CN203737912U - 锻造模具及电子装置金属外壳 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于制造电子装置金属外壳锻造模具，包括上模具和下模具，所述上模具具有截面呈矩形的上模腔以收容用于成型金属外壳的金属板材，上模腔内壁形成安装面；下模具具有若干压头，压头的顶面共同形成工作面，若干压头之间形成有自所述工作面所在平面向内凹进的减压槽；下模具还具有环绕所述工作面而形成的压块，所述压块与安装面的内侧面共同形成边框成型模腔。还提供一种采用该锻造模具制备的电子装置金属外壳，该锻造模具解决了现有技术金属外壳生产中的外表面机加工量大，以及多步锻造方法效率低等问题。

Description

锻造模具及电子装置金属外壳

技术领域

本实用新型涉及用于电子装置金属外壳制造的锻造模具以及由该锻造模具制备的电子装置金属外壳。

背景技术

3C电子装置（Computer, Communication and Consumer electronic）的外形一般是扁平长方体形状。其外壳常为薄抽屉状凹形，由一中央薄腹板及其四周的边框次结构围成外壳凹腔。外壳的外正表面一般是平面，但也可设计为弧面。四周边框的外侧表面为平面或弧面。凹腔内腹板和边框上通常设计有腹板次结构和边框次结构，作为安装其它元器件的结构（如螺柱、凸台、卡扣和铰接缘等）或充当外壳的强化结构（如强化筋和加强肋等）。凹腔敞开处可安装显示屏和按键等人机交流界面，如平板电脑与盒盖式手提电脑的屏幕或键盘，也可以装配外壳盖。外壳腹板和四周边框可开设有开关孔、接线孔、USB孔、按键孔、光盘槽，或触摸板孔和键盘孔等各种功能和形状的开口，也可以几乎没有孔槽。

电子装置一体化金属外壳是指其中央腹板、边框、腹板次结构和边框次结构都是由一整体或一整块金属成型而来。“一体化”也可称“一体成型”、“整体成型”或“统一”等，英文称之为unibody、unified、integral、homogenous或integrally formed等。如果一体化金属外壳中间腹板材料的厚度与周围边框材料的厚度显著不同，同时包含材料厚度有变化的边框次结构和腹板次结构，从而造成这种一体化金属外壳横截面上的材料厚度是发生变化的，则可称之为“一体化变截面金属外壳”。美国专利公开US20120030930、US20120050988和US20110164365中分别描述的电子装置一体化金属外壳便属于这种一体化变截面金属外壳。而当一体化变截面金属外壳中央的腹板很薄时，可称之为“一体化变截面薄腹板金属外壳”。

如今的电子装置，尤其是便携电子装置（如手机、平板电脑、MP3、GPS和手提电脑等）的外壳力求尽可能的轻、薄、外观效果好，而轻金属材料则是制造轻、薄金属外壳的首选。由于比重低、比屈服强度高（材料的屈服强度与其密度之比）、阳极氧化后外观可装饰性优异等，铝合金已成为制造便携电子装置一体化变截面金属外壳的主要材料。

然而，不论使用何种金属或合金，生产这种一体化变截面薄腹板金属外壳是金属加工业的一大难题。

美国专利US8341832 公开了一种电子装置外壳的全机加工生产方法，可以成型出性能优异、外表美观的一体化变截面薄腹板铝合金外壳。但是，这种全机加工方法的材料利用率低，机加工成本高昂。

金属通常经过锻造后，具有良好的机械性能。因此锻造方法也可用于开发生产电子装置一体化变截面薄腹板金属外壳坯件，再经过后续机加工将坯件成型为外壳终件。但是，锻造工艺通常难以成型出大面积的薄腹板铝合金坯件。即便是使用超大吨位的锻造设备，也很难锻压出大面积的薄腹板铝合金外壳坯件。原因在于，巨大的锻造压力会使铝合金和模具间产生异常大的摩擦力，阻碍金属向四周流动，难以将板材成型为薄腹板锻件。

为了降低锻造薄腹板锻件所需的巨大压力，中国授权公告号为CN101850396B的专利，CN202447570U专利和 CN102513485A专利申请公开了三种相似的两步冲锻方法和模具，用于成型电子装置一体化变截面薄腹板镁合金或铝合金外壳坯件。但这种两步冲锻并没有真正解决锻造压力大的问题。

中国授权公告号为CN2031170902U实用新型专利和中国公开号为CN103231002A实用新型专利申请，公开了一种锻造制坯模具及应用于电子装置的金属外壳的成型方法，可以一步冷锻或热锻金属外壳坯件，然后机加工成型为外壳终件。比全机加工生产方法材料利用率高，所需机加工时间少。该锻造模具及成型方法所制成的外壳坯件的外壳内部凹腔是接近净成型，只需很少的机加工，但外壳的外表面仍需要较多的机加工。对于外观要求高的移动电子装置的金属外壳的外表面，尤其是对非平面的带有弧形的外表面，机加工时间长，生产成本高。

为了解决外表面机加工费时的问题，在电子装置一体化变截面铝合金外壳的制造上，已应用多步锻造制坯工艺。将一块6xxx系列铝合金板经多步冷锻制造出外表面接近净成型的外壳坯件，然后机加工成型为终件。但多步锻造所需的多套模具成本高，多次锻造也降低了锻造效率。而且，多步锻造在底部为平面的外壳制造中，与全机加工方法相比，难以有效的提高材料的利用率。

因此，有必要提供新的锻造模具，可以一步锻造出外表面接近净成型的外壳坯件，大幅降低外壳外表面的机加工量，且材料利用率高。这种新锻造模具的技术原理还应该对各种形状底面的外壳均有效。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于制造电子装置的金属外壳的锻造模具。该模具可将金属板材一步锻压成型为外表面接近净成型的金属外壳的坯件，并且比全机加工法成型金属外壳的材料利用率高。

为实现上述目的，本实用新型提供一种用于制造电子装置金属外壳锻造模具，包括上模具和下模具，所述上模具具有截面呈矩形的上模腔以收容用于成型金属外壳的金属板材，上模腔内壁形成安装面；下模具具有若干压头，压头的顶面共同形成工作面，若干压头之间形成有自所述工作面所在平面向内凹进的减压槽；下模具还具有环绕所述工作面而形成的压块，所述压块与安装面的内侧面共同形成边框成型模腔。

作为本实用新型的进一步改进，所述边框成型模腔内形成所述金属外壳的周边腹板。

作为本实用新型的进一步改进，所述安装面与所述工作面之间形成所述金属外壳的底腹板。

作为本实用新型的进一步改进，所述边框成型模腔的宽度大于所述安装面与所述工作面之间的垂直距离。

作为本实用新型的进一步改进，所述边框成型模腔的深度大于所述安装面与所述工作面之间的垂直距离。

作为本实用新型的进一步改进，所述边框成型模腔的深度大于或等于所述减压槽的深度。

作为本实用新型的进一步改进，下模具具有台阶部，所述台阶部形成所述压块。

作为本实用新型的进一步改进，所述下模具还具有腹板次结构成型模和脱模顶杆装置。

为实现上述目的，本实用新型还提供一种所述锻造模具制备的电子装置金属外壳，所述金属外壳包括外表面与凹腔。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的锻造模具，通过在上模具上设有上模腔及下模具上设有减压槽，解决了现有技术中电子装置的金属外壳机加工时间长、无法一步锻造成型外壳外表面接近净成型的外壳坯件，提高了金属外壳成型效率、制造成本低且节省材料。

附图说明

图1A为一体化金属外壳平面示意图。

图1B为图1A的A-A断面示意图。

图1C为图1A的B-B断面示意图。

图1D为一体化金属外壳立体示意图。

图2A为本实用新型上模具平面示意图。

图2B为本实用新型上模具立体示意图。

图3A为本实用新型下模具平面示意图。

图3B为本实用新型下模具立体示意图。

图4为本实用新型上下模具相对被锻金属板展开的示意图。

图5为本实用新型上模具和下模具及被锻金属板的断面示意图。

图6为本实用新型锻压过程开始时局部模具和被锻板材断面示意图。

图7为本实用新型锻压过程结束时局部模具和成型坯件断面示意图。

图8为本实用新型锻压成型的外壳坯件断面示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本实用新型实施方式进行详细地描述。但该实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据该实施方式所做出的结构、方法或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。

图1A至图1D所示为一种应用于便携电子装置（如平板电脑）的一体化金属外壳10的结构，其由一整块金属通过一体成型而形成。图1A为金属外壳凹腔的俯视图，图1B为图1A的A-A断面图，图1C为图1A的B-B断面图。图1D为立体图。

金属外壳10由底腹板22、周边腹板26和自周边腹板26转向延伸而出的边框30构成，边框30通常有四条相连的边框30a、30b、30c和30d构成；底腹板22和周边腹板26组成腹板12；腹板12与边框30共同围设形成一个凹腔20。该凹腔20内可以按实际需求装载各类电子元器件或其组合。边框30的侧边开有各种用途的孔和槽，如耳机孔和按键，腹板12上也可开有摄像镜头孔等孔洞，图中均未标出。

底腹板22的内表面24上设有腹板次结构32a-32c，周边腹板26的内表面28上设有腹板次结构32d，用作安装其它元器件的安装结构（如螺柱、凸台、卡扣和铰接缘等）或充当外壳的强化结构（如强化筋和加强肋等）。其位置和尺寸也可以根据实际情况而加以变化。需要指出：在本实用新型中，图面所示的结构32a-32d仅为示范作用。另外，有的小型便携电子装置的外壳无需设计腹板次结构，其电子器件是可以直接安装在边框30或腹板12上的。

一般而言，电子装置的一体化金属外壳10的长度、宽度和厚度H的尺寸根据其应用（如从手机到笔记本电脑等）不同而变化很大。腹板12的厚度T一般在0.3-2mm之间，外壳面积越大，腹板则越厚。有些设计，边框30某些部位（如金属外壳的两端）的高度会有不同。腹板次结构32a-32d的高度也可以不同，但通常小于金属外壳10的厚度H减去腹板12的厚度T。此外，边框30中不同部位的宽度也可以不同。四条边框可以是连续的，也可以有间断的。腹板12厚度小于边框30的最大的厚度和边框的高度。由于腹板12的厚度薄且与边框30的厚度和宽度均不同，因此如图1B和1C所示，外壳10的横截面的厚度是变化的，即变截面。所以外壳10可称之为一体化变截面薄腹板金属外壳。而且由于存在腹板次结构32a-32d，使外壳10变截面的特点更为显著。

图1A至图1D所示的一体化变截面薄腹板金属外壳10的腹板12是弧型的，其外表面14是由底平面16和弧面18构成的曲面。在一块金属如铝合金平板上机加工出这种曲面比机加工出平底面的所需的时间要长很多，而且材料的利用率也更低。

以下，将详述如何使用本实用新型的锻压模具及成型方法成型出如图1A至图1D所示的一体化变截面薄腹板金属外壳10。需要指出的是，锻造模具的具体尺寸和形状取决于所需要加工的金属外壳的尺寸和形状，但成型的基本原理是相同的。还需特别指出的是，本实用新型的锻造模具不仅可应用于如图1A-图1D所示的弧型外壳底面的成型，也同样完全可应用于平外底面的外壳成型。

本实用新型的实施方式是说明本实用新型的技术原理。图2至图 5、图7和图8展示了本实用新型用于成型如图1A-图1D所示金属外壳10的外壳坯件300的一副锻造上模具100及下模具200。其中，图2A是上模具100的平面图，图2B是上模具100的立体示意图。图3A是下模具200的平面图，图3B是下模具200的立体示意图。图4是上下模具分别相对被锻金属板40展开的示意图。图5是上模具100和下模具200与被锻金属板40上下对应的断面示意图，该图中上模具100表示的是图2A的C-C断面，下模具200表示的是图3A的D-D断面。需说明，为示意清楚，图中的各部位尺寸和位置尺寸并非全部按比例绘制。

 参见图1A至图5，40为成型用金属板材，42为金属板材40的顶面，44为金属板材40的底面。上模具100有截面呈矩形的、用于收容成型金属外壳的金属板材上模腔102以及上模具闭合面110；上模腔102的内壁形成安装面（未标号），所述安装面包括由底腹板外模面104、以及周边弧面腹板外模面106、外壳外模面108，。

下模具200包括下模具外膜202和下模具芯204。其中下模具芯204具有若干压头，若干压头形成底腹板压头组224，且若干压头的顶面共同形成工作面（未标号）；若干压头之间形成有自所述工作面所在平面向内凹进的减压槽；所述减压槽包括周边减压槽212、网状减压槽214。底腹板压头组224中包括了腹板次结构32a、32b和32c的成型模232a、232b和232c。在下模具芯204的下面还有图中没有绘出的脱模顶杆装置。

请参阅图5、图6和图7所示，所述外模202具有环绕所述工作面的压块，边框外模面228，以及下模模具闭合面230。本实施例中，所述外模202具有台阶部（未标号），所述台阶部形成所述压块，且所述压块的一侧为弧形的周边弧型腹板压块226，周边弧型腹板压块226上有腹板次结构32d的成型模232d；其别于本实施例，所述压块也可以为其他形状。

图6是锻造过程中，上下模具与被成型金属板40刚接触时的局部示意图。图7是上下模具闭合时，成型了外壳坯件的局部示意图。在锻造过程中，由下模具芯204上的底腹板压头组224和下模具外模202上的周边弧型腹板压块226，与上模腔102共同对金属板40施压，成型为图8所示的一体化金属外壳坯件300。其中，上模具100与下模具200的结合面贴合时，所述压块与安装面的内侧面共同形成边框成型模腔240，所述边框成型模腔240内形成所述金属外壳的周边腹板26，所述安装面与所述工作面之间形成所述金属外壳的底腹板22。具体地，金属板的顶面42成型为由坯件腹板底平面316和坯件周边板弧面318构成的外底面。金属板40的四周的材料则在边框成型模腔240中成型为包括边框30和边框外侧坯面336的边框坯330。在外壳坯件300锻造成型后，上模开启，下模芯204下方的顶出机构将下模芯204顶起脱模。

下模具芯204的减压槽的底部设有气孔236，在锻造过程中，排除气体，使得金属板材40能够很好地贴合于上模腔102的安装面上，从而利于成型和脱模。本实施例中，所述气孔236设置于部分网状减压槽214的底部；区别于本实施例，所述气孔236也可以设置于周边减压槽的底部，以达到同样的效果。本实施例中，所述上模腔102的安装面设置为与所需要的电子装置的金属外壳相一致的结构，因此在上模腔102与下模具200配合的作用下，由腹板底平面316、坯件腹周边板弧面318和边框外侧坯面336构成的外壳坯件300的外表面是不需或只需很少机加工的终形外表面。图8中的302为飞边，332b、332c和332d分别是腹板次结构32b、32c和32d的腹板次结构坯。将金属凸起324机加工去除成型腹板次结构。

如图6和图7所示，本实施例中，所述边框成型模腔240的宽度与深度均大于所述安装面与所述工作面之间的垂直距离；所述边框成型模腔240的深度大于或等于所述减压槽的深度。从而在板材周边的材料挤压进边框成型模腔240中形成边框坯330时，使得边框坯330的厚度S可以大于金属板40的厚度d以及外壳坯的厚度F，边框坯330的高度大于外壳坯的厚度F。这样，本实用新型所需金属板40的厚度d不仅小于外壳坯的厚度F，也小于外壳边框的厚度S。这里外壳坯的厚度F略大于外壳的厚度H。而使用全机加工方法成型厚度为H的一体化金属外壳时，所需金属板的厚度不能小于H。因此本实用新型比全机加工一体化金属外壳方法的材料利用率高。当然区别于本实施例，所述边框成型模腔240的宽度与深度也可以根据所需加工成型的金属外壳的要求而合理设计。

如图7所示，在锻压过程中，多余的金属进入周边减压槽212和网状减压槽214中，从而大大降低了锻造成型所需的压力，也有利于金属板材40能够很好地贴合于上模腔102的安装面上，从而可以通过冷锻一次成型一体化铝合金外壳。底腹板压头组224的压头形状、数量和排列没有特别的要求。压头越多，所需锻造压力越低。

上模具100是用于成型近终形的外壳外坯面，可称之为外坯面模具。下模具200是用于成型外壳内腔坯，可称之为内腔模具。本实用新型的上下模具是相对的，它们的位置的互换没有实质性的影响。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所做的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锻造模具，用于制造电子装置的金属外壳，所述锻造模具包括上模具和下模具，其特征在于：所述上模具具有截面呈矩形的上模腔以收容用于成型金属外壳的金属板材，上模腔内壁形成安装面；下模具具有若干压头，压头的顶面共同形成工作面，若干压头之间形成有自所述工作面所在平面向内凹进的减压槽；下模具还具有环绕所述工作面而形成的压块，所述压块与安装面的内侧面共同形成边框成型模腔。

2.如权利要求1所述的锻造模具，其特征在于：所述边框成型模腔内形成所述金属外壳的周边腹板。

3.如权利要求1所述的锻造模具，其特征在于：所述安装面与所述工作面之间形成所述金属外壳的底腹板。

4.如权利要求1所述的锻造模具，其特征在于：所述边框成型模腔的宽度大于所述安装面与所述工作面之间的垂直距离。

5.如权利要求1所述的锻造模具，其特征在于：所述边框成型模腔的深度大于所述安装面与所述工作面之间的垂直距离。

6.如权利要求1所述的锻造模具，其特征在于：所述边框成型模腔的深度大于或等于所述减压槽的深度。

7.如权利要求1所述的锻造模具，其特征在于：下模具具有台阶部，所述台阶部形成所述压块。

8.如权利要求1所述的锻造模具，其特征在于：所述下模具还具有腹板次结构成型模和脱模顶杆装置。

9.一种采用如权利要求1-8所述锻造模具制备的电子装置金属外壳，其特征在于：所述金属外壳包括外表面与凹腔。