用于锻压具有延长高度的硬盘驱动器基板的方法和装置与流程

本发明的实施例总体涉及金属部件制造领域，并且更具体地说，涉及用于锻压硬盘驱动器基板的制造处理。

背景技术：

用在计算机系统中的硬盘驱动器的壳体典型地包括利用螺钉固定的盖件和基板。基板支撑硬盘驱动器组件(例如，心轴、电动机和致动器)。

一种常规的基板制造处理包括压力加工在相反两侧装有侧框架的金属板。在该处理中，基板被压力加工以锻压凹部，该凹部具有一些用于电动机的安装的孔。从金属板上压力加工出两个侧框架，并且将这两个侧框架固定安装在基板的相反两侧上以制造出具有期望高度的壁部的硬盘驱动器基板。经过压力加工和组装的硬盘驱动器基板可能存在多个问题。例如，硬盘驱动器基板经常遇到与压铸有关的孔和腔问题(例如，铸造金属基板中的气泡或气穴)，从而造成共振的不可预测性。此外，将两个侧框架固定至硬盘驱动器基板的步骤是额外的组装步骤，其通常会增加制造时间和成本，并且可能引入在冷加工操作中使用的必须利用额外的操作去除的油或其他残余物。

另一种基板制造处理包括从单个金属件锻压出硬盘驱动器基板的步骤。在2012年4月26日提交的名称为“Method and Apparatus for Progressively Forging a Hard Disk Drive Base Plate(用于级进式地锻压硬盘驱动器基板的方法和装置)”的美国专利申请No.13/457,304中描述了用于锻压硬盘驱动器基板的一个示例性处理。这种锻压成的硬盘驱动器基板通过消除压铸件及组装出的硬盘驱动器基板中的气泡或气穴解决了与压铸方法有关的问题。然而，硬盘驱动器基板锻压件通常受到能通过锻压处理获得的最大侧壁的限制。更具体地说，由 于加工硬化的缘故，锻压的硬盘驱动器基板的壁高度无法超过15mm。

15mm的壁高度对于完成的硬盘驱动器基板而言通常并非是足够的侧壁高度。因此，可以通过将侧壁延伸部接合到锻压的硬盘驱动器基板上来延长硬盘驱动器基板的高度。在2014年11月26日提交的名称为“Method and Apparatus for Forming a Hard Disk Drive Base Plate with an Extended Height(用于形成具有延长高度的硬盘驱动器基板的方法和装置)”的美国专利申请No.14/555,483中描述了一种用于延长锻压的硬盘驱动器基板的侧壁高度的示例性处理。具有延长高度的硬盘驱动器基板也可能遇到使得所得到的延长高度的硬盘驱动器基板达不到理想情况的问题。例如，用于延长硬盘驱动器基板的壁高度的材料可能具有与上述压力加工的金属相同的缺陷。此外，气体可能通过锻压出的硬盘驱动器基板与高度延伸部相接合的接合部流入完成的硬盘驱动器基板中或从完成的硬盘驱动器基板中漏出。气体泄漏或引入到完成的硬盘驱动器基板的内部构件中可能对完成的硬盘驱动器的构件和操作造成有害和/或非预期的影响。

技术实现要素：

本文公开一种使用传递模(级进模)冲压法(transfer die stamping)来锻压且形成具有延长高度的硬盘驱动器基板的方法。在一个实施例中，使原始坯料基板前进通过传递模组件(transfer die assembly)的多个站。在原始坯料基板上锻压出各部件(部分)以形成硬盘驱动器基板。锻压处理包括形成硬盘驱动器基板的各部件，例如，电动机毂盘、音圈释放表面(relief surface)、致动器回转轴承杆以及从原始坯料锻压而成的其他部件，以便形成最终的硬盘驱动器基板形式。锻压处理可在一系列阶段(stage)中进行，该系列中的每个阶段涉及部分地或者完全地形成硬盘驱动器基板的各种特征。在一个实施例中，在该系列阶段中的一个锻压阶段或多个锻压阶段之间对部分地形成的硬盘驱动器基板进行预加热。进行预加热以使部分地形成的硬盘驱动器基板达到预定温度并保持最短持续期。在将部分地形成的硬盘驱动器基板以预定温度保持最短持续期之后，将该部分地形成的硬盘驱动器基板 快速地递送到下一锻压站以完全地或部分地形成硬盘驱动器基板的新的或已有的部件。在一些实施例中，可以在一系列阶段中的特定锻压阶段之前分别进行一次预加热，或在第一预加热处理与一系列阶段中的最后锻压阶段之间的每个系列锻压阶段之前分别进行一次预加热。

通过在各阶段之间、执行一个或多个锻压操作之前对部分地形成的硬盘驱动器基板进行预加热，可以使完全地形成的硬盘驱动器基板的侧壁高度超过15mm。在一个实施例中，侧壁高度超过30mm并且可以延长至50mm。通过用均质材料锻压出侧壁高度大于15mm且最大达50mm的硬盘驱动器基板，最大程度地减少甚至避免了所形成的硬盘驱动器基板中的孔或腔缺陷，从而提高了所形成的硬盘驱动器基板的共振可预测性。此外，由于不存在接合部、焊接部或其他与硬盘驱动器基板接合以升高侧壁高度的部件，因此，硬盘驱动器基板不会遇到气体渗入和流出已完成的硬盘驱动器的问题。如本文所述，在一系列阶段中被预加热和锻压的硬盘驱动器基板会导致所形成的硬盘驱动器基板的加工硬化，从而相对于压铸件和常规的压力加工基板而言改善了锻压的硬盘驱动器基板的刚度和抗拉强度。例如，如本文所述，锻压的硬盘驱动器基板将因加工硬化效果而具有减小的不均匀应力变形以及更紧凑的颗粒结构。

就形成硬盘驱动器基板而言，本文讨论如下实施例：用一系列级进式锻压操作形成硬盘驱动器基板，包括在一个或多个锻压阶段之间将部分地形成的硬盘驱动器基板预加热至预定温度且保持最短持续期。本文讨论的锻压方法也可以用于形成其他类型的金属部件。

附图说明

参考附图以举例而非限制的方式对本发明的实施例进行说明，在附图中：

图1示出用于锻压具有延长高度的硬盘驱动器基板的系统的一个实施例。

图2示出用于锻压具有延长高度的硬盘驱动器基板的系统的另一个实施例。

图3示出用于锻压具有延长高度的硬盘驱动器基板的方法的框图。

具体实施方式

图1示出用于锻压具有延长高度的硬盘驱动器基板的系统100的一个实施例。在一个实施例中，在一系列级进式锻压阶段(例如阶段120-1至120-N)上在一系列传递模中级进式形成金属挤出板110以形成硬盘驱动器基板150。执行锻压操作的传递模的锻压板(press plate)或者涂覆有氮化钛(TiN)涂层，或者由高速钢或碳素工具钢制成，以增加锻压板的硬度并且增加锻压板的工具使用寿命，以及改善锻压效率。在一个实施例中，利用额外的机器(未示出)在额外的阶段中执行额外的压力加工操作以进一步形成硬盘驱动器基板，包括修剪、冲孔、冲压、压印或其他合适的处理。

在一个实施例中，在用于形成硬盘驱动器基板的一系列锻压阶段中所使用的金属为铝合金，例如，铝6061、铝5052或铝110。在可选的实施例中，还可以使用其他合适的材料，例如，冷轧钢或低碳钢。在一个实施例中，用于形成硬盘驱动器基板的金属可以基于各种因素进行选择，例如，设计要求、期望的材料特性、硬盘驱动器基板的原材料的污染(即，硅、铜、锌等污染)的减少和硬盘驱动器基板的天然磁性的减少。在一个实施例中，初始使用挤出板110形式的铝合金来准备用于冲压且形成硬盘驱动器基板的坯料。挤出板110的厚度可以在约1mm至约6mm的范围内。材料厚度的选择以及挤出板的轮廓可以根据特定的产品设计而改变。

用于通过一系列级进式锻压操作来形成硬盘驱动器基板150的级进式模组件可以包括阶段120-1至120-N处的多个站。原始硬盘驱动器基板(例如挤出板110)逐站式地前进(从一个站前进至另一个站)以完成多个级进式锻压中的每个锻压。每个站可以在多个阶段中执行锻压以及其他机加工操作。随着硬盘驱动器基板前进通过一系列阶段，由特定的锻压操作部分地或者完全地形成硬盘驱动器基板上的部件。一系列级进式锻压在特定的阶段部分地或者完全地形成硬盘驱 动器基板上的部件以管理由锻压操作引起的材料的移动并确保所得到的完全地形成的硬盘驱动器基板具有均一的厚度。此外，不同部件的锻压操作和形成的顺序确保能适当地形成硬盘驱动器基板的复杂细节。

原始硬盘驱动器基板前进到锻压阶段(压力锻造阶段)1 120-1中以执行硬盘驱动器的形成过程中的第一级进式锻压操作。在阶段1中，执行第一锻压，从而可以使得原始硬盘驱动器基板的中部的材料厚度朝原始硬盘驱动器基板的侧面及电动机毂盘部分移动。

在一个实施例中，在执行了第一级进式锻压操作之后，由机械臂130-1或其他机械拾取-放置装置从锻压阶段1 120-1卸下部分地形成的硬盘驱动器基板并将该部分地形成的硬盘驱动器基板递送到烘炉140-1。烘炉140-1对部分地形成的硬盘驱动器基板进行预加热，然后将部分地形成的硬盘驱动器基板递送回锻压阶段2 120-2。在一个实施例中，部分地形成的硬盘驱动器基板被加热至预定温度，例如300℃。此外，一旦温度达到预定温度，烘炉140-1将硬盘驱动器以该温度保持最短持续期，例如30至45分钟。

在至少经过该最短持续期之后，机械臂130-1从烘炉140-1拾取经过预加热的部分地形成的硬盘驱动器基板并将其递送到锻压阶段2 120-2，在该锻压阶段中，执行额外的锻压操作以部分地或者完全地形成硬盘驱动器基板上的部件。因为在锻压阶段2 120-2执行锻压操作之前对部分地形成的硬盘驱动器基板进行了预加热，因此，可以使在部分地形成的硬盘驱动器基板中所形成的侧壁的高度升高至高于15mm。

因为从各个锻压阶段(例如阶段120-2、120-3至120-N)到烘炉的递送以及从烘炉到各个锻压阶段的递送是时间敏感型的操作，因此由机械臂130-1或其他的机械装置执行该递送操作。也就是说，为了防止在从各个锻压阶段递送到烘炉以及从烘炉递送到各个锻压阶段期间产生热损耗，采用机械臂和/或其他机械装置，从而可以在最长递送持续期内完成该递送步骤，例如在不多于8秒内。然后在下一锻压阶段3 120-3的锻压机处执行下一锻压操作。这些锻压操作可以 包括部分地或完全地形成硬盘驱动器基板的已有的或额外的部件，例如部分地或完全地形成电动机毂盘、音圈释放表面、致动器回转轴承杆、盘释放表面、致动器释放表面、致动器座面、电动机座面、斜垫片(ramp pad)表面等。

基于所形成的硬盘驱动器基板150的设计要求，可以在于相应的阶段120-3至120-N处执行锻压操作之前，在烘炉140-2至140-M中执行额外的预加热。例如，预加热之后在阶段2 120-2处执行的锻压可能产生侧壁高于15mm的部分地形成的硬盘驱动器基板。为了进一步将侧壁延长至期望高度，例如，在30mm至50mm的范围内的高度，在其余锻压阶段120-3至120-N的每个阶段之前均在相应的烘炉140-2至140-M中进行额外的预加热。然而，在另一些实施例中，部分地形成的硬盘驱动器基板的预加热无需在每个锻压阶段之前都进行，作为替代，可以针对若干个连续阶段进行阶段前的预加热，直到获得期望侧壁高度为止(例如，在总共六个站之中，在三个连续的站之前分别进行预加热)。在另一些实施例中，基于执行的特定锻压操作，预加热可以在特定的不连续的阶段之前进行。

在一个实施例中，阶段2 120-2的锻压机与其他阶段(例如，阶段120-1和120-3至120-N)的锻压机相比可以是更大吨位的锻压机。当阶段2 120-2的锻压机具有更大吨位时，在阶段2执行的锻压操作使得能够由单个锻压阶段形成更高的侧壁，例如高度在30mm和50mm之间的侧壁。基于最终形成的硬盘驱动器基板150的设计要求，硬盘驱动器基板150的期望高度可以在阶段2 120-2的锻压机处得到充分升高。在该实施例中，机械臂130-2至130-P将在各阶段之间递送部分地形成的硬盘驱动器基板，而不在后续的锻压阶段之前把部分地形成的硬盘驱动器基板递送到烘炉140-2至140-M以进行额外的预加热。使用阶段120-2至120-N之间的虚线示出该实施例。

在最后的锻压阶段N 120-N之后，形成了硬盘驱动器基板150。可以执行额外的操作(未示出)来完成硬盘驱动器基板的制造。例如，可以执行修剪操作来修剪掉可能在级进式锻压操作期间形成的溢出材料。作为另一实例，可以钻制和/或钻取(而非锻压)出一些部件， 例如电动机毂盘孔、致动器释放表面上的长方形孔和弯曲托架矩形孔。作为锻压后操作的其他实例，可以对部件进行机加工，并且对所形成的硬盘驱动器基板进行清洗和/或各种涂覆或表面处理。在一个实施例中，可以在表面处理之后且在对所形成的基板进行下一组装处理(例如将电动机组件、致动器臂和VCM组件安装到所形成的硬盘驱动器基板150上)之前实施表面精加工或表面涂敷，例如化学镀镍。

图2示出用于锻压具有延长高度的硬盘驱动器基板的系统200的另一个实施例。图2所示的系统200与图1类似之处在于：原始坯料(例如，挤出板110)借助于机械臂130-1、130-2至130-P被递送到一系列顺序的锻压阶段120-1、120-2、120-3至120-N以及借助于机械臂130-1、130-2至130-P从阶段120-1、120-2、120-3至120-N递送。此外，如上所述，可以在阶段120-2至120-N中的一个或多个阶段之前在多个烘炉中执行向预定温度的预加热且保持最短持续期。

然而，在系统200中，为一个或多个传送式烘炉240-1和240-2至240-M配置传送系统260。在一个实施例中，尽管未示出，传送系统260可以包括两个以上的传送器，例如每个烘炉各自配有传送器。传送器系统260基于传送器移动的速度，控制每个部分地形成的硬盘驱动器基板处于烘炉(例如烘炉240-1)中的时间。也就是说，机械臂130-1可以从锻压阶段1 120-1上拾取部分地形成的硬盘驱动器基板并将其放置在传送器系统260上。传送器系统260使基板以一定速度移动穿过传送式烘炉240-1以确保部分地形成的硬盘驱动器基板的温度达到预定温度且在该温度下保持最短持续期。当经过预加热的部分地形成的硬盘驱动器基板离开传送式烘炉240-1时，机械臂130-1将硬盘驱动器基板快速地递送到下一锻压阶段(例如，锻压阶段2 120-2)。

可以与以上参考图1的讨论一致地使用传送器系统260和一个或多个传送式烘炉，以在硬盘驱动器在烘炉(一个或多个)内沿传送器行进的同时将硬盘驱动器预加热。在任一种传送器实施例中，基于传送器的系统使得能够进行锻压阶段120-1至120-N的锻压机的连续操作。此外，基于传送器的系统使得正在进行的作业能够在锻压阶段之 间累积从而进一步帮助进行锻压阶段120-1至120-N的锻压机的连续操作。

图3示出用于锻压具有延长高度的硬盘驱动器基板的方法300的框图。图3所示的方法中所使用的级进式模组件可以包括多个站，其中硬盘驱动器基板逐站地前进并且在多个站中的一个或多个之间被预加热。该方法包括使用传递模组件执行一系列级进式锻压。

该方法开始于：使用于硬盘驱动器基板的原始坯料前进至用于形成硬盘驱动器基板的一系列级进式锻压阶段中的第一锻压阶段(步骤302)。然后，对硬盘驱动器基板执行锻压操作以部分地或者完全地级进式形成硬盘驱动器基板上的一个或多个部件(步骤304)。

在锻压操作之后，可以将硬盘驱动器基板从一系列级进式锻压阶段中的当前锻压阶段递送到预加热烘炉(步骤306)。如本文所述，可以用能够从锻压机拾取硬盘驱动器基板并将其递送到另一锻压机或预加热烘炉的机械臂来执行递送步骤。如本文所述，还可以用能够拾取并放置硬盘驱动器基板的其他机械装置执行递送步骤。

在使硬盘驱动器基板前进至下一锻压阶段之前将硬盘驱动器基板预加热至预定温度且保持最短持续期(步骤308)。在一个实施例中，在烘炉中将硬盘驱动器基板预加热至300℃的温度并且将硬盘驱动器基板以该温度保持最短30至45分钟。然后，将经过预加热的硬盘驱动器基板从预加热烘炉递送到一系列级进式锻压阶段中的下一锻压机中(步骤310)。在一个实施例中，递送步骤返回到步骤304以执行一系列级进式锻压阶段中的当前阶段的锻压操作。

以虚线方式示出步骤306至310，这是因为对部分地形成的硬盘驱动器基板的预加热：(1)可能仅执行一次(例如，在阶段1和2之间)；(2)可能执行连续的多次(例如在阶段1之后的每两个阶段之间)；(3)可能在所有锻压阶段的子集的连续阶段间执行；(4)可能在特定阶段之前执行(例如，在阶段2和4之前、在阶段2至4以及6之前等)；或者(5)可能在各种其他时间执行。当在锻压阶段之间不进行预加热时，将锻压的硬盘驱动器基板从一系列级进式锻压阶段中的当前锻压阶段递送到下一锻压阶段。

在完成一系列级进式锻压阶段中的所有阶段之后，精加工所形成的硬盘驱动器基板(步骤312)。如上文所述，精加工硬盘驱动器基板的步骤可以涉及如下步骤中的一个或多个：将多余材料从硬盘驱动器基板上修剪下来；在硬盘驱动器基板中冲压、冲孔或钻孔；对硬盘驱动器基板执行一个或多个清洗处理；对硬盘驱动器基板执行涂覆处理，以及其他精加工操作。

尽管未示出，但可以将在一系列级进式锻压操作后形成的精加工过的硬盘驱动器基板随后递送到硬盘驱动器组装处理的另一阶段(例如，将硬盘驱动器部件安装到精加工过的硬盘驱动器基板上)。

在上述说明中，已经参考本发明的具体实施例描述了本发明。然而，很显然，可以在不背离本发明所说明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型。相应地，应认为本说明书和附图是示例性的而不是限制性的。