一種用于金屬殼件或板件的熱加工成形設備及制法
【技術領域】
[0001]本發明涉及熱加工領域，尤指一種用于金屬殼件或板件的熱加工成形設備及制法。
【背景技術】
[0002]隨著3C產業(電子、計算機和通訊)的快速成長，諸如手機或筆記本電腦等3C產品的金屬外殼件，厚度越來越薄、重量越來越輕量化，造型越來越美觀。目前3C產品的金屬外殼件，以厚度1.0mm或以下的鋁或鎂合金薄外殼件(以下簡稱薄金屬殼件)滿足輕、薄、短、小的特點而成為主流。
[0003]在現有技術中，金屬殼件或板件(以下簡稱金屬工件)的加工，包括:
[0004]1.CNC加工:使用計算機數字控制機床(CNC)將整塊金屬材料雕刻、銑出預定形狀的金屬工件；
[0005]2.模具鍛造加工:使用壓力鍛造機(Press Forging)施予壓力使胚料在模具的模穴內成形后，再脫模制得預定形狀的金屬工件；
[0006]3.沖壓抽形加工:使用沖壓抽形法對金屬片材沖切及抽出預定形狀的金屬工件；及
[0007]4.壓鑄加工:將金屬熔液鑄入模穴及冷卻成形預定形狀的金屬工件。
[0008]使用CNC加工金屬工件的缺點，包括:加工時間長，需加工15分鐘至I小時，形狀復雜的金屬工件甚至需要加工2小時；尤其是金屬工件的表面有銑刀痕，必須進行表面噴砂處理消去刀痕。
[0009]使用沖壓抽形加工金屬工件的成本最便宜，但缺點在于:經沖壓成形的金屬工件的成形角度不銳利，且金屬工件的表面有模具刮痕，須拋光后再噴砂處理。
[0010]使用壓鑄加工金屬工件的缺點，包括:壓鑄成形的金屬工件表面有氧化皮層、氣孔，須研磨、補土及拋光，且表面處理無法做表面陽極或電鍍，只能做噴漆涂裝，無金屬感。
[0011]在接近金屬材料的熔點90%的溫度下進行熱加工成形，金屬工件在模具內可獲得最佳熱塑性成形。然而，目前業界使用模具鍛造加工金屬工件的鍛造加工溫度，皆未達到金屬材料的最佳熱塑性，原因是金屬工件在模具內的成形溫度一旦提升到最佳熱塑性，高溫使金屬工件軟化成形于模穴內后，在脫模時，金屬工件仍處于高溫軟化狀態，有嚴重的黏模問題，無法從模具內的模穴中取出，除非以工具破壞金屬工件的形狀再挖出來。
[0012]為了解決金屬工件脫模時無法取出的問題，金屬工件的熱加工成形溫度，業界大多設定在金屬材料熔點的60%左右。例如，鋁合金6061、6063胚料的熔點為660°C，業界使用模具鍛造加工鋁合金工件的鍛造溫度，即設定在360°C?420°C之間；在400°C左右的模具內，鋁合金工件是保持以固態形式被鍛造加工成形，脫模時，鋁合金工件不需要冷卻就可以直接脫模從模具內取出。
[0013]但，使用模具鍛造加工金屬工件的缺點，也在于:模具鍛造加工溫度設定較低，鍛造加工材料在模具內的成形條件，是在尚未達到最佳熱塑性狀態下進行熱塑性成形，導致金屬工件無法實現具銳利角度的交界邊線或呈現具有淺顯浮凸圖案的成形表面。其次，一旦需要結合CNC加工金屬工件時，金屬工件的表面同樣需要進行表面噴砂處理消去刀痕。
[0014]例如，如圖1所示，3C產品的薄金屬殼件90，當第一表面91及第二表面92的交界邊線需要呈角度銳利的邊線A時，以業界目前使用的模具鍛造加工薄金屬殼件90的制程，是不能以單一模具、單一鍛造工序而制得。業界目前的成形制法，是結合模具鍛造加工及CNC加工，使用約10-15副模具，經10-15道鍛造工序，循序鍛造出薄金屬殼件90的外觀，若第一表面91及第二表面92交界的銳角仍有不足，再使用CNC修邊加工；或者，使用約3-5副模具，經3-5道鍛造工序，循序鍛造具有薄金屬殼件90的初步胚形后，再以CNC銑床精修加工。最后，進行表面噴砂處理消去刀痕。
[0015]所以，現有技術中的傳統金屬工件模具鍛造加工制程，已不適用或不利于使用單一模具鍛造加工輕、薄、短、小的金屬工件。
【發明內容】
[0016]有鑒于此，本發明的主要目的在于對現有技術中的金屬工件熱加工制程提出改進，且披露一種用于制造金屬工件(包括金屬殼件或板件)的新穎熱加工成形設備及制法，在制造金屬工件的制程中，熱加工溫度可以提高到金屬材料熔點的90 %左右，使金屬材料在接近金屬材料的熔點下進行最佳熱塑性加工并制成金屬工件，再使用專屬的冷卻裝置解決金屬工件高溫軟化黏模的問題，以順利脫模取出金屬工件。
[0017]本發明的用于制造金屬工件的熱加工成形設備，使用用途包括:在接近金屬材料的熔點下對金屬材料進行最佳熱塑性加工(以下簡稱高溫熱塑成形)，對經過高溫熱塑成形而貼黏于模穴內的金屬工件，具備順利脫模用途。
[0018]所述用于制造金屬工件的熱加工成形設備，至少包括一成形裝置、一冷卻裝置及一預熱裝置，且使用三組相同構造的熱加工母模，各自按成形、冷卻或預熱的重復循環運轉順序到達所述成形裝置、所述冷卻裝置及所述預熱裝置；其中，在制程中獨立使用冷卻裝置對成形模具進行冷卻的結果是，金屬胚料在模具內的熱加工溫度可以提高到金屬材料熔點的90%左右，除了金屬胚料的熱加工塑性成形極佳外，金屬工件的脫模問題也獲得解決，所制得的金屬工件可以實現使用單一模具快速量產及制得具優質表面或呈現具有淺顯浮凸圖案表面及具銳利交界邊線的金屬工件，還兼具順利從模具脫模及省略噴砂處理的雙重優勢。
[0019]所述熱加工母模、所述成形裝置、所述冷卻裝置及所述預熱裝置的具體結構，包括:
[0020]每組熱加工母模設有一模穴(包括單模穴或多模穴)，供置入一金屬胚料及使用熱鍛壓或熱塑氣壓熱加工制得金屬工件，優選為制得厚度介于0.1?3.0mm金屬工件；
[0021]所述成形裝置具有一上加熱模座及一下加熱模座，溫度設定接近金屬胚料的熔點，較佳實施例為溫度設定為接近金屬胚料的熔點90%左右，優選為溫度設定保持介于180°C?600°C，最優選為溫度設定保持介于420°C?600°C，所述上加熱模座的下方鎖固一熱加工公模或密封模，所述下加熱模座供從所述預熱裝置到達的所述熱加工母模固定于其上，且所述上加熱模座對所述下加熱模座閉合，使得所述熱加工公模對已固定的所述熱加工母模的模穴中的金屬胚料高溫熱塑成形為高溫軟化金屬工件；或者，使所述熱加工密封模密封住所述熱加工母模的模穴，再進行高溫高壓氣體吹塑成形為金屬工件；
[0022]所述冷卻裝置具有一上冷卻模座及一下冷卻模座，溫度保持介于5°C?75°C，所述下冷卻模座供從所述成形裝置到達的所述熱加工母模固定于其上，且所述上冷卻模座及所述下冷卻模座閉合夾住所述熱加工母模并進行冷卻至溫度介于25°C?320°C后，脫模及取出冷卻固化的金屬工件；
[0023]所述預熱裝置具有一上預熱模座及一下預熱模座，溫度設定為接近金屬胚料的熔點，較佳實施例為溫度設定為接近金屬胚料的熔點90%左右，優選為溫度設定保持介于180°C?600°C，最優選為溫度設定保持介于420°C?600°C，所述下預熱模座供從所述冷卻裝置到達的所述熱加工母模固定于其上，且所述上預熱模座及所述下預熱模座閉合夾住所述熱加工母模進行加溫預熱。
[0024]本發明的金屬工件制法，適用于使用高溫熱塑成形并貼黏于模穴內的金屬工件順利脫模，尤其適用于制得厚度0.1?3.0mm金屬工件，且所制得金屬工件可以實現具銳利角度的交界邊線或呈現具有淺