CN110039384A - 一种金属导光柱的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金属导光柱的加工方法，其包括冲压、退火、抛光、精压、研磨、镀膜、组装修整及包装等工艺环节。本发明的金属导光柱的加工方法，克服了传统导光柱生产方法难以适应金属导光柱生产的不足，经过多道工序配合，实现金属导光柱的加工制造，其通过冲压、退火及精压作业，在导光柱成型的基础上提高了导光柱的机械性能，延长了导光柱的使用寿命；通过抛光、研磨及镀膜作业，降低产品的表面粗糙度及导光柱内壁的反射率，使光线通过导光柱后的光通量损失小减小，有效提高了导光柱的导光率，保证了产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及导光柱技术领域，具体地，涉及一种金属导光柱的加工方法。
背景技术
导光柱是一种将固定在PCB板上的LED发出的光线由设备内部传递到设备的机壳面板或外屏的光学仪器，其连接了设备内部和外部，为使用者实时了解设备工作情况并及时作出相应调整或获取图像信息提供了条件。传统导光柱主要采用塑料或玻璃材质，由于塑料和玻璃均为透明材质，光线在此类导光柱内传导时将在导光柱内壁上发生折射，使得部分光线被导光柱吸收，导光柱的导光率不足。另外，此类导光柱在使用过程中随着LED光的色温的提高易受热老化变形，产品使用寿命短，导出光线易受导光柱材质老化的影响，使得设备机壳面板或外屏不能准确显示LED表达的图像信息，难以保证设备质量。若采用金属材料制作导光柱，由于大多数金属的耐温性好且性质稳定，并且，大多数金属易加工出光滑表面，光滑表面的折射率较高，因此，由金属材质制成的导光柱的耐温性、稳定性及导光率等性能相较于塑料及玻璃材质制作的导光柱将大大提升，可有效克服塑料及玻璃材质导光柱的不足，提升产品图像显示质量。然而，现有的导光柱加工方法主要是针对塑料或玻璃材质的导光柱，其无论是在加工流程、所涉及的设备还是在具体工艺方面都难以适应金属导光柱的加工需求。因此，亟需设计一种金属导光柱的加工方法以保证金属导光柱的稳定量产。
发明内容
针对现有技术难以适应金属导光柱生产的问题，本发明提供一种金属导光柱的加工方法。
为实现上述技术效果，本发明公布了以下技术方案：
一种金属导光柱的加工方法，其包括以下步骤：
冲压：将片状金属板置于压力机上的模具中，调节压力机至指定压力，压力机对模具内的片状金属板加压10至15分钟，得到毛坯件；
退火：将毛坯件置于退火炉中，调节退火炉内温度至指定温度，退火时间持续1至2小时，然后以8至10摄氏度/小时的速率将退火炉内温度降低至室温；
抛光：将退火后的毛坯件置于滚筒中，滚筒内加入磨料，滚筒在900至1500转/分钟的转速下对毛坯件进行抛光，抛光作业持续10至20分钟，得到工件；
精压：将工件置于精压机中，工件在200至300牛顿的压力下精压3至5分钟；
研磨：将精压后的工件置于研磨机，工件与研磨剂的研磨剂充分接触，工件在10至30米/分钟的研磨速度下研磨5至20分钟；
镀膜：抽出真空蒸镀机中的空气，使其真空度介于0.1至1千帕之间，将研磨后的工件置于真空蒸镀机中，提高蒸发器温度至1200至1400摄氏度，对真空蒸镀机中的工件持续镀膜3至5分钟；
组装及修整：将镀膜后的工件每两片组合在一起，并利用砂纸除去工件边缘的毛刺，得到金属导光柱成品；
包装：将除去毛刺后的金属导光柱成品包覆两层塑料膜，并打包出厂。
进一步的，冲压作业的片状金属板采用金属铜或金属铝。
进一步的，冲压压力在350至450牛顿之间。
进一步的，退火温度为260至350摄氏度。
进一步的，磨料为碳化硅。
进一步的，抛光作业还可采用钢球对毛坯件进行抛光，钢球由粒径为1毫米的钢粒及粒径为3毫米的钢粒按数量比1比1组成。
进一步的，研磨剂采用粒径为1微米的氧化铝颗粒。
一种金属导光柱，该金属导光柱通过如上任一实施例中的所述金属导光柱的加工方法制得。
与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：
本发明的金属导光柱的加工方法，克服了传统导光柱生产方法难以适应金属导光柱生产的不足，经过多道工序配合，实现金属导光柱的加工制造，其通过冲压、退火及精压作业，在导光柱成型的基础上提高了导光柱的机械性能，延长了导光柱的使用寿命；通过抛光、研磨及镀膜作业，降低产品的表面粗糙度及导光柱内壁的反射率，使光线通过导光柱后的光通量损失小减小，有效提高了导光柱的导光率，保证了产品质量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明一实施例中金属导光柱的加工方法的流程图；
图2为本发明一实施例中金属导光柱的加工方法制造的金属导光柱的结构示意图；
图3为图2所示实施例中金属导光柱的加工方法制造的金属导光柱的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供一种金属导光柱的加工方法，其包括以下步骤：
冲压：将片状金属板置于固定在压力机上的模具中，调节压力机压力至450牛顿，通过多个工位对模具内的片状金属板同时进行冲压作业，加工出金属导光柱的翼板10、半圆形凹槽20、光源入口30及光源出口40，便于对通入金属导光柱的LED光进行传导和汇聚并实现两片金属导光柱的连接，冲压作业持续12分钟，得到毛坯件。采用冲压成型，可有效提高工件的刚性及加工精度，通过调节压力机的压力及冲压时间，即可加工出规格一致、重复精度高的冲压件，成型的工件无需再次进行切削加工或所需切削加工量较少，工艺较为简单。本发明通过连续模冲压，通过多工位级进模，可在一台压力机上完成多道冲压工序，从片状金属板的开卷、矫平、冲裁到成形均可全自动生产，产品的生产效率高，降低生产成本。
为便于毛坯件的加工并保证金属导光柱成品具有较高的机械强度，在本实施例中，片状金属板采用金属铝。金属铝的密度较小，延展性好，易加工成片状、带状及丝状等形状，降低了导光柱的加工难度；且金属铝的熔点高于大多数LED产生的光线的色温，金属导光柱在使用过程中受LED光线直射而不产生变形，导光柱的使用寿命长。由于采用的是金属材质的导光柱，其比热较小，温度受外界影响变化较快，散热性良好，在使用过程中无需加装散热装置，降低了设备的功耗和使用成本。
退火：将毛坯件置于退火炉中，逐渐调节炉内温度至260摄氏度，退火时间持续1.5小时，然后以10摄氏度/小时的速率将退火炉温度降低至室温。需要说明的是，本发明所指室温的温度范围介于20摄氏度至30摄氏度之间，具体的，一实施例中，室温为25摄氏度。在实际生产中，可根据季节变化及厂房温度的不同对室温的设定值进行调节，于此不再赘述。本发明采用的退火工艺为再结晶退火，再结晶退火工艺可使金属内部组织变为细小的等轴晶粒，降低工件的硬度，消除片状金属板在铸造过程中因各部位冷却速度不同而产生的内应力，防止成型产品在使用过程中发生变形或产生裂纹。通过升温后对工件进行保温，金属内部发生弛豫，使得金属内各部分性质相同，达到消除工件内应力的目的。以10摄氏度/小时的速率降低退火炉内的温度，在防止工件降温速率过快难以形成致密稳定的内部结构的前提下，缩短了降温时间，进而提高了产品的生产效率。
抛光：将退火后的毛坯件置于滚筒中，并加入碳化硅磨料，使滚筒在1200转/分钟的转速下对毛坯件进行抛光，抛光作业持续20分钟。抛光作业中，高速旋转的滚筒将带动滚筒内部的碳化硅磨料及工件快速运动并获得较大动能，碳化硅磨料与工件彼此接触后，由于碳化硅磨料的硬度大于工件的硬度，其在与工件碰撞时，工件表面的凸峰受碳化硅磨料的冲击而脱离工件表面，工件表面逐渐变得平整光滑，从而达到减小工件表面粗糙度的目的。
精压：将抛光后的工件置于精压机中，在300牛顿的压力下精压3分钟。通过精压，可在工件半圆形凹槽20内加工出倾斜槽面21，便于传导进入金属导光柱的光线。精压过程中将工件固定于精压机的下模，利用精压机上模对工件的半圆形凹槽20持续冲压3分钟，使半圆形凹槽20内加工出倾斜槽面21，倾斜槽面21成型后，将成型产品推出模腔，完成精压作业。
研磨：将精压后的工件置于研磨机，使工件与研具表面的研磨剂充分接触，并在10米/分钟的研磨速度下研磨15分钟。为进一步除去工件表面残余的凸峰，降低工件的表面粗糙度，一实施例中，研磨剂选用粒径为1微米的氧化铝颗粒，氧化铝颗粒植于研具表面。将工件固定于研磨机的操作台，调整研具的高度使研具表面的研磨剂与工件的待研磨部位接触，令研具以10米/分钟的速度在工件表面往复研磨15分钟，防止研具研磨速度过快造成的工件表面不均匀，工件表面孔隙率不一致；研磨较长时间，可有效消除工件表面的凸峰，降低工件的表面粗糙度，便于镀膜作业中铝膜的附着和保证成型工件表面的光洁度，使金属导光柱内壁保有较高的反射率，进而保证金属导光柱的导光率。
镀膜：将研磨后的工件置于真空蒸镀机的真空室内，抽出真空蒸镀机中的空气，使其真空度达到0.5千帕，提高蒸发舟温度至1200摄氏度，对真空蒸镀机中的工件持续镀膜3分钟。
真空蒸镀前，需对工件进行表面处理，防止工件表面的油脂阻断工件基体与铝膜的附着连接。由于在生产过程中涉及压力机、精压机及研磨机等机械设备，工件表面不可避免的粘附有油脂，而油脂的存在会使得铝膜难以在工件表面附着，影响镀膜效果，因此，在生产中利用浓度为5%的乙二胺四乙酸四钠溶液除去工件表面的油脂，使工件表面的基材露出，以利于铝膜的附着。乙二胺四乙酸四钠在水中电离，产生乙二胺四乙酸根离子和氢氧根离子，乙二胺四乙酸根离子可与油脂发生皂化反应，使油脂的分子链断裂，生成溶于水的醇类和羧酸物质，到达去脂降污的作用。
工件经表面处理后置于真空蒸镀机的真空室内，此时抽出真空室内的空气，使其真空度达到0.5千帕，加热蒸发舟并将其温度调整至1200摄氏度，此时经由料口将铝丝送入蒸发舟，使铝丝在高温下熔化并蒸发形成铝蒸气。加热过程中，铝蒸气的温度提升，运动速度逐渐加快，铝蒸气快速逸散至真空室，并与工件接触。由于工件温度低于铝蒸气温度，高热的铝蒸气与工件接触时，铝蒸气将在工件表面凝华，形成一层包覆在工件表面的连续且光亮的铝膜。由于真空室内的温度远低于蒸发舟的温度，在铝蒸气进入真空室时，真空室内的工件性质稳定，不会发生变形或产生小分子微粒，因此镀膜过程中由单一组分的铝蒸气在工件表面冷却沉淀形成镀膜，保证了镀层的强度和表面平整度。前述抛光和研磨作业的进行，保证了工件基体的表面光洁度，工件表面孔隙较少，有利于铝蒸气在工件表面形成光滑平整的铝膜层。镀膜作业持续3分钟后，向真空室中充入气体，使真空室内的气压达到标准大气压，便于取出镀膜成型的产品。
组装及修整：将镀膜后的工件每两片组合在一起，并利用砂纸除去工件外表面边缘的毛刺，使工件边缘处光滑，防止操作者在使用过程中划伤手，去除毛刺后即得到金属导光柱成品。
包装：将除去毛刺后的金属导光柱成品包覆两层塑料膜，并打包出厂。为防止金属导光柱在包装过程中划伤，保证产品质量，在本实施例中，金属导光柱的内层包装采用厚度为0.005毫米的聚乙烯树脂塑料膜，外层采用气泡膜袋包装。内层聚乙烯树脂塑料膜紧贴金属导光柱表面，防止灰尘等杂质接触金属导光柱，影响金属导光柱的导光效果，同时保护金属导光柱外表面，防止刮伤产品；外层气泡膜袋将金属导光柱与外界环境隔开，当产品受到冲击时，气泡膜袋上的气泡可以起到缓冲作用，将施加在包装产品上的作用力抵消一部分，有效避震，从而达到保护产品的目的。
上述金属导光柱的加工方法，克服了传统导光柱生产方法难以适应金属导光柱生产的不足，经过多道工序配合，实现金属导光柱的加工制造，其通过冲压、退火及精压作业，在导光柱成型的基础上提高了导光柱的机械性能，延长了导光柱的使用寿命；通过抛光、研磨及镀膜作业，降低产品的表面粗糙度及导光柱内壁的反射率，使光线通过导光柱后的光通量损失小减小，有效提高了导光柱的导光率，保证了产品质量。
实施例2
本发明提供一种金属导光柱的加工方法，其包括以下步骤：
冲压：将片状金属板置于固定在压力机上的模具中，调节压力机的压力至350牛顿，通过多个工位对模具内的片状金属板同时进行冲压作业，加工出金属导光柱的翼板10、半圆形凹槽20、光源入口30及光源出口40，便于对通入金属导光柱的LED光进行传导和汇聚并实现两片金属导光柱的连接，冲压作业持续15分钟，得到毛坯件。当LED光的色温高出金属铝的熔点时，金属铝在LED光的直射下温度急剧升高，并开始融化，此时铝难以快速散热，升温的金属铝将热辐射传递至设备内部的其他部件，使其他部件温度升高，从而带来潜在的安全隐患。为适应更高色温的LED光的传导需求，在本实施例中，采用金属铜作为片状金属板的材料。金属铜的熔点高，可达到1083摄氏度，大大高于金属铝的熔点，其受LED光直射时，不易熔化；且金属铜的比热不足金属铝的一半，当接收同样热量时，其升温快，导热和散热速度也较快，金属导光柱获得的热量不易积聚，将沿设备散热口快速消散，避免设备内部热量过高造成的安全隐患。此外，金属铜的延展性良好，可加工成带状、片状、管状等多种形状，便于产品加工成型。由于金属铜的硬度小于金属铝的硬度，因此，其冲压压力仅需350牛顿即可满足作业需要。在实际生产中，还可根据产品使用环境和具体需求选用其他种类的金属材料作为金属导光柱的基材，于此不再赘述。
退火：将毛坯件置于退火炉中，逐渐调节炉内温度至350摄氏度，退火时间持续2小时，然后以8摄氏度/小时的速率将退火炉温度降低至室温。由于金属铜的密度较大，其内部晶粒之间的连接相较于金属铝更加牢固，因此需要更高的温度才能使工件内部的晶粒之间的连接断裂重组，且需要更长的保温时间才能使工件内部各部分性质趋于一致，使工件内部弛豫，消除工件内应力。由于金属铜的密度大于金属铝的密度，其内部晶粒尺寸亦大于金属铝的内部尺寸，当金属铜与金属铝以同样的速率退火降温时，较快的降温速率将影响工件内部晶粒的长大速度，使得金属铜内部的晶粒尺寸不一，工件易产生裂纹。因此，在本实施例中，将工件的退火降温速率调整至8摄氏度/小时，以保证工件的力学性能。
抛光：将退火后的毛坯件置于滚筒中，并加入钢球，使滚筒在900转/分钟的转速下对毛坯件持续抛光15分钟。由于金属铜的硬度低于金属铝，在本实施例中，仅需采用普通的钢球即可对工件表面进行抛光，滚筒转速相较铝质导光柱有所降低，在保证工件与钢球充分接触碰撞除去凸峰的前提下，降低滚筒的能耗。由于工件本身尺寸较小，因此需要选用较小粒径的钢粒对工件表面进行抛光，以使钢球与工件表面充分接触碰撞，消除工件表面的凸峰，在本实施例中，钢球由数量比为1比1的1毫米钢粒与3毫米钢粒组成。1毫米钢粒可保证金属导光柱的半圆形凹槽各处进行有效抛光，保证半圆形凹槽的表面平整度，3毫米钢粒与翼板接触，增大了钢粒与工件之间的接触面积，使工件单位时间内的抛光面积增大，有利于延长抛光时间，提升抛光效果。通过1毫米钢粒与3毫米钢粒共同对工件表面抛光作业，提高了工件的抛光效率，降低了工件的表面粗糙度。
精压：将抛光后的工件固定于精压机的下模，使精压机的上模在200牛顿的压力下对工件持续精压4分钟，以加工出金属导光柱半圆形凹槽20内的倾斜槽面21，从而实现金属导光柱对导入其内部光线的传递。由于金属铜的硬度低于金属铝的硬度，因此在本实施例中，调整精压机的精压压力为200牛顿，在满足金属导光柱的倾斜槽面21加工的同时，防止工件所受压力过大造成工件变形，降低了产品的不良率，在此精压压力下，精压机仅需作业4分钟即可实现金属导光柱的倾斜槽面21的加工。
研磨：将精压后的工件置于研磨机，使工件与研具表面的研磨剂充分接触，并在15米/分钟的研磨速度下研磨12分钟。本实施例中，仍采用粒径为1微米的氧化铝颗粒作为研磨剂，氧化铝颗粒的硬度大于金属铜的硬度，可有效磨去工件表面的凸峰，使工件表面状态趋于一致，从而降低工件的表面粗糙度。由于金属铜的硬度小于金属铝的硬度，因此，采用氧化铝颗粒研磨铜质导光柱相比研磨铝质导光柱更加容易，因此，在保证均匀除去工件表面凸峰的同时，可适当提高研磨机的研磨速度，以提高研磨效率。本实施例中，采用15米/分钟的研磨速度持续研磨12分钟即可完成研磨作业，工作效率得到提高。
镀膜：抽出真空蒸镀机中的空气，使其真空度达到1千帕，将研磨后的工件置于真空蒸镀机中，提高蒸发器温度至1400摄氏度，使铝丝熔化并蒸发形成铝蒸气，对真空蒸镀机中的工件持续镀膜4分钟。
真空蒸镀前，利用浓度为5%的乙二胺四乙酸四钠溶液除去工件表面的油脂，使工件表面的基材露出，以利于铝膜的附着。乙二胺四乙酸四钠在水中电离，产生乙二胺四乙酸根离子和氢氧根离子，乙二胺四乙酸根离子可与工件表面的油脂发生皂化反应，使油脂的分子链断裂，生成溶于水的醇类和羧酸物质，到达去脂降污的作用。
由于铝膜在铜质基材附着的牢固程度低于其在铝质基材上附着的牢固程度，因此在镀膜过程中，需提高真空蒸镀机的真空度及蒸发器的温度，以提升铝蒸气在工件表面沉淀的效果，在本实施例中，设置真空蒸镀机的真空度为1千帕，蒸发器的温度为1400摄氏度。1400摄氏度时，铝蒸气的生成速率加快，铝蒸气可快速逸散到真空蒸镀机的真空室内，由于真空室的真空度达1千帕，使得铝蒸气在真空室内的扩散速率相对较慢，以利于铝蒸气的沉淀，使铝蒸气均匀附着在工件表面。镀膜作业持续4分钟，以保证铝质导光柱与铜质导光柱导光面镀覆的铝膜厚度一致，保证产品的一致性。
组装及修整：将镀膜后的工件每两片组合在一起，并利用砂纸除去工件外表面边缘的毛刺，使工件边缘处光滑，防止操作者在使用过程中划伤手，去除毛刺后即得到金属导光柱成品。
包装：将除去毛刺后的金属导光柱成品包覆两层塑料膜，并打包出厂。本实施例中金属导光柱的包装方式和包装所采用的材料与实施例1完全一致，于此不再赘述。
值得一提的是，本发明还提供了一种金属导光柱，该金属导光柱采用如上任一实施例中的所述金属导光柱的加工方法制得。该金属导光柱涉及导光柱技术领域，金属导光柱的一端连接电路板上的LED，金属导光柱的另一端与设备机壳的面板或外屏连接，用于将电路板上的LED发出的图像传递到设备的机壳面板上，便于使用者及时了解设备工作情况或获取相关的图像信息。采用如上任一实施例中的所述金属导光柱的加工方法制得的金属导光柱是采用不透明的金属材质制作并在导光柱内壁设置光滑铝膜，光源通入导光柱后在铝膜上经多次镜面反射由光源出口射出，而不会在导光柱上折射产生损耗，大大提高了导光柱的导光率；金属导光柱的熔点较高，受光线直射升温后不易变形，使用寿命长，且金属导光柱的散热性较好，温度下降速度快，无需在LED背板上设置散热装置，设备功耗低，产品的生产和使用成本均较低；金属材质不易老化，LED发出的光源的光色与光源出口的光色相同，设备机壳面板或外屏可准确显示LED表达的图像信息，产品质量可靠；通过在金属导光柱的光源出口处设置弧面来进行聚光，无需使用凸透镜，产品结构简单，降低了产品的生产成本。
上述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。
Claims (8)
1.一种金属导光柱的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
冲压：将片状金属板置于压力机上的模具中，调节压力机至指定压力，压力机对模具内的片状金属板加压10至15分钟，得到毛坯件；
退火：将毛坯件置于退火炉中，调节退火炉内温度至指定温度，退火时间持续1至2小时，然后以8至10摄氏度/小时的速率将退火炉内温度降低至室温；
抛光：将退火后的毛坯件置于滚筒中，滚筒内加入磨料，滚筒在900至1500转/分钟的转速下对毛坯件进行抛光，抛光作业持续10至20分钟，得到工件；
精压：将工件置于精压机中，工件在200至300牛顿的压力下精压3至5分钟；
研磨：将精压后的工件置于研磨机，工件与研磨剂的研磨剂充分接触，工件在10至30米/分钟的研磨速度下研磨5至20分钟；
镀膜：抽出真空蒸镀机中的空气，使其真空度介于0.1至1千帕之间，将研磨后的工件置于真空蒸镀机中，提高蒸发器温度至1200至1400摄氏度，对真空蒸镀机中的工件持续镀膜3至5分钟；
组装及修整：将镀膜后的工件每两片组合在一起，并利用砂纸除去工件边缘的毛刺，得到金属导光柱成品；
包装：将除去毛刺后的金属导光柱成品包覆两层塑料膜，并打包出厂。
2.如权利要求1所述的金属导光柱的加工方法，其特征在于，所述冲压作业的片状金属板采用金属铜或金属铝。
3.如权利要求1所述的金属导光柱的加工方法，其特征在于，所述冲压压力在350至450牛顿之间。
4.如权利要求1所述的金属导光柱的加工方法，其特征在于，所述退火温度为260至350摄氏度。
5.如权利要求1所述的金属导光柱的加工方法，其特征在于，所述磨料为碳化硅。
6.如权利要求1所述的金属导光柱的加工方法，其特征在于，所述抛光作业还可采用钢球对毛坯件进行抛光，钢球由粒径为1毫米的钢粒及粒径为3毫米的钢粒按数量比1比1组成。
7.如权利要求1所述的金属导光柱的加工方法，其特征在于，所述研磨剂采用粒径为1微米的氧化铝颗粒。
8.一种金属导光柱，其特征在于，该金属导光柱通过如权利要求1至7中任一所述的金属导光柱的加工方法制得。
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