專利名稱：鍛造模具及應用于電子裝置的金屬外殼的成型方法
技術領域：
本發明涉及鍛造模具及應用于電子裝置的金屬外殼的成型方法。
背景技術：
3C 電子裝置(Computer, Communication and Consumer electronic)的外形一般是扁平長方體形狀。其外殼常為薄抽屜狀凹形，由一中央薄腹板及其四周的邊框次結構圍成外殼凹腔。外殼的外正表面一般是平面，但也可設計為弧面。四周邊框的外側表面為平面或弧面。凹腔內腹板和邊框上通常設計有腹板次結構和邊框次結構，作為安裝其它元器件的結構(如螺柱、凸臺、卡扣和鉸接緣等)或充當外殼的強化結構(如強化筋和加強肋等)。凹腔敞開處可安裝顯示屏和按鍵等人機交流界面，如平板電腦與盒蓋式手提電腦的屏幕或鍵盤，也可以裝配外殼蓋。外殼腹板和四周邊框可開設有開關孔、接線孔、USB孔、按鍵孔、光盤槽，或觸摸板孔和鍵盤孔等各種功能和形狀的開口，也可以幾乎沒有孔槽。電子裝置一體化金屬外殼是指其中央腹板、邊框、腹板次結構和邊框次結構都從一整體或一整塊金屬成型而來。“一體化”也可稱“一體成型”、“整體成型”或“統一”等，英文稱之為 unified、integral、homogenous、integrally formed 或 unibody 等。如果一體化金屬外殼中間腹板材料的厚度與周圍邊框材料的厚度顯著不同，同時包含材料厚度有變化的邊框次結構和腹板次結構，從而造成這種一體化金屬外殼橫截面上的材料厚度是發生變化的，則可稱之為“一體化變截面金屬外殼”。美國專利公開US20120030930、US20120050988和US20110164365中分別描述的電子裝置一體化金屬外殼便屬于這種一體化變截面金屬外殼。而當一體化變截面金屬外殼中央的腹板很薄時，可稱之為“一體化變截面薄腹板金屬夕卜殼'如今的電子裝置，尤其是便攜電子裝置(如手機、平板電腦、MP3、GPS和手提電腦等)的外殼力求盡可能的輕、薄、外觀效果好，而輕金屬材料則是制造輕、薄金屬外殼的首選。由于比重低、比屈服強度 高(材料的屈服強度與其密度之比)、外觀可裝飾性優異，鋁合金已成為制造便攜電子裝置一體化變截面金屬外殼的主要材料。然而，不論使用何種金屬或合金，生產這種一體化變截面薄腹板金屬外殼是金屬加工業的一大難題。美國專利US8341832公開了一種電子裝置外殼的機加工生產方法，可以成型出性能優異、外表美觀的一體化變截面薄腹板鋁合金外殼。低成本的鑄造方法過去已應用于生產電子裝置一體化變截面鋁合金和鎂合金的外殼坯件。鑄造的外殼坯件還需經過機加工成型為最終的金屬外殼。鋁合金外殼通常是利用壓鑄法生產，鎂合金外殼則通常使用壓鑄法或半固態壓鑄法生產。但要鑄造成型大面積的薄腹板鋁合金或鎂合金外殼，從技術角度上還存在困難。中國專利ZL200410049928.5公開的一種一體化變截面薄腹板鋁合金外殼壓鑄方法中，使用硅含量質量百分比為10.87%的鋁合金可壓鑄成型薄腹板的外殼。但是，高硅含量鋁合金鑄件的機械性能不佳，同時在進行陽極氧化處理后的外觀亦不好，不適合用于需陽極氧化、外觀和性能要求高的便攜電子裝置鋁合金外殼。金屬通常經過鍛造后，具有良好的機械性能。因此鍛造方法也可用于開發生產電子裝置一體化變截面薄腹板金屬外殼坯件，再經過后續機加工將坯件成型為外殼終件。但是，鍛造工藝通常難以成型出大面積的薄腹板鋁合金坯件。s.D.El Wakil所著((Processes and Design for Manufacturing (制造工藝與設計)》專著中 197-199 頁和表5.3解釋了鍛造成型鋁合金腹板最薄厚度與腹板面積之間的關系(S.D.El Wakil,Processes and Design for Manufacturing, 2nd Ed, Pagel97_199 and Table 5.3,Waveland Press, Inc., 2002)。以一款9.7吋屏幕平板電腦的面積約為241 X 185mm的一體化變截面鋁合金外殼為例，其鍛造投影面積約為0.044m2，根據該書表5.3查得，對應面積的腹板鍛件可鍛壓成型的最薄厚度將大于4mm，這一數值超過了該平板電腦鋁合金外殼腹板厚度0.8mm的400%。美國專利US6694594在說明書中也指出:鍛造技術雖可以成型出小尺寸(80X80mm)的薄腹板外殼鍛件，但難以鍛造出面積更大的薄腹板外殼鍛件。即便是使用超大噸位的鍛造設備，也很難鍛壓出大面積的薄腹板鋁合金外殼坯件。原因在于，巨大的鍛造壓力會使鋁合金和模具間產生異常大的摩擦力，阻礙金屬向四周流動，難以將板材成型為薄腹板鍛件(M.F.Ashby, Materials Selection in Mechanical Design, Figure13.27，Elsevier Ltd., 2011)。即便假設在巨大的鍛壓力下能鍛造出薄腹板鍛件，巨大的壓力也會將處于熱塑性狀態的薄腹板緊緊貼于模具上而造成無法脫模。在將一塊較厚的金屬板鍛造成型為有腹板次結構的薄腹板外殼時，由于厚金屬材料必須在很大的鍛造壓力下從中間沿與鍛壓力垂直的方向四周流動形成薄腹板的過程中充填鍛壓方向上的腹板次結構型腔，必然會使腹板次結構與腹板相接的根部形成紊亂的鍛造流線，同時腹板次結構型腔還難以充滿。中國 專利公開CN101850396指出了這一技術難題。為了降低鍛造薄腹板鍛件所需的巨大壓力，并解決上述腹板次結構填充的難題，中國授權公告號為CN101850396B的專利公開，CN202447570U專利和CN102513485A專利申請公開了三種相似的兩步沖鍛方法和模具，用于成型電子裝置一體化變截面薄腹板鎂合金或鋁合金外殼坯件。其所述的兩步沖鍛實質上是兩步鍛造，只是其中有一步的鍛造速度快，被稱之為“沖”。兩步鍛造成型中至少有一步的鍛壓面積與外殼終件的面積相當。根據鍛造技術知識可知，鍛造所需的壓力在固定的鍛造參數條件(如坯件與模具的溫度及材料的應力應變性能)下，主要取決于鍛壓面積。因此這種兩步沖鍛中至少有一步所需的壓力不會比一步鍛造所需的壓力有明顯的降低。而多增加的一道鍛壓工序、使用兩套不同的模具，均會導致這種兩步鍛造的生產成本增加，效率降低。這三種兩步沖鍛方法及模具主要是為熱鍛造鎂合金而設計。其中CN101850396B公開的實施例中有使用1050鋁合金在室溫下沖鍛成型外殼坯件。但是1050鋁合金是機械性能很低的鋁合金，非常容易成型，卻不適合用于3C電子裝置的外殼。由于兩步沖鍛仍然是將較厚的金屬板材分步沖鍛為薄腹板外殼鍛件，所以必須鍛壓使板材中間部位的金屬向四周流動繼而形成薄腹板。不論采用幾道鍛造工序，尚不能真正解決鍛造過程中上述腹板次結構填充難以充滿的難題。從上述的三個中國專利和專利公開的實施例可以看出，為了降低成型的難度，腹板的次結構均是在靠近邊框周邊的部位而不是在腹板中間成型的小尺寸的腹板次結構。如果腹板次結構處于腹板的中間部位，會造成鍛造流線紊亂；而腹板次結構處于腹板周邊的話，又由于材料不足難以充滿體積較大的腹板次結構型腔。除了一體化變截面薄腹板金屬外殼，電子裝置中還常使用組合鈑金外殼。其使用一塊厚度均勻(等截面)的薄沖壓鈑金件作為主體殼，而用于安裝內部元件的附加結構和加強結構則通過焊接、粘接、卡扣、鉚接等方式固定到鈑金主體殼上，形成組合鈑金外殼，其鈑金主體殼的橫截面材料的厚度是不變的或基本不變的。美國專利US7385806和上述US6694594，以及美國專利公開US20100061040中的電子裝置外殼都屬于這類組合鈑金外殼。而Heng-Kuang Tsai等人的論文中給出的分步沖壓成型筆記本電腦薄鎂合金板外殼也是橫截面材料的厚度不變或基本不變的(Heng-Kuang Tsai et al., Die design forstamping a notebook case with magnesium alloy sheets, Journal of MaterialsProcessing Technology, 201 (2008) 247-251)。根據上述專利US8341832方法生產的一體化變截面薄腹板鋁合金外殼與上述組合鋁合金鈑金外殼相比，其最大的優點在于前者的橫截面可以變化，四周邊框的材料厚度大于腹板，這樣的設計可以大大提高外殼結構的整體剛性和強度，邊框和腹板上可成型出材料厚度有變化的邊框次結構和腹板次結構，還可以加工出極具市場吸引力的特殊美觀外表。但其腹板的厚度則難以像組合鋁合金鈑金外殼所使用的軋制薄板材那么薄。上述專利US8341832所述的制造方法的核心是將一整塊鋁材用機加工成型出一體化鋁合金外殼。因而材料利用率低，機加工時間長，生產成本高。在其發明說明書中，機加工(machining)專指切削去除材料 的加工方法(removing/eliminating material)。為了減少機加工廢料，提高材料利用率，上述專利US8341832說明書中寫到，可使用鍛造(包括rough forging 和 forging)、沖壓(stamping)、精密鑄造(investment casting)和擠壓工藝(extruding process)等非機加工方法,先將招原材料成型為一個形狀與外殼終件形狀相似、尺寸稍大的外殼近終形還件(“near-net shape”,“to have a similar shape withslightly increased dimensions”)，再通過機加工將這種外殼近終形還件成型為一體化鋁合金外殼終件，并用其專利中的圖11進行了說明。如果這一想法可以實施，不僅能夠提高材料的利用率，還可大大縮短機加工的時間。金屬產品的生產方法通常是先用非機加工的方法成型坯件(盡可能是近終形坯件)，再通過機加工將坯件成型為終件，以提高材料利用率，降低機加工成本。上述專利US8341832中提出的用非機加工方法先成型近終形金屬外殼坯件的想法正是遵循這一傳統思路。擠壓工藝是金屬材料連續成型的方式之一，但無法成型這種四周有邊框的抽屜狀凹形金屬外殼坯件。而根據前面對現有鑄造、鍛造和沖壓的工藝分析知道，使用近終形鑄造招粗 (rough aluminum casting)經機加工成型招合金外殼很難實施，因為鑄造招粗還不僅機械性能不佳，而且機加工后的表面可能會有鑄造缺陷，很難滿足一體化鋁合金外殼的高要求。金屬沖壓方法，包括上述Tsai等人的分步沖壓方法，不能成型出材料厚度有顯著變化的變截面薄腹板外殼坯件。而現有鍛造技術也不能成型上述專利US8341832中所述的近終形金屬外殼坯件。綜上所述，現有坯件成型技術和機加工成型電子裝置一體化薄腹板金屬外殼的各種技術，存在如下幾個問題:
(I)現有的坯件生產方法，難以成型出后續機加工量少金屬性能好的一體化變截面薄腹板外殼還件。(2)全部使用機加工方法來成型一體化金屬外殼，其生產周期長、生產成本高。(3)全部使用機加工成型的方法中，必須使用一塊體積大于金屬外殼最小外接矩形體體積的金屬板材，其材料利用率低。因此，有必要提供新的、后續機加工量少的電子裝置一體化薄腹板金屬外殼坯件成型工具和相應的成型方法以克服上述問題。
發明內容
本發明的目的在于提供一種鍛造模具，及應用于電子裝置的金屬外殼的成型方法。使用該模具可將金屬板材鍛壓成型為后續機加工量少的金屬外殼的坯件，將外殼坯件經過較少的機加工，便能成型為金屬外殼。解決了現有技術中電子裝置的金屬外殼機加工時間長、無法成型減少后續機加工量的外殼坯件、生產成本高，以及材料利用率低等問題。本發明還可以解決現有薄腹板外殼坯件鍛造技術不僅所需鍛造壓力高，而且腹板次結構難成型的難題。 為實現上述發明目的，本發明提供了一種鍛造模具，用于將給定金屬板材鍛壓成型為電子裝置的外殼坯件，所述外殼坯件包括正鍛面、外側鍛面、凹腔鍛面和邊框坯；所述凹腔鍛面包括腹板內鍛面、腹板次結構坯和邊框次結構坯；所述鍛造模具包括上模具和下模具，其特征在于:所述上模具具有上模壓塊組以及形成于所述上模壓塊組中間并向內凹進的減壓槽；所述下模具具有下模腔，用于容納所述金屬板材，并在所述上模壓塊組的鍛壓下共同將所述金屬板材成型為所述外殼坯件。作為本發明的進一步改進，所述下模腔包括位于所述下模腔中間部位向四周延伸的腹板模面、圍設于所述腹板模面周邊且向內凹陷形成的邊框型腔、圍設于所述下模腔周邊且平行于鍛壓方向并向上延伸的下模腔壁，以及延伸于所述下模腔壁的底邊與所述邊框型腔的外側壁上緣之間的板材邊緣阻擋面，所述下模腔壁的底邊與所述腹板模面位于同一平面。作為本發明的進一步改進，所述上模壓塊組包括可將所述金屬板材的周邊部位壓入所述邊框型腔形成所述邊框坯的邊框壓塊，以及可將所述金屬板材的底面壓貼在所述腹板模面上形成所述腹板內鍛面的腹板壓塊。作為本發明的進一步改進，所述腹板壓塊的施壓面與所述邊框壓塊的施壓面所形成的平面的距離大于等于零，小于所述金屬板材的厚度。作為本發明的進一步改進，所 述減壓槽形成于所述邊框壓塊與所述腹板壓塊之間，所述減壓槽收容所述正鍛面在鍛壓過程中形成的金屬凸起。作為本發明的進一步改進，所述腹板壓塊包括若干腹板壓頭，所述若干腹板壓頭之間形成有所述減壓槽，所述減壓槽收容所述正鍛面在鍛壓過程中形成的金屬凸起。作為本發明的進一步改進，所述腹板模面上具有腹板次結構型腔，所述腹板壓塊包括腹板次結構壓塊，所述腹板次結構壓塊用于將所述金屬板材壓入所述腹板次結構型腔中形成所述腹板次結構坯；所述腹板次結構壓塊的施壓面位于所述邊框壓塊的施壓面所形成的平面與所述腹板壓塊的施壓面之間。作為本發明的進一步改進，所述邊框型腔中具有邊框次結構型腔，用于將所述金屬板材在所述邊框壓塊的壓力下成型為所述邊框次結構坯。作為本發明的進一步改進，所述腹板模面上分布有脫模通孔，所述脫模通孔的位置對應于所述減壓槽的中心。為實現上述發明目的，本發明還提供了一種應用于電子裝置的金屬外殼的成型方法，所述金屬外殼包括腹板、腹板周圍的邊框、正表面、外側面和凹腔面，所述成型方法包括以下步驟:
(1)提供金屬板材；
(2)提供包括上模具和下模具的鍛造模具，所述上模具具有上模壓塊組以及形成于所述上模壓塊組中間并向內凹進的減壓槽，所述下模具具有下模腔；
(3)將所述金屬板材放置于所述下模腔內，經鍛壓成型為所述金屬外殼的外殼坯件，所述外殼坯件包括正鍛面、外側鍛面、凹腔鍛面和邊框坯，所述正鍛面上具有由所述減壓槽形成的金屬凸起，所述凹腔鍛面包括腹板內鍛面、腹板次結構坯和邊框次結構坯，并且是所述凹腔面的近終形面；
(4)機加工所述正鍛面，將所述金屬凸起和金屬余料去除，獲得所述正表面；
(5)機加工所述 外側鍛面，將金屬余料去除，獲得所述外側面；
(6)機加工所述凹腔鍛面，獲得所述金屬外殼。作為本發明的進一步改進，所述金屬板材的材料從鋁合金、鎂合金、鋁鎂合金、鋁鋰合金、鎂鋰合金、鋁基復合材料、鎂基復合材料、鈦合金、不銹鋼和其它鋼材中選取。作為本發明的進一步改進，所述金屬板材的厚度和體積分別小于所述金屬外殼的最小外接矩形體的厚度和體積。作為本發明的進一步改進，所述下模腔包括位于所述下模腔中間部位向四周延伸的腹板模面、圍設于所述腹板模面周邊且自所述腹板模面向內凹陷形成的邊框型腔、圍設于所述下模腔周邊且垂直于所述腹板模面向上延伸的下模腔壁，以及延伸于所述下模腔壁的底邊與所述邊框型腔的外側壁上緣之間的板材邊緣阻擋面，所述下模腔壁的底邊與所述腹板模面位于同一平面。作為本發明的進一步改進，所述上模壓塊組包括可將所述金屬板材的周邊部位壓入所述邊框型腔形成所述邊框坯的邊框壓塊，與可將所述金屬板材的底面壓貼在所述腹板模面上形成所述腹板內鍛面的腹板壓塊。作為本發明的進一步改進，所述腹板壓塊的施壓面與所述邊框壓塊的施壓面所形成的平面的距離大于等于零，小于所述金屬板材的厚度。作為本發明的進一步改進，所述減壓槽形成于所述邊框壓塊與所述腹板壓塊之間，所述減壓槽收容所述正鍛面在鍛壓過程中形成的金屬凸起。作為本發明的進一步改進，所述腹板壓塊包括若干腹板壓頭，所述若干腹板壓頭之間形成有所述減壓槽，所述減壓槽收容所述正鍛面在鍛壓過程中形成的金屬凸起。作為本發明的進一步改進，所述腹板模面上具有腹板次結構型腔，所述腹板壓塊包括腹板次結構壓塊，所述腹板次結構壓塊用于將所述金屬板材壓入所述腹板次結構型腔中形成所述腹板次結構坯；所述腹板次結構壓塊的施壓面位于所述邊框壓塊的施壓面所形成的平面與所述腹板壓塊的施壓面之間。作為本發明的進一步改進，所述邊框型腔中具有邊框次結構型腔，用于將所述金屬板材在所述邊框壓塊的壓力下成型為所述邊框次結構坯。作為本發明的進一步改進，所述腹板模面上分布有脫模通孔，所述脫模通孔的位置對應于所述減壓槽的中心。作為本發明的進一步改進，所述金屬外殼腹板厚度加上設定的機加工余量之和是所述邊框壓塊施壓面所形成的平面與所述腹板模面之間的最終鍛壓距離。為實現上述發明目的，本發明還提供了一種應用于電子裝置的金屬外殼的成型方法，所述金屬外殼包括腹板、腹板周圍的邊框、正表面、外側面和凹腔面，所述成型方法包括以下步驟:
(1)提供金屬板材；
(2)提供包括上模具和下模具的鍛造模具，所述上模具具有上模壓塊組以及形成于所述上模壓塊組中間并向內凹進的減壓槽，所述下模具具有下模腔；
(3)將所述金屬板材加熱到所述金屬板材的固溶溫度；
(4)將加熱到固溶溫度的所述金屬板材進行淬火；
(5)將已淬火的所述金屬板材放置于所述下模腔內，在室溫下鍛壓成型為所述金屬外殼的外殼坯件，所述外殼坯件包括正鍛面、外側鍛面、凹腔鍛面和邊框坯，所述正鍛面上具有由所述減壓槽形成的金屬凸起；所述凹腔鍛面包括腹板內鍛面、腹板次結構坯和邊框次結構坯，并且是所述凹腔面的近終形面；
(6)對所述外殼坯件進行時效；
(7)機加工所述正鍛面，將所述金屬凸起和金屬余料去除，獲得所述正表面；
(8)機加工所述外側鍛面，將金屬余料去除，獲得所述外側面；
(9)機加工所述凹腔鍛面，獲得所述金屬外殼。作為本發明的進一步改進，所述金屬板材的材料從鋁合金、鎂合金、鋁鎂合金、鋁鋰合金和鎂鋰合金中選取。作為本發明的進一步改進，從所述步驟(4)結束到開始進行至所述步驟(6)，必須在對所述金屬板材要求的熱處理狀態所對應的熱處理規范中規定的從淬火到人工時效允許的最長停放間隔時間內完成。作為本發明的進一步改進，所述進行時效為進行人工時效。作為本發明的進一步改進，所述進行時效為進行去應力處理后進行人工時效。作為本發明的進一步改進，所述金屬板材的厚度和體積分別小于所述金屬外殼的最小外接矩形體的厚度和體積。作為本發明的進一步改進，所述下模腔包括位于所述下模腔中間部位向四周延伸的腹板模面、圍設于所述腹板模面周邊且自所述腹板模面向內凹陷形成的邊框型腔、圍設于所述下模腔周邊且垂直于所述腹板模面向上延伸的下模腔壁，以及延伸于所述下模腔壁的底邊與所述邊框型腔的外側壁上緣之間的板材邊緣阻擋面，所述下模腔壁的底邊與所述腹板模面位于同一平面。作為本發明的進一步改進，所述上模壓塊組包括可將所述金屬板材的周邊相應部位壓入所述邊框型腔形成所述邊框坯的邊框壓塊，與可將所述金屬板材的底面壓貼在所述腹板模面上形成所述腹板內鍛面的腹板壓塊。作 為本發明的進一步改進，所述腹板壓塊的施壓面與所述邊框壓塊的施壓面所形成的平面的距離大于等于零，小于所述金屬板材的厚度。作為本發明的進一步改進，所述減壓槽形成于所述邊框壓塊與所述腹板壓塊之間，所述減壓槽收容所述正鍛面在鍛壓過程中形成的金屬凸起。作為本發明的進一步改進，所述腹板壓塊包括若干腹板壓頭，所述若干腹板壓頭之間形成所述減壓槽，所述減壓槽收容所述正鍛面在鍛壓過程中形成的金屬凸起。作為本發明的進一步改進，所述腹板模面上具有腹板次結構型腔，所述腹板壓塊包括腹板次結構壓塊，所述腹板次結構壓塊用于將所述金屬板材壓入所述腹板次結構型腔中形成腹板次結構；所述腹板次結構壓塊的施壓面位于所述邊框壓塊的施壓面所形成的平面與所述腹板壓塊的施壓面之間。作為本發明的進一步改進，所述邊框型腔中具有邊框次結構型腔，用于形成邊框次結構。作為本發明的進一步改進，所述腹板模面上分布有脫模通孔，所述脫模通孔的位置對應于所述減壓槽的中心。作為本發明的進一步改進，所述金屬外殼腹板厚度加上設定的機加工余量之和是所述邊框壓塊施壓面所形成的平面與所述腹板模面之間的最終鍛壓距離。為實現上述發明目的，本發明還提供了一種應用于電子裝置的金屬外殼的成型方法，所述金屬外殼包括腹板、腹板周圍的邊框、正表面、外側面和凹腔面，所述成型方法包括以下步驟:
(1)提供擠壓用金屬材料錠；
(2)提供包括上模具和下模具的鍛`造模具，所述上模具具有上模壓塊組以及形成于所述上模壓塊組中間并向內凹進的減壓槽，所述下模具具有下模腔；
(3)將加熱至擠壓溫度的所述金屬材料錠擠壓成型為帶材，其在擠壓模具出口處的溫度處于所述金屬材料固溶溫度的范圍；
(4)將所述處于固溶溫度的帶材進行在線淬火；
(5)將已淬火的所述帶材切割為金屬板材；
(6)將所述金屬板材放置于所述下模腔內，在室溫下鍛壓成型為所述金屬外殼的外殼坯件，所述外殼坯件包括正鍛面、外側鍛面、凹腔鍛面和邊框坯，所述正鍛面上具有由所述減壓槽形成的金屬凸起；所述凹腔鍛面包括腹板內鍛面、腹板次結構坯和邊框次結構坯，并且是所述凹腔面的近終形面；
(7)對所述外殼坯件進行時效；
(8)機加工所述正鍛面，將所述金屬凸起和余料去除，獲得所述正表面；
(9)機加工所述外側鍛面，將金屬余料去除，獲得所述外側面；
(10)機加工所述凹腔鍛面，獲得所述金屬外殼。作為本發明的進一步改進，所述金屬板材的材料從鋁合金、鎂合金、鋁鎂合金、鋁鋰合金和鎂鋰合金中選取。作為本發明的進一步改進，從所述步驟(4)結束到開始進行至所述步驟(7)，必須在對所述金屬板材要求的熱處理狀態所對應的熱處理規范中規定的從淬火到人工時效允許的最長停放間隔時間內完成。作為本發明的進一步改進，所述進行時效為進行人工時效。
作為本發明的進一步改進，所述進行時效為進行去應力處理接著進行人工時效。作為本發明的進一步改進，所述金屬板材的厚度和體積分別小于所述金屬外殼的最小外接矩形體的厚度和體積。作為本發明的進一步改進，所述下模腔包括位于所述下模腔中間部位向四周延伸的腹板模面、圍設于所述腹板模面周邊且自所述腹板模面向內凹陷形成的邊框型腔、圍設于所述下模腔周邊且垂直于所述腹板模面向上延伸的下模腔壁，以及延伸于所述下模腔壁的底邊與所述邊框型腔的外側壁上緣之間的板材邊緣阻擋面，所述下模腔壁的底邊與所述腹板模面位于同一平面。作為本發明的進一步改進，所述上模壓塊組包括可將所述金屬板材的周邊相應部位壓入所述邊框型腔形成所述邊框坯的邊框壓塊，與可將所述金屬板材的底面壓貼在所述腹板模面上形成所述腹板內鍛面的腹板壓塊。作為本發明的進一步改進，所述腹板壓塊的施壓面與所述邊框壓塊的施壓面所形成的平面的距離大于等于零，小于所述金屬板材的厚度。作為本發明的進一步改進，所述減壓槽形成于所述邊框壓塊與所述腹板壓塊之間，所述減壓槽收容所述正鍛面在鍛壓過程中形成的金屬凸起。作為本發明的進一步改進，所述腹板壓塊包括若干腹板壓頭，所述若干腹板壓頭之間形成有所述減壓槽，所述減壓槽收容所述正鍛面被鍛壓過程中形成的金屬凸起。作為本發明的進一步改進，所述腹板模面上具有腹板次結構型腔，所述腹板壓塊包括腹板次結構壓塊，所述腹板次結構壓塊用于將所述金屬板材壓入所述腹板次結構型腔中形成腹板次結構；所述腹板次結構壓塊的施壓面位于所述邊框壓塊的施壓面所形成的平面與所述腹板壓塊的施壓面之間。作為本發明的進一步改進， 所述邊框型腔中具有邊框次結構型腔，用于形成邊框次結構。作為本發明的進一步改進，所述腹板模面上分布有脫模通孔，所述脫模通孔的位置對應于所述減壓槽的中心。作為本發明的進一步改進，所述金屬外殼腹板厚度加上設定的機加工余量之和是所述邊框壓塊施壓面所形成的平面與所述腹板模面之間的最終鍛壓距離。為實現上述發明目的，本發明還提供了一種應用于電子裝置的金屬外殼的成型方法，所述金屬外殼包括腹板、腹板周圍的邊框、正表面、外側面和凹腔面，所述成型方法包括以下步驟:
(1)提供金屬板材；
(2)提供包括上模具和下模具的鍛造模具，所述上模具具有上模壓塊組以及形成于所述上模壓塊組中間并向內凹進的減壓槽，所述下模具具有下模腔；
(3)將所述金屬板材加熱到設定的溫度；
(4)將所述上模具和所述下模具加熱到設定的溫度；
(5)將所述金屬板材放置于所述下模腔內，經鍛壓成型為所述金屬外殼的外殼坯件，所述外殼坯件包括正鍛面、外側鍛面、凹腔鍛面和邊框坯，所述正鍛面上具有由所述減壓槽形成的金屬凸起；所述凹腔鍛面包括腹板內鍛面、腹板次結構坯和邊框次結構坯，并且是所述凹腔面的近終形面；(6)將所述外殼坯件加熱到固溶溫度；
(7)將加熱到固溶溫度的所述外殼坯件進行淬火；
(8)將已淬火的所述外殼坯件進行壓力整形；
(9)對已壓力整形的所述外殼坯件進行時效；
(10)機加工所述正鍛面，將所述金屬凸起和金屬余料去除，獲得所述正表面；
(11)機加工所述外側鍛面，將金屬余料去除，獲得裝所述外側面；
(12)機加工所述凹腔鍛面，獲得所述金屬外殼。作為本發明的進一步改進，所述金屬板材的材料從鋁合金、鎂合金、鋁鎂合金、鋁鋰合金、鎂鋰合金、鋁基復合材料和鎂基復合材料中選取。作為本發明的進一步改進，從所述步驟(7)結束到開始進行至所述步驟(9)，必須在對所述金屬板材要求的熱處理狀態所對應的熱處理規范中規定的從淬火到人工時效允許的最長停放間隔時間內完成。作為本發明的進一 步改進，所述進行時效為進行人工時效。作為本發明的進一步改進，所述進行時效為進行去應力處理后進行人工時效。作為本發明的進一步改進，所述金屬板材的厚度和體積分別小于所述金屬外殼的最小外接矩形體的厚度和體積。作為本發明的進一步改進，所述下模腔包括位于所述下模腔中間部位向四周延伸的腹板模面、圍設于所述腹板模面周邊且自所述腹板模面向內凹陷形成的邊框型腔、圍設于所述下模腔周邊且垂直于所述腹板模面向上延伸的下模腔壁，以及延伸于所述下模腔壁的底邊與所述邊框型腔的外側壁上緣之間的板材邊緣阻擋面，所述下模腔壁的底邊與所述腹板模面位于同一平面。作為本發明的進一步改進，所述上模壓塊組包括可將所述金屬板材的周邊部位壓入所述邊框型腔形成所述邊框坯的邊框壓塊，與可將所述金屬板材的底面壓貼在所述腹板模面上形成所述腹板內鍛面的腹板壓塊。所述腹板壓塊的施壓面與所述邊框壓塊的施壓面所形成的平面的距離大于等于零，小于所述金屬板材的厚度。作為本發明的進一步改進，所述減壓槽形成于所述邊框壓塊與所述腹板壓塊之間，所述減壓槽收容所述正鍛面在鍛壓過程中形成的金屬凸起。作為本發明的進一步改進，所述腹板壓塊包括若干腹板壓頭，所述若干腹板壓頭之間形成有所述減壓槽，所述減壓槽收容所述正鍛面被鍛壓過程中形成的金屬凸起。作為本發明的進一步改進，所述腹板模面上具有腹板次結構型腔，所述腹板壓塊包括腹板次結構壓塊，所述腹板次結構壓塊用于將所述金屬板材壓入所述腹板次結構型腔中形成腹板次結構；所述腹板次結構壓塊的施壓面位于所述邊框壓塊的施壓面所形成的平面與所述腹板壓塊的施壓面之間。作為本發明的 進一步改進，所述邊框型腔中具有邊框次結構型腔，用于形成邊框次結構。作為本發明的進一步改進，所述腹板模面上分布有脫模通孔，所述脫模通孔的位置對應于所述減壓槽的中心。作為本發明的進一步改進，所述金屬外殼腹板厚度加上設定的機加工余量之和是所述邊框壓塊施壓面所形成的平面與所述腹板模面之間的最終鍛壓距離。本發明的有益效果是利用所述鍛造模具與成型方法使得所述應用于電子裝置的金屬外殼成型效率高、制造成本低且節省材料。
圖1A為金屬外殼平面示意圖。圖1B為金屬外殼A-A斷面示意圖。圖1C為金屬外殼B-B斷面示意圖。圖2為金屬外殼立體不意圖。圖3A-3C為應用于有RF天線的便攜電子裝置的組合外殼示意圖。
圖4為應用于筆記本電腦主機的金屬外殼立體示意圖。圖5A-5B為本發明第一實施方式上模具不意圖。圖6A-6B為本發明第一實施方式下模具不意圖。圖7為本發明第一實施方式上模具和下模具的斷面示意圖。圖8為本發明第一實施方式鍛壓成型的外殼坯件斷面示意圖。圖9A-9B為本發明第一實施方式鍛壓成型外殼坯件的局部斷面示意圖。圖10為本發明第一實施方式的工藝流程示意圖。圖11為本發明第二實施方式上模具示意圖。圖12為本發明第二實施方式鍛壓成型的外殼坯件斷面示意圖。圖13A-13B為本發明第三實施方式上模具示意圖。圖14A-14B為本發明第三實施方式下模具示意圖。圖15為本發明第四實施方式工藝流程示意圖。圖16為圖15所示的工藝流程310中工件溫度隨時間變化的關系。圖17為本發明第五實施方式所成型的一體化金屬外殼立體不意圖。圖18A-18C為本發明第五實施方式的鍛造模具示意圖。圖19A-19B為本發明第六實施方式的鍛造模具示意圖。圖20為本發明第七實施方式的工藝流程示意圖。圖21為本發明第八實施方式的工藝流程示意圖。圖22為本發明第九實施方式的工藝流程示意圖。圖23為本發明第十實施方式的工藝流程示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖，對本發明的各實施方式進行詳細地描述。但這些實施方式并不限制本發明，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法或功能上的變換均包含在本發明的保護范圍內。圖1A至圖1C及圖2所示為應用于便攜電子裝置(如平板電腦)的一體化金屬外殼12的典型結構，其由一整塊金屬通過一體成型而形成。圖1A為金屬外殼凹腔的俯視圖，圖1B為圖1A的A-A斷面圖，圖1C為圖1A的B-B斷面圖。金屬外殼12由腹板26和自腹板26周邊延伸而出的邊框構成。在本發明中如無特別說明，“腹板”和“金屬外殼腹板”均是指金屬外殼的腹板。金屬外殼12周圍通常有四條相連的邊框，為簡單起見，圖中只用一個標號22代表所有四條邊框。腹板26與邊框22共同圍設形成一個凹腔并形成凹腔面19。該凹腔內可以按實際需求裝載各類電子元器件或其組合。在如圖1A至圖1C及圖2所示的金屬外殼12的邊框22上設有開放式的邊框次結構24a-24c和隱蔽式的邊框次結構25，腹板26的內表面27上設有腹板次結構28a-28c。隱蔽式的邊框次結構25的位置在邊框頂面29的下方。開放式的邊框次結構24a-24c和隱蔽式的邊框次結構25以及腹板次結構28a_28c等都可以根據實際情況而采納不同的設計。比如，用作安裝其它元器件的安裝結構(如螺柱、凸臺、卡扣和鉸接緣等)或充當外殼的強化結構(如強化筋和加強肋等)。其位置和尺寸也可以根據實際情況而加以變化。需要指出:在本發明中，圖面所示的結構24a-24c、25、28a-28c僅為示范作用；本發明中如無特別說明，邊框次結構是指開放式的邊框次結構。另外，有的小型便攜電子裝置的外殼無需設計腹板次結構，其電子器件是可以直接安裝在邊框或腹板上的。凹腔面19包括腹板內表面27、邊框頂面29、邊框內側面32、邊框次結構24a_24c、隱蔽式的邊框次結構25，以及腹板次結構28a-28c。一般而言，電子裝置的一體化金屬外殼12的長度X、寬度Y和厚度Z的尺寸根據其應用(如從手機到筆記本電腦等)不同而變化很大。腹板26的厚度T 一般在0.3-2_之間，外殼面積越大，腹板則越厚。邊框22的高度即是金屬外殼12的厚度Z。有些設計，邊框某些部位(如金屬外殼的兩端)的高度會有不同。腹板次結構28a-28c在腹板26上的高度也可以不同，但通常小于金屬外殼的厚度Z減去腹板厚度T。此外，邊框22中每一處邊框的寬度V也可以不同。腹板26的厚度小于邊框22的最大的厚度和邊框的高度。由于腹板26的厚度薄且與邊框22的厚度和寬度均不同，因此如圖1B和IC所示，外殼12的橫截面的厚度是變化的，即變截面。所以外殼12可稱之為一體化變截面薄腹板金屬外殼。而且由于存在腹板次結構28a-28c及邊框次結構24a_24c和25，使外殼12變截面的特點更為顯著。圖3A至圖3C所示為應用于便攜式移動電子裝置(如手機)的RF組合外殼的結構。該類組合外殼通常由主體金屬外殼和RF天線窗構成。三幅圖展示了不同RF天線窗44、54、64與相應主體金屬外殼42、52、62組合時的形態。46、56、66分別用于標不位于主體金屬外殼42、52、62和RF天線·窗44、54、64之間的金屬內邊框，它們通常比主體金屬外殼42、52、62的邊框45、55、65要窄且低。在某些應用場合，甚至可以沒有金屬內邊框46、56、66。可以理解地，圖3A-3C所示的RF組合外殼中的主體金屬外殼屬于一體化變截面薄腹板金屬外殼。三幅圖中的邊框次結構和腹板次結構的位置和尺寸與圖1中的相同，也同樣如圖1分別用 24a-24c、25 及 28a_28c 表示。圖4所示為電子裝置的金屬外殼應用于筆記本電腦主機上部外殼的典型結構。在該結構中，金屬外殼70包括頂部腹板76、主邊框72、內邊框73，以及由腹板與主、內邊框圍成的凹腔并形成凹腔面79。凹腔面79包括邊框次結構74和腹板次結構78a-78e，用以安裝內部元件和底板，以及加強外殼結構的整體強度。凹腔面79還包括腹板內表面、主邊框頂面、內邊框頂面。腹板76上開有鍵盤孔組80、觸摸板孔82，以及其它孔槽。主邊框72上設有各種孔槽84a-84g。如前所述，邊框次結構、腹板次結構和各種孔槽等，均是可以根據實際應用需求而加以設計的。相較于應用于平板電腦的金屬外殼12，應用于筆記本電腦主機的金屬外殼70具有以下特點:一是面積大；二是腹板次結構的尺寸大、結構復雜；三是外殼上孔洞多。因而金屬外殼70成型難度更大。同樣，這也是一種一體化變截面薄腹板金屬外殼。下文中如無特別說明，“金屬外殼”或“外殼”均指“一體化變截面薄腹板金屬外殼”。以下，將詳述如何使用本發明的鍛壓模具及成型方法成型出如圖1A至圖4所示的各種結構的一體化變截面薄腹板金屬外殼。需要指出的是，鍛造模具的具體尺寸和形狀取決于外殼的尺寸和形狀，但成型的基本原理是相同的。本發明第一實施方式是說明本發明的技術原理。圖5A-圖7、圖9A及圖9B展示了本發明用于成型如圖1A至圖2所示金屬外殼12的外殼坯件140的一副鍛造上下模具110及120，此為本發明第一實施方式的鍛造模具。其中，圖5A是上模具110的仰視圖，圖5B是上模具110的立體示意圖。圖6A是下模具120的俯視圖，圖6B是下模具120的立體示意圖。圖7是上模具110和下模具120上下對應的斷面示意圖，其中上模壓塊組119是圖5A的C-C斷面，下模腔129是圖6A的D-D斷面。需說明，為示意清楚，圖中的各部位尺寸和位置尺寸并非全部按比例嚴格繪制。101為成型用金屬板材，102為金屬板材101的頂面，104為金屬板材101的底面。上模具110具有邊框壓塊112及由若干的腹板壓頭116組成的腹板壓塊。在本實施方式中，腹板壓頭的壓頭個數為54。邊框壓塊112和腹板壓塊之間的間隙形成一圈減壓槽111a。由于腹板壓塊由若干的腹板壓頭116組成，各腹板壓頭之間的間隙形成網狀的減壓槽111b。減壓槽Illa和Illb自上模具施壓面向內凹陷形成，構成整體的減壓槽網。減壓槽既可以形成相互連接的凹槽結構，也可以為單個盲孔狀相互獨立的凹槽結構。特別指出，雖然本實施方式中使用若干腹板壓頭116來顯示腹板壓塊的效果，但是本發明也可以使用單個腹板壓頭或單個腹板壓塊與邊框壓塊112共同作用而成型金屬外殼坯件。亦即，此處所稱腹板壓頭116也包含單個腹板壓頭或單個腹板壓塊的實施方式，以下不再重復說明。腹板壓頭的具體數量取決于腹板面積的大小、腹板壓頭施壓面的大小，以及腹板壓頭之間的距離。本實施方式中的上模具110的腹板壓頭116系包含若干壓頭，該若干壓頭呈陣列式排布。所有腹板壓頭施壓面所形成的腹板壓頭平面103，是與下模腔129的腹板模面126的形狀相同的平面或弧面。一般 情況下，126和103為平面。腹板多柱壓頭向金屬板的頂面施壓時，可使金屬板材101的底面104緊貼于腹板模面126上，成型為近終形的腹板內鍛面127。腹板壓頭平面103與邊框壓塊施壓面115所形成的邊框壓塊平面105之間的距離D大于等于零，小于金屬板材的厚度P，以保證腹板壓頭施壓面117在鍛造過程中會對金屬板材101的頂面102施壓。邊框壓塊112上具有邊框次結構壓塊114a_114c，腹板壓頭116上具有腹板次結構壓塊118a-118c。由圖5A-圖5B和圖7可看出，腹板次結構壓塊118a位于一個腹板壓頭的頂端；腹板次結構壓塊118b位于另一腹板壓頭的頂端，但占據了一點減壓槽Illb的空間；而腹板次結構壓塊118c從一個腹板壓頭的頂端延伸直至與另一腹板壓頭相接觸，占據了這兩個腹板壓頭之間較多的減壓槽Illb的空間。每個腹板次壓塊的施壓面的形狀與其對應的腹板次結構型腔的腔口形狀相似，其面積以大于等于對應的腹板次結構型腔腔口的面積、小于該腔口面積的3倍為宜，以使有足夠的金屬材料壓入下模具的邊框次結構型腔。腹板次結構壓塊施壓面位于邊框壓塊平面105與腹板壓頭平面103之間。每個腹板次結構壓塊施壓面的高低可以不同，其所對應的腹板次結構型腔越深，則該腹板次結構壓塊施壓面越突出于腹板壓頭平面103。上模具110上的前述所有壓塊(壓頭)共同組成上模壓塊組119。下模具120上設有下模腔129，其包括位于下模腔129中間部位的腹板模面126、圍設于腹板模面126周邊的邊框型腔122、下模腔129周圍平行于鍛壓方向并向上延伸的下模腔側壁108，以及延伸于下模腔側壁108的底邊與邊框型腔外側壁121的上緣之間的板材邊緣阻擋面106。與板材邊緣阻擋面106相連的下模腔側壁108的底邊的位置不應高于腹板模面126。鍛壓時，當上模具分模面91與下模具分模面93相靠，上模具110的下壓行程終止。上下模具之間可有鍛壓導向柱(圖中未繪出)，保證上下模閉合時的水平精度。邊框型腔122中包括邊框次結構型腔124a_124c。腹板模面126上有腹板次結構型腔128a-128c。邊框型腔底面123有毛邊槽或氣孔133，使充模或脫模時型腔中的空氣可排出或進入。由于邊框壓塊外側壁109和下模腔側壁108之間留有間隙，使得邊框型腔122充滿后，金屬材料沿該間隙被擠出，因此，毛邊槽133的毛邊槽功能可以省去，只保留氣孔功能。圖7下模具D-D斷面示意圖中不一定有氣孔133，故用虛線表示。腹板次結構型腔128a-128c的底部也可設計有氣孔，使充模或脫模時型腔中的空氣可排出或進入。參考圖7與圖8所示，將圖7中的金屬板材101放在下模腔129里進行鍛壓。上模壓塊組119和下模腔129共同作用將金屬板材101鍛壓成型為外殼坯件140。經過鍛壓，上模具的邊框壓塊112、邊框次結構壓塊114a、腹板次結構壓塊118a-118b和腹板壓頭116對金屬板材101的頂面102施壓，并和下模腔129中的邊框型腔122、邊框次結構型腔124a、腹板次結構型腔128a-128b和腹板膜面126共同作用，使金屬板材101在下模腔129中形成邊框坯142、邊框次結構坯144a、邊框坯內壁145、邊框頂鍛面151、腹板次結構坯148a_148b和腹板內鍛面127。而邊框頂 鍛面151、邊框次結構坯144a、邊框坯內壁145、腹板次結構坯148a-148b和腹板內鍛面127構成近終形的凹腔鍛面149。隱蔽式的邊框次結構25在邊框頂鍛面151的下方內側，可通過機加工工藝完成。鍛壓后，外殼坯件140的上部形成包括毛邊155和金屬凸起157的正鍛面156，側面形成包括側面余料159的外側鍛面154。減壓槽Illa-1llb的作用是容納邊框壓塊112和腹板壓頭116下壓金屬板材時被壓擠出的多余金屬，在外殼坯件的正鍛面156上形成金屬凸起157，從而大幅地降低鍛造所需的壓力。減壓槽Illa-1llb的深度應大于金屬材料被擠出時在減壓槽中所需上行的高度。減壓槽Illa-1llb的寬度可以各不相同，但以大于2mm為佳，減壓槽如果太窄，會降低其減小所需鍛壓力的作用。減壓槽11 Ia-1 I Ib的寬度以不大于20_為佳，否則可能造成金屬板材101的底面104對應過寬減壓槽的部位因壓力不足而不能完全地貼合在腹板模面126上。如果將金屬外殼12的邊框次結構、邊框內側面和腹板次結構設計為可模具鍛造成型，即有脫模角和過渡圓角，則邊框次結構坯144a-144c (圖8中只顯示了 144a)、邊框坯內壁145和腹板次結構坯148a-148c (圖8中只顯示了 148a和148b)可以直接分別鍛造成型為最終形狀的邊框次結構24a-24c、邊框內側面32和腹板次結構28a_28c，從而不需進行機加工精修。邊框頂鍛面151在沒有毛邊槽133的情況下，也可直接成型為最終形狀的邊框頂面29。對于平板電腦等電子裝置，邊框頂面29的精度往往要求很高，必須經過精加工。在邊框壓塊112向下鍛壓成型外殼邊框坯142時，如果金屬板材101的中間部分未被施壓則可能產生變形。本發明通過腹板壓頭116對金屬板材101的頂面102施壓來保證金屬板材底面104貼合在下模具120腹板模面126上而形成腹板內鍛面127。腹板內鍛面127除了脫模頂板132a-132d處對應的部分需要少量機加工精修外，其它部分則不需機加工，可以直接作為腹板26的內表面27。外殼坯件140多余的材料主要集中在外殼坯件的正鍛面156和外側鍛面154中，包括擠壓進減壓槽Illa-1llb中的金屬凸起157、存留在邊框壓塊施壓面115與板材邊緣阻擋面106之間的側面余料159，以及邊框壓塊外側壁109與下模腔側壁108的間隙中所形成的毛邊155，這些金屬余料很容易通過機加工去除。這樣，金屬板材101在本發明的鍛造模具中經過很低的鍛壓力形成了包含近終形外殼凹腔面19的凹腔鍛面149，需后續機加工量少的外殼還件140。下面將分析本發明是如何提高材料利用率的。如圖9A所示，當金屬板材101放入下模具120的下模腔129后，金屬板材101的底面104放在腹板模面126以及板材邊緣阻擋面106上。進行鍛壓時，上模具的邊框壓塊施壓面115作用在金屬板材101的頂面102上，將邊框壓塊112下方金屬板材101周邊的材料壓擠進下模的邊框型腔122中，形成邊框坯142，并同時形成側面余料159和毛邊155，如圖9B所示。由于板材邊緣阻擋面106和腹板模面126的阻擋，板材邊緣的材料在邊框壓塊112的壓力下，只能向下被擠入下模的邊框型腔122中和擠入邊框壓塊外側壁109和下模腔側壁108之間的間隙，而不會只是沿腹板模面126與邊框型腔內側壁125的相交處向下折疊，造成金屬板材101的四個角的材料嚴重地無序堆積繼而形成皺褶和缺陷。當邊框壓塊施壓面115的寬度U大于邊框型腔122的寬度Va時，在邊框壓塊施壓面115及板材邊緣阻擋面106和腹板模面126的共同作用下，金屬板材上大于邊框型腔122寬度Va的材料被擠壓充滿邊框型腔122，形成高度H大于金屬板材101厚度P的邊框坯142。108與109之間的間隙所形成的毛邊槽的下端不應太寬，以不大于2_為宜，使金屬板材較易被壓入邊框型腔122，較難被反擠壓進入該間隙。該間隙的中上部分可以較寬，以減少阻力并有利脫模。該間隙還應有足夠的高度容納毛邊。這樣，本發明可以使用厚度比金屬外殼最小外接矩形體的厚度更薄的金屬板材。為了將更多金屬壓入邊框型腔122，達到可使用更薄的金屬板材的目的，金屬板材101的長寬尺寸比金屬外殼本身的外形長寬尺寸稍大一點。但是對于長寬尺寸遠大于厚度的薄金屬板材，其體積還是可以比所要成型的金屬外殼的最小外接矩形體的體積更小。而用全機加工方法來生產金屬外殼的話，金屬板材的尺寸和體積都必須分別大于所要成型的金屬外殼的最小外接矩形體的尺寸和體積。因此，本發明可以比全機加工加工方法節省原材料。具體節約的比率，取決于外殼的具體設計和尺寸`的大小。本發明實施方式四和實施方式五中有具體材料節省比率的比較。另外，從圖9B可看出，邊框坯142是經過鍛壓成型的，因此強度會有所提高。邊框坯142內側周邊的寬度為G的腹板邊坯158是經過較大的鍛壓變形而來的，強度也會有較大的提高。而金屬外殼的腹板26周圍這圈與邊框22相接的部位往往是在電子裝置跌落時受變形力較大的部位。板材邊緣阻擋面106的寬度J和腹板邊坯158寬度G的尺寸越寬，壓擠進邊框型腔122的材料就越多，邊框坯142的高度H就可越高。但是，相應地，J和G越大，所需成型鍛壓力也越大。J以不大于金屬板材101厚度P的3倍為宜，G以不大于金屬板材101厚度P的4倍為宜。當J最小約2mm寬時，便能起到鍛壓時阻擋金屬板材101的周邊下彎的作用。當邊框型腔122的寬度Va較大，金屬板材的厚度P較小時，板材邊緣阻擋面106可以省去，此時材料的利用率會有所降低。而G以大于O為宜，否則不能對腹板周邊起到鍛造的作用。腹板邊坯158的厚度F等于腹板26的厚度T加上設定的腹板機加工余量之和，F值是邊框壓塊施壓面115所形成的平面與腹板模面126之間的最終鍛壓距離。上模具分模面91與下模具分模面93閉合時，厚度F達到所設定的值。為了最大程度地降低鍛造壓力，腹板壓頭施壓面117在金屬板材頂面102的最小下壓量以可將腹板內鍛面127貼合在下模具腹板模面126上即可。腹板壓頭施壓面117的下壓量取決于其與邊框壓塊施壓面115所形成的平面的距離。當這一距離等于金屬板材101的厚度P時，所需鍛壓力最小，而腹板壓頭施壓面117在鍛壓完成時剛剛可以將金屬板材的底面104壓靠在腹板模面126上。上模各壓塊和下模各型腔均應有0.5-10°的脫模角，鍛造時應使用潤滑劑以降低摩擦力并有于利脫模。如圖6A-6B及圖7所示，在下模四周腹板下方各設計了四塊長方形脫模頂板132a-132d，由脫模頂桿134a_134d分別頂起脫模。圖7的斷面圖不應顯示132a-132b和134a_134b，但為了示意清楚，特用虛線畫出。在其他實施方式中，也可以不使用132a-132d和134a_134d構成的脫模頂板裝置，而是將腹板模面126的中間部分的大約20%-80%的區域設計為一塊脫模頂板，下面用一根脫模頂桿頂起。當腹板面積大時，腹板內鍛面127與腹板模面126有可能緊密貼合而難以分離。尤其是鍛壓力大時并有潤滑油存在的情況下，腹板可能會被壓粘在腹板模面126上。為了解決腹板難以與下模分離的問題，可在下模腹板模面126上加工出均勻分布的直徑為0.5-3mm的腹板脫模通孔(圖6A-6B中的131)。通孔的位置對應于上模具各減壓槽的中心，也就是在下模具的這些位置，所受的鍛壓力很低，通孔不會被板料所填充。各通孔均與外界相通，使脫模時空氣可以進入。這些通孔還可以實現其他的功能，例如在鍛壓時多余的潤滑油和空氣可以從通孔中排出，避免在腹板內鍛面127 上形成由于油或氣泡造成的不平。也可在脫模時從腹板脫模通孔131中壓入鍛造潤滑油或空氣來脫模。如使用從腹板脫模通孔131中壓入鍛造潤滑油或空氣來脫模，則可不需要132a-132b和134a_134b構成的脫模機構。這時整個腹板的內鍛面127成為可不需機加工的終形腹板內的表面27。將132a-132b和134a_134b安裝在四周的板材邊緣阻擋面106中間，或者安裝在四周邊框型腔底面123中間，也可免去腹板內鍛面127的機加工。當腹板壓頭116在金屬板材101上下壓量很少，使脫模比較容易時，或腹板面積很小的情況下(如手機一體化金屬外殼)，腹板脫模通孔131可以省去，但可保留一些通孔用于通氣。按照常規的機加工方法,將外殼還件140進一步機加工而成型為一體化金屬外殼12可以通過以下步驟實現:(1))以外殼坯件140的腹板內鍛面127為基準面，制做一個與外殼坯件140近終形的凹腔鍛面149相配合的帶真空吸附的凹腔工件臺；(2)將外殼坯件140吸附固定在凹腔工件臺上；(3)將正鍛面156上包括的金屬凸起157、毛邊155和其它余料機加工去除掉(可用盤銑刀高速切削)，成型出外殼的正表面14 ; (4)機加工外殼坯件140的外側鍛面154將側面余料159去除(可用與金屬外殼12的外側面形狀相同的成型銑刀)，成型出外殼的外側面16 ; (5)以已成型的正表面14為基準面制做一個通過固定金屬外殼正表面和外側面的真空吸附外殼工件臺；(6)將一部分機加工的外殼坯件吸附固定在外殼工件臺上；(7)精加工近終形的凹腔鍛面149中所需精修的部分成型出外殼的凹腔面19，從而完成將外殼還件機加工成型為一體化金屬外殼12。圖10是前述本發明應用于圖1-圖2電子裝置一體化變截面薄腹板金屬外殼成型方法的工藝流程165的示意圖。成型工藝流程165中沒有包括熱處理和表面處理等工藝。該成型方法包括以下步驟:(1)提供金屬板材，為提供所需尺寸的金屬板材101 ;(2)制造相應的鍛造模具，其包括上下模具110和120 ; (3)鍛壓金屬板材成型為外殼坯件，為將金屬板材101鍛壓成型為外殼坯件140 ; (4)制造固定凹腔鍛面的凹腔工作臺，用以通過固定凹腔鍛面149來固定外殼還件；(5)機加工成型外殼的正表面和外側面,為將已固定的外殼還件的正鍛面156和外側鍛面154所包括的金屬凸起157和余料、毛邊155、側面余料159機加工去除，成型為金屬外殼的正表面14和外側面16 ; (6)制造固定正表面和外側面的外殼工件臺，用以通過固定已成型的正表面14和外側面16來固定已部分機加工的外殼坯件；(7)機加工成型外殼的凹腔面完成一體化金屬外殼的成型，為精修凹腔鍛面149成型為凹腔面19，從而完成一體化變截面薄腹板金屬外殼12的成型。如本實施方式的分析,本發明可通過減壓槽和減少腹板壓塊下壓量來大幅降低鍛造成型外殼坯件所需的鍛壓力。根據有限元分析，本發明中模具成型所需的鍛壓力大約是使用現有鍛造技術的1/4-1/3。由于所需鍛造壓力低，本發明所用的金屬材料并無特殊限制，既可以是鋁合金、鎂合金等，也可以是鈦合金、不銹鋼和其它鋼材等材料。根據具體金屬板材，工藝流程165中的工藝(3)鍛壓金屬板材成型為外殼坯件，可以是室溫鍛造、溫鍛或熱鍛。盡管對各種溫度的鍛造，所需鍛造壓力不同，但上述本設施方式所分析的本發明的技術原理均適用。對于電子裝置尤其是便攜電子裝置的一體化金屬外殼，以輕金屬基材料為佳，如鋁合金、鎂合金、鋁鎂合金、鋁鋰合金、鎂鋰合金，以及鋁基復合材料和鎂基復合材料等金屬基復合材料等。為了實現薄腹板外殼既輕又薄，且有好的剛性和強度，盡可能選擇比屈服強
度σ/ρ、比彈性模量￡/ρ和￥Ι/ρ值高的金屬，其中萬為材料的彈性模量、<7為材料的屈服強度、P為材料的密度。σ/ρ和E(P值高,對一體化金屬外殼的厚邊框減重減薄有利,而σ/ρ和VI/p值高，對外殼的腹板減重減薄有利。圖11所示為本發明第二實施方式的鍛造模具，此方式中對上模壓塊組119中的腹板壓頭116進行調整。本發明鍛壓成型上模的腹板壓頭的多少和各壓頭面積的大小及排列可以有多種組合，只要能達到保證腹板內鍛面127貼合在下模的腹板模面126上即可。圖11所示的上模壓塊組135中的 腹板壓頭136的壓頭數量從本發明第一實施方式中的54個減少為6個。邊框壓塊112和腹板壓頭136之間形成減壓槽161a，腹板壓頭之間形成減壓槽161b。腹板次結構壓塊118a和118b分別形成于兩個腹板壓頭的頂端，而腹板次結構壓塊118c則位于兩個腹板壓頭的頂端。鍛壓時，在腹板壓頭136和下模腔129共同作用，將金屬板材成型出圖12所不的外殼還件141。外殼還件141具有與外殼還件140相同的近終形的凹腔鍛面149，兩者的區別僅在于金屬凸起167與157不同而已。但是，在實際生產中，像腹板壓頭136這樣增加單個壓頭的面積的話，會相應地使鍛壓成型所需的壓力增加。而另一方面，腹板壓頭的排列可以是均勻的，也可以是非均勻的，應以均勻地排列為佳。減少每個腹板壓頭的面積可有效的降低鍛造壓力，但每個腹板壓頭不宜太小，單個腹板壓頭的施壓面的面積以不小于80 mm2為宜，以降低模具的生產成本。每個腹板壓頭的施壓面的面積并無具體上限，一般地，各個壓頭的面積增大，減壓槽就就相對會減少，所需鍛造壓力也就會增大。對于面積小的金屬外殼，如手機外殼，由于所需鍛造壓力小，可以只有一個腹板壓頭。
可使用本發明實施方式一的鍛造模具鍛壓成型如圖3A所示便攜電子裝置RF組合外殼中一體化變截面薄腹板主體金屬外殼42的外殼坯件。42的長度為Xa小于RF組合外殼的長度X。其中，主體金屬外殼42與RF天線窗54相交處的金屬內邊框46通常比其它部分的邊框要薄和低，只要上、下模對應金屬內邊框46的部分的結構做相應調整即可。本發明第三實施方式的鍛造模具是用于成型圖3B所示組合外殼中一體化變截面薄腹板主體金屬外殼52的外殼坯件。由于52的長度為Xb等于RF組合外殼的長度X，成型該組合外殼的一體化主體金屬外殼與成型整體為金屬的外殼所需的板材面積是一樣的。但在鍛壓成型時，RF天線窗所對應的金屬板材部分不需鍛壓。圖13A-13B展示了本發明第三實施方式中的上模具210。212為主邊框壓塊，213為內邊框壓塊。對應RF天線窗的RF區為RF面215，不需要壓塊。由于內邊框壓 塊213向內凹，臨近的內邊框腹板壓頭217的直徑相應縮小，與主腹板壓頭216 —起組成腹板壓塊。主邊框壓塊212與主腹板壓頭216之間形成的減壓槽，以及內邊框壓塊213與腹板壓頭217之間形成的減壓槽連在一起為減壓槽211a。腹板壓頭之間形成連在一起的減壓槽211b。圖14A-14B展示了本發明第三實施方式的下模具220。226為腹板模面，里面有腹板次結構型腔128a-128c和腹板脫模通孔231。222為底面帶有通氣孔或毛邊槽221的主邊框型腔，223為底面帶有通氣孔的內邊框型腔。主邊框型腔222上有邊框次結構型腔124a-124b。225為內邊框型腔223外面的RF天線窗所對應位置，此區的金屬板材不經受鍛壓變形。236為分布在下模腔周邊的板材邊緣阻擋面，其功能與圖6A中的板材邊緣阻擋面106相同，與內邊框型腔223相關的板材邊緣阻擋面和RF面215連在一起。脫模方式可使用腹板脫模通孔231，也可采用第一實施方式中所述的脫模頂板裝置。使用本發明模具也可以成型圖3C所示的主體金屬外殼62的外殼坯件，由于62的長度為Xe等于RF組合外殼的長度X，其與第三實施方式中的模具設計原理相同。本發明第四實施方式是使用6063鋁合金在室溫下成型圖2所示一體化變截面薄腹板金屬外殼12，可選取外殼的外形尺寸為:長度X=200mm，寬度Y=135mm，厚度Z=7.2mm,腹板厚度T=0.7mm。該尺寸與市場上一款7.9吋屏幕的平板電腦一體化變截面薄腹板鋁合金外殼的外形尺寸相似。鍛壓成型該尺寸外殼坯件所需的第四實施方式鍛造模具如圖5A-圖7所示。模具材料可用適合室溫鋁合金鍛造的冷作模具鋼，如Cr5MolV或Crl2MoV鋼。選取腹板壓頭的各壓頭直徑約為15mm，減壓槽Illa和Illb的最小寬度約為4mm。鍛壓和機加工成型工藝與圖10所示的成型工藝流程165相同。圖15為包括了成型、熱處理和表面處理的工藝流程310示意圖。工藝流程310是從312提供所需尺寸的6063鋁合金擠壓或軋制板材(以未經熱處理的為佳)開始。工藝314將板材均勻加熱到該鋁合金的固溶溫度范圍。工藝316將加熱到固溶溫度的鋁合金板材在該鋁合金熱處理規范要求的時間內投入冷水中淬火，水中可按規范加入一定比例的乙二醇。如果淬火后板材變形大，可經過工藝318對淬火后的金屬板材進行矯形。工藝320對矯形后的金屬板材進行噴砂以去除表面氧化物，該工藝可使鍛造成型的外殼坯件表面更佳，但不是必需工藝。工藝322為在室溫下使用本發明的鍛造模具將經淬火的6063鋁合金板材鍛壓成型為外殼坯件，應使用冷鍛潤滑劑。鍛造所需的鍛壓力約為1000-1300噸。如使用現有的鍛造技術，所需的鍛壓力約是本發明的3至4倍。6063鋁合金在室溫下鍛造應力受應變速率的影響不大，因而鍛壓速度可選擇的范圍寬，但鍛壓速度應使鍛件的應變速率小于該鋁合金冷鍛時允許的最大應變速率。如腹板壓頭由圖11所示的6個矩形壓頭組成，每個壓頭的尺寸約為51 X 48mm，減壓槽的最小寬度約為4mm，則鍛造所需壓力約為1400-1700噸。將6063外殼坯件經過工藝326的人工時效達到T6狀態，在開始人工時效326之前，可先進行該鋁合金在設定溫度下的去應力處理工藝324，以消除因鍛造產生的殘余應力，如圖16所示。該圖表示在工藝流程310的加工過程中，各工藝314-326中工件溫度隨時間變化的關系。圖中Tk為室溫、Ts為該鋁合金的固溶溫度、Tf為去應力溫度、Ta為人工時效溫度。從淬火316到開始進行去應力324的間隔時間必須在該材料T6熱處理規范所要求的從淬火到人工時效允許的最大停放間隔時間tw內完成。經過328的機加工過程將外殼坯件成型為一體化變截面薄腹板鋁合金外殼，再經拋光、噴砂或化學表面處理工藝330后，進行陽極氧化、電鍍或涂防護層等表面保護工藝332，成為鋁合金外殼成品。有些特殊的金屬外殼設計要求在陽極氧化等表面處理后還需經過特殊外觀工藝處理。本實施方式是使用一塊尺寸為215X150X5.2mm的6063鋁合金板材來成型這個外形尺寸為200X 135X7.2mm的一體化鋁合金金屬外殼，該鋁合金板材比這一鋁合金外殼的最小外接矩形體的體積約小14%。成型出的外殼坯件中的邊框坯142的高度H為8.2mm,比外殼的外形厚度多1.0mm，腹板邊坯158的厚度F為1.2mm,比該鋁合金外殼的腹板厚度多0.5mm (參見 圖9A-9B)。這樣，鍛造成型外殼坯件的正鍛面上鍛壓最深處和邊框頂鍛面各有0.5mm的機加工余量。同時外殼坯件的四周邊框外側面留有不小于0.5mm的機加工余量。如使用全機加工的方式來成型這種6063鋁合金外殼，以材料每面0.5mm的加工余量來計算，所需鋁合金板材尺寸約為201X136X8.2mm,比這一鋁合金外殼的最小外接矩形體的體積(即外形尺寸體積)約大15%。所以，本發明可比全機加工節省約25%的鋁合金板材。除不可鍛造成型的隱蔽式的邊框次結構25，本發明的凹腔鍛面可以是金屬外殼凹腔面19的終形或近終形。將該外殼坯件最終機加工成型為一體化變截面薄腹板鋁合金外殼，大約比全機加工成型所需的機加工時間可減少20-40%。對于類似6063鋁合金淬火后屈服強度低、需要進行T6人工時效的鋁合金，如6351和6463等鋁合金，以及部分的鎂合金、鋁鎂合金、鋁鋰合金和鎂鋰合金均可使用本發明來成型。本發明第五實施方式是可以使用6063鋁合金在室溫下成型圖17所示的電子裝置一體化變截面薄腹板金屬外殼350。該外殼的外形尺寸為:長度X=241mm，寬度Y=186mm，厚度Z=7.7mm,腹板厚度T=0.8_。與市場上一款9.7吋屏幕的平板電腦一體化6063鋁合金外殼的外形尺寸相似。鍛壓成型該尺寸外殼所需上模具360和下模具370分別如圖18A-18C所示。模具材料可用適合室溫鋁合金鍛造的模具鋼，如Cr5MolV鋼。由于金屬外殼350面積大，所以模具比圖5A-圖7所示的模具大，但沒有本質上的不同，主要是表現在外殼面積的增大，邊框壓塊362的面積增大，腹板壓頭366的壓頭個數也相應的增加了。腹板壓頭366的尺寸，以及減壓槽361a和361b的最小寬度與第四實施方式中的相似,分別約為15mm和4mm。如圖18A所示，腹板次結構壓塊368a-368c分布于腹板壓頭366里面。下模具370下模腔中具有邊框型腔372和對應外殼邊框352上的11個邊框次結構354a_354k的型腔374a_374k，以及腹板模面376、腹板次結構型腔378a-378c和腹板脫模通孔371。下模腔的四周分布有板材邊緣阻擋面386。但上模具上只有5個邊框次結構壓塊364a-364e。其它邊框次結構靠同一邊的邊框壓塊來下壓成型。實際上，因為邊框次結構都不高于邊框的高度，上模具360的所有邊框次結構壓塊都可省去，由較寬的邊框壓塊代替。邊框次結構壓塊實際上是在邊框壓塊上去除一些與對應的邊框次結構型腔相當的空間，降低該部位邊框壓塊的高度，起到減少鍛壓力的作用。脫模方式可使用腹板脫模通孔371，也可采用第一實施方式中所述的脫模頂板裝置。成型工藝流程可與工藝流程310相同，只是冷鍛造成型相應的外殼坯件所需的鍛壓力因鍛壓面積的增大而相應的增加到約1800-2000噸。如使用現有的鍛造技術，所需的鍛壓力約是本發明的3至4倍。6063鋁合金在室溫下鍛造力受鍛造速率的影響不大，因而鍛壓速度可變范圍寬，但鍛壓速度應使鍛件的應變速率小于該鋁合金冷鍛時允許的最大應變速率。本實施方式是使用一塊尺寸為256X201X5.5mm的6063鋁合金板材來成型這個外形尺寸為241X186X7.7mm的一體化變截面鋁合金外殼，比該鋁合金外殼的最小外接矩形體的體積約小18%。 冷鍛成型外殼坯件中的邊框坯的高度H為8.7mm,比外殼的厚度多
1.0mm，腹板邊坯的厚度F為1.3mm,比該鋁合金外殼的腹板厚度多0.5mm (參見圖9A-9B)。鍛造成型外殼坯件的正鍛面鍛壓最深處和邊框頂鍛面各有0.5mm的機加工余量。同時所成型的外殼坯件的四周外側面留有不小于0.5mm的機加工余量。如使用全部機加工的方式來成型，以板材每面0.5mm的加工余量來計算，所需鋁合金板材尺寸為242X187X8.7mm,比這一鋁合金外殼的最小外接矩形體的體積約大14%。所以本發明實施方式比全機加工方法可節省約28%的鋁合金板材。全部用機加工方法加工金屬外殼350凹腔中的所有11個邊框次結構354a_354k和3個腹板次結構358a-358c，及其腹板內表面356非常耗時。除不可鍛造成型的隱蔽式的邊框次結構，本發明的凹腔鍛面可以是不需或只需少量機加工精修的鋁合金外殼凹腔面的終形或近終形。將外殼坯件最終機加工成型為一體化變截面鋁合金外殼，大約比全機加工成型所需的機加工時間可減少30%-50%。本發明第六實施方式亦可用6063鋁合金冷鍛成型圖4所示面積更大、結構更復雜的筆記本電腦的金屬外殼70。在本實施方式中，所需鍛壓上模具430和下模具440如圖19A-19B所示。隨著外殼面積的增大，相應地增加了腹板壓頭416的個數和鍛造壓力。上模具有主邊框壓塊432、內邊框壓塊433、邊框次結構壓塊434，以及分布在腹板壓頭416中的腹板次結構壓塊438a-438e。下模腔中有主邊框型腔442、內邊框型腔443、邊框次結構型腔444、腹板次結構型腔448a-448e，以及腹板模面446。脫模方式可使用腹板脫模通孔441，也可采用第一實施方式中所述的脫模頂板裝置。由于上模具上分布有減壓槽431a和431b，因而，所需的鍛壓力約是使用現有的鍛造技術的1/4-1/3。用這套模具鍛壓出來的的凹腔鍛面是凹腔面79的近終形，約80%以上不需機加工。在成型出的金屬外殼上再機加工出各種孔洞、槽和開口。筆記本電腦的外形尺寸變化很多，本實施方式沒有給出具體外殼尺寸，使用本發明成型不同尺寸的筆記本電腦金屬外殼原理是相同的。應特別指出，盡管圖4所示的筆記本電腦主機上部外殼具有復雜且大尺寸的腹板次結構，但使用本發明鍛造模具鍛壓成型這些腹板次結構，不會產生鍛造流線紊亂和充模不足的問題。現有的一步鍛造和兩步沖鍛技術都不能成型這種大寸尺的復雜腹板次結構。本發明第七實施方式是將第四實施方式改為6063鋁合金板材擠壓在線淬火與本發明的模具鍛壓成型相結合。圖20是工藝流程500的示意圖。在擠壓工藝502中，調整擠壓參數，使擠出的6063鋁合金帶材的溫度在其固溶溫度范圍內。工藝504是將擠壓出來的帶材立即穿過流動水槽在線淬火，水中可以按規范加入一定比例的乙二醇。工藝506是對淬火后的帶材進行矯直(如輥筒矯平或拉直)。在經工藝508噴砂去除表面氧化層后，經切割工藝(如切板機)切成所需金屬板材坯料。其余工藝322-332與工藝流程310中的一樣。從在線淬火504到開始進行去應力324的間隔時間也同樣必須在該鋁合金的T6熱處理規范所要求的從淬火到人工時效允許的最大停放間隔時間tw內完成。在大規模生產同一規格的一體化變截面薄腹板鋁合金外殼時，本實施方式是生產效率最高、成本最低的工藝流程。高強度的鋁合金通常不適合冷鍛成型。本發明第八實施方式是使用必須溫或熱鍛成型的鋁合金，如高強度7075鋁合金，來成型如第四實施方式中所列尺寸的一體化變截面薄腹板金屬外殼。本實施方式中，所需模具的形狀和尺寸與第四實施方式相同，模具材料可使用適合鋁合金熱鍛的模具鋼材，如H13鋼。圖21是第八實施方式工藝流程520的示意圖。工藝522是提供熱鍛用金屬板材，工藝523是制造本發明的鍛造模具，工藝524是將金屬板材均勻加熱到適合該鋁合金熱或溫鍛的溫度，同時模具也在工藝526加熱到適合該鋁合金熱或溫鍛的模具溫度；上下模具均有保溫裝置。工藝528是將加熱的金屬板材放入已加熱的鍛造模具中鍛壓成型，可使用該材料對應溫度區間的鍛壓速度。應在使用熱鍛潤滑劑的條件下對7075鋁合金進行鍛造。所需的壓力約為500-700噸。如使用現有的鍛造技術，所需的鍛壓力約是本發明的3至4倍。鍛壓速度應使鍛件的應變速率小于該鋁合金在相應鍛造溫度下允許的最大應變速率。工藝530是對鍛壓成型的外殼坯件去除毛邊155和擠壓出的材料或稱金屬凸起157。工藝532是將鍛造成型的外殼坯件加熱到該材料的固溶溫度范圍，工藝534將固溶溫度的在該鋁合金熱處理規范要求的短時間內投入冷水中淬火，水中可按規范加入一定比例的乙二醇。工藝536對淬火后的外殼坯件在整形模具中壓力整形。可在工藝540人工時效外殼坯件到T6狀態之前加上去應力工藝538 (與圖16去應力工藝324相似)。從534淬火到·開始進行去應力工藝398的間隔時間必須在該材料T6熱處理規范所要求的從淬火到人工時效允許的最大停放間隔時間tw內完成。接下去機加工、表面處理和特殊外觀處理工藝(328-332)與工藝流程310中的一樣。由于第八實施方式的模具鍛壓成型外殼坯件的厚度比外殼終件的腹板厚得多，而且鍛造壓力低，因此即便是由熱鍛壓成型的，也容易脫模，且脫模時不容易變形。對其它可以熱或溫鍛成型的鋁合金均可使用和本發明第八實施方式工藝流程520相同的工藝流程來成型相應的鋁合金一體化外殼，只需具體工件和模具加熱、鍛造和熱處理等工藝參數使用相應鋁合金的工藝參數即可。本實施方式所需鍛壓力低，適合于需要熱鍛或溫鍛成型的鋁合金、鎂合金、鋁鎂合金、鋁鋰合金和鎂鋰合金等金屬材料。本發明第九實施方式是使用招基復合材料(英文稱為Aluminum MatrixComposites, Aluminum Metal Matrix Composites,或如 ANSI H35.5 規范所稱 AluminumMetal Matrix Composite Materials,是金屬基復合材料的一種)，如 6092/B4C/25p 材料，成型如第四實施方式所列尺寸的一體化鋁合金外殼。鋁基復合材料需使用熱鍛成型外殼坯件，所需模具的形狀和尺寸與第四實施方式相同，模具材料可使用適合鋁合金熱鍛鋼材，如H13鋼。圖22是第九實施方式工藝流程550的示意圖。工藝552提供所需尺寸的鋁基復合材料板材，板材可以是擠壓或軋制生產的。工藝553是制造本發明的鍛造模具，工藝554是將鋁基復合材料板材均勻加熱到該材料的熱鍛溫度，同時模具也在工藝556加熱到所需的溫度；上下模具均有保溫裝置。工藝558是將加熱的鋁基復合材料板材放入已加熱的模具中鍛壓成型。對6092/B4C/25p材料，所需鍛造壓力約為800-1000噸，并使用熱鍛潤滑劑。如使用現有的鍛造技術，所需的鍛壓力約是本發明的3至4倍。鍛壓速度應使鍛件的應變速率小于該材料在相應鍛造溫度下允許的最大應變速率。一般而言，上模下行速度為ι- ο毫米/秒。工藝560是對鍛壓成型的外殼坯件去除毛邊155和坯件鍛壓面上被腹板壓頭擠壓出的多余材料或金屬凸起157。工藝562是將鍛造成型的外殼坯件加熱到該材料的固溶溫度范圍，工藝564將經過固溶處理后的外殼坯件在該材料熱處理規范要求的短時間內投入冷水中淬火，水中可按規范加入一定比例的乙二醇。工藝566對淬火后的外殼坯件在整形模具中壓力矯形。可在工藝570人工時效外殼坯件到T6狀態之前加上去應力工藝568(與圖16去應力工藝324相似)，從564淬火到開始進行去應力568的間隔時間必須在該材料T6熱處理規范所要求的從淬火到人工時效允許的最大停放間隔時間tw內完成。工藝572中，對鋁基復合材料外殼坯件機加工成型為一體化金屬外殼與機加工鋁合金外殼坯件的工藝328類似，但應盡可能使用高速切削。鋁基復合材料外殼可以像鋁合金一樣進行陽極氧化、電鍍或涂防護層。由于鋁基復合材料的比屈服強度σ/ρ、比彈性模量和VI/p數
值均高于鋁合金，適合加工出重量更輕、腹板更薄的一體化外殼。表I是6063-T6鋁合金與6092/B4C/25p-T6鋁基復合材料的室溫性能比較。
權利要求
1.一種鍛造模具，用于將給定金屬板材鍛壓成型為電子裝置的外殼坯件，所述外殼坯件包括正鍛面、外側鍛面、凹腔鍛面和邊框坯；所述凹腔鍛面包括腹板內鍛面、腹板次結構坯和邊框次結構坯；所述鍛造模具包括上模具和下模具，其特征在于:所述上模具具有上模壓塊組及形成于所述上模壓塊組中間并向內凹進的減壓槽；所述下模具具有下模腔，用于容納所述金屬板材，并在所述上模壓塊組的鍛壓下共同將所述金屬板材成型為所述外殼坯件。
2.如權利要求1所述的鍛造模具，其特征在于:所述下模腔包括位于所述下模腔中間部位向四周延伸的腹板模面、圍設于所述腹板模面周邊且向內凹陷形成的邊框型腔、圍設于所述下模腔周邊且平行于鍛壓方向并向上延伸的下模腔壁，以及延伸于所述下模腔壁的底邊與所述邊框型腔的外側壁上緣之間的板材邊緣阻擋面，所述下模腔壁的底邊與所述腹板模面位于同一平面。
3.如權利要求1所述的鍛造模具，其特征在于:所述上模壓塊組包括可將所述金屬板材的周邊相應部位壓入所述邊框型腔形成所述邊框坯的邊框壓塊，以及可將所述金屬板材的底面壓貼在所述腹板模面上形成所述腹板內鍛面的腹板壓塊。
4.如權利要求3所述的鍛造模具，其特征在于:所述腹板壓塊的施壓面與所述邊框壓塊的施壓面所形成的平面的距離大于等于零，小于所述金屬板材的厚度。
5.如權利要求3所述的鍛造模具，其特征在于:所述減壓槽形成于所述邊框壓塊與所述腹板壓塊之間，所述減壓槽收容所述正鍛面在鍛壓過程中形成的金屬凸起。
6.如權利要求3所述的鍛造模具，其特征在于:所述腹板壓塊包括若干腹板壓頭，所述若干腹板壓頭之間形成有所述減壓槽，所述減壓槽收容所述正鍛面在鍛壓過程中形成的金屬凸起。
7.一種應用于電子裝置的金屬外殼的成型方法，所述金屬外殼包括腹板、腹板周圍的邊框、正表面、外側面和凹腔面，所述成型方法包括以下步驟: (1)提供金屬板材；` (2)提供包括上模具和下模具的鍛造模具，所述上模具具有上模壓塊組以及形成于所述上模壓塊組中間并向內凹進的減壓槽，所述下模具具有下模腔； (3)將所述金屬板材放置于所述下模腔內，經鍛壓成型為所述金屬外殼的外殼坯件，所述外殼坯件包括正鍛面、外側鍛面、凹腔鍛面和邊框坯，所述正鍛面上具有由所述減壓槽形成的金屬凸起，所述凹腔鍛面包括腹板內鍛面、腹板次結構坯和邊框次結構坯，并且是所述凹腔面的近終形面； (4)機加工所述正鍛面，將所述金屬凸起和余料去除，獲得所述正表面； (5)機加工所述外側鍛面，將金屬余料去除，獲得所述外側面； (6)機加工所述凹腔鍛面，獲得所述金屬外殼。
8.如權利要求7所述的成型方法，其特征在于:所述金屬板材的材料從鋁合金、鎂合金、鋁鎂合金、鋁鋰合金、鎂鋰合金、鋁基復合材料、鎂基復合材料、鈦合金、不銹鋼和其它鋼材中選取。
9.如權利要求7所述的成型方法，其特征在于:所述金屬板材的厚度和體積分別小于所述金屬外殼的最小外接矩形體的厚度和體積。
10.如權利要求7所述的成型方法，其特征在于:所述下模腔包括位于所述下模腔中間部位向四周延伸的腹板模面、圍設于所述腹板模面周邊且自所述腹板模面向內凹陷形成的邊框型腔、圍設于所述下模腔周邊且垂直于所述腹板模面向上延伸的下模腔壁，以及延伸于所述下模腔壁的底邊與所述邊框型腔的外側壁上緣之間的板材邊緣阻擋面，所述下模腔壁的底邊與所述腹板模面位于同一平面。
11.如權利要求7所述的成型方法，其特征在于:所述上模壓塊組包括可將所述金屬板材的周邊相應部位分壓入所述邊框型腔形成所述邊框坯的邊框壓塊，與可將所述金屬板材的底面壓貼在所述腹板模面上形成所述腹板內鍛面的腹板壓塊。
12.如權利要求11所述的成型方法，其特征在于:所述腹板壓塊的施壓面與所述邊框壓塊的施壓面所形成的平面的距離大于等于零，小于所述金屬板材的厚度。
13.如權利要求11所述的成型方法，其特征在于:所述減壓槽形成于所述邊框壓塊與所述腹板壓塊之間，所述減壓槽收容所述正鍛面在鍛壓過程中形成的金屬凸起。
14.如權利要求11所述的成型方法，其特征在于:所述腹板壓塊包括若干腹板壓頭，所述若干腹板壓頭之間形成有所述減壓槽，所述減壓槽收容所述正鍛面在鍛壓過程中形成的金屬凸起。
15.如權利要求7所述的成型方法，其特征在于:所述金屬外殼腹板厚度加上設定的機加工余量之和是所述邊框壓塊施壓面所形成的平面與所述腹板模面之間的最終鍛壓距離。
16.一種應用于電子裝置的金屬外殼的成型方法，所述金屬外殼包括腹板、腹板周圍的邊框、正表面、外側面和凹腔面，所述成型方法包括以下步驟: (1)提供金屬板材； (2)提供包括上 模具和下模具的鍛造模具，所述上模具具有上模壓塊組以及形成于所述上模壓塊組中間并向內凹進的減壓槽，所述下模具具有下模腔； (3)將所述金屬板材加熱到其固溶溫度； (4)將加熱到固溶溫度的所述金屬板材進行淬火； (5)將已淬火的所述金屬板材放置于所述下模腔內，在室溫下鍛壓成型為所述金屬外殼的外殼坯件，所述外殼坯件包括正鍛面、外側鍛面、凹腔鍛面和邊框坯，所述正鍛面上具有由所述減壓槽形成的金屬凸起；所述凹腔鍛面包括腹板內鍛面、腹板次結構坯和邊框次結構坯，并且是所述凹腔面的近終形面； (6)對所述外殼坯件進行時效； (7)機加工所述正鍛面，將所述金屬凸起和余料去除，獲得所述正表面； (8)機加工所述外側鍛面，將金屬余料去除，獲得所述外側面； (9)機加工所述凹腔鍛面，獲得所述金屬外殼。
17.如權利要求16所述的成型方法，其特征在于:所述金屬板材的材料從鋁合金、鎂合金、鋁鎂合金、鋁鋰合金和鎂鋰合金中選取。
18.如權利要求16所述的成型方法，其特征在于:從所述步驟(4)結束到開始進行所述步驟(6)，必須在對所述金屬板材要求的熱處理狀態所對應的熱處理規范中規定的從淬火到人工時效允許的最長停放間隔時間內完成。
19.如權利要求16所述的成型方法，其特征在于:所述進行時效為進行人工時效。
20.如權利要求16所述的成型方法，其特征在于:所述進行時效為進行去應力處理后進行人工時效。
21.如權利要求16所述的成型方法，其特征在于:所述金屬板材的厚度和體積分別小于所述金屬外殼的最小外接矩形體的厚度和體積。
22.如權利要求16所述的成型方法，其特征在于:所述下模腔包括位于所述下模腔中間部位向四周延伸的腹板模面、圍設于所述腹板模面周邊且自所述腹板模面向內凹陷形成的邊框型腔、圍設于所述下模腔周邊且垂直于所述腹板模面向上延伸的下模腔壁，以及延伸于所述下模腔壁的底邊與所述邊框型腔的外側壁上緣之間的板材邊緣阻擋面，所述下模腔壁的底邊與所述腹板模面位于同一平面。
23.如權利要求16所述的成型方法，其特征在于:所述上模壓塊組包括可將所述金屬板材的周邊相應部位分壓入所述邊框型腔形成所述邊框坯的邊框壓塊，與可將所述金屬板材的底面壓貼在所述腹板模面上形成所述腹板內鍛面的腹板壓塊。
24.如權利要求23所述的成型方法，其特征在于:所述腹板壓塊的施壓面與所述邊框壓塊的施壓面所形成的平面的距離大于等于零，小于所述金屬板材的厚度。
25.如權利要求23所述的成型方法，其特征在于:所述減壓槽形成于所述邊框壓塊與所述腹板壓塊之間，所述減壓槽收容所述正鍛 面被鍛壓過程中形成的金屬凸起。
26.如權利要求23所述的成型方法，其特征在于:所述腹板壓塊包括若干腹板壓頭，所述若干腹板壓頭之間形成有所述減壓槽，所述減壓槽收容所述正鍛面被鍛壓過程中形成的金屬凸起。
27.如權利要求16所述的成型方法，其特征在于:所述金屬外殼腹板厚度加上設定的機加工余量之和是所述邊框壓塊施壓面所形成的平面與所述腹板模面之間的最終鍛壓距離。
28.一種應用于電子裝置的金屬外殼的成型方法，所述金屬外殼包括腹板、腹板周圍的邊框、正表面、外側面和凹腔面，所述成型方法包括以下步驟: (1)提供擠壓用的金屬材料錠； (2)提供包括上模具和下模具的鍛造模具，所述上模具具有上模壓塊組以及形成于所述上模壓塊組中間向內凹進的減壓槽，所述下模具具有下模腔； (3)將加熱至擠壓溫度的所述金屬材料錠擠壓成型為帶材，其在擠壓模具出口處的溫度處于所述金屬材料的固溶溫度范圍； (4)將所述處于固溶溫度的帶材進行在線淬火； (5)將已淬火的所述帶材切割為金屬板材； (6)將所述金屬板材放置于所述下模腔內，在室溫下鍛壓成型為所述金屬外殼的外殼坯件，所述外殼坯件包括正鍛面、外側鍛面、凹腔鍛面和邊框坯，所述正鍛面上具有由所述減壓槽形成的金屬凸起；所述凹腔鍛面包括腹板內鍛面、腹板次結構坯和邊框次結構坯，并且是所述凹腔面的近終形面； (7)對所述外殼坯件進行時效； (8)機加工所述正鍛面，將所述金屬凸起和余料去除，獲得所述正表面； (9)機加工所述外側鍛面，將金屬余料去除，獲得所述外側面； 機加工所述凹腔鍛面，獲得所述金屬外殼。
29.如權利要求28所述的成型方法，其特征在于:所述金屬板材的材料從鋁合金、鎂合金、鋁鎂合金、鋁鋰合金和鎂鋰合金中選取。
30.如權利要求28所述的成型方法，其特征在于:從所述步驟(4)結束到開始進行所述步驟(7)，必須在所述金屬板材要求的熱處理狀態所對應的熱處理規范中規定的從淬火到人工時效允許的最長停放間隔時間內完成。
31.如權利要求28所述的成型方法，其特征在于:所述進行時效為進行人工時效。
32.如權利要求28所述的成型方法，其特征在于:所述進行時效為進行去應力處理接著進行人工時效。
33.如權利要求28所述的成型方法，其特征在于:所述金屬板材的厚度和體積分別小于所述金屬外殼的最小外接矩形體的厚度和體積。
34.如權利要求28所述的成型方法，其特征在于:所述下模腔包括位于所述下模腔中間部位向四周延伸的腹板模面、圍設于所述腹板模面周邊且自所述腹板模面向內凹陷形成的邊框型腔、圍設于所述下模腔周邊且垂直于所述腹板模面向上延伸的下模腔壁，以及延伸于所述下模腔壁的底邊與所述邊框型腔的外側壁上緣之間的板材邊緣阻擋面，所述下模腔壁的底邊與所述腹板模面位于同一平面。
35.如權利要求28所述的成型方法，其特征在于:所述上模壓塊組包括可將所述金屬板材的周邊相應部位壓入所述邊框型腔形成所述邊框坯的邊框壓塊，與可將所述金屬板材的底面壓貼在所述腹板模面上形成所述腹板內鍛面的腹板壓塊。
36.如權利要求35所述的成型方法，其特征在于:所述腹板壓塊的施壓面與所述邊框壓塊的施壓面所形成的平面的距離大于等于零，小于所述金屬板材的厚度。
37.如權利要求35所述的成型方法，其特征在于:所述減壓槽形成于所述邊框壓塊與所述腹板壓塊之間，所述減壓槽收容 所述正鍛面在鍛壓過程中形成的金屬凸起。
38.如權利要求35所述的成型方法，其特征在于:所述腹板壓塊包括若干腹板壓頭，所述若干腹板壓頭之間形成有所述減壓槽，所述減壓槽收容所述正鍛面在鍛壓過程中形成的金屬凸起。
39.如權利要求28所述的成型方法，其特征在于:所述金屬外殼腹板厚度加上設定的機加工余量之和是所述邊框壓塊施壓面所形成的平面與所述腹板模面之間的最終鍛壓距離。
40.一種應用于電子裝置的金屬外殼的成型方法，所述金屬外殼包括腹板、腹板周圍的邊框、正表面、外側面和凹腔面，所述成型方法包括以下步驟: (1)提供金屬板材； (2)提供包括上模具和下模具的鍛造模具，所述上模具具有上模壓塊組以及形成于所述上模壓塊組中間并向內凹進的減壓槽，所述下模具具有下模腔； (3)將所述金屬板材加熱到設定的溫度； (4)將所述上模具和所述下模具加熱到設定的溫度； (5)將所述金屬板材放置于所述下模腔內，經鍛壓成型為所述金屬外殼的外殼坯件，所述外殼坯件包括正鍛面、外側鍛面、凹腔鍛面和邊框坯，所述正鍛面上具有由所述減壓槽形成的金屬凸起；所述凹腔鍛面包括腹板內鍛面、腹板次結構坯和邊框次結構坯，并且是所述凹腔面的近終形面； (6)將所述外殼坯件加熱到固溶溫度； (7)將加熱到固溶溫度的所述外殼坯件進行淬火；(8)將已淬火的所述外殼坯件進行壓力整形； (9)對已壓力整形的所述外殼坯件進行時效； (10)機加工所述正鍛面，將所述金屬凸起和余料去除，獲得所述正表面； (11)機加工所述外側鍛面，將金屬余料去除，獲得所述外側面； (12)機加工所述凹腔鍛面，獲得所述金屬外殼。
41.如權利要求40所述的成型方法，其特征在于:所述金屬板材的材料從鋁合金、鎂合金、鋁鎂合金、鋁鋰合金、鎂鋰合金、鋁基復合材料和鎂基復合材料中選取。
42.如權利要求40所述的成型方法，其特征在于:從所述步驟(7)結束到開始進行所述步驟(9)，必須在對所述金屬板材要求的熱處理狀態所對應的熱處理規范中規定的從淬火到人工時效允許的最長停放間隔時間內完成。
43.如權利要求40所述的成型方法，其特征在于:所述進行時效為進行人工時效。
44.如權利要求40所述的成型方法，其特征在于:所述進行時效為進行去應力處理后進行人工時效。
45.如權利要求40所述的成型方法，其特征在于:所述金屬板材的厚度和體積分別小于所述金屬外殼的最小外接矩形體的厚度和體積。
46.如權利要求40所述的成型方法，其特征在于:所述下模腔包括位于所述下模腔中間部位向四周延伸的腹板模面、圍設于所述腹板模面周邊且自所述腹板模面向內凹陷形成的邊框型腔、圍設于所述下模腔周邊且垂直于所述腹板模面向上延伸的下模腔壁，以及延伸于所述下模腔壁的底邊與所述 邊框型腔的外側壁上緣之間的板材邊緣阻擋面，所述下模腔壁的底邊與所述腹板模面位于 同一平面。
47.如權利要求40所述的成型方法，其特征在于:所述上模壓塊組包括可將所述金屬板材的周邊相應部位壓入所述邊框型腔形成所述邊框坯的邊框壓塊，與可將所述金屬板材的底面壓貼在所述腹板模面上形成所述腹板內鍛面的腹板壓塊。
48.如權利要求47所述的成型方法，其特征在于:所述腹板壓塊的施壓面與所述邊框壓塊的施壓面所形成的平面的距離大于等于零，小于所述金屬板材的厚度。
49.如權利要求47所述的成型方法，其特征在于:所述減壓槽形成于所述邊框壓塊與所述腹板壓塊之間，所述減壓槽收容所述正鍛面在鍛壓過程中形成的金屬凸起。
50.如權利要求47所述的成型方法，其特征在于:所述腹板壓塊包括若干腹板壓頭，所述若干腹板壓頭之間形成有所述減壓槽，所述減壓槽收容所述正鍛面在鍛壓過程中形成的金屬凸起。
51.如權利要求40所述的成型方法，其特征在于:所述金屬外殼腹板厚度加上設定的機加工余量之和是所述邊框壓塊施壓面所形成的平面與所述腹板模面之間的最終鍛壓距離。
全文摘要
本發明提供一種鍛造模具及應用于電子裝置的金屬外殼的成型方法。使用該模具可將金屬板材鍛壓成型為后續機加工量少的金屬外殼的坯件，再將外殼坯件經過較少的機加工，便能成型為金屬外殼。解決了現有技術中電子裝置的金屬外殼機加工時間長、無法成型后續機加工量少的外殼坯件、生產成本高，以及材料利用率低等問題。
文檔編號B21J13/02GK103231002SQ20131013765
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月19日 優先權日2013年4月19日
發明者彭躍南, 聶存珠, 陳學軍, 曲峰, 劉銘, 曲榮生 申請人:亞超特工業有限公司