淺談電腦硬盤中磁盤架的成形與精沖

文/王祖華·武漢華夏精沖技術(shù)有限公司

淺談電腦硬盤中磁盤架的成形與精沖

文/王祖華·武漢華夏精沖技術(shù)有限公司

王祖華，工程師，華夏精沖公司副總經(jīng)理兼總工程師，從事精密模具的設(shè)計(jì)與制造、維修等工作十多年；對全自動(dòng)液壓精沖機(jī)、厚板精沖工藝及成型技術(shù)有一定的研究；主持并參與的一冶集團(tuán)的項(xiàng)目中，獲得2項(xiàng)三等獎(jiǎng)，1項(xiàng)二等獎(jiǎng)；參與一項(xiàng)省級(jí)科技項(xiàng)目并通過驗(yàn)收，擁有5項(xiàng)專利。

磁盤架（圖1）是電腦硬盤零部件中重要的功能性零件，種類繁多，通常是由鋁質(zhì)或塑膠材料制成。為了降低硬碟內(nèi)產(chǎn)生的熱量，實(shí)際應(yīng)用中以鋁質(zhì)零件為主。磁盤架的作用是減少空氣的波動(dòng)和噪音，降低音圈馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)的阻力，確保并提升盤片運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性和可靠性，因此它是形狀復(fù)雜的零件，對厚度公差、形位公差、表面粗糙度等都有較高的要求，局部錐度的加工難度大。

圖1 電腦硬盤磁盤架

傳統(tǒng)的加工磁盤架的方法是，采用機(jī)加工和拉延成形棒料鋸切后鐓形加工法，但效率低、原材料利用率低、成本高，且加工過程中零件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致變形、斷口凸起、鋸切屑粘連等原因，質(zhì)量難保證，不適合大批量生產(chǎn)。因此開發(fā)一種合適的工藝生產(chǎn)磁盤架零件顯得十分重要。

磁盤架的具體技術(shù)要求和材料選擇

技術(shù)要求

以圖2所示零件為例，磁盤架的技術(shù)指標(biāo)要求為：尺寸厚度公差為±0.0125mm；平行度為0.025 mm；輪廓度為0.04 mm；表面粗糙度Ra為0.2μm；局部細(xì)節(jié)處存在3D立體成形錐度。

圖2 磁盤架零件圖

由此可見，它是一個(gè)形狀復(fù)雜、精度很高、制造較難的零件。

材料選擇

材料選用鋁鎂合金Al6061-T6（屬Al-Mg-Si系合金），其主要性能為：抗拉強(qiáng)度σb≥195MPa；屈服強(qiáng)度σs≥56MPa；延伸率δ5≥25%；彈性系數(shù)為68.9GPa；泊松比為0.330；料厚S=5.0mm，成品件厚度尺寸S=（4.35±0.015）mm。

材料需做軟化退火處理，硬度達(dá)到HV40～50。

工藝方案

以圖2中所示零件為例，擬采用“精沖+鐓壓成形+機(jī)加工”的綜合加工方法來生產(chǎn)，在保證生產(chǎn)質(zhì)量、效率的同時(shí)，節(jié)約和降低了成本。其中鐓壓成形分三次進(jìn)行，此過程采用一副適合于鐓壓成形的鐓壓模具，只需更換對應(yīng)的成形凸模和成形凹模，實(shí)現(xiàn)多次鐓壓漸進(jìn)式成形，保證成形形狀和精度，降低模具制造成本。其工藝順序如下：

精沖毛坯件

首先采用單件/模的精沖方法預(yù)沖毛坯件。如圖3所示，毛坯件的輪廓度在0.1mm以內(nèi)，沖裁面光亮，沖裁面完好率90%以上。精沖時(shí)，用煤油作潤滑劑，這樣有利于后道工序的清洗，生產(chǎn)效率可達(dá)到每分鐘80件。精沖排樣圖如圖4所示，步距為42mm。精沖模沖裁間隙單邊SP=0.015mm；凹模刃口圓角R取值0.2～0.3mm；凸、凹模材質(zhì)選用瑞典一勝百ASSAB88，熱處理到HRC58～61，并且表面經(jīng)TiN處理。

圖3 精沖毛坯件示意圖

圖4 精沖落料排樣圖

冷鐓壓成形1

在壓力作用下，使毛坯件在模具形腔內(nèi)擠壓，而形成局部凸起；材料厚度為5.0mm，局部凸起的厚度是（5.4±0.10）mm，同時(shí)將毛坯件的平面面積增大，平面處的厚度（2.75±0.10）mm。

冷鐓壓模具沖裁間隙單邊取值SP=0.05mm，凸模材質(zhì)選用瑞典一勝百ASSAB88，熱處理到HRC58～61，凹模選用瑞典一勝百XW42材料，熱處理到HRC55～57，凸、凹模需做DLC表面潤滑涂層（具有干式金屬潤滑膜）處理。生產(chǎn)過程中，每沖壓10000次后，凸、凹模件要進(jìn)行去應(yīng)力退火處理，溫度在（280±5）℃，保溫時(shí)間是300min，達(dá)到提升模具使用壽命的目的，并且確保產(chǎn)品的質(zhì)量。模具在每次去應(yīng)力后需檢測硬度，當(dāng)硬度低于原值3HRC后需重新熱處理，并進(jìn)行模具形腔的精加工。

退火

冷鐓壓成形1后，零件需在熱處理爐中進(jìn)行退火處理，退火工藝如圖5所示。目的是消除應(yīng)力，降低硬度和鐓壓后的材料硬化，便于下道工序成形，提高材料的塑性。

圖5 冷鐓壓成形1后退火處理工藝示意圖

冷鐓壓成形2

進(jìn)行鐓壓成形的第二步，是退火后的粗成形件的局部增厚成形，局部凸起處的厚度由原來的5.3mm增加至5 .5mm，要求零件厚度均勻、平整，大平面處的面積進(jìn)一步增大，其平面處的厚度在（2.25±0.06）mm。

冷鐓壓成形3

冷鐓壓成形3工藝之后，零件不允許有夾層、凹坑等出現(xiàn)，在平面處的厚度為（2.00±0.04）mm。

精沖孔、落料

精沖孔、落料的沖切光亮帶需達(dá)到100%，同樣，精沖時(shí)使用煤油作為潤滑油，以便于后道工序清洗；精沖孔、落料后，零件需要進(jìn)行去應(yīng)力處理，溫度在（235±5）℃，保溫時(shí)間是100min。

機(jī)加工（數(shù)控加工中心機(jī)床）

采用高精度的數(shù)控加工中心進(jìn)行精銑加工，得到成品磁盤架零件，滿足各項(xiàng)技術(shù)要求。在數(shù)控精銑加工時(shí)，加工的刀具須采用雙層刀組同時(shí)切削，推薦使用陶瓷刀片加工，效果更好，壽命更長。

結(jié)束語

通過對磁盤架的工藝分析，結(jié)合投入與產(chǎn)出的實(shí)際條件情況，采用“精沖→鐓壓成形→機(jī)加工”相結(jié)合的成形工藝方法加工磁盤架零件，達(dá)到了零件的技術(shù)要求，具有投入低、效率高、操作安全、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的特點(diǎn)。該方法還可應(yīng)用于其他高精密件的設(shè)計(jì)、制造中，能夠創(chuàng)造更高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。