专利名称：一种冷锻方法及金属壳体加工方法
技术领域：
本发明涉及ー种金属构件冷锻方法及金属壳体加工方法，尤其是铝合金构件冷锻方法及铝合金手机壳体的加工方法。
背景技术：
金属外壳的电子产品能带来无以伦比的视觉冲击感，同时具有手感细腻、耐磨、防摔、抗腐蚀等优点，一直以来倍受消费者推崇，代表高端电子产品的发展方向。目前国内复杂的手机结构件等精密零部件主要采用的是压铸方法。但是此类产品有以下几大缺点(I)压铸要求原材料具有极好的流动性，这样就限制了使用的材料型号； (2)压铸件表面粗糙、外观差；(3)压铸件表面有气泡、砂眼。为了克服上述缺点，现有技术中出现了冷锻方法。冷锻是对物料再结晶温度以下的成型加工，是在回复温度以下进行的锻造。生产中习惯把不加热毛坯进行的锻造称为冷锻。冷锻材料大都是室温下变形抗カ较小、塑性较好的铝及其合金、铜及其合金、低碳钢、中碳钢、低合金结构钢等。冷锻件表面质量好，尺寸精度高，能代替ー些切削加工。冷锻能使金属強化，提高零件的強度。目前在手机结构件冷锻领域里，采用的润滑方式主要有直接采用锻压油润滑和皮膜润滑两种。直接采用锻压油或者采用皮膜的方式，外观一般，而且由于采用皮膜的和锻压油井不能起到保护模具的尖角部位的作用，所以模具寿命并不理想，甚至有些尖角特小的产品，模具只能做少量产品，严重影响了产品的量产性；另外，采用这两种润滑方式时，基材表面比较软，很容易在成型过程和素材转运过程中产生压花造成产品不良。
发明内容
为了克服现有技术中冷锻方法对模具的损伤大，产品外观不理想的问题，本发明提供了一种冷锻方法，通过该方法可大大降低冷锻过程中对模具的损伤，并且通过该方法制备的产品外观优异，无刮痕。本发明公开的冷锻方法包括对金属材料表面进行阳极氧化处理，得到阳极氧化膜；然后使阳极氧化膜吸附润滑液，再对吸附润滑液后的金属材料进行锻压，并退除阳极氧化膜。同时,本发明还公开了一种金属壳体的加工方法，包括对金属材料进行冷锻处理、抛光和镀膜，其中，所述冷锻处理的方法为上述的冷锻方法。本发明的发明人通过大量的实验发现，在实际锻压过程中，现有技术中的采用皮膜和涂覆锻压油的方法进行润滑时，效果并不好，尤其是当锻压过程中金属材料产生弯折时，尖角部位的润滑效果差，严重的磨损了模具。本发明中，通过先在金属材料表面形成多孔的阳极氧化膜，并在该阳极氧化膜中吸附润滑液。一方面，在锻压过程中作用力施加在阳极氧化膜上，大大降低了对金属材料表面产生刮伤的几率；重要的是，在锻压过程中，金属材料产生弯折，特别是尖角部位会产生应力集中，而由于阳极氧化膜的存在，应カ被很好的转移到阳极氧化膜层上，大大降低了磨具开裂的几率；而且阳极氧化膜中吸附的润滑液被挤压渗出，对金属材料和模具产生二次润滑，大大降低了对模具的损伤。
具体实施例方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一歩详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明公开的冷锻方法包括对金属材料表面进行阳极氧化处理，得到阳极氧化膜；然后使阳极氧化膜吸附润滑液，再对吸附润滑液后的金属材料进行锻压，并退除阳极氧化膜。上述方法可以用于各种锻压过程中的润滑处理，特别是在对各种电子产品外壳加エ过程中的润滑效果更好。优选情况下，上述锻压方法包括对吸附润滑液后的金属材料进行粗锻，得到粗胚；对粗胚进行固溶处理后再进行精锻，然后进行时效处理。 本发明公开的方法可对各种金属材料进行处理。优选情况下，用于制备电子产品壳体，可米用招合金。所述阳极氧化处理的方法可以为现有技术中公知的，只需在金属材料表面形成一层多孔的阳极氧化膜。本发明中，优选情况下，所述阳极氧化方法为在20-25°C的温度下，于电解液中以电压20-25V，电流密度为l-2A/dm2处理5_10min。上述方法中，通过较高的电压，金属材料表面形成一层更加适合润滑液吸附的致密多孔的阳极氧化膜。更好的保证在锻压过程中，由于压カ的作用使润滑液从阳极氧化膜的孔隙中滲出，起到润滑的作用。上述阳极氧化处理中，电解液可以选用现有的各种电解液，优选情况下，所述电解液选自硫酸、磷酸、铬酸和草酸的水溶液中的ー种或多种。更优选为所述电解液为硫酸和磷酸的水溶液，所述硫酸浓度为13-16wt%，磷酸浓度为2-10wt%。通过上述处理，即可在金属材料表面形成有效的阳极氧化膜，优选情况下，通过控制阳极氧化时间，使在金属材料表面形成的阳极氧化膜的厚度为5-15um，更有利于润滑液的吸附和渗出。根据本发明，经过阳极氧化处理后，需要使得到的阳极氧化膜中吸附上润滑液。其中，在阳极氧化膜中吸附润滑液的方法没有要求，可以采用各种常规的方法，例如可以将表面具有阳极氧化膜的金属材料浸没于润滑液中或在阳极氧化膜表面涂覆润滑液。本发明中，所述润滑液可以采用现有技术中的各种润滑液，优选情况下，所述润滑液为锻压油或皂化液；所述锻压油包括85-95wt%的矿物油、2-5wt%的植物油、2. 5_13wt%的极压添加剤、O. 01-0. 05wt%的抗泡沫添加剤。通常，上述极压添加剂包括改性脂类极压添加齐U、硫化脂肪极压添加剤、合成酷类极压添加剤，作为本领域技术人员所公知的，所述改性脂类极压添加剂可以为氯代或溴代烷烃，所述硫化脂肪极压添加剂可以为硫化烷烃，所述合成酷类极压添加剂可以为硫化脂肪酸酷。上述锻压油可以通过商购得到，例如深圳奥科宝特种油有限公司公司生产的科伸力系列锻压油。所述皂化液为硬脂酸和磷酸三钠的水溶液，其中，所述硬脂酸的浓度为50_60g/L，所述磷酸三钠的浓度为60-80g/L。所述硬脂酸和磷酸三钠的重量比为I :1-1. 5。对于上述浸泡的时间，没有太大限制，只需使阳极氧化膜吸附上润滑液。优选情况下，所述浸泡的时间为5-lOs。亦可用涂擦的方式。在金属材料表面的阳极氧化膜上吸附润滑液后，即可进行后续的粗锻处理。经过所述粗锻处理，得到粗胚。所述粗锻エ艺为本领域技术人员所常用的，优选情况下，所述粗锻的压カ为200-250吨。经过粗锻后，需对粗胚进行固溶处理，所述固溶处理的温度为525_535°C，时间为2_3h。然后用冷水进行冷却处理。为了更好的控制产品的性能，所述金属材料从固溶处理的高温炉到完全入水的时间控制在30秒以内。为了保证金属材料的冷却速度，一般水温不大于30°C。将金属材料锻压成型为结构件移至固熔淬火之后，由于高温固熔消除了应力，降低了因加工硬化而造成的产品硬度，将产品的平面度提高至O. Imm以下；该エ艺的使用，减 少了 1/2以上锻压模具数量，降低了成本，提高了生产效率。根据本发明，还需对经过固溶处理的金属材料进行精锻。优选情况下，所述精锻的压カ为300-350吨。根据本发明，所述时效处理的温度为170_180°C，时间为7_8h。所述时效处理是固溶的后处理工艺，可以使产品到达要求硬度。经过上述处理，金属材料已基本被加工成型。但对于金属材料表面的阳极氧化膜，需退除。如本领域技术人员所公知的，本发明中，所述退除阳极氧化膜的方法为碱蚀，所述碱蚀的方法是本领域技术人员所公知的，例如，可将金属材料置于碱液(如氢氧化钠或氢氧化钾等碱液)中浸泡。本发明中，为了便于后续的加工处理，优选情况下，可在阳极氧化之前先将金属材料进行退火处理，所述退火的方法为将金属材料在405-425°C下保温l_2h。退火后常温空气冷却至室温。所述退火处理是将金属材料的強度降至最低，塑性最好，便于后面的塑性成型。进ー步的，将金属材料进行退火处理后，将其表面进行抛光，例如机械抛光或化学抛光，以便后续阳极氧化的进行。将金属材料表面的阳极氧化膜退除后，即可得到基本成型的构件。根据本发明，还提供了ー种金属壳体的加工方法，包括对金属材料进行冷锻处理、抛光和镀膜，所述冷锻处理的方法为前文所述的冷锻方法。作为本领域常用的方法，提高产品加工的精度，优选情况下，所述抛光之前还包括对冷锻处理后的金属材料进行数控切割(CNC)。并对抛光后的金属材料表面镀膜，形成一层装饰层，提高电子产品外壳的光亮度、色泽等表观性能。所述镀膜的方法也是本领域公知的，例如可以采用阳极氧化形成装饰/保护性的膜。下面通过实施例对本发明进行进一步的说明。实施例I
本实施例用于说明本发明公开的冷锻方法及金属壳体的加工方法。取厚度为3mm的6063招合金作为金属基材。对招合金表面进行机械抛光。将抛光后的铝合金锻坯放入电解液(硫酸浓度为16wt%，磷酸浓度为2wt%)中，在20°C下，以电压20V，电流密度为lA/dm2处理lOmin，在铝合金表面形成IOum厚的阳极氧化膜。
将表面具有阳极氧化膜的铝合金放入皂化液(50g/l的硬脂酸，60g/l的磷酸三钠)中浸泡5s。采用油压机以250吨的压カ对铝合金进行粗锻处理，形成具有基本轮廓的粗胚。将粗胚在525°C固溶处理3h，然后水淬。再以300吨的压カ对粗胚进行精锻处理。然后将精锻后的铝合金在170°C时效处理8h，得到前体。将前体置于氢氧化钠溶液中浸泡5s。得到冷锻产品SI。通过肉眼观察SI表面，无刮痕，表面平整。对冷锻产品SI进行数控切割并机械抛光，并通过阳极氧化在SI表面形成阳极氧化膜，得到金属壳体Al。
模具在制作5万个产品后开裂。实施例2
本实施例用于说明本发明公开的冷锻方法及金属壳体的加工方法。取厚度为3mm的6063铝合金作为金属基材。将铝合金在405°C下退火处理2h。对招合金表面进行机械抛光。将抛光后的铝合金锻坯放入电解液(磷酸浓度为15wt%)中，在20°C下，以电压25V,电流密度为2A/dm2处理lOmin，在铝合金表面形成15um厚的阳极氧化膜。将表面具有阳极氧化膜的铝合金放入锻压油(95wt%的矿物油、2wt%的植物油、2. 95wt%的极压添加剤、O. 05wt%的抗泡沫添加剤)中浸泡10s。采用油压机以200吨的压カ对铝合金进行粗锻处理，形成具有基本轮廓的粗胚。将粗胚在535°C固溶处理2h，然后水淬。再以350吨的压カ对粗胚进行精锻处理。然后将精锻后的铝合金在180°C时效处理7h，得到前体。将前体置于氢氧化钠溶液中浸泡5s。得到冷锻产品S2。通过肉眼观察S2表面，无刮痕，表面平整。对冷锻产品S2进行数控切割并机械抛光，并通过阳极氧化在S2表面形成阳极氧化膜，得到金属壳体A2。模具在制作4万个产品后开裂。实施例3
本实施例用于说明本发明公开的冷锻方法及金属壳体的加工方法。取厚度为3mm的6063铝合金作为金属基材。将铝合金在425°C下退火处理lh。对招合金表面进行机械抛光。将抛光后的铝合金锻坯放入电解液(硫酸浓度为13wt%，磷酸浓度为9wt%)中，在25°C下，以电压22V，电流密度为lA/dm2处理8min，在铝合金表面形成IOum厚的阳极氧化膜。将表面具有阳极氧化膜的铝合金放入锻压油(85wt%的矿物油、5wt%的植物油、9. 9wt%的极压添加剤、O. 01wt%的抗泡沫添加剤)中浸泡6s。采用油压机以250吨的压カ对铝合金进行粗锻处理，形成具有基本轮廓的粗胚。将粗胚在530°C固溶处理2. 5h，然后水淬。再以330吨的压カ对粗胚进行精锻处理。然后将精锻后的铝合金在175°C时效处理7. 5h，得到前体。将前体置于氢氧化钠溶液中浸泡5s。得到冷锻产品S3。
通过肉眼观察S3表面，无刮痕，表面平整。对冷锻产品S3进行数控切割并机械抛光，并通过阳极氧化在S3表面形成阳极氧化膜，得到金属壳体A3。模具在制作5万个产品后开裂。实施例4
本实施例用于说明本发明公开的冷锻方法及金属壳体的加工方法。取厚度为3mm的6063铝合金作为金属基材。将铝合金在420°C下退火处理lh。对招合金表面进行机械抛光。将抛光后的铝合金锻坯放入电解液(硫酸浓度为15wt%，磷酸浓度为4wt%)中，在25°C下，以电压24V，电流密度为lA/dm2处理8min，在铝合金表面形成12um厚的阳极氧化 膜。将表面具有阳极氧化膜的铝合金放入锻压油(90wt%的矿物油、4wt%的植物油、5. 95wt%的极压添加剤、O. 05wt%的抗泡沫添加剤)中浸泡8s。采用油压机以250吨的压カ对铝合金进行粗锻处理，形成具有基本轮廓的粗胚。将粗胚在530°C固溶处理2. 5h，然后水淬。再以330吨的压カ对粗胚进行精锻处理。然后将精锻后的铝合金在175°C时效处理7. 5h，得到前体。将前体置于氢氧化钠溶液中浸泡5s。得到冷锻产品S4。通过肉眼观察S4表面，无刮痕，表面平整。对冷锻产品S4进行数控切割并机械抛光，并通过阳极氧化在S4表面形成阳极氧化膜，得到金属壳体A4。模具在制作5万个产品后开裂。实施例5
本实施例用于说明本发明公开的冷锻方法及金属壳体的加工方法。取厚度为3mm的6063铝合金作为金属基材。将铝合金在410°C下退火处理2h。对招合金表面进行机械抛光。将抛光后的铝合金锻坯放入电解液(硫酸浓度为15wt%，磷酸浓度为4wt%)中，在25°C下，以电压24V，电流密度为lA/dm2处理5min，在铝合金表面形成8um厚的阳极氧化膜。将表面具有阳极氧化膜的铝合金放入锻压油(90wt%的矿物油、5wt%的植物油、4. 95wt%的极压添加剤、O. 05wt%的抗泡沫添加剤)中浸泡7s。采用油压机以250吨的压カ对铝合金进行粗锻处理，形成具有基本轮廓的粗胚。将粗胚在530°C固溶处理2. 5h，然后水淬。再以330吨的压カ对粗胚进行精锻处理。然后将精锻后的铝合金在175°C时效处理7. 5h，得到前体。将前体置于氢氧化钠溶液中浸泡5s。得到冷锻产品S5。通过肉眼观察S5表面，无刮痕，表面平整。对冷锻产品S5进行数控切割并机械抛光，并通过阳极氧化在S5表面形成阳极氧化膜，得到金属壳体A5。模具在制作4万个产品后开裂。对比例I本对比例用于说明现有技术中的冷锻方法及金属壳体的加工方法。金属壳体的制备方法与实施例5相同，不同的是，未对铝合金进行阳极氧化处理，即对铝合金进行退火处理后，直接将铝合金进入锻压油中进行润滑处理。得到冷锻产品D1。通过肉眼观察Dl表面，存在明显刮痕，表观性能差。对冷锻产品Dl进行数控切割并机械抛光，并通过阳极氧化在Dl表面形成阳极氧化膜，得到金属壳体DAl。模具在制作1000个产品后开裂。通过以上实施例和对比例的结果可以看出，采用本发明公开的冷锻方法进行加工 可以避免产品表面出现刮痕，提高了产品的表观性能。同时，该方法可以减少对模具的损伤，大大増加了模具的使用寿命。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种冷锻方法，包括对金属材料表面进行阳极氧化处理，得到阳极氧化膜；然后使阳极氧化膜吸附润滑液，再对吸附润滑液后的金属材料进行锻压，并退除阳极氧化膜。
2.根据权利要求I所述的冷锻方法，其特征在于，所述锻压方法为对吸附润滑液后的金属材料进行粗锻，得到粗胚；对粗胚进行固溶处理后再进行精锻，然后进行时效处理。
3.根据权利要求I或2所述的冷锻方法，其特征在于，所述阳极氧化方法为在20-25°C的温度下，于电解液中以电压20-25V，电流密度为l_2A/dm2处理5_10min ;所述电解液选自硫酸、磷酸、铬酸和草酸的水溶液中的ー种或多种。
4.根据权利要求3所述的冷锻方法，其特征在于，所述电解液为硫酸和磷酸的水溶液，所述硫酸浓度为13-16wt%，磷酸浓度为2-10wt% ;得到的阳极氧化膜的厚度为5-15um。
5.根据权利要求I所述的冷锻方法，其特征在于，使阳极氧化膜吸附润滑液的方法为将表面具有阳极氧化膜的金属材料浸没于润滑液中或在阳极氧化膜表面涂覆润滑液。
6.根据权利要求I或5所述的冷锻方法，其特征在于，所述润滑液为锻压油或皂化液；所述锻压油包括85-95wt%的矿物油、2-5wt%的植物油、2. 5-13wt%的极压添加剤、O.01-0. 05wt%的抗泡沫添加剂；所述皂化液为硬脂酸和磷酸三钠的水溶液，其中，所述硬脂酸的浓度为50-60g/L，所述磷酸三钠的浓度为60-80g/L，所述硬脂酸和磷酸三钠的重量比为 I 1-1. 5。
7.根据权利要求6所述的冷锻方法，其特征在于，所述浸泡的时间为5-lOs。
8.根据权利要求2所述的冷锻方法，其特征在于，所述粗锻的压カ为200-250吨；所述精锻的压カ为300-350吨。
9.根据权利要求2所述的冷锻方法，其特征在于，所述固溶处理的温度为525-535°C，时间为2-3h ;所述时效处理的温度为170-180°C，时间为7-8h。
10.根据权利要求I所述的冷锻方法，其特征在于，所述退除阳极氧化膜的方法为碱蚀。
11.根据权利要求I所述的冷锻方法，其特征在于，所述金属材料为铝合金。
12.根据权利要求I所述的冷锻方法，其特征在于，在所述阳极氧化处理之前还包括对金属基材进行退火，然后抛光；所述退火的方法为将金属材料在405_425°C下保温l_2h。
13.ー种金属壳体的加工方法，包括对金属材料进行冷锻处理、抛光和镀膜，其特征在于，所述冷锻处理的方法为权利要求1-12中任意一项所述的冷锻方法。
14.根据权利要求13所述的加工方法，其特征在于，所述抛光之前还包括对冷锻处理后的金属材料进行数控切割；所述镀膜的方法为阳极氧化。
全文摘要
本发明提供了一种冷锻方法及金属壳体加工方法。该冷锻方法包括对金属材料表面进行阳极氧化处理，得到阳极氧化膜；然后使阳极氧化膜吸附润滑液，再对吸附润滑液后的金属材料进行锻压，并退除阳极氧化膜。通过该方法可大大降低冷锻过程中对模具的损伤，并且通过该方法制备的产品外观优异，无刮痕。
文档编号B21J3/00GK102688966SQ201110071348
公开日2012年9月26日 申请日期2011年3月24日 优先权日2011年3月24日
发明者段水亮, 邹云飞, 郭强, 陈梁 申请人:比亚迪股份有限公司