孔(1-1-2)内装配有第一热电偶(1-2)，手机外壳下凹模具(1-1)的下端面的第一空心紫铜螺旋管槽(1-1-3)内装配有第一空心紫铜螺旋管(1-3)，手机外壳下凹模具(1-1)上端面四周还均布四个第一沉头孔(1-1-4)，且位于第一沉头孔(1-1-4)内的第一内六角螺栓(1-4)将手机外壳下凹模具(1-1)与手机外壳下凹模具挡板(1-5)固连在一起，手机外壳下凹模具(1-1)上端面中间是手机外壳下凹槽(1-1-5)，手机外壳下凹槽(1-1-5)的下侧面均布有八个第一通孔(1-1-6)，手机外壳下凹槽(1-1-5)的左、右两个侧面分布有可通过手机外壳左侧抽芯滑块(4)以及手机外壳右侧抽芯滑块(5)的第一抽芯孔(1-1-7)，此外，手机外壳下凹模具挡板(1-5)上端面四周分布有与第一内六角螺栓(1-4)连接的第一螺纹盲孔(1-5-1)，手机外壳下凹模具挡板(1-5)上端面中间均布有八个第二通孔(1-5-2)，手机外壳下凹模具挡板(1-5)上端面还分布有对第一空心紫铜螺旋管(1-3)进行局部装配的第一长方体凹槽(1-5-3)。
3.根据权利要求1所述的镁铝合金手机外壳的应变诱发的半固态成形工艺，其特征在于：所述手机外壳上凸模装置(2)包括手机外壳上凸模具(2-1)，手机外壳上凸模具(2-1)下端面四周均布有四个用来装配模具导向杆(3)的导向杆沉头孔(2-1-1)，手机外壳上凸模具(2-1)的四个侧面的第二热电偶盲孔(2-1-2)内装配有第二热电偶(2-2)，手机外壳上凸模具(2-1)上端面的第二空心紫铜螺旋管槽(2-1-3)内装配有第二孔隙紫铜螺旋管(2-3)，手机外壳上凸模具(2-1)下端面四周还均布有四个第二沉头孔(2-1-4)，且位于第二沉头孔(2-1-4)内的第二六角螺栓(2-4)将手机外壳上凸模具(2-1)与手机外壳上凸模具挡板(2-5)固连在一起，手机外壳上凸模具(2-1)下端面中间是手机外壳上凸台(2-1-5)，手机外壳上凸模具(2-1)下端面四周还均布有排气槽(2-1-6)，此外，手机外壳上凸模具挡板(2-5)下端面四周分布有与第二内六角螺栓(2-4)连接的第二螺纹盲孔(2-5-1)，手机外壳上凸模具挡板(2-5)下端面还分布有对第二空心紫铜螺旋管(2-3)进行局部装配的第二长方体凹槽(2-5-2)。
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