盒體熱壓成型工藝及模具設(shè)計

1、2011年7月第32卷第4期Electronics Process Technology電子工藝技術(shù)239盒體熱壓成型工藝及模具設(shè)計朱啟政，楊靖輝（中國電子科技集團公司第38研究所，安徽 合肥 230088）摘要：概述了超塑熱壓成型技術(shù)及其特點，針對微波鋁盒體類零件的特點，討論了影響盒體超塑熱壓的幾個關(guān)鍵因素，介紹了成型零件和模具設(shè)計要點，詳細分析了壓力、溫度和速率等工藝參數(shù)的確定及選用原則，提出對不經(jīng)過預(yù)處理的供應(yīng)態(tài)毛坯進行直接壓制成型的超塑性等溫擠壓成型工藝及控制要點，提高了生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了超塑性等溫熱擠壓成型工藝在復(fù)雜微波鋁盒體上的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：超塑性；等溫模鍛；預(yù)處理；應(yīng)變速率；微波盒

2、體中圖分類號：TN6 文獻標識碼：A 文章編號：1001-3474（2011）04-0239-03Design of Isothermal Superplastic Extrusion Die forMicrowave ShellsZHU Qi-zheng, YANG Jing-hui(CETC No. 38 Research Institute, Hefei 230088, China)Abstract: Introduce the superplastic figuration technology and its characteristics, discusse the key fac

3、tors that influence the shells super-plastic figuration aim at the characteristics of the microwave aluminum shell. Introduce the figuration accessories and mould design outline, particular analyze the confirm and select principles of pressure, temperature, and speed, at last bring forward the isoth

4、ermal-superplastic extrusion technology and control principles which apply to the provided roughcast without pretreatment. Improve the production efficiency, and realize the applications of isothermal superplastic extrusion figuration technology on the complexes microwave shells.Key words: Superplas

5、ticity; Isothermal mould-forge; Pretreatment; Strain rate; Microwave shellDocument Code: A Article ID: 1001-3474(2011)04-0239-03微波盒體是某電子產(chǎn)品的重要部件，其在產(chǎn)品中裝配的數(shù)量較多，其結(jié)構(gòu)為形狀復(fù)雜的薄壁腔體零件，特點是：形狀較復(fù)雜（多為含凸臺和高筋的薄壁結(jié)構(gòu)），尺寸精度和一致性要求高，又有一定的機械性能要求（微波盒體常用材料為防銹鋁或鍛鋁），加工精度要求高1。盒體結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。目前生產(chǎn)該微波盒體常用方法見表1。表1 微波盒體加工方法比較工藝方法數(shù)控精密加工

6、精密鑄造超塑性等溫熱壓成型尺寸精度高低一般材料密度和原材料一樣較差高真空釬材料焊性能利用率好差好低較高高生產(chǎn)效率低一般高由表1可見，數(shù)控加工方法雖然加工精度高，但是加工工藝復(fù)雜，周期長，材料利用率較低，生產(chǎn)效率也較低。精密鑄造的盒體因為內(nèi)部其組織比較疏松，而且內(nèi)部容易產(chǎn)生氣孔，影響真空釬焊時抽圖1 盒體結(jié)構(gòu)簡圖真空的純度，難以滿足工藝要求。而超塑性體積成作者簡介：朱啟政（1966 ），男，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學，工程師，主要從事雷達產(chǎn)品工藝裝備研究及設(shè)計工作。2 盒體熱壓成型模具設(shè)計2.1 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計電子工藝技術(shù)型（超塑性等溫熱壓成型）可以一次成型出形狀復(fù)雜和薄壁高筋的鍛件，并且成型后的鍛件

7、具有機械性能均勻并且各向同性，尺寸穩(wěn)定性好等特點，成型率高，加工成本低，適合于中小批量生產(chǎn)零件的加工2。因此，根據(jù)盒體生產(chǎn)批量要求，決定采用超塑性等溫熱壓成型法生產(chǎn)微波盒體。根據(jù)微波盒體成型工藝要求及液壓設(shè)備使用情況，確定模具總體結(jié)構(gòu)3。模具總體結(jié)構(gòu)簡圖如圖5所示。冷卻系統(tǒng)加熱裝置1 盒體熱壓成型工藝性分析根據(jù)產(chǎn)品零件的使用要求和成型工藝要求選擇6063（LD31）鋁合金，該鋁合金具有較高強度、良好的塑性和優(yōu)良的耐蝕性，適合超塑等溫熱壓成型。根據(jù)成型工藝過程的特點及生產(chǎn)車間實際情況，確定盒體成型工藝過程如下：成型毛坯預(yù)處理、熱壓成型和精密加工。利用Deform軟件模擬微波盒體成型過程，通過對應(yīng)

8、力、速率分布、材料流向和缺陷趨勢等情況的分析，獲得成型規(guī)律趨勢，設(shè)計成型工藝參數(shù)，確定模具坯料尺寸。成型零件變形情況如圖2所示。圖5 模具總體結(jié)構(gòu)簡圖模具總體結(jié)構(gòu)主要由加熱裝置、模具（包括四柱導(dǎo)向模架、凸模、凹模、上模頂出機構(gòu)、下模頂出機構(gòu)、拉桿機構(gòu)和墊板等）、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和保溫罩等組成。2.2 模架設(shè)計模架是整個模具的基礎(chǔ)，同時也是上下模具閉合導(dǎo)向支撐。根據(jù)盒體成型工藝及模具設(shè)計要求，該模具模架采用導(dǎo)向精度較高的四柱導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，模架接口部分與加熱板相適應(yīng)，模具裝配容易。2.3 頂桿結(jié)構(gòu)設(shè)計頂出機構(gòu)的作用是開模后卸除成型零件對凸模的包緊力，并使成型零件處于便于取出的位置，并在回程時不與其他

9、零件相干擾地復(fù)位。綜合模具設(shè)計要求和成型工藝分析，本模具上下模各采用6個頂桿，且6個頂桿均勻分布，確保頂出力均勻。頂桿結(jié)構(gòu)示意圖圖6所示。圖2 模擬成型過程金屬流動速度分布圖如圖3所示。最大應(yīng)力分布圖如4所示。圖6 頂桿結(jié)構(gòu)示意圖2.4 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計為保證凹模強度，降低機械加工難度，凹模采用整體式結(jié)構(gòu)；為了確保上下模合模精度，模架部分的導(dǎo)套也直接安裝在凹模上。凹模結(jié)構(gòu)簡圖如圖7所示。（單位：mm/s）（單位：MPa）圖3 金屬流動速度分布圖圖4 最大應(yīng)力分布圖通過詳細的分析和計算，確定盒體成型溫度：s0.5m（6063材料的m = 650 ）。一般超塑等溫熱壓成型溫度范圍：380 500 ，考

10、慮到盒體成型結(jié)構(gòu)，取成型開始溫度為460 ，毛坯加熱溫度為480 500 。為保證模具溫度，加熱裝置設(shè)置的加熱溫度為500 。圖7 凹模結(jié)構(gòu)簡圖模具預(yù)熱功率計算公式為：P式中：m為模具質(zhì)量，kg；ckJ/（kg·）；2為模具工作溫度，；1為模具朱啟政，等: 盒體熱壓成型工藝及模具設(shè)計初溫，；t為模具預(yù)熱所需時間，h；k為系數(shù)，一般為1.31.5。根據(jù)微波盒體超塑性等溫熱壓成型工藝特點及參數(shù)設(shè)定和模具結(jié)構(gòu)，確定模具加熱系統(tǒng)為：加熱方式：內(nèi)熱式；加熱元件：加熱棒；結(jié)構(gòu)特點：三區(qū)溫度控制平衡；溫度控制：四路溫度曲線全程控制；保溫設(shè)計：主要由保溫材料及整體密封結(jié)構(gòu)來保障； 控溫精度：

11、7;4 。選擇珠光體類球墨鑄鐵QT60-2為加熱板材料的主要原因是該鑄鐵具有較好的高溫機械性能，滿足微波盒體成型工藝要求。察剖面組織致密和無內(nèi)部宏觀缺陷；（3）機械性能測試：超塑熱壓成型試樣的拉伸強度和硬度均較供貨態(tài)有所提高?？傊?，盒體熱擠壓成型后，成型零件尺寸符合圖紙要求，材料的機械性能獲得明顯提高，組織獲得明顯改觀。參考文獻：1解啟林，朱啟政. MCM組件盒體與蓋板氣密封裝倒置釬焊工藝方法J. 電子工藝技術(shù)，2007，28（4）：211-213.2林兆榮. 金屬超塑性成型原理及應(yīng)用M. 北京：航空工業(yè)出版社，1990.4 冷卻裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1 冷卻水道的結(jié)構(gòu)設(shè)計冷卻裝置冷卻水道的作用是帶

12、走加熱板傳遞過來的熱量，阻斷熱量向液壓設(shè)備工作平臺的傳遞，確保設(shè)備的安全運行?？紤]生產(chǎn)車間的實際情況，上下水冷板設(shè)計有水道，自來水在水冷板內(nèi)循環(huán)流動。上下水冷板材料為鋼板Q235A，該材料價格較便宜，焊接性能較好。設(shè)計的重點是水道的分布及密封，該模具冷卻水道設(shè)計簡圖如圖8所示，密封結(jié)構(gòu)簡圖如圖9所示。進水口焊接3廈巨諶，李志剛. 中國模具設(shè)計大典M. 南昌：江西科學技術(shù)出版社，2003.收稿日期:2011-05-21（上接第23頁）量的增加并伴有噴淋形狀的普遍破壞，因此噴嘴磨損率決定著噴嘴的使用壽命，也是高壓噴嘴選型的關(guān)鍵考慮因素。表2 典型噴嘴材料的相對耐磨比率鋁黃銅鋼不銹鋼硬化不銹鋼陶瓷碳

13、化硅碳化鎢去水口4 小結(jié)IC引線框架高速電鍍前處理增加一道高壓噴淋清洗工序，不僅徹底清洗鹽堿垢、機械雜質(zhì)、油質(zhì)粘結(jié)物、混合沉淀物及漆銹結(jié)合物等，而且與傳統(tǒng)的清洗手段相比更具高效和清洗徹底等特點，大大提升了IC框架電鍍的成品率及芯片及金屬絲間的可焊性，它對產(chǎn)品的可靠性、電氣指標、工作壽命起到了及其重要的保障作用。 參考文獻：圖8 冷卻水道設(shè)計簡圖 圖9 密封結(jié)構(gòu)簡圖焊接后試水壓10 kg，24 h內(nèi)無滲漏現(xiàn)象，滿足工藝要求。4.2 模具隔層熱設(shè)計如圖7所示，為了增加模具的隔熱效果，在加熱板與水冷板之間、水冷板與液壓機工作臺之間都墊有石棉隔熱層。石棉材料價格便宜，隔熱效果較好。實際效果：液壓設(shè)備工作臺表面溫度60 以下。5 結(jié)束語經(jīng)過400多件的小批量試生產(chǎn)，微波盒體超塑性等溫熱壓成型滿足實際需求，零件尺寸精度也較高，特別是生產(chǎn)效率較數(shù)控加工方法大為提高，材料利用率也較高，節(jié)約了寶貴的資源。對這批成型零件進行幾何尺寸、宏觀斷面、力學性能和組織等方面進行測試，結(jié)果如下：（1）幾何尺寸：成型零件外形尺寸符合設(shè)計圖紙要求；（2）宏觀斷面分析：成型樣件經(jīng)過切割后，肉眼觀1曾旭，盧桂平