CN113828715B - 含钪高锌铝合金硬盘盒体矩形通道转角挤压成形方法 - Google Patents
含钪高锌铝合金硬盘盒体矩形通道转角挤压成形方法 Download PDFInfo
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Abstract
含钪高锌铝合金硬盘盒体矩形通道转角挤压成形方法，属于盒形件成形技术领域，其特征在于包括以下工艺步骤：1)根据硬盘盒体尺寸确定原始坯料形状及尺寸；2)设计挤压凹模和复合型挤压凸模；3)挤压：复合型凸模沿着立柱下行至其下端面与凹模底部间隙为5～6mm的位置进行保压，保压压力为6～8MN，然后通过挤压杆对放置在凸模圆孔型腔中的坯料进行挤压，挤压杆的挤压压力为12～15MN，挤压温度为420～450℃，挤压杆的挤压速度为0.3～0.5mm/s；4)固溶时效。本发明优点是设备投资小、节能节材，盒体成形极限大，晶粒细化程度高。
Description
技术领域
本发明属于盒形件制造技术领域，具体涉及一种含钪高锌铝合金硬盘盒体矩形通道转角挤压成形方法。
背景技术
硬盘盒体是大型工作站主机、便携式移动硬盘的关键部件，主流的硬盘存储容量均在6TB以下，转速为5400～7200转/分，目前该类盒体制造技术主要集中在机械切削加工、低压铸造成形、1火次等温热锻成形、1火次热预锻+1火次等温热锻、4～6火次热锻成形，这些技术均存在材料和能源浪费严重、生产效率低、设备吨位要求高和四周壁厚成形极限小等缺点，热锻后在高度方向上存在褶皱现象，薄壁区域尺寸回弹严重导致外形尺寸精度降低。当硬盘容量达到10TB、转速达到3万转/分以上时，上述技术制造的盒体在长时运转条件下发热严重，服役性能和使用寿命显著降低，因此需要在盒体腔内充氦气、氮气等惰性气体进行保护，以兼具高强、高导热散热和高气密性等特殊性能，而上述技术无法满足该类盒体的高性能精确成形制造。发明专利申请号(201910191508.7)公开了一种镁合金硬盘壳体精锻成形方法，即通过预制板坯铸件-双级均匀化-热预锻-热终锻-中间固溶处理-冷精锻-双级时效来实现，但该技术工序繁多，尤其是在预锻、终锻和精锻过程中涉及的模具众多、模具加工复杂，变形抗力大，所需设备吨位及其资金投入较大，并且坯料和锻件多次加热会导致能源、材料浪费严重。
发明专利申请号(201410820158.3)公开了一种镁合金杯形构件的环形通道转角挤压成形模具及方法，主要采用“U”字形下凹模和“T”字形上凹模的组合式凹模结构，“T”字形上凹模的中间为长“|”字形型腔，并安装在“U”字形下凹模上，形成回转体型腔的截面形状为“山”字形。将坯料放入“山”字形组合凹模的中间“|”字形型腔内，采用凸模对坯料进行挤压，坯料先经历镦粗变形，而后发生反挤压变形，最终充填满型腔形成杯形构件的筒壁。但杯形构件为圆形结构，转角处金属流动时对上凹模的反作用力较小，不需对上凹模施加大的保压压力，从而实现对转角通道尺寸的限制，这不同于底部具有磁头的矩形结构硬盘盒体，而且盒体四周壁厚和磁头处金属流动、填充要更为复杂和困难，因此采用该方法不能获得本发明所需的硬盘盒体。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含钪高锌铝合金硬盘盒体矩形通道转角挤压成形方法，可以有效克服现有技术存在的缺点。
本发明目的是这样实现的，其特征在于包括以下工艺步骤：
(1)根据硬盘盒体尺寸确定原始坯料形状及尺寸：硬盘盒体材料为含钪高锌铝合金，钪含量(重量分数)为0.5～1.5％，其锻件几何尺寸为：长度L＝170～175mm，宽度W＝100～105mm，高度H＝40～43mm，厚边壁厚B＝10～12mm，薄边壁厚B1＝5～6mm，大圆槽半径R＝15～16mm，小圆槽半径R1＝5～5.5mm，盒底厚度b＝5～6mm，磁头直径d＝10～12mm，磁头高度h＝30～32mm，磁头与盒底连接半径r＝5～5.5mm；用于硬盘盒体挤压成形的原始坯料采用圆形铸坯，通过水平连铸方式得到，根据塑性变形体积不变原理，确定圆形铸坯的直径为D0＝60～65mm，高度为H0＝70～75mm；
(2)设计挤压凹模和复合型挤压凸模：
凹模孔型几何尺寸为：长度La＝170～175mm，宽度Wa＝100～105mm，深度Ha＝40～43mm，内圆槽半径Ra＝5～5.5mm，壁厚Ba＝25mm，凹模座长度La1＝La+2Ba+(120～150)mm，凹模座宽度Wa1＝200～220mm，凹模座高度Ha1＝45～50mm；挤压凸模设计为中部带通孔的复合型模具，通孔部位可放置圆铸坯和挤压杆，凸模几何尺寸为：长度Lt＝155～157mm，宽度Wt＝90～95mm，高度Ht＝35～38mm，中部通孔直径为Dt＝61～66mm，大圆弧半径Rt＝15～16mm，小圆弧半径rt＝5～5.5mm，磁头孔型直径dt＝10～12mm及深度ht＝30～32mm，磁头孔与凸模端部过渡圆弧半径rg＝5～5.5mm，挤压杆与圆铸坯接触的工作部位直径为61～66mm，凸模座长度Lt1＝Lt+(10～15)mm、Lt2＝Lt+(120～150)mm，凸模座宽度Wt1＝Wt+(10～15)mm、Wt2＝Wt+(80～100)mm，凸模座高度Ht1＝15～20mm、Ht2＝30～40mm；挤压凹模和复合型挤压凸模采用四根立柱进行连接，凸模可在立柱上进行上下运动；
(3)挤压：复合型挤压凸模沿着立柱下行至其下端面与凹模底部间隙为5～6mm的位置进行保压，保压压力为6～8MN，此时凸模工作部位的四周与凹模的内壁保持一定间隙；然后将加热至450～480℃后的圆铸坯放入凸模圆孔型腔中，通过挤压杆在凸模圆孔型腔中对圆铸坯进行挤压，发生金属径向流动的镦粗变形，随后圆铸坯继续在挤压力的作用下沿着凹模底部和四周的矩形通道型腔进行转角流动的大变形，发生金属轴向流动的挤压成形，直至填充满整个挤压型腔，挤压杆压力为12～15MN，挤压温度为420～450℃，挤压杆的挤压速度为0.3～0.5mm/s；
(4)固溶时效：将挤压后的硬盘盒体锻件在120℃下保温6～8h空冷，然后加热至470～480℃保温2～3h后水冷，最后加热至175～190℃保温18～24h再空冷至室温。
本发明的优点及有益效果是：可以大幅节省设备投资、节能节材，盒体成形极限大、外形尺寸精度高，同时使盒体获得较大的等效应变且分布更为均匀，晶粒细化程度和抗拉强度也更高；在盒体腔内充氦气、氮气等惰性气体进行保护，可以兼具高强、高导散热、高气密性等性能优势。
附图说明
图1为硬盘盒体示意图；
图2为硬盘盒体的俯视图；
图3为图2中A-A剖视图；
图4为挤压凹模示意图；
图5为挤压凹模的俯视图；
图6为图5中B-B剖视图；
图7为复合型挤压凸模示意图；
图8为复合型挤压凸模的俯视图；
图9为图8中C-C剖视图；
图10为图8中D-D剖视图；
图11为硬盘盒体挤压示意图；
图12为挤压型腔的截面视图；
图中：1—挤压杆2—复合型挤压凸模3—连接立柱4—挤压凹模5—圆铸坯6—凸模圆孔型腔7—挤压型腔；
L—盒体的长度，W—盒体的宽度，H—盒体的高度，B—盒体的厚边壁厚，B1—盒体的薄边壁厚，R—盒体大圆槽半径，R1—盒体小圆槽半径，b—盒体的底部厚度，d—磁头直径，h—磁头高度，r—磁头与盒底连接半径；
La—凹模长度，Wa—凹模宽度，Ha—凹模深度，Ra—凹模内圆槽半径，Ba—凹模壁厚，La1—凹模座长度，Wa1—凹模座宽度，Ha1—凹模座高度；
Lt—凸模长度，Wt—凸模宽度，Ht—凸模高度，Dt—凸模通孔直径，Rt—凸模大圆弧半径，rt—凸模小圆弧半径，dt—凸模磁头孔型直径，ht—凸模磁头孔型深度，rg—磁头孔与凸模端部过渡圆弧半径，Lt1、Lt2—凸模座长度，Wt1、Wt2—凸模座宽度，Ht1、Ht2—凸模座高度。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
图1、图4、图7和图11所示为硬盘盒体、挤压凹模、复合型挤压凸模和挤压成形示意图，即本发明的含钪高锌铝合金硬盘盒体矩形通道转角挤压成形方法。
实施例1
本实施例提供一种含钪高锌铝合金硬盘盒体矩形通道转角挤压成形方法，其工艺步骤是：
(1)根据硬盘盒体尺寸确定原始坯料形状及尺寸：硬盘盒体材料为含钪高锌铝合金，钪含量(重量分数)为0.5％，其锻件几何尺寸为：长度L＝170mm，宽度W＝100mm，高度H＝40mm，厚边壁厚B＝10mm，薄边壁厚B1＝5mm，大圆槽半径R＝15mm，小圆槽半径R1＝5mm，盒底厚度b＝5mm，磁头直径d＝10mm，磁头高度h＝30mm，磁头与盒底连接半径r＝5mm，如图1～3所示；用于硬盘盒体挤压成形的原始坯料采用圆形铸坯，通过水平连铸方式得到，根据塑性变形体积不变原理，确定圆形铸坯的直径为D0＝60mm，高度为H0＝70mm；
(2)设计挤压凹模4和复合型挤压凸模2：
凹模4孔型几何尺寸为：长度La＝170mm，宽度Wa＝100mm，深度Ha＝40mm，内圆槽半径Ra＝5mm，壁厚Ba＝25mm，凹模座长度La1＝340mm，凹模座宽度Wa1＝200mm，凹模座高度Ha1＝45mm，如图4～6所示；挤压凸模2设计为中部带通孔6的复合型模具，通孔部位可放置圆铸坯5和挤压杆1，凸模2几何尺寸为：长度Lt＝155mm，宽度Wt＝90mm，高度Ht＝35mm，中部通孔6直径为Dt＝61mm，大圆弧半径Rt＝15mm，小圆弧半径rt＝5mm，磁头孔型直径dt＝10mm及深度ht＝30mm，磁头孔与凸模端部过渡圆弧半径rg＝5mm，挤压杆1与圆铸坯5接触的工作部位直径为61mm，凸模座长度Lt1＝165mm、Lt2＝275mm，凸模座宽度Wt1＝100mm、Wt2＝170mm，凸模座高度Ht1＝15mm、Ht2＝30mm，如图7～10所示；挤压凹模4和复合型挤压凸模2采用四根立柱3进行连接，凸模2可在立柱3上进行上下运动；
(3)挤压：复合型挤压凸模2沿着立柱3下行至其下端面与凹模4底部间隙为5mm的位置进行保压，保压压力为6MN，此时凸模2工作部位的四周与凹模4的内壁保持一定间隙；然后将加热至450℃后的圆铸坯5放入凸模2的圆孔型腔6中，通过挤压杆1在凸模2的圆孔型腔6中对圆铸坯5进行挤压，发生金属径向流动的镦粗变形，随后圆铸坯5继续在挤压力的作用下沿着凹模4底部和四周的矩形通道型腔6进行转角流动的大变形，发生金属轴向流动的挤压成形，直至填充满整个挤压型腔6，如图11～12所示，挤压杆压力为12MN，挤压温度为420℃，挤压杆的挤压速度为0.3mm/s；
(4)固溶时效：将挤压后的硬盘盒体锻件在120℃下保温6h空冷，然后加热至470℃保温2h后水冷，最后加热至175℃保温18h再空冷至室温。
实施例2
本实施例提供一种含钪高锌铝合金硬盘盒体矩形通道转角挤压成形方法，其工艺步骤是：
(1)根据硬盘盒体尺寸确定原始坯料形状及尺寸：硬盘盒体材料为含钪高锌铝合金，钪含量(重量分数)为1.0％，其锻件几何尺寸为：长度L＝172mm，宽度W＝103mm，高度H＝42mm，厚边壁厚B＝11mm，薄边壁厚B1＝5.5mm，大圆槽半径R＝15.5mm，小圆槽半径R1＝5.3mm，盒底厚度b＝5.5mm，磁头直径d＝11mm，磁头高度h＝31mm，磁头与盒底连接半径r＝5.3mm，如图1～3所示；用于硬盘盒体挤压成形的原始坯料采用圆形铸坯，通过水平连铸方式得到，根据塑性变形体积不变原理，确定圆形铸坯的直径为D0＝63mm，高度为H0＝72mm；
(2)设计挤压凹模4和复合型挤压凸模2：
凹模4孔型几何尺寸为：长度La＝172mm，宽度Wa＝103mm，深度Ha＝42mm，内圆槽半径Ra＝5.3mm，壁厚Ba＝25mm，凹模座长度La1＝352mm，凹模座宽度Wa1＝210mm，凹模座高度Ha1＝48mm，如图4～6所示；挤压凸模2设计为中部带通孔6的复合型模具，通孔部位可放置圆铸坯5和挤压杆1，凸模2几何尺寸为：长度Lt＝155.5mm，宽度Wt＝92mm，高度Ht＝36.5mm，中部通孔6直径为Dt＝64mm，大圆弧半径Rt＝15.5mm，小圆弧半径rt＝5.3mm，磁头孔型直径dt＝11mm及深度ht＝31mm，磁头孔与凸模端部过渡圆弧半径rg＝5.3mm，挤压杆1与圆铸坯5接触的工作部位直径为64mm，凸模座长度Lt1＝168.5mm、Lt2＝285.5mm，凸模座宽度Wt1＝104mm、Wt2＝182mm，凸模座高度Ht1＝18mm、Ht2＝35mm，如图7～10所示；挤压凹模4和复合型挤压凸模2采用四根立柱3进行连接，凸模2可在立柱3上进行上下运动；
(3)挤压：复合型挤压凸模2沿着立柱3下行至其下端面与凹模4底部间隙为5.5mm的位置进行保压，保压压力为7MN，此时凸模2工作部位的四周与凹模4的内壁保持一定间隙；然后将加热至470℃后的圆铸坯5放入凸模2的圆孔型腔6中，通过挤压杆1在凸模2的圆孔型腔6中对圆铸坯5进行挤压，发生金属径向流动的镦粗变形，随后圆铸坯5继续在挤压力的作用下沿着凹模4底部和四周的矩形通道型腔6进行转角流动的大变形，发生金属轴向流动的挤压成形，直至填充满整个挤压型腔6，如图11～12所示，挤压杆压力为14MN，挤压温度为440℃，挤压杆的挤压速度为0.4mm/s；
(4)固溶时效：将挤压后的硬盘盒体锻件在120℃下保温7h空冷，然后加热至475℃保温2.5h后水冷，最后加热至180℃保温20h再空冷至室温。
实施例3
本实施例提供一种含钪高锌铝合金硬盘盒体矩形通道转角挤压成形方法，其工艺步骤是：
(1)根据硬盘盒体尺寸确定原始坯料形状及尺寸：硬盘盒体材料为含钪高锌铝合金，钪含量(重量分数)为1.5％，其锻件几何尺寸为：长度L＝175mm，宽度W＝105mm，高度H＝43mm，厚边壁厚B＝12mm，薄边壁厚B1＝6mm，大圆槽半径R＝16mm，小圆槽半径R1＝5.5mm，盒底厚度b＝6mm，磁头直径d＝12mm，磁头高度h＝32mm，磁头与盒底连接半径r＝5.5mm，如图1～3所示；用于硬盘盒体挤压成形的原始坯料采用圆形铸坯，通过水平连铸方式得到，根据塑性变形体积不变原理，确定圆形铸坯的直径为D0＝65mm，高度为H0＝75mm；
(2)设计挤压凹模4和复合型挤压凸模2：
凹模4孔型几何尺寸为：长度La＝175mm，宽度Wa＝105mm，深度Ha＝43mm，内圆槽半径Ra＝5.5mm，壁厚Ba＝25mm，凹模座长度La1＝375mm，凹模座宽度Wa1＝220mm，凹模座高度Ha1＝50mm，如图4～6所示；挤压凸模2设计为中部带通孔6的复合型模具，通孔部位可放置圆铸坯5和挤压杆1，凸模2几何尺寸为：长度Lt＝157mm，宽度Wt＝95mm，高度Ht＝38mm，中部通孔6直径为Dt＝66mm，大圆弧半径Rt＝16mm，小圆弧半径rt＝5.5mm，磁头孔型直径dt＝12mm及深度ht＝32mm，磁头孔与凸模端部过渡圆弧半径rg＝5.5mm，挤压杆1与圆铸坯5接触的工作部位直径为66mm，凸模座长度Lt1＝172mm、Lt2＝307mm，凸模座宽度Wt1＝110mm、Wt2＝195mm，凸模座高度Ht1＝20mm、Ht2＝40mm，如图7～10所示；挤压凹模4和复合型挤压凸模2采用四根立柱3进行连接，凸模2可在立柱3上进行上下运动；
(3)挤压：复合型挤压凸模2沿着立柱3下行至其下端面与凹模4底部间隙为6mm的位置进行保压，保压压力为8MN，此时凸模2工作部位的四周与凹模4的内壁保持一定间隙；然后将加热至480℃后的圆铸坯5放入凸模2的圆孔型腔6中，通过挤压杆1在凸模2的圆孔型腔6中对圆铸坯5进行挤压，发生金属径向流动的镦粗变形，随后圆铸坯5继续在挤压力的作用下沿着凹模4底部和四周的矩形通道型腔6进行转角流动的大变形，发生金属轴向流动的挤压成形，直至填充满整个挤压型腔6，如图11～12所示，挤压杆压力为15MN，挤压温度为450℃，挤压杆的挤压速度为0.5mm/s；
(4)固溶时效：将挤压后的硬盘盒体锻件在120℃下保温8h空冷，然后加热至480℃保温3h后水冷，最后加热至190℃保温24h再空冷至室温。
Claims (1)
1.含钪高锌铝合金硬盘盒体矩形通道转角挤压成形方法，其特征在于按以下工艺步骤实现：
(1)根据硬盘盒体尺寸确定原始坯料形状及尺寸：硬盘盒体材料为含钪高锌铝合金，钪含量(重量分数)为0.5～1.5％，其锻件几何尺寸为：长度L＝170～175mm，宽度W＝100～105mm，高度H＝40～43mm，厚边壁厚B＝10～12mm，薄边壁厚B1＝5～6mm，大圆槽半径R＝15～16mm，小圆槽半径R1＝5～5.5mm，盒底厚度b＝5～6mm，磁头直径d＝10～12mm，磁头高度h＝30～32mm，磁头与盒底连接半径r＝5～5.5mm；用于硬盘盒体挤压成形的原始坯料采用圆形铸坯，通过水平连铸方式得到，根据塑性变形体积不变原理，确定圆形铸坯的直径为D0＝60～65mm，高度为H0＝70～75mm；
(2)设计挤压凹模和复合型挤压凸模：
凹模孔型几何尺寸为：长度La＝170～175mm，宽度Wa＝100～105mm，深度Ha＝40～43mm，内圆槽半径Ra＝5～5.5mm，壁厚Ba＝25mm，凹模座长度La1＝La+2Ba+(120～150)mm，凹模座宽度Wa1＝200～220mm，凹模座高度Ha1＝45～50mm；挤压凸模设计为中部带通孔的复合型模具，通孔部位可放置圆铸坯和挤压杆，凸模几何尺寸为：长度Lt＝155～157mm，宽度Wt＝90～95mm，高度Ht＝35～38mm，中部通孔直径为Dt＝61～66mm，大圆弧半径Rt＝15～16mm，小圆弧半径rt＝5～5.5mm，磁头孔型直径dt＝10～12mm及深度ht＝30～32mm，磁头孔与凸模端部过渡圆弧半径rg＝5～5.5mm，挤压杆与圆铸坯接触的工作部位直径为61～66mm，凸模座长度Lt1＝Lt+(10～15)mm、Lt2＝Lt+(120～150)mm，凸模座宽度Wt1＝Wt+(10～15)mm、Wt2＝Wt+(80～100)mm，凸模座高度Ht1＝15～20mm、Ht2＝30～40mm；挤压凹模和复合型挤压凸模采用四根立柱进行连接，凸模可在立柱上进行上下运动；
(3)挤压：复合型挤压凸模沿着立柱下行至其下端面与凹模底部间隙为5～6mm的位置进行保压，保压压力为6～8MN，此时凸模工作部位的四周与凹模的内壁保持一定间隙；然后将加热至450～480℃后的圆铸坯放入凸模圆孔型腔中，通过挤压杆在凸模圆孔型腔中对圆铸坯进行挤压，发生金属径向流动的镦粗变形，随后圆铸坯继续在挤压力的作用下沿着凹模底部和四周的矩形通道型腔进行转角流动的大变形，发生金属轴向流动的挤压成形，直至填充满整个挤压型腔，挤压杆压力为12～15MN，挤压温度为420～450℃，挤压杆的挤压速度为0.3～0.5mm/s；
(4)固溶时效：将挤压后的硬盘盒体锻件在120℃下保温6～8h空冷，然后加热至470～480℃保温2～3h后水冷，最后加热至175～190℃保温18～24h再空冷至室温。
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