[发明专利]带有凸柱等复杂结构铝合金手机外壳的大变形量冲锻成形工艺

说明书

【技术领域】

本发明属于冲压工艺领域，更具体地说，涉及一种带有凸柱等复杂结构 铝合金手机外壳的大变形量冲锻成形工艺。

【背景技术】

近年来3C电子产品的外壳在轻量、坚固、美观的设计潮流影响下，铝 合金因为具有质量轻、高强度、高刚性、表面处理方式多样化及良好的热传 导性等优点，故比塑胶及镁合金更适合用于3C产品的壳体。

目前，带有凸柱结构铝合金手机外壳的制造主要包含以下工艺：

(1)压铸成形。此工艺可以成形带有凸柱及凸筋等复杂结构及形状的手 机外壳，但是其产品的生产效率低、力学性能低、表面质量差、成品率低且 厚度不能太薄，特别是表面质量差、气孔等缺陷给铝合金的表面处理工序带 来了更多的返修及报废，因此限制了压铸工艺在手机外壳等复杂结构铝合金 件制造方面的应用前景。

(2)拉深及焊接组合工序。先通过拉深成形不带凸柱的手机外壳，再将 车削加工好的凸柱焊接在壳体内部。此组合工艺虽然解决表面质量差、气孔 等缺陷，但相对于冲压来说，生产效率整体性差，且需要精度较高的焊接夹 具和激光焊接设备。

(3)拉深、注塑及粘接组合工艺。先拉深成形手机外壳及注塑成形壳体 内部凸柱、凸筋等复杂结构，再将拉深件和注塑件粘接在一起，虽然原材料 成本有所降低，但生产效率低下且需要较多的设备投资。

总结以上各工艺，相对于冲压件来说，一个共同的难题是生产效率低和 成本较高。随着制造业微利时代的到来，制造商为了追求利润最大化，会想 尽一切办法提高生产效率及降低成本，而近年来发展起来的板金冲锻成形技 术，为成形复杂结构铝合金件带来了希望。

冲锻加工过程是一个复杂的弹塑性大变形过程，该过程涉及到几何非线 性、材料非线性和边界条件非线性等一系列难题。早期研究中，人们为了求 解方便，在分析塑性加工问题时做了大量的简化和假设，这些方法也只适用 于一些简单的成形工艺；而对于复杂的成形工艺，缺少一套系统的、精确的 理论分析手段，使得求解的精度和可靠性受到影响。

近年来，随着计算机硬件、软件技术的飞速发展和对材料成形过程物理 规律研究的深入，材料成形过程计算机模拟技术得到了广泛应用。与传统分 析方法相比，它可以先于模具制造在计算机上模拟工艺的全过程，完整、详 尽地提供相关数据。研究者可以据此分析工艺参数和工件性能间的关系，观 察成形过程是否产生内部和外部缺陷，以便获得改善模型的信息和依据，更 好地改进工艺。这样可以避免某些试验环节，从而缩短产品的设计和制造周 期。数值模拟技术在保证工件质量、减少材料消耗、缩短试制周期和提高生 产效率等方面有着显著的优越性。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种带有凸柱等复杂结构铝合金手机外壳的大变 形量冲锻成形工艺，借助计算机模拟仿真技术，避免某些试验环节，从而缩 短产品的设计和制造周期，大幅提高复杂结构铝合金件的生产效率，降低生 产成本。

本发明的技术方案是：带有凸柱等复杂结构铝合金手机外壳的大变形量 冲锻成形工艺，包括以下步骤：

1.使用三维机械设计软件建立凸模、凹模及坯料的三维图形，首先在所 述凹模型腔中设置出所述铝合金件的侧壁空腔及凸柱孔，最后根据体积相等 原理，采用刚塑性模型进行有限元计算，按照市场供应的铝合金坯料规格进 行计算，确定所使用坯料的厚度及形状；

2.按照设计好的三维图形制做凸模和凹模，将切割好的坯料双面均匀涂 上MoS2润滑剂，并采取小间隙配合方式将所述坯料固定在所述凹模内；

3.开动冲床，冲床滑块带着所述凸模下行，挤压所述坯料，由于所述坯 料体积大于所述凹模型腔，因此所述坯料在所述凸模挤压下变形，开始流入 所述凸柱孔中；当所述坯料充满所述凹模型腔时，所述坯料开始向所述侧壁 空腔中流动；当所述凸模运动到下死点时，即完成所述铝合金件的冲锻成形。

本发明的优点在于：带有凸柱等复杂结构铝合金手机外壳成形过程中， 毛坯形状相对简单，而最终制件的几何形状却比较复杂，变形较大，属于体 积变形范畴。因此，本方法采用刚塑性有限元法，对复杂结构铝合金件的冲 锻过程进行三维模拟，得到无工艺缺陷的侧壁与凸柱的金属流动规律，通过 改善模具结构来控制金属流动，解决了复杂结构铝合金件在冲锻成形遇到的 技术难题，避免某些试验环节，从而缩短产品的设计和制造周期，大幅提高 复杂结构铝合金件的生产效率，降低生产成本。