手機金屬部件設(shè)計及制造工藝

1、手機金屬部件設(shè)計及制造工藝1.1 前言金屬部件在手機結(jié)構(gòu)設(shè)計中發(fā)揮越來越大的作用. 某些手機的翻蓋上殼采用的是鋁合金沖壓成形再進行陽極氧化的制造工藝而翻蓋下殼則是采用鎂合金射鑄工藝成型，由于金屬的強度較高，因此可以實現(xiàn)塑件無法實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。本章將介紹目前手機中常用的金屬部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其制造工藝。1.2 鎂合金成型工藝在手機結(jié)構(gòu)件中，鎂合金由于其重量輕，強度高等特點已大量的被采用。鎂合金零件目前主要采用壓鑄(die-casting) 和半固態(tài)射鑄法(thixomolding) 進行生產(chǎn)。本節(jié)主要介紹鎂合金壓鑄工藝和半固態(tài)射鑄工藝特點及設(shè)計注意事項。1.2.1 鎂合金壓鑄工藝壓鑄機通常分為熱室(h

2、ot-chamber )的與冷室的(cold-chamber )兩類。前者的優(yōu)點是：模具中積流的殘料少，鑄件表面平整，內(nèi)部氣孔、疏松少，但設(shè)備維護費較高。鎂合金熔體對鋼的浸蝕并不特別嚴重，因此，除采用熱室壓鑄機制造零部件外，也可選用冷室壓鑄機。通常，可根據(jù)零部件大小與鑄件特性來選擇壓鑄工藝。如鑄造大的與較大的汽車零件；若壓鑄機的壓力較小，則只好用冷室壓鑄；若壓鑄機較多，大中小結(jié)構(gòu)搭配合理，還是宜選用熱室壓鑄法。而鑄造輕薄的3c (筆記本電腦,照相機，攝像機)機殼零部件與自動控制閥的細小零件，則可選熱室壓鑄工藝，因其壓鑄速度快，成品率也較高(此處成品率=鑄件質(zhì)量 /所消耗的熔體質(zhì)量)。1.2.2

3、 鎂合金半固態(tài)射鑄工藝半固態(tài)射鑄是美國道化學(xué)公司(Dow chemical co.0) 開發(fā)的一種高新技術(shù)，在工業(yè)發(fā)達國家是一項成熟的工藝，在我國臺灣省此項技術(shù)已趨于成熟。我國此項技術(shù)已經(jīng)開始進入生產(chǎn)階段，但是模具國內(nèi)仍然無法自主設(shè)計和開發(fā)。它的制造原理是將鎂合金粒料吸入料管中，加熱的同時通過螺桿的高速運轉(zhuǎn)產(chǎn)生觸變現(xiàn)象，射出時以層流的方式充填模具，形成結(jié)構(gòu)致密的產(chǎn)品。鎂合金半固態(tài)射鑄法的優(yōu)點是：1. 零件表面質(zhì)量高，低氣孔率，高致密性，抗腐蝕性能優(yōu)良；2. 可鑄造壁厚薄達0.70.8mm的輕薄件，尺寸精度高，穩(wěn)定性好；3. 強度高，剛性好；4. 不需要熔煉爐，不但安全性高、勞動環(huán)境好而且不產(chǎn)生

4、熱公害；5. 不使用對臭氧層有嚴重破壞作用的六氟化硫氣體，不會形成重金屬殘渣污染；6. 鑄件收縮量??；7. 鑄件的表面良品率高，可達50或更高些，此處所說的良品是壓鑄工序無表面缺陷的。一般壓鑄工序的良品率還不到35，有一部分存在表面缺陷的次品還可在修補后轉(zhuǎn)入下道工序。半固態(tài)射鑄技術(shù)的主要不足之處是：1. 裝備昂貴；2. 維護較困難, 機械與控制設(shè)備故障率較高，維修費用多，比壓鑄法的高50左右，產(chǎn)品成本較高；3. 原料價格也較高，約比壓鑄法的高20，因壓鑄法用的是鎂錠，而半固態(tài)射鑄法用的是經(jīng)過加工的鎂粒；4. 鑄件生產(chǎn)周期長，為普通壓鑄法的23倍；5. 產(chǎn)能方面，例如：一臺220 噸的鎂合金射鑄

5、機一模一穴一個月能生產(chǎn)約60000pcs。一般的鎂合金件加工工藝如下： 射出-沖切-拋光-一次檢查-振動研磨fmachining -機械加工-手工加工-一次加工檢查-皮膜化成-涂裝-涂裝檢查-最終檢查-出貨1.2.3 鎂合金半固態(tài)射鑄工藝設(shè)計注意事項1、 由于鎂合金在成型時模具壓力大，對模具的強度要求高，所以鎂合金在作為殼件設(shè)計時不要使用內(nèi)抽芯。2、鎂合金在作為外殼設(shè)計時，殼件厚度一般大于0.8mm,局部厚度可以在 0.5mm,不能小于0.3mm3 、 鎂合金在作為翻蓋設(shè)計時需要裝配轉(zhuǎn)軸，當轉(zhuǎn)軸孔的撥模角太大時和轉(zhuǎn)軸的配合不好，當轉(zhuǎn)軸孔的撥模角太小時，鎂合金的模具行位不易成型，采用下圖的設(shè)計方

6、案比較理想，在轉(zhuǎn)軸孔的平行兩側(cè)加四個筋位，這種方案即可保證孔的撥模角又可保證轉(zhuǎn)軸的配合松緊度。4 、由于鎂合金的剛度比塑料大，不易變形，所以同是鎂合金的殼件不能使用卡扣連接，多使用螺釘連 接。鎂合金和塑膠殼之間可以使用卡扣連接，卡扣的配合尺寸要比膠殼之間的配合尺寸小，避免造成裝配和拆卸的困難和損壞。1.3 鈦及鈦合金的特性和用途純鈦是銀白色的金屬，它具有許多優(yōu)良性能。鈦的密度為4.54g cm3， 比鋼輕 43% ， 比久負盛名的輕金屬鎂稍重一些。機械強度卻與鋼相差不多，比鋁大兩倍，比鎂大五倍。鈦耐高溫，熔點1942K， 比黃金高近1000K ，比鋼高近500K。鈦屬于化學(xué)性質(zhì)比較活潑的金屬。

7、加熱時能與02、N2 H2、S和鹵素等非金屬作用。但在常溫下，鈦表面易生成一層極薄的致密的氧化物保護膜，可以抵抗強酸甚至王水的作用，表現(xiàn)出強的抗腐蝕性。因此，一般金屬在酸、堿、鹽的溶液中變得千瘡百孔而鈦卻安然無恙。液態(tài)鈦幾乎能溶解所有的金屬，因此可以和多種金屬形成合金。鈦加入鋼中制得的鈦鋼堅韌而富有彈性。鈦與金屬Al 、 Sb、 Be、 Cr、 Fe 等生成填隙式化合物或金屬間化合物。鈦合金制成飛機比其它金屬制成同樣重的飛機多載旅客100 多人。制成的潛艇，既能抗海水腐蝕，又能抗深層壓力，其下潛深度比不銹鋼潛艇增加80%。同時，鈦無磁性，不會被水雷發(fā)現(xiàn)，具有很好的反監(jiān)護作用。釩具有“親生物”性

8、。在人體內(nèi)，能抵抗分泌物的腐蝕且無毒，對任何殺菌方法都適應(yīng)。因此被廣泛用于制醫(yī)療器械，制人造髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、脅關(guān)節(jié)、頭蓋骨，主動心瓣、骨骼固定夾。當新的肌肉纖維環(huán)包在這些“鈦骨”上時，這些鈦骨就開始維系著人體的正?；顒?。鈦在人體中分布廣泛，正常人體中的含量為每70kg體重不超過15mg,其作用尚不清楚。但鈦能刺激吞噬細胞，使免疫力增強這一作用已被證實。由于鈦合金有很強的金屬感和很高的強度，目前在手機上的應(yīng)用也越來越多。1.4 金屬屏蔽蓋設(shè)計與制造工藝金屬屏蔽蓋薄型結(jié)構(gòu)件一般都采用箔材沖壓成形。作為結(jié)構(gòu)件，屏蔽蓋必須保證具有一定的外形尺寸精度要求，并且要按照薄壁沖壓件的特點進行設(shè)計。作為

9、屏蔽件，它與電磁場及其頻率有關(guān)，必須保證一定的電磁性能要求。在 SMTfi裝方面，屏蔽蓋是作為一個器件（SMD來完成焊接工作的。在設(shè)計屏蔽蓋時，必須同時考慮其結(jié)構(gòu)工藝、電氣性能和組裝焊接性能等多方面的技術(shù)問題。1.4.1 屏蔽蓋材料表 5-1 常用屏蔽蓋材料材料特點 鍍錫鐵皮（馬口鐵） 價廉，但切口處露鐵，易生銹，且切口處難焊接鐵箔沖形后鍍錫 價格較低，但增加電鍍工序鍍錫黃銅價格一般，較易焊接鋅合金（鎳白銅）價格較高，易焊接，不需表面處理不銹鋼價格一般，外觀光亮，但不可焊接，只可用作上蓋1.4.2 設(shè)計要求設(shè)計屏蔽盒時應(yīng)注意以下幾點：1 . 屏蔽盒的孔主要用來散熱和減輕重量。最大允許孔徑與電磁

10、波頻率有關(guān)。按手機的頻率計算，孔徑應(yīng)不大于 （）3mm2 .屏蔽盒的長、寬尺寸公差一般為土 0.10;高度公差為 0.08;平面度誤差0.10。大于35mm寸公差值應(yīng)再加0.05mm。3 .材料的厚度一般為 0.130.2ms4 .SMT 吸盤尺寸應(yīng)大于6mm。5 .二件式屏蔽盒的上蓋底面應(yīng)高出下蓋底面最少0.5mm,以免SMT焊接時將上蓋也焊死。6 .需焊接的底面建議沖成鋸齒形，齒間距小于3mm以使能更好的焊接。7 .最小沖切縫隙為0.81mm8 . 上蓋尺寸應(yīng)比下框單邊大0.1mm。9 . 凹坑與凸起點的作用：一是觸點要導(dǎo)電接通；二是鎖扣將二件扣住。其結(jié)合要保證既壓緊又易取。跌落試驗時，不

11、得脫離。結(jié)合力一般為 2050N。10 . 最合理的材料選擇為：鎳白銅底不銹鋼蓋。1.5 天線螺母設(shè)計要點手機天線螺母由于結(jié)構(gòu)加工工藝的不同，可分為：熱壓型螺母、擠壓型材型螺母、金屬壓鑄型螺母和薄板沖壓型螺母等。1.5.1 熱壓型天線螺母熱壓天線螺母的結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，應(yīng)用較為普遍。這種螺母一般不進行表面處理，必要時可鍍金（D?Ni4Au0.2）或鍍饃 D?Ni5。主要由自動車床完成切削加工。生產(chǎn)熱壓螺母的廠家均可生產(chǎn)熱壓天線螺母。常用的天線螺母規(guī)格有：M4 M5 M6等細牙螺紋；螺母材料：黃銅H59 或 CuZn38Pb2；塑膠壓合量一般為 0.60.7mm （塑膠孔徑向差）；螺母抗拉力約

12、為2000N。目前，科健公司沒有制定關(guān)于熱壓天線螺母的技術(shù)參數(shù)的檢測標準。有關(guān)技術(shù)參數(shù)的確定請參照P.S.M和BOLLHOF段計指導(dǎo)文件。1.5.2 擠壓形材型天線螺母將銅棒在拉模內(nèi)拉出具有天線螺母外形的銅條，然后在自動車床上完成天線螺母的全部加工。由于結(jié)構(gòu)工藝簡單，容易保證質(zhì)量，此類型天線螺母應(yīng)用非常普遍。設(shè)計中有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：形材材料：黃銅H59配合尺寸公差：（單位：mm）擰入端單面倒角：0.5X45表面處理：D?Ni4 Au0.2配合表面粗糙度：3.21.5.3 金屬壓鑄型天線螺母金屬壓鑄工藝適于大批量生產(chǎn)的復(fù)雜形結(jié)構(gòu)件。精密的壓鑄模具價格較高。螺母材料：鑄造鋅合金表面處理：D?Ni5

13、 或 D?Ni4 Au0.21.5.4 沖壓天線螺母用銅帶沖壓成形。螺紋部分由無切削擠壓加工完成。沖擠成形工藝簡單、成本低。螺母材料：黃銅H59表面處理：D?Ni4 Au0.2 或化學(xué)鈍化1.6 彈片設(shè)計要點手機中的彈片主要有天線彈片、電池彈片、SIM 卡彈片連接的卡片等。1.6.1 冷軋?zhí)妓劁搹椘衫滠埆@得彈性。彈性好、成本低，需表面鍍覆。進行防銹處理。如鍍錫、鎘、鋅。主要用于要求彈力大、不需導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)件。1.6.2 不銹鋼彈片主要材料有SUS303、 SUS304、 1Cr18Ni9Ti 等。彈性均由冷軋獲得，不需表面處理。主要用于彈力要求不大，而對外觀及防銹蝕要求較高的彈性零件。1.6.

14、3 磷青銅彈片不能通過熱處理來改善彈性，均采用冷軋磷青銅帶制作彈片，表面可鍍金、銀、鎳等成本較低，可用于 導(dǎo)電彈片。1.6.4 鈹青銅彈片主要特點是可通過熱處理提高硬度和彈性。材料在低彈性下成形，其形狀和尺寸更為準確、精密。經(jīng)回火（時效處理）后可獲得較大彈性。表面可進行電鍍金、銀、鎳、鎘等處理。工藝復(fù)雜、價格較貴，常用于要 求彈性較大而穩(wěn)定的天線彈片、電池彈片等處。1.7 螺釘、螺母及彈簧設(shè)計要點1.7.1 螺釘手機常用螺釘主要有3 種：M1.6、 M1.4 及自攻螺絲。螺釘生產(chǎn)自動化程度很高，一般工序如下：由盤狀鋼絲在自動機上沖螺釘頭、切斷f滾絲機上滾絲f熱處理f表面處理f包裝1.7.1.1

15、 螺釘用材料手機常用螺釘材料如下：1 .低碳鋼：一般用于較大尺寸的螺釘（ M2以上），可不進行熱處理。2 .中碳鋼：小螺釘需要有一定強度。一般采用中碳鋼加熱處理強化提高硬度（HRC40- 45）。3 . 不銹鋼：耐腐蝕、不需表面處理。但一般不銹鋼均無磁性，不能用帶磁性螺絲刀進行裝配。1.7.1.2 螺釘?shù)谋砻嫣幚礓撝坡葆敱仨氝M行表面處理以防腐蝕，根據(jù)需要可能選擇不同顏色和不同的金屬鍍層。常用的種類如下：1 . 黑色氧化：螺釘呈黑色。成本低，但易腐蝕、需油封。2 .鍍黑鋅：D?Zn5表面呈黑色。鍍層厚度 5 d應(yīng)用較普遍。3 .鍍黑饃：D?Ni5 （黑）。常用于精密機械。4 . 鍍鎳： D?Ni

16、5 表面呈銀色。通常較多采用。5 .鍍彩鋅：D?Zn5彩色鈍化。常用于較大螺釘。6 .鍍金：D?Ni4Au0.2,表面呈金色。用于高檔機。7 .7.1.3 超薄頭螺釘在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，往往由于厚度的原因需要薄頭螺釘。一般小螺釘頭的厚度大約是0.60.8ms最近由日本OS8司開發(fā)研制的超小型精密螺釘?shù)念^部，厚度僅有0.2mmo目前，它在手機、手表、相機以及 PDAVC*諸多領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。1.7.2 熱壓螺母1.7.2.1 螺母壓入膠殼后的強度指標科健公司提出關(guān)于M1.6 螺母熱壓后的固定強度指標是：拉力：125N扭矩：25N?cm1.7.2.2 螺母生產(chǎn)廠家BOLLHOFF質(zhì)量好、價格高

17、。螺母材料：青銅CuZn38Pb2P.S.M ：質(zhì)量較高、價格較低。材料：黃銅（B）國內(nèi)廠家：國內(nèi)生產(chǎn)廠家較多，但質(zhì)量較差（主要是外圓滾花較差），價格低，多數(shù)扭矩指標低。螺母材料：黃銅H59。1.7.2.3 熱壓螺母工藝方法熱壓質(zhì)量較好，已有專用熱壓設(shè)備，設(shè)備價格低。不建議采用超聲壓接，超聲壓接設(shè)備很貴。1.7.3 彈簧1.7.3.1 螺旋彈簧加工工藝螺旋彈簧一般采用冷拉鋼絲，在專用的無心繞制設(shè)備上，經(jīng)校直鋼絲并調(diào)整好直徑、螺距、圈數(shù)以及拼扣等彈簧參數(shù)要求全自動化完成。根據(jù)材料狀態(tài)的不同以及對彈性性能要求的不同應(yīng)有不同的工藝安排。如果彈簧材料選為軟狀態(tài)（如退火狀態(tài)）時，必須在繞制后安排淬火及回

18、火熱處理工序。一般用大形或精密彈簧，如選擇硬狀態(tài)材料時，繞制后只需回火處理。一般用于小形的或?qū)αεc變形關(guān)系要求不嚴格的彈簧。淬火的目的是提高硬度、增加彈性。回火的目的是穩(wěn)定尺寸、穩(wěn)定彈性。螺旋彈簧加工的全過程大致如下：彈簧繞制-清洗除油-（淬火）回火-表面處理-檢測（包括外形尺寸和彈性性能參數(shù)測量）1.7.3.2 彈簧材料的選擇彈簧材料一般都選擇具有較高彈性極限的彈簧鋼材。如碳素彈簧鋼絲、冷拉碳素彈簧鋼絲、合金鋼絲等。對于一些對彈性要求不是十分嚴格的小形彈簧，為了既能防銹蝕又要避開易造成污染的電鍍工藝，經(jīng)常選擇冷拉不銹鋼絲材料。1.7.3.3 手機用彈簧設(shè)計1. 彈簧外形尺寸一般卡扣彈簧的外形尺寸經(jīng)常是由結(jié)構(gòu)所限制被確定的，如彈簧外徑、工作長度等。而鋼絲直徑及彈簧圈數(shù)等參數(shù)則必須由設(shè)計者根據(jù)彈簧的剛度性能要求進行計算（或試驗）來確定。2. 彈簧剛度裝機時，彈簧在正常位置時