用于點膠成形技術的復雜型腔平面度工藝研究

摘 要：復雜型腔在加工成形過程中容易產生內應力，導致零件的平面度嚴重超差，從而引起無法在型腔表面進行點膠成形導電橡膠工藝的問題。針對點膠成形技術，作者進行了一系列工藝試驗分析。最終試驗得到有效的加工工藝流程，有效的改善復雜型腔的平面度，使其滿足點膠成形導電橡膠技術的使用要求。

關鍵詞：復雜型腔；平面度；退火校形；點膠成形技術

引言

隨著自動化產業的發展，點膠成形導電橡膠工藝因其獨特的使用方式、自動化程度高、高屏蔽性能和較低生產的成本，使其在空間體積小、復雜結構腔體中應用越來越多。由于腔體在加工成形后平面度嚴重超差，引起點膠針頭與導電橡膠成形面之間的高度改變，從而影響導電橡膠的外形尺寸。因此解決復雜型腔加工后平面度問題成為實施點膠成形導電橡膠工藝的關鍵。文章從實際加工工藝角度出發，試驗分析不同工藝流程對平面度的影響，進而得到有效的加工工藝流程，滿足了點膠成形導電橡膠工藝的使用要求。

1 復雜型腔平面度問題分析

復雜型腔的使用材料一般為冷軋制鋁板其牌號為6061-T651，由鋁合金牌號6061和熱處理狀態T651組成，T651代表的意思是：T6-固溶處理后人工時效；Tx51-為消除固溶處理后的殘余應力進行拉伸處理，板材有0.5%～3%的永久變形，X代表3、4、6或8，如T351、T651、T851，拉伸消除應力后不做任何矯正時效。其成分如表1所示。

復雜型腔在加工過程中由于去除表面硬化層產生內應力、加工內腔體過程中產生的加工內應力和裝夾內應力，導致加工后復雜腔體的平面度嚴重超差。傳統復雜型腔裝配是使用導電橡膠條進行電磁屏蔽密封，通過螺釘緊固后腔體自然整平，通過自然時效后內應力會逐漸消退。但如果復雜腔體進行點膠成形導電橡膠工藝，加工后平面度必須滿足后續工藝使用要求。

加工后復雜型腔由于內應力不均勻而產生變形，從而導致平面度不能滿足后續工序要求。

引起內應力不均的主要原因有如下三個：

（1）6061-T651屬于冷軋制鋁板，表面有一層硬化層，材料未加工之前處于應力平衡狀態，在加工過程中，由于硬化層被去除，導致材料內部應力不均（如圖1所示）。

（2）另一個主要原因可能是復雜腔體材料切削去除量較大，導致腔體與腔體之間產生復雜應力。

（3）腔體在裝夾過程中產生的裝夾應力。

2 擬定工藝試驗方案

依照上述原因，分析引起復雜腔體平面度問題的主要原因可能是內應力分布不均，解決這一問題常用的方法為去應力退火，而解決由內應力引起變形的問題常用模具退火校形，零件在模具的限制下，通過退火得到一個平衡的內應力，從而達到校形目的。

根據點膠工藝選用復雜腔體如圖2所示，厚度為5.8mm，腔深4.3mm，圓柱凸臺高為0.5mm，筋寬為3mm。依據上述原因對策分析及以往復雜腔體加工經驗擬定如下四種加工工藝流程進行試驗：

（1）采用螺裝工藝裝夾毛坯，銑表面余量，保證屏蔽盒厚度尺寸——銑凸臺——銑型腔——銑孔位——銑外形落料。在此加工工藝中毛坯背面不加工。

（2）采用螺裝工藝裝夾毛坯，銑表面余量0.5mm，反面裝夾，依然采用螺裝工藝裝夾，銑表面余量保證厚度尺寸——銑凸臺——銑型腔——銑孔位——銑外形落料。

（3）下料后，對毛坯進行去應力退火，退火參數為升溫30min至180℃后保溫2.5h，空氣冷卻。然后加工方法與方案1一致。

（4）對采用方案1加工后的復雜腔體進行去應力退火整形。退火工藝為：采用45#鋼板制作工裝將零件裝夾在中間，四周用螺栓夾緊，升溫30min至300℃后保溫2.5～3h，空冷。

3 工藝試驗結果及分析

使用三坐標測量分析儀對上述4種不同加工工藝流程的零件進行平面度測量，結果如表2所示。通過表2可以發現方案1平面度最差，而方案2和3平面度相對較好，但仍不能滿足點膠成形導電橡膠工藝使用要求，這說明去除表面硬化層和加工前對材料進行去應力退火，對于改善平面度是有一定作用的。

為對比方案4中退火整形對平面度的影響，先對試驗件進行檢測后，再進行退火整形處理，然后再次測量平面度，對比其效果。測量后得到復雜型腔平面度如表3所示。

通過表3得知整形退火后的平面與加工工藝方案2、3的結果相差不大，同樣未達到點膠成形工藝的使用要求。通過查閱資料和分析得知，引起上述問題的原因可能是由于冷卻方法不得當造成的，要盡可能延長冷卻時間，讓零件內應力得到更好的釋放，從而達到所期望的內應力平衡狀態，達到整平的效果。

在后續試驗中，改進了退火工藝參數，將空冷改為隨爐冷卻，12h后取出。對方案1中三個試樣進行上述參數試驗后得到復雜腔體平面度如表4所示。

由表4看出改善退火工藝參數后，復雜腔體平面度有了顯著的改善，較之前的退火處理也有了較大的改善，說明延長退火冷卻時間對復雜型腔整平有著關鍵作用。

但是考慮到實際生產過程中復雜腔體的多樣性，尤其對于背面有臺階的復雜腔體，如果每套復雜腔體制作相應配套夾具，會嚴重增加加工成本以及降低加工效率。針對上述問題，根據點膠復雜型腔的特點——兩個型腔對應配套使用，制作配套模板（如圖3所示）夾在兩復雜腔體中間，然后用M2.5螺釘緊固，緊固時用力矩扳手，力矩大小為2.5N·m。將“裝配”好的復雜腔體放入真空爐，進行退火處理，退火工藝參數同上，測量得到平面度結果如表5所示。

通過表5對比表4可以看出，采用復雜型腔配對裝配后退火整平的方法相比使用夾具退火整平的方法有一定差異，前者可以得到平面度小于0.2mm復雜型腔，已能夠滿足點膠成形導電橡膠工藝的使用要求。

4 結束語

針對點膠成形提出復雜型腔平面度問題，作者結合以往加工經驗，對其進行了加工工藝試驗，整形試驗。通過試驗結果我們得知：

（1）根據復雜腔體制作夾具，進行退火熱處理整形可以顯著改善其平面度，退火處理的關鍵是保溫后零件冷卻速度。根據其使用特點配對螺釘裝配后退火整平的工藝方法，可針對復雜型腔種類多，外形復雜的特點，節約生產成本，提高生產效率。

（2）從加工的角度看，對于6061-T651型號鋁合金，表面具有硬化層，從表2也可以看出，兩面去除表面余量的加工方法相比單面加工的平面度是有優勢的。也就是說，從加工方法出發，仍有改善的余地。

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作者簡介：曾慶軍（1988-），男，助理工程師，主要從事整機工藝設計研發工作。