手機殼制作工藝

1、 第二屆“材料成型工藝創(chuàng)意工藝”競賽 作品名稱：半固態(tài)手機殼成型工藝負責(zé)人：趙兵專業(yè)：材料科學(xué)與工程所在年級：2014級所在學(xué)校：東北大學(xué)聯(lián)系電話：申請日期：摘要 本文介紹以手機后殼為研究對象基于產(chǎn)品研發(fā)的一般流程制定了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝方案設(shè)計、模具設(shè)計的技術(shù)路線以及產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)控。借助畫圖軟件CATIA對手機殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計并對模具造型、加工工藝等進行設(shè)計。首先介紹國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、未來發(fā)展趨勢以及現(xiàn)有的加工工藝，其次重點介紹圍繞現(xiàn)代新型手機后殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具設(shè)計等，針對手機后殼的特點確定加工材料，鑄造工藝以及模具分型面，脫模機構(gòu) 。現(xiàn)今手機后殼設(shè)計較為單一，成型工藝較多以冷加工沖壓生產(chǎn)，制備

2、材料等現(xiàn)多出處于研究階段。通過本次設(shè)計對手機殼的生產(chǎn)過程有了較好的了解。關(guān)鍵詞：手機后殼；模具設(shè)計；鎂合金；結(jié)構(gòu)設(shè)計1.引言堅持可持續(xù)發(fā)展是我國基本政策和路線，環(huán)保節(jié)能、性能優(yōu)越將是今后研究產(chǎn)品的發(fā)展方向。隨著科技的發(fā)展，手機已成為日常生活中不可或缺的一部分，手機市場競爭激烈，商品琳瑯滿目，消費者對手機性能要求也不斷提升。在挑選手機時除了系統(tǒng)、電池等因素現(xiàn)今較大一部分取決于手機后殼的性能及外觀造型。如今手機市場上，手機后殼制作材料大多有，鋁合金、鎂合金、碳纖維以及陶瓷等，制作工藝包括傳統(tǒng)的沖壓、熱壓、擠壓鑄造等。隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快對手機后殼的制作工藝以及模具設(shè)計有了更高的要求。本文以手機

3、殼作為研究對象一鎂合金AZ31做制備材料。鎂是地殼中儲量較多的金屬元素,在常用結(jié)構(gòu)金屬材料中,其儲量僅次于鋁和鐵。鎂的比重僅為1. 74g/cm3,是鋁的2/3,鈦的2/5,是實用結(jié)構(gòu)金屬材料中比重最低,常溫下比強度最高的金屬材料。此外,由于鎂合金彈性模量較低,具有良好的減震抗噪效果。鎂合金具有良好的導(dǎo)熱性,具有電磁屏蔽性能及可回收性能。鎂合金高的比強度和良好的可回收性能正好滿足環(huán)保節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需求,使其在航空航天、汽車等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景;良好的減震性、導(dǎo)熱性和電磁屏蔽性能,以及良好的外觀,使其適于制造電子產(chǎn)品的外殼,并能有效提高產(chǎn)品的品質(zhì)。目前,鎂合金的壓鑄產(chǎn)品在上述領(lǐng)域已經(jīng)

4、得到了大量的應(yīng)用。對于電子產(chǎn)品外殼用薄殼形件,采用壓鑄工藝制造的產(chǎn)品在質(zhì)量上存在著組織不夠致密、強度低等問題,而應(yīng)用塑性成形技術(shù)正好能有效地避免這些缺點。 手機后殼的模具設(shè)計是保證手機殼的質(zhì)量及尺寸精準(zhǔn)度的關(guān)鍵，本文介紹采用CATIA繪圖軟件進行對手機殼的模具設(shè)計形成三維立體式形狀解決這一設(shè)計難題使得設(shè)計過程簡便快捷、真實可靠。 然而當(dāng)今手機殼的外觀設(shè)計較為單一，作用除了減震防輻射，散熱好等而無其他功能。本文對手機后殼的外觀設(shè)計上有進一步的改進，除了有其不變的功效，另外還增加了一個自帶的手機支架，方便節(jié)儉。 我國在手機生產(chǎn)數(shù)量數(shù)不勝數(shù)，但在質(zhì)量上卻有點差強人意，我國在技術(shù)上處于落后于被動地位，

5、因此需加大對電子產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)力度，研發(fā)出更新更先進的技術(shù)。2.手機殼國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀普通塑料作為最早的手機殼材料，在市面上大多數(shù)的國產(chǎn)手機殼例如華為小米等都是以塑料為主，運用非常廣泛。其他的諸如玻璃材質(zhì)，金屬材料，復(fù)合材料，木制，陶瓷等也一定程度的運用到了手機殼中。 塑料手機殼輕巧容易增加工藝，導(dǎo)熱系性能較好，而且不會干擾信號。國內(nèi)常用于制作手機外殼的材料主要有PC,ABS等幾大類。PC是一種無色透明的無定性熱塑性材料，具有特別好的抗沖擊強度，耐熱，阻燃特點。 然而在成型工藝上，國內(nèi)技術(shù)存在著很大的不足，當(dāng)前用于制造手機外殼的成型工藝有一體成型工藝,沖壓成型工藝，壓鑄成型工

6、藝以及注射成型工藝。其中，運用最廣的一體成型機身工藝不僅費時費力，且存在材料利用率低，嚴(yán)重浪費金屬資源的問題。 2.2國外研究現(xiàn)狀國外的主要手機殼制作廠商與國內(nèi)在選材方面相近，但在某些細節(jié)方面處理的明顯優(yōu)于國內(nèi)。在材料成型工藝方面，部分公司采用了更為先進的壓鑄成型和注射成型，以及半固態(tài)擠壓應(yīng)變成型工藝，是手機外殼具有更致密的內(nèi)部組織，更加防摔抗震減壓。3. 研究意義 手機外殼使手機的一個重要組成部件，好的手機外殼不僅美觀大方，使用舒適，某些具有特殊功能的外殼也能保護手機防水防摔，從另一個意義上來說可以增強手機的性能，保護手機免受意外傷害導(dǎo)致非正常損壞，增加手機的壽命。然而國內(nèi)的手機殼由于工藝方

7、面的某些不足，導(dǎo)致手機殼的性能不能達到預(yù)期，進而影響手機本身的功能。在經(jīng)過我們的改進以后，希望能降低手機的損耗，降低生產(chǎn)成本，提升性能的目的。4.設(shè)計的主要內(nèi)容 產(chǎn)品的開發(fā)，通常經(jīng)過一下幾道程序：產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝方案設(shè)計、模具設(shè)計，產(chǎn)品試樣，對于不合格的情況，則需對模具、工藝方案甚至產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行修改。本文所研究的手機殼制備流程，分為以下幾個步驟:（1）手機殼外形結(jié)構(gòu)設(shè)計：（2）手機殼成型工藝方案確立；（3）手機殼模具設(shè)計；（4）鑄件機械加工、熱處理、性能檢測本次設(shè)計所用的材料是AZ31鎂合金，其兼有密度小、比強度高、剛性佳，其力學(xué)性能接近于鋁合金，但比強度卻是鋁的1.8倍左右；且具有較佳的

8、防震性、耐沖壓性、耐磨損性，優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性；是非磁性金屬，具有良好的電磁屏蔽性抗輻射性；成品外觀具有金屬質(zhì)感，鎂也是環(huán)保型材料且可回收。本文結(jié)合鎂合金的溫?zé)岢尚涡阅芤约俺湟豪畛尚渭夹g(shù)的優(yōu)點，手機后殼的成型技術(shù)采用溫?zé)岢湟簺_壓拉深成形技術(shù)（在液壓過程中氮氣保護防止氧化）,采用較低的沖頭速度,最高5MPa的液壓載荷,在170能一次成功成形底部帶斜面具有較小圓角半徑的鎂合金手機殼，具體成型過程：預(yù)處理加熱金屬至170，施加液壓載荷不高于5MPa較低沖頭速度沖壓，一次成型，脫模后去加工中心機械加工，最后氧化著色。5.手機殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計5.1 手機殼三視圖設(shè)計及尺寸標(biāo)注 (單位：mm)其中，倒角部分是半

9、徑為5mm的圓弧，本結(jié)構(gòu)設(shè)計在手機后蓋上設(shè)計了一個手機自帶的手機支架，這樣不僅省事方便還可以節(jié)約資源；這次結(jié)構(gòu)設(shè)計上在厚度上還堅持著市場上大多數(shù)手機輕薄化的特點，僅有6mm厚；不僅如此在手機尺寸上也稍加變化，現(xiàn)今市場上的手機都趨于大屏幕發(fā)展，從iphone4s 4.7存手機屏幕到oppo手機5.5寸超大屏幕，甚至出現(xiàn)有6寸屏幕，然而越大屏幕的手機越不方便攜帶，尤其對于女性人群，手機太大不易攜帶，在長度上減少了10mm。5.2手機成型及方案設(shè)計鎂合金在常溫下塑形很差，主要原因是鎂密排六方的結(jié)構(gòu)，常溫下可動滑移系很少。加工鎂合金需提高金屬溫度，使其達到鎂最佳成形性能，經(jīng)查閱資料可知鎂在170時，鎂

10、的滑移系最多，成形性能最好。本文結(jié)合鎂合金的溫?zé)岢尚涡阅芤约俺湟豪畛尚渭夹g(shù)的優(yōu)點,設(shè)計一套適用于鎂合金的溫?zé)嵋簤撼尚窝b置。鎂合金充液拉深成形實驗裝置如下圖所示,模具采用均布在凹模內(nèi)部的加熱棒加熱,液室充滿耐高溫流體介質(zhì),與液壓泵連接。手機后殼各條棱邊上，有一個5mm的圓弧，底部還有一個1mm左右的小斜面，這種零件采用常規(guī)的沖壓方式，很難一步到位，精度也很難達到，再進行二次處理時比較困難，且成本較高。實驗坯料選用的是AZ31鎂合金交叉板材。加熱模具到170時，放入坯料，保溫30分鐘左右(在此過程中使用氮氣保護，防止鎂合金被氧化)，在控制沖頭速度在2mm3mm左右，因為速度過快所壓的坯料分散不夠均勻，減緩速度是鎂合金分布更加均勻且鎂自身性質(zhì)塑形較差緩慢加工才有利于手機殼更好的成型。施加液壓小于5MPa，因為在施加更高的壓力時，會改變坯料的拉深厚度且會出現(xiàn)堆積情況；在圓角地方加厚坯料，減緩沖頭沖壓速度至1mm2mm左右，增大液壓壓力但最大不超過5MPa，因為在圓角地方手機后殼容易磨損，因需加強強度也為了防止成型之后的模具出現(xiàn)裂紋；一次成型，自然冷卻脫模，加強表面精度。 然后進行普通機械加工，在加工之前先切出規(guī)定尺寸的手機后殼支架金屬方塊，安裝一個可開合的小連接件（如類似門的合頁或鉸鏈），使手機支架裝在原來且能與手機殼連為一體，在裝配之前加工切開面