浅谈电脑硬盘中磁盘架的成形与精冲

文/王祖华·武汉华夏精冲技术有限公司

浅谈电脑硬盘中磁盘架的成形与精冲

文/王祖华·武汉华夏精冲技术有限公司

王祖华，工程师，华夏精冲公司副总经理兼总工程师，从事精密模具的设计与制造、维修等工作十多年；对全自动液压精冲机、厚板精冲工艺及成型技术有一定的研究；主持并参与的一冶集团的项目中，获得2项三等奖，1项二等奖；参与一项省级科技项目并通过验收，拥有5项专利。

磁盘架（图1）是电脑硬盘零部件中重要的功能性零件，种类繁多，通常是由铝质或塑胶材料制成。为了降低硬碟内产生的热量，实际应用中以铝质零件为主。磁盘架的作用是减少空气的波动和噪音，降低音圈马达运转的阻力，确保并提升盘片运转的平稳性和可靠性，因此它是形状复杂的零件，对厚度公差、形位公差、表面粗糙度等都有较高的要求，局部锥度的加工难度大。

图1 电脑硬盘磁盘架

传统的加工磁盘架的方法是，采用机加工和拉延成形棒料锯切后镦形加工法，但效率低、原材料利用率低、成本高，且加工过程中零件产生内应力而导致变形、断口凸起、锯切屑粘连等原因，质量难保证，不适合大批量生产。因此开发一种合适的工艺生产磁盘架零件显得十分重要。

磁盘架的具体技术要求和材料选择

技术要求

以图2所示零件为例，磁盘架的技术指标要求为：尺寸厚度公差为±0.0125mm；平行度为0.025 mm；轮廓度为0.04 mm；表面粗糙度Ra为0.2μm；局部细节处存在3D立体成形锥度。

图2 磁盘架零件图

由此可见，它是一个形状复杂、精度很高、制造较难的零件。

材料选择

材料选用铝镁合金Al6061-T6（属Al-Mg-Si系合金），其主要性能为：抗拉强度σb≥195MPa；屈服强度σs≥56MPa；延伸率δ5≥25%；弹性系数为68.9GPa；泊松比为0.330；料厚S=5.0mm，成品件厚度尺寸S=（4.35±0.015）mm。

材料需做软化退火处理，硬度达到HV40～50。

工艺方案

以图2中所示零件为例，拟采用“精冲+镦压成形+机加工”的综合加工方法来生产，在保证生产质量、效率的同时，节约和降低了成本。其中镦压成形分三次进行，此过程采用一副适合于镦压成形的镦压模具，只需更换对应的成形凸模和成形凹模，实现多次镦压渐进式成形，保证成形形状和精度，降低模具制造成本。其工艺顺序如下：

精冲毛坯件

首先采用单件/模的精冲方法预冲毛坯件。如图3所示，毛坯件的轮廓度在0.1mm以内，冲裁面光亮，冲裁面完好率90%以上。精冲时，用煤油作润滑剂，这样有利于后道工序的清洗，生产效率可达到每分钟80件。精冲排样图如图4所示，步距为42mm。精冲模冲裁间隙单边SP=0.015mm；凹模刃口圆角R取值0.2～0.3mm；凸、凹模材质选用瑞典一胜百ASSAB88，热处理到HRC58～61，并且表面经TiN处理。

图3 精冲毛坯件示意图

图4 精冲落料排样图

冷镦压成形1

在压力作用下，使毛坯件在模具形腔内挤压，而形成局部凸起；材料厚度为5.0mm，局部凸起的厚度是（5.4±0.10）mm，同时将毛坯件的平面面积增大，平面处的厚度（2.75±0.10）mm。

冷镦压模具冲裁间隙单边取值SP=0.05mm，凸模材质选用瑞典一胜百ASSAB88，热处理到HRC58～61，凹模选用瑞典一胜百XW42材料，热处理到HRC55～57，凸、凹模需做DLC表面润滑涂层（具有干式金属润滑膜）处理。生产过程中，每冲压10000次后，凸、凹模件要进行去应力退火处理，温度在（280±5）℃，保温时间是300min，达到提升模具使用寿命的目的，并且确保产品的质量。模具在每次去应力后需检测硬度，当硬度低于原值3HRC后需重新热处理，并进行模具形腔的精加工。

退火

冷镦压成形1后，零件需在热处理炉中进行退火处理，退火工艺如图5所示。目的是消除应力，降低硬度和镦压后的材料硬化，便于下道工序成形，提高材料的塑性。

图5 冷镦压成形1后退火处理工艺示意图

冷镦压成形2

进行镦压成形的第二步，是退火后的粗成形件的局部增厚成形，局部凸起处的厚度由原来的5.3mm增加至5 .5mm，要求零件厚度均匀、平整，大平面处的面积进一步增大，其平面处的厚度在（2.25±0.06）mm。

冷镦压成形3

冷镦压成形3工艺之后，零件不允许有夹层、凹坑等出现，在平面处的厚度为（2.00±0.04）mm。

精冲孔、落料

精冲孔、落料的冲切光亮带需达到100%，同样，精冲时使用煤油作为润滑油，以便于后道工序清洗；精冲孔、落料后，零件需要进行去应力处理，温度在（235±5）℃，保温时间是100min。

机加工（数控加工中心机床）

采用高精度的数控加工中心进行精铣加工，得到成品磁盘架零件，满足各项技术要求。在数控精铣加工时，加工的刀具须采用双层刀组同时切削，推荐使用陶瓷刀片加工，效果更好，寿命更长。

结束语

通过对磁盘架的工艺分析，结合投入与产出的实际条件情况，采用“精冲→镦压成形→机加工”相结合的成形工艺方法加工磁盘架零件，达到了零件的技术要求，具有投入低、效率高、操作安全、标准化程度高的特点。该方法还可应用于其他高精密件的设计、制造中，能够创造更高的社会经济效益。