CN1141011C - 具有结合组件的金属薄壳件的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，包括如下步骤：将一金属板材以塑性成形技术制成一金属薄壳组件，并在该金属薄壳组件表面形成多数个接合座；将结合组件放置在相对应的接合座上，并与接合座作精确的定位与配合；完成金属薄壳件与结合组件的牢固胶合或结合。具有大幅降低制造金属薄壳组件的技术困难度，且后续的表面处理或涂装均较容易，大幅降低制造金属薄壳组件的成本。

Description

具有结合组件的金属薄壳件的制造方法

技术领域

本发明是有关于一种金属薄壳件的制造方法，特别有关一种具有结合组件的金属薄壳件的制造方法。

背景技术

目前市面上家电产品或消费性电子、电脑及周边产品皆以轻薄短小为流行趋势，尤其可随身携带的产品更要求重量轻及体积小。因此产品的结构组件如框架、外壳、隔板等的材料以轻量化为最大要求。家电产品或消费性电子、电脑及周边等产品的业界早期则大量使用塑胶射出方式制造一体成形的具有结合功能的金属薄壳组件，并于其上设置卡榫、插槽、定位销或孔、加强肋、分隔板及凹或凸配合件，以利于组装时的快速结合、定位，并减少螺丝用量以及锁固螺丝的次数。其主要缺陷在于：

1、塑胶材质的结构强度不佳，受外力撞击易破裂或产生刮痕，而且螺孔座或定位销等受力部位的尺寸缩减非常有限，否则容易破裂或折断。

2、塑胶件有电磁干扰(EM1)问题，必须在表面作EM1防护处理，增加制造成本。

近年来轻金属材料应用技术突飞猛进，逐渐取代塑胶而成为金属薄壳组件的主要材料，如镁合金、铝合金、钛合金等，以轻金属材料制造金属薄壳组件，具有结构强度高、尺寸更薄、可防电磁干扰(EM1)的优点，而且容易回收，符合绿色产品的环保要求。如于1993年8月17日的美国第5237486号专利，名称为“可携带式电脑的结构框架”，其揭示一镁合金压铸的可携带式电脑的结构框架，具有结构强度高、尺寸更薄、可防电磁干扰(EM1)的优点。其主要缺陷在于：该金属薄壳组件制造成品的优良率相当低，不超过6成，而且尺寸的最小厚度不低于1mm。此外，该金属薄壳组件铸件表面常有气孔或裂纹，必须靠修补及多层表面处理才能获致精美的外观，因此制造成本较高，不适合广泛推广应用。

业界尝试以锻造成形制造金属薄壳组件，并已成功用于小尺寸金属薄壳组件，如MD机身外壳(80×80mm)，但对于大尺寸金属薄壳组件的制造仍有技术瓶颈，有待克服。此外，无论铸件或锻件制造的金属薄壳组件，其成品中的结合件仍需经过个别铣削、攻牙等机械加工才能获得结合功能，更增加铸件或锻件金属薄壳组件的制造成本。再者，对于易燃性金属，如镁合金等，由于需熔炼、机械加工程序，大幅增加制造过程的危险性。

针对上述缺陷，本发明人经过长期的研究和改进，创造出本发明的技术方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，克服现有技术的弊端，达到大幅降低制造金属薄壳组件的技术困难度，且后续的表面处理或涂装均较容易，大幅降低制造金属薄壳组件的成本的目的。

本发明的第二目的在于提供一种具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其利用结合技术将金属薄壳组件与结合组件作紧密结合，不需额外的机械加工，达到制造简便的目的。

本发明的第三目的在于提供一种具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其可免除对于易燃性金属的熔炼及机械加工程序，达到大幅提高工业安全性的目的。

本发明的第四目的在于提供一种具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，达到可轻易完成目前制法难以获得的具有外螺纹或倒钩、内侧凹槽等结合件的目的。

本发明的第五目的在于提供一种具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，达到可制造大型、更薄的金属薄件外壳的目的。

本发明的第六目的在于提供一种具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，达到提高金属薄件外壳的成品率及品质稳定度，降低制造成本的目的。

本发明的目的是这样实现的：一种具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：它包括如下步骤：将一金属板材以塑性成形技术制成金属薄壳组件，并在其表面形成多数接合座；在该接合座上涂布结构用胶；将多数结合组件放置在该已涂布结构用胶的接合座上，并与接合座作精确的定位与配合；通过硬化完成金属薄壳组件与结合组件的牢固胶合。

所述的金属板材选自铁、铜、铝、镁、镍、锡、锌、钛、不锈钢金属或其合金所制成的薄板状材料。所述薄板状材料的厚度小于2mm。所述的塑性成形技术选自冲压、锻造、引伸、挤型、冲锻复合塑性或超塑性的成形技术。所述的接合座为凹孔。所述的接合座为座台。所述的结合组件是与金属板材同材质或异材质的外螺纹柱、内螺孔柱、插槽、定位销、卡榫、扣件结合件，提供作为结合、定位、快速闭锁、分离功能的公或母配合组件。所述的结构用胶是以点胶方式涂布。所述的结构用胶是以表面粘结技术方式涂布。所述的结合组件是以自动插件技术放置在已涂布结构用胶的接合座上。所述的硬化程序为经过硬化炉烘烤。所述的硬化程序为自然硬化。

一种具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，它包括如下步骤：将一金属板材以塑性成形技术制成一金属薄壳组件，并在其表面形成与结合组件配合的接合座；将多数结合组件放置在该接合座上，并与接合座作精确的定位与配合；通过结合方法将该金属薄壳组件与结合组件结合。所述的金属板材选自铁、铜、铝、镁、镍、锡、锌、钛、不锈钢金属或其合金所制成的薄板状材料。所述的塑性成形技术选自冲压、锻造、引伸、挤型、冲锻复合塑性或超塑性成形技术。所述的金属薄壳组件与结合组件是以结构用胶结合。所述的金属薄壳组件与结合组件是以点焊结合。所述的金属薄壳组件与结合组件是以激光焊接法结合。所述的金属薄壳组件与结合组件是以超音波焊接法结合。

本发明的主要优点是以塑性成型的金属薄壳组件，其板材表面细致，后处理容易，不须修补缺陷，即能获致精美的外观；以塑性成型的方式可制造较大型尺寸的金属薄壳组件，而其设备与模具成本均低于常用压铸成形的设备与模具成本。以塑性成型的方式其废料较压铸制程少，因此亦大幅降低材料成本。

下面结合较佳实施例和附图进一步说明。

附图说明

图1是本发明的盖体金属薄壳件的立体示意图；

图2是本发明的壳体金属薄壳件的立体示意图；

图3是本发明的金属薄壳件的强化示意图(一)；

图4是本发明的金属薄壳件的强化示意图(二)；

图5是本发明金属薄壳组件与结合组件的结合剖视示意图(一)；

图6是本发明金属薄壳组件与结合组件的结合剖视示意图(二)；

图7是本发明金属薄壳组件与结合组件的结合剖视示意图(三)；

图8是本发明金属薄壳组件与结合组件的结合剖视示意图(四)；

图9是本发明金属薄壳组件与结合组件的结合剖视示意图(五)；

图10是本发明金属薄壳组件与结合组件的结合剖视示意图(六)；

图11是本发明金属薄壳组件与结合组件的结合剖视示意图(七)。

具体实施方式

参照图1、2，本发明的金属薄壳组件10以金属板材经过塑性成形技术制成的盖体薄壳组件10，如图1所示；或壳体的薄壳组件10，如图2所示。

金属薄壳组件10包含一主板13及环绕于主板13周缘的侧板14。通用于本发明的塑性成形技术包括冲压、锻造、引伸、挤型、冲锻复合等塑性或超塑性成形技术。金属板材的材料可为铁系材料：镀锌钢板、不锈钢板等；非铁系材料：铜合金、铝合金、镁合金、钛合金、锌合金、镍、锡、铝-锂合金等合金材料或超合金材料。金属板材的素材形状较佳为板片状的均一尺寸或异形材。

金属板材(均一尺寸或异形材)经过锻造、冲锻复合成形，可形成金属薄壳组件10的凸出座台11或凹孔12的接合座，如图5-8所示。

根据本发明的制造方法，金属薄壳组件10是以金属板材经过冲压、锻造、引伸成形或冲锻复合成形，其厚度可比常用压铸件更小。例如，目前压铸的镁合金或铝合金的最小厚度为1.0mm；而本发明塑性成型的镀锌钢板或不锈钢板金属薄壳组件10最小厚度可小至0.3mm以下，而铝板可达0.5mm以下。

本发明以塑性成型的金属薄壳组件10，其板材表面细致，后处理容易，不须修补缺陷，即能获致精美的外观；

本发明以塑性成型的方式可制造较大型尺寸的金属薄壳组件10，而其设备与模具成本均低于常用压铸成形的设备与模具成本。

此外，本发明以塑性成型的方式其废料较压铸制程少，因此亦大幅降低材料成本。

参阅图3所示，当金属薄壳组件10作为上盖时，可根据外型设计塑性成型适当的凸出或凹陷轮廓于其表面，以增加金属薄壳组件10的机械强度。

参阅图4所示，可于金属薄壳组件10的主板13内表面设置加强肋30，以增加金属薄壳组件10的机械强度。可根据需要，而于适当位置处，以条状、倒T形、V形或U形截面的加强肋30强化金属薄壳组件10的机械强度较佳，该加强肋30与金属薄壳组件10相同的材质或为纤维强化复合材料制成，而以结构用胶将其粘结于金属薄壳组件10的主板13内表面。

参阅图5-11所示，结合组件20可为外螺纹柱、内螺孔柱或定位销等圆柱体形状结合组件，或卡榫、扣件、插槽、肋板、分隔板等板片状结合组件，及混合圆柱与板片状的结合组件。所有结合组件20均为预先加工完成，如外螺纹柱与内螺孔等均可事先完成外螺纹或攻牙的制造，然后以胶合、熔接等方式固定在成形金属薄壳组件10的凸出座台11或凹孔12接合座上，可省略如压铸件的后续铣削、钻孔、攻牙等机械加工。如卡榫、扣件、插槽等均可事先完成倒钩或内侧凹槽的制造，然后以胶合、熔接等方式固定在成形金属薄壳组件10上。尤其，镁合金的加工有容易着火的缺陷，使用常用方法须有特殊技术或设备才能进行。而本发明的结合组件20均可事先加工完成，大幅提高工业安全性。

根据本发明，金属薄壳组件10与结合组件20的结合方法包括：使用结合用胶、电焊、激光焊接或电阻焊接法及使用超音波焊接法，下面分别详细说明：

1、使用结构用胶：

Dow Chemical于多年前已发展出汽车、航天工业用的结构用胶(Structure Adhesives)，而且结合处的抗拉力比被胶合的母材金属还强，目前已被用于汽车制造业，用以减少点焊(Spotwelding)的次数。同样地，该结构用胶亦可作为金属薄壳组件10与结合组件20的结合之用，在强度上应可符合需求，因为结合组件20主要承受拉力，如具螺纹件、扣件、卡榫等；及压力(当薄壳件受外力撞击时)，少部分承受弯曲/剪应力(如定位销、分隔板、定位片等)。结构用胶对于抗拉力较大，抗剪力则较差，此可通过设计技巧来克服，例如增加结合面积，或将剪力转化成张力，以确保结合组件结合时的牢固。另外若采用机械辅助式抗拉力亦有强化效果，如混合使用结构用胶与焊接，使用紧配合公差设计等。

结构用胶的涂布方法可利用机械手臂、自动点胶机或表面粘结技术(SMT)。以机械手臂或自动点胶机涂布结构用胶，具有精密定位，控制胶水厚度、面积的功能，但速度较慢；以表面粘结技术涂布结构用胶，将结构用胶以类似印刷方式一次涂在金属薄壳组件内表面上，较省时。涂胶在技术上应可达到自动化，并可利用在胶水中加入某尺寸大小的玻璃珠，以控制胶水厚度。对于镁、铝、铝-锂合金等金属薄壳组件表面因有氧化物残留，在涂胶前必须经过洗净程序，或在表面作特殊处理，以确保结构用胶的结合强度。

2、使用点焊或电阻式焊接法：

一般薄板材料的接合多使用点焊，因为接合组件一般尺寸很小(尤其是资讯电子产品)，因此可利用点焊或电阻式焊接法在结合处产生瞬间加热，而达到接合的目的。其优点为加工快速、制程简单，电流控制得当可获得良好结合强度。但对热敏感的金属，如镁合金等则不适用。

3、使用超音波焊接法：

不同于前者，乃在结合组件与金属薄壳组件结合处施以超音波振荡，经由表面摩擦生热而产生接合效果。其优点为结合性能佳，制程简单，金属薄壳组件表面无焊痕。但对热敏感的金属或有氧化物表层的金属薄壳件等则不适用。

4、使用激光焊接法：

不同于前者，乃在结合组件与金属薄壳组件结合处施以激光，产生瞬间能量而产生接合效果。其优点为焊接处几乎无焊痕、外观漂亮及热变形程度低。

5、将结合组件放置在已涂布结构用胶的金属薄壳组件上的方法：

使用自动插件机技术，将结合组件20经过自动整列，送料至取料位置，再用机械夹爪(手)夹取，移动至欲结合位置。若金属薄壳组件10上已设有前述的凸出座台11或凹孔12设计，则可有自动导引定位功能，可降低定位精度要求及加快速度。若结合处无以上特殊设计定位，则以现今的定位技术，如X-Ytable、线性马达等，达到所须的定位要求，亦无问题。

如图9-11所示，在金属薄壳组件10折边侧板14处的结合，为避免结合组件20在结构用胶硬化前有移位，倾倒之虞，在结构用胶的选择上有以下考虑：

(1)、粘度大：使结合组件沾粘上去后不易移动(在不受外力下，及搬运过程中)，

(2)、对热或温度敏感的胶，则可在结合的同时，对结合组件稍稍加温，使结构用胶局部硬化，防止移位、松脱的可能。在金属薄壳组件折边处的结合，可考虑使用点焊、激光焊接或超音波焊接方式，使其与结合组件固定，此时结合处亦可不使用结构用胶。若有使用胶，则必须为可导电式。

6、硬化过程：

硬化过程使结构用胶硬化产生永久性结构强度。将组合后的结合组件20与金属薄壳组件10送进硬化炉烘烤加速其硬化，缩短制程时间。若结合组件使用了对温度/热敏感材料而不能烘烤时，则需使用自然硬化速度较快的结构用胶，才能符合需求。

由以上说明，本发明的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其大幅降低制造金属薄壳组件的技术困难度，且后续的表面处理或涂装均较容易，大幅降低金属薄壳组件成形及后处理的成本。本发明对于易燃性金属如镁合金等，由于免除熔炼、机械加工程序，大幅提高工业安全性。本发明另可制造大型、更薄的金属薄件外壳。虽然本发明已以上述较佳实施例陈述，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技术，在不脱离本发明的精神内，可作各种的更动与修改，均落入本发明的保护范围。

Claims (19)

1、一种具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：它包括如下步骤：将一金属板材以塑性成形技术制成金属薄壳组件，并在其表面形成多数接合座；在该接合座上涂布结构用胶；将多数结合组件放置在该已涂布结构用胶的接合座上，并与接合座作精确的定位与配合；通过硬化完成金属薄壳组件与结合组件的牢固胶合。

2、如权利要求1所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述的金属板材选自铁、铜、铝、镁、镍、锡、锌、钛、不锈钢金属或其合金所制成的薄板状材料。

3、如权利要求1所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述薄板状材料的厚度小于2mm。

4、如权利要求1所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述的塑性成形技术选自冲压、锻造、引伸、挤型、冲锻复合塑性或超塑性的成形技术。

5、如权利要求1所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述的接合座为凹孔。

6、如权利要求1所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述的接合座为座台。

7、如权利要求1所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述的结合组件是与金属板材同材质或异材质的外螺纹柱、内螺孔、插槽、定位销、卡榫或扣件结合件，提供作为结合、定位、快速闭锁或分离功能的公或母配合组件。

8、如权利要求1所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述的结构用胶是以点胶方式涂布。

9、如权利要求1所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述的结构用胶是以表面粘结技术方式涂布。

10、如权利要求1所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述的结合组件是以自动插件技术放置在已涂布结构用胶的接合座上。

11、如权利要求1所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述的硬化程序为经过硬化炉烘烤。

12、如权利要求1所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述的硬化程序为自然硬化。

13、一种具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：它包括如下步骤：将一金属板材以塑性成形技术制成一金属薄壳组件，并在其表面形成与结合组件配合的接合座；将多数结合组件放置在该接合座上，并与接合座作精确的定位与配合；通过结合方法将该金属薄壳组件与结合组件结合。

14、如权利要求13所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述的金属板材选自铁、铜、铝、镁、镍、锡、锌、钛、不锈钢金属或其合金所制成的薄板状材料。

15、如权利要求13所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述的塑性成形技术选自冲压、锻造、引伸、挤型、冲锻复合塑性或超塑性成形技术。

16、如权利要求13所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述的金属薄壳组件与结合组件是以结构用胶结合。

17、如权利要求13所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述的金属薄壳组件与结合组件是以点焊结合。

18、如权利要求13所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述的金属薄壳组件与结合组件是以激光焊接法结合。

19、如权利要求13所述的具有结合组件的金属薄壳件的制造方法，其特征在于：所述的金属薄壳组件与结合组件是以超音波焊接法结合。

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