铝合金薄板冲压手机后壳工程实例

乐立东

摘  要：本文主要阐述以降低成本为目的手机金属后壳加工艺。通过冲压厚度为0.8mm铝合金薄板，然后经过纳米注塑成型、CNC加工等工艺，完成手机金属后壳的制造。

关键词：CNC-- Computer numerical control数控机床;NMT-- Nano Molding Technology，纳米成型技术（纳米注塑）;手机后壳;铝合金薄板;缝隙天线槽;纳米处理;高光;冲压

引言：

由于铝合金密度小，导热性能好，并能通过阳极氧化和着色，从而获得丰富的外观色彩。阳极氧化在铝合金表面形成一层致密牢固的三氧化二铝https：//www.baidu.com/s？wd=AL2O3&tn=SE_PcZhidaonwhc_ngpagmjz&rsv_dl=gh_pc_zhidao保护膜，使其有良好的耐腐蚀性能。铝合金的这些固有特性，使其在手机金属后壳中得到大量应用。

由于射频信号无法穿透金属，需要对全金属手机电池后壳进行加工处理。常用的方法是对金属边框进行开槽，使天线信号不会被金属完全阻隔，就是通常所说的缝隙天线槽。通过在缝隙天线槽位置注塑塑胶，把并把切断的各段金属连接起来。为使金属和塑胶连接牢靠，一般采用纳米注塑成型。

全金属机身的手机，其金属（铝合金）后壳是通常是这样加工的。把一长方体的铝合金型材，通过CNC加工成一定形状的胚料，然后把这个铝合金胚料进行纳米注塑成型。再通过CNC加工成手机所需要的形状和结构。此类加工方式，手机后壳的外观面和内腔面都要CNC加工，不仅浪费很多铝型材原料，需要很多CNC机台，而且CNC加工工时很长，费时费料，成本高。

目前行业内传统的加工方式，大致如下：

铝挤压材来料→ CNC加工注塑前特征 → 纳米处理 → 注塑 → CNC加工外观面、内腔特征及侧孔 → 研磨、抛光、喷砂 → 阳极1次 → CNC加工高亮光边 → 阳极2次 → 镭雕导电位等后工序 →手机后壳成品

正文：

以VIVO公司X7型號手机为例，介绍用0.8mm厚度的铝合金薄板作为原材料，制作手机金属后壳的工艺过程。此方案的手机后壳外观面只稍作少许CNC加工。同时通过合理的优化结构设计，使手机后盖内腔面的所有特征全部通过塑胶模具成型而成，内腔特征全部都不用CNC加工。此方式节省CNC工时和材料，成本低，但制造工艺要求高，技术难度较大。

一、规范结构设计。

手机结构设计要符合薄板冲压工艺，以电池盖为例。

1、电路和天线的接地、馈点都要求直接接触手机后壳的铝合金内壁。所以电池盖铝合金不要存在内凸特征。这种设计用铝合金型材为原材料CNC加工是可行的，但在冲压铝合金薄板成型手机后壳的方案中则无法实现的。要通过选择高度更高的弹片，替代铝合金凸起来保证接触可靠。重要的接触位置也可以在铝合金表面焊接镀金铜箔或镀金不锈钢片。焊接可以是激光焊接或者超声波焊接。

2、电池盖根部要求有个倒圆角R，以符合冲压工艺。通常R要求大于1mm。

二、材料的选择。

1、为更好表现手机后盖阳极后的外观效果，铝合金选用韩国NOVELIS铝业出品的厚度0.8mm 的5252#板材。铝合金的线性热膨胀系数约2.360×10^-5/℃。

2、选用收缩率和铝合金线性热膨胀系数比较接近的塑胶材料，以减小因塑胶收缩而导致的成品变形。日本东丽公司的PBT 4107G-X01。此物料含有40%玻璃纤维，收缩率在0.1～0.4%之间。

三、有限元分析结果

比较以薄板冲压和型材方式加工出的零件强度情况。方法是：用相同的手机零件，装配成一个完整手机，比较二者差异。在薄板没有办法成型，即产品料厚超过铝合金薄板壁厚的地方，用塑胶替代铝材。

1、三点弯曲试验：在整机中间单次压300N的力，比较整机中间位置的最大下压位移，不考虑回弹;下压位移越大，说明弯曲刚度越小。

2、扭转试验。固定手机一端，另一端施加2N.m的扭矩。扭曲角越小，说明扭转刚性越好。

3、CAE分析数据如下：弯曲刚度，用型材CNC加工的手机盖要好一些。扭曲刚度，用薄板冲压的电池盖稍好一点。

类型    整机设计尺寸    压300N压头下压距离（3点弯曲试验）  施加2Nm扭矩转角（扭转试验）

长  宽  厚  压触屏面（mm）  压电池盖面（mm）    扭转角度（°）

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、主要制造工艺流程。

1.冲压，主要包括如下工序：

开料→拉伸→整形→胀形→侧切→半冲缝隙天线槽→整形→冲孔

设计上，胀形之后的金属外观面比产品外观厚了0.2，即预留了0.2的加工和打磨余量。留有加工余量是为了提高产品的外观良率，避免制造过程中的外观压伤、划伤造成的最终成品不良。用石蜡或者液体胀形，可以提高冲压精度，成型更加复杂的曲面。

2.CNC 1次（加工缝隙天线槽和耳机孔）→纳米处理

为增强塑胶的流动性，在缝隙天线槽的金属连料位置，可以增加直径1.2的孔。

结论：

采用0.8mm厚度的铝合金薄板冲压成型全金属电池盖，可以减少CNC装夹4次。节省CNC加工工时约22分钟。有可观的经济效益。强度方面和型材全CNC加工制造的金属后壳相当，各项测试满足手机要求。

参考文献

[1]  潘复生.铝合金及应用[M].北京：化学工业出版社2007，28（2）：23-24

[2]  刘斌，陈昌乾，张步进.金属与塑料一体化的纳米成型技术与应用 模具工业[J] 2015 第41卷第7期

[3]  谢守德，王长明，韩进，刘秀强，周国荣.铝材纳米成型技术与应用模具工业[J] 2016 第42卷第8期