鋁合金薄板沖壓手機(jī)后殼工程實(shí)例

樂立東

摘? 要：本文主要闡述以降低成本為目的手機(jī)金屬后殼加工藝。通過沖壓厚度為0.8mm鋁合金薄板，然后經(jīng)過納米注塑成型、CNC加工等工藝，完成手機(jī)金屬后殼的制造。

關(guān)鍵詞：CNC-- Computer numerical control數(shù)控機(jī)床;NMT-- Nano Molding Technology，納米成型技術(shù)（納米注塑）;手機(jī)后殼;鋁合金薄板;縫隙天線槽;納米處理;高光;沖壓

引言：

由于鋁合金密度小，導(dǎo)熱性能好，并能通過陽極氧化和著色，從而獲得豐富的外觀色彩。陽極氧化在鋁合金表面形成一層致密牢固的三氧化二鋁https：//www.baidu.com/s？wd=AL2O3&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao保護(hù)膜，使其有良好的耐腐蝕性能。鋁合金的這些固有特性，使其在手機(jī)金屬后殼中得到大量應(yīng)用。

由于射頻信號(hào)無法穿透金屬，需要對(duì)全金屬手機(jī)電池后殼進(jìn)行加工處理。常用的方法是對(duì)金屬邊框進(jìn)行開槽，使天線信號(hào)不會(huì)被金屬完全阻隔，就是通常所說的縫隙天線槽。通過在縫隙天線槽位置注塑塑膠，把并把切斷的各段金屬連接起來。為使金屬和塑膠連接牢靠，一般采用納米注塑成型。

全金屬機(jī)身的手機(jī)，其金屬（鋁合金）后殼是通常是這樣加工的。把一長(zhǎng)方體的鋁合金型材，通過CNC加工成一定形狀的胚料，然后把這個(gè)鋁合金胚料進(jìn)行納米注塑成型。再通過CNC加工成手機(jī)所需要的形狀和結(jié)構(gòu)。此類加工方式，手機(jī)后殼的外觀面和內(nèi)腔面都要CNC加工，不僅浪費(fèi)很多鋁型材原料，需要很多CNC機(jī)臺(tái)，而且CNC加工工時(shí)很長(zhǎng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)料，成本高。

目前行業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)的加工方式，大致如下：

鋁擠壓材來料→ CNC加工注塑前特征 → 納米處理 → 注塑 → CNC加工外觀面、內(nèi)腔特征及側(cè)孔 → 研磨、拋光、噴砂 → 陽極1次 → CNC加工高亮光邊 → 陽極2次 → 鐳雕導(dǎo)電位等后工序 →手機(jī)后殼成品

正文：

以VIVO公司X7型號(hào)手機(jī)為例，介紹用0.8mm厚度的鋁合金薄板作為原材料，制作手機(jī)金屬后殼的工藝過程。此方案的手機(jī)后殼外觀面只稍作少許CNC加工。同時(shí)通過合理的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使手機(jī)后蓋內(nèi)腔面的所有特征全部通過塑膠模具成型而成，內(nèi)腔特征全部都不用CNC加工。此方式節(jié)省CNC工時(shí)和材料，成本低，但制造工藝要求高，技術(shù)難度較大。

一、規(guī)范結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

手機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要符合薄板沖壓工藝，以電池蓋為例。

1、電路和天線的接地、饋點(diǎn)都要求直接接觸手機(jī)后殼的鋁合金內(nèi)壁。所以電池蓋鋁合金不要存在內(nèi)凸特征。這種設(shè)計(jì)用鋁合金型材為原材料CNC加工是可行的，但在沖壓鋁合金薄板成型手機(jī)后殼的方案中則無法實(shí)現(xiàn)的。要通過選擇高度更高的彈片，替代鋁合金凸起來保證接觸可靠。重要的接觸位置也可以在鋁合金表面焊接鍍金銅箔或鍍金不銹鋼片。焊接可以是激光焊接或者超聲波焊接。

2、電池蓋根部要求有個(gè)倒圓角R，以符合沖壓工藝。通常R要求大于1mm。

二、材料的選擇。

1、為更好表現(xiàn)手機(jī)后蓋陽極后的外觀效果，鋁合金選用韓國(guó)NOVELIS鋁業(yè)出品的厚度0.8mm 的5252#板材。鋁合金的線性熱膨脹系數(shù)約2.360×10^-5/℃。

2、選用收縮率和鋁合金線性熱膨脹系數(shù)比較接近的塑膠材料，以減小因塑膠收縮而導(dǎo)致的成品變形。日本東麗公司的PBT 4107G-X01。此物料含有40%玻璃纖維，收縮率在0.1～0.4%之間。

三、有限元分析結(jié)果

比較以薄板沖壓和型材方式加工出的零件強(qiáng)度情況。方法是：用相同的手機(jī)零件，裝配成一個(gè)完整手機(jī)，比較二者差異。在薄板沒有辦法成型，即產(chǎn)品料厚超過鋁合金薄板壁厚的地方，用塑膠替代鋁材。

1、三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)：在整機(jī)中間單次壓300N的力，比較整機(jī)中間位置的最大下壓位移，不考慮回彈;下壓位移越大，說明彎曲剛度越小。

2、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)。固定手機(jī)一端，另一端施加2N.m的扭矩。扭曲角越小，說明扭轉(zhuǎn)剛性越好。

3、CAE分析數(shù)據(jù)如下：彎曲剛度，用型材CNC加工的手機(jī)蓋要好一些。扭曲剛度，用薄板沖壓的電池蓋稍好一點(diǎn)。

類型??? 整機(jī)設(shè)計(jì)尺寸??? 壓300N壓頭下壓距離（3點(diǎn)彎曲試驗(yàn)）? 施加2Nm扭矩轉(zhuǎn)角（扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)）

長(zhǎng)? 寬? 厚? 壓觸屏面（mm）? 壓電池蓋面（mm）??? 扭轉(zhuǎn)角度（°）

型材??? 147 71.6??? 7.24??? 1.11??? 1.39??? 1.80

薄板??? 147 71.6??? 7.24??? 1.23??? 1.55??? 1.70

四、主要制造工藝流程。

1.沖壓，主要包括如下工序：

開料→拉伸→整形→脹形→側(cè)切→半沖縫隙天線槽→整形→沖孔

設(shè)計(jì)上，脹形之后的金屬外觀面比產(chǎn)品外觀厚了0.2，即預(yù)留了0.2的加工和打磨余量。留有加工余量是為了提高產(chǎn)品的外觀良率，避免制造過程中的外觀壓傷、劃傷造成的最終成品不良。用石蠟或者液體脹形，可以提高沖壓精度，成型更加復(fù)雜的曲面。

2.CNC 1次（加工縫隙天線槽和耳機(jī)孔）→納米處理

為增強(qiáng)塑膠的流動(dòng)性，在縫隙天線槽的金屬連料位置，可以增加直徑1.2的孔。

結(jié)論：

采用0.8mm厚度的鋁合金薄板沖壓成型全金屬電池蓋，可以減少CNC裝夾4次。節(jié)省CNC加工工時(shí)約22分鐘。有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。強(qiáng)度方面和型材全CNC加工制造的金屬后殼相當(dāng)，各項(xiàng)測(cè)試滿足手機(jī)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]? 潘復(fù)生.鋁合金及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社2007，28（2）：23-24

[2]? 劉斌，陳昌乾，張步進(jìn).金屬與塑料一體化的納米成型技術(shù)與應(yīng)用 模具工業(yè)[J] 2015 第41卷第7期

[3]? 謝守德，王長(zhǎng)明，韓進(jìn)，劉秀強(qiáng)，周國(guó)榮.鋁材納米成型技術(shù)與應(yīng)用模具工業(yè)[J] 2016 第42卷第8期