CN1217756C - 金属物体成形方法及用于该成形方法的模具 - Google Patents

金属物体成形方法及用于该成形方法的模具 Download PDF

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Abstract

一种金属物体在使用专门处理过的模具情况下用压铸法形成。模具具有一限定模腔的表面，限定模腔的表面用一种隔热层覆盖，上述隔热层由一种包括陶瓷粉和耐热树脂的材料制成。熔化的金属喷射到涂装有隔热层的模腔中。

Description

金属物体成形方法及用于 该成形方法的模具
技术领域
本发明涉及一种用于制造金属铸件如笔记本计算机或其它电子器件的外壳的成形方法。本发明还涉及用于实施这一方法的模具。
背景技术
一种移动式电子器件如笔记本计算机，蜂窝电话或个人数据助理(PDA)的外壳应满足几个要求。例如，外壳应足够坚固以便安全地安装所装入的元件。另外，外壳应具有高热导率用于高效冷却所装入的元件。还有，为了节省资源，外壳应当用一种能很容易回收利用的材料制造。由于这些原因，最近的移动式电子器件的外壳常常是用金属而不是用树脂制造。
移动式电子器件，如笔记本计算机和PDA，为了携带方便起见必需是重量和尺寸都小。生产一种重量轻的器件需要重量轻的元件。在移动式电子器件中，金属外壳常常可以占毛重的30％以上，因此重要的是外壳变得重量轻来达到移动式器件的总重量降低。适合于制造这种重量轻外壳的材料是轻金属如镁(Mg)和铝(Al)，或者是主要成分是这些轻金属材料其中之一的轻合金。在上述轻金属中，镁用于生产金属外壳是很流行的，因为镁具有高比抗拉强度，高效散热性(其比得上铝)和低比重，镁的比重是铝比重的约70％。
正如该技术中已知的，各种制造方法如压铸法和搅溶模制法(thixomolding)都可以应用于形成电子器件的金属外壳。然而，用这些方法在生产薄壁外壳时会产生一个问题。具体地说，为了提供一种薄壁外壳，模腔应相应地很窄。不利的是，模腔的狭窄空间可能阻碍供给的熔化金属平稳流动。这是由于熔化的金属当在狭窄的模腔中前进时相当快速地冷却，因而在供给的金属可以填满模腔的每个部分之前，熔化金属的粘度变得难以接受的高。
作为一种用于制造便携式电子器件金属外壳的材料，镁合金如AZ91D(9％重量百分数的铝，1％重量百分数的锌和90％重量百分数的镁)被广泛使用。然而，这种材料具有相当差的流动性，因为最初开发它用于成形汽车的大而厚壁的部件。因此，当便携式电子器件的薄壁外壳用这种镁合金制造时，在所得铸件中常常产生未填满的部分。就A4和B5尺寸的笔记本计算机而论，预计它们的外壳分别具有不大于1.0mm和0.7mm的厚度。用常规的模制方法，由熔化的镁合金难以生产这种薄壁式外壳。
JP 2001-79645A公开了一种方法，用该方法在限定模腔的表面中设置一个隔热件，用于阻止从熔化的金属到模制模具的热传导，以便改善熔化金属的流动性。然而，常规的隔热层需要专门为所希望的铸件形状(和因此模腔的形状)进行设计。由于这个原因，常规方法成本相当高并使产出的熔化产品价格昂贵。
发明内容
本发明在上述情况下提出。因此，本发明的目的是提供一种方法，用该方法合适地生产一种薄壁式金属铸件。本发明的另一个目的是提供一种用于实施该方法的模制模具。
按照本发明的第一方面，提供了一种成形金属物体的方法。该方法包括以下步骤：制备一种模具，该模具具有一个限定模腔的表面，所述限定模腔的表面至少其中一部分被一个隔热层覆盖，该隔热层由一种包括陶瓷粉和耐热树脂的材料制成；和将熔化的金属喷射到模具中；隔热层可以含有0.1％重量百分数至30％重量百分数的陶瓷粉。
在上述方法的情况下，一种薄壁式金属物体可以用压铸技术形成。按照该方法，模具的其中一部分或整个限定模腔的表面用一层片或一膜片覆盖，该层片或膜片用含有陶瓷粉的耐热树脂制成。由于包括陶瓷粉(该陶瓷粉具有比例如用铁合金制造的普通模具低的热导率)，所以在限定模腔的表面上形成的层片用作表现为低热导率的隔热层。因此，能够防止从喷射的熔化金属到模具的不合适的热传导。
另外，因为上述涂覆层含有一种树脂成分，所以熔化的金属可以在模腔中比没有设置这种涂覆层时而使模具的金属表面暴露的情况下更平稳地流动。
而且，由于树脂成分，涂覆层是有弹性的。因此，即使在喷射熔化的金属模具经受热膨胀时，在模具上形成的涂覆层也不破裂。这种耐久的隔热层适用于金属物体的大量生产。
按照本发明的有利方法，薄壁式金属物体生产很容易并且低成本。
优选的是，陶瓷粉可以从一组粉中选定，这组粉包括碳化硅粉，氧化铝粉和二氧化硅粉。除了这三种物质之外，该组粉还可以包括二氧化锆粉和氮化硅粉。各个粉体材料的平均粒径优选的是可以在0.1μm至50μm范围的。碳化硅粉是一种耐磨材料，适合于制造十分耐用的隔热层。为了达到低生产成本的目的，优选的是使用氧化铝粉，氧化铝粉比其它的粉料便宜。
优选的是，耐热树脂可以从下面一组树脂中选定，这组树脂包括氟塑料，聚苯并咪唑树脂(PBI树脂)，耐热酚醛树脂，聚酰亚胺树脂，和聚(醚-醚-酮)树脂(PEEK树脂)。为了得到低摩擦阻力，可以用氟塑料。氟塑料也是有利的，因为它价格较便宜，并且可以例如比PBI树脂更容易处理。
优选的是，隔热层可以具有一在5μm至100μm范围内的厚度。
按照本发明的第二方面，提供了一种用于成形金属物体的模具。模具包括：一个限定模腔的表面；和一个隔热层，该隔热层覆盖限定模腔的表面，并含有陶瓷粉和耐热树脂。
附图说明
本发明的另一些特点和优点从下面参照附图所作的详细说明将变得显而易见。
图1是示出一个模腔或流动路线的平面图，上述模腔或流动路线形成一杆状形流动模具，该杆状流动模具用于优选实施例和对照实施例的流动性评价。
图2示出一种笔记本计算机的金属外壳，本发明的方法可应用于这种金属外壳。
图3是示出按照本发明所述模具的剖视图。
具体实施方式
参见附图，下面将根据本发明的优选例(例1-2)和对照例(例3-5)说明本发明。
[例1]
<流动性评价>
为了评价，利用一个如图1所示的形成螺旋形模腔或流路的杆状流动模具1。流路具有总长度为1650mm，宽度为10mm，和厚度或高度为0.7mm。模具1具有一入口2和一出口3。模具1的限定模腔的表面整个地用一隔热层覆盖。在压力下(压铸法)将熔化的镁合金(AZ91D)注入模具1中。流动性评价是基于注射压力的测量和供给金属的流动长度。
上述隔热层用一种含重量百分数为90％的氟塑料(由OKITSUMOInc.生产，商品名称为Navalon)和重量百分数为10％的氧化铝粉(具有平均粒径为0.2μm)的材料制成。层厚为20μm。保温层是通过将一种隔热材料的溶液喷涂到模具1限定模腔的表面上和然后在一规定的温度下使所涂覆的材料干燥来形成。熔化的金属从入口2朝出口3方向喷射。供给的熔化金属的温度是650℃，该温度比液态镁合金(AZ91D)温度高10-30℃。模具1的温度保持在250℃下，和喷射速率为80m/s。测量结果在下面表1中示出。
<样品的成形>
一个金属板样品用压铸法形成。利用一个限定一规定模腔的模具，上述模腔的长度为150mm，宽度为100mm，和厚度为0.6mm。模具的限定模腔的表面整个地用一隔热层覆盖，该隔热层用与上述隔热层相同的材料制成。熔化的镁合金(AZ91D)喷入模腔中以便产生样品板。图3是示出所用模具5的剖视图。模具5由一个下部构件5a和一个上部构件5b组成，上述下部构件5a是固定的，而上部构件5b是相对于固定构件5a活动的。模具5限定模腔的表面5c用一按照本发明所述的隔热层6覆盖。熔化金属的喷射速率选定为50m/s。在这个条件下，测量熔化金属的喷射速率。另外，将所得到的样品板对缺陷如缩痕，皱纹，毛刺，和供给金属的未填满部分空隙等进行外观检查。喷射速率和喷射压力的测量结果在下面表2中示出。
[例2]
在与例1相同的条件下进行流动性评价，不过例2的20μm厚隔热层是用一种含重量百分数为90％的聚苯并咪唑(PBI)树脂(由NPPON POLYPENCO制造，商品名称为Poly nen co)和重量百分数为10％的碳化硅粉(具有平均粒径为0.5μm)的材料制成。另外，样品板用与例1相同的方式形成。例2的隔热层是通过将模具限定模腔的表面浸在隔热层材料溶液中和然后在一规定温度下干燥涂覆的材料来制备。例2的测量和检查结果在表1和2中示出。
[例3]
用与例1中相同的方式进行流动性评价，不过在例3中没有隔热层形成。另外，样品板用与例1相同的方式形成，不过熔化金属的喷射速率选定为80m/s。例3的测量和检查结果在表1和2中示出。
[例4]
用与例1相同的方式进行流动性评价，不过隔热层用TiAlN(具有厚度为5μm)制成。另外，样品板用与例1相同的方式形成，不过是利用TiAlN隔热层和熔化金属的喷射速率为80m/s。TiAlN层是利用TiCl4，AlCl3，N2作为源气体通过等离子体化学汽相淀积法(CVD)形成。例4的测量和检查结果在表1和2中示出。
[例5]
用与例1相同的方式进行流动性评价，不过是利用一种5μm厚的复合隔热层，该复合隔热层由一下面的TiAlN层(2μm厚)和一上面的SiO2层(3μm厚)组成。另外，样品板用与例1相同的方式形成，不过是利用上述复合隔热层和熔化金属的喷射速率为80m/s。TiAIN层是利用TiCl4，AlCl3，N2作为源气体通过等离子体CVD法形成。SiO2层通过将无热玻璃(购自OHASHI CHEMICAL INDUS RIES LTD.)喷涂在TiAlN层上和然后在140℃下将它干燥30分钟。例5的测量和检查结果在表1和表2中示出。
                          表1
    层组成 喷射压力(Mpa)   流动长度(mm)
    例1     氧化铝+氟塑料 9.8   601.2
    例2     碳化硅+PBI 10.3   621
    例3     …… 15.4   360.7
    例4     TiAlN 14.3   412.4
    例5     SiO2/TiAlN 13.5   478.8
                                  表2
层组成 喷射速率(m/s) 喷射压力(Mpa) 收缩皱纹   毛刺   空隙
例1 氧化铝+含氟塑料   50   5.6   无   无   无
例2 碳化硅+PBI   50   4.9   无   无   无
例3 ………………   80   8.2   有一些   有一些   有一些
例4 TiAlN   80   7.7   有一些   有一些   无
例5 SiO2/TiAlN   80   5.6   有一些   有一些   无
[分析]
正如从表1中所看到的，关于杆状流动模具的流动长度，例1和例2分别比例3(在限定膜腔的表面上没有形成隔热层情况下)要好1.67和1.72倍。另一方面，例4和例5分别只比例3好1.14和1.33倍。关于喷射压力，例1和例2分别只需要例3所需喷射压力的64％和67％，而例4和例5分别需要例3的喷射压力不少于93％和88％。
上述数据显然表明，当模具限定模腔的表面涂装有一用含有陶瓷粉的耐热树脂制成的隔热层时，与采用常规TiAlN层或SiO2/TiAlN层的可能的情况相比，熔化金属的流动长度可以增加且喷射压力可以降低。这意味着熔化金属的流动性改善。
现在参见表2，在例1和2情况下，能够用比例3至5低的喷射速率合适地(亦即，不产生收缩，皱纹，毛刺和未填满部分情况下)制成0.6mm厚的样品板。这种有利的铸造方法可应用于生产如图2中所示的笔记本计算机外壳。
本发明这样进行了说明，显然，本发明可以按许多方式改变。这些改变没有脱离本发明的思路和范围，并且对该技术的技术人员来说很显然所有这些修改都要包括在下面的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种铸造金属物体的方法，所述方法包括以下步骤：
制备一个模具，所述模具具有一限定模腔的表面部分，所述限定模腔的表面部分用一隔热层覆盖，所述隔热层由一种包括陶瓷粉和耐热树脂的材料制造；和
将熔化的金属喷射到所述模具中；
其特征在于，所述隔热层含有0.1％至30％重量百分数的陶瓷粉。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷粉从一组粉中选定，所述一组粉包括碳化硅粉，氧化铝粉和二氧化硅粉。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耐热树脂包括氟塑料和聚苯并咪唑树脂之一。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述隔热层具有一厚度范围为5μm至100μm。
5.一种铸造金属物体用的模具，所述模具包括：
一个限定模腔的表面；和
一个隔热层，所述隔热层覆盖所述限定模腔的表面并含有陶瓷粉和耐热树脂；
其中，隔热层包含0.1wt％-30wt％的陶瓷粉。
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