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1、 第二届“材料成型工艺创意工艺”竞赛 作品名称：半固态手机壳成型工艺负责人：赵兵专业：材料科学与工程所在年级：2014级所在学校：东北大学联系电话：申请日期：摘要 本文介绍以手机后壳为研究对象基于产品研发的一般流程制定了产品结构设计、工艺方案设计、模具设计的技术路线以及产品的质量监控。借助画图软件CATIA对手机壳的结构设计并对模具造型、加工工艺等进行设计。首先介绍国内外研究现状、未来发展趋势以及现有的加工工艺，其次重点介绍围绕现代新型手机后壳的结构设计、模具设计等，针对手机后壳的特点确定加工材料，铸造工艺以及模具分型面，脱模机构 。现今手机后壳设计较为单一，成型工艺较多以冷加工冲压生产，制备
2、材料等现多出处于研究阶段。通过本次设计对手机壳的生产过程有了较好的了解。关键词：手机后壳；模具设计；镁合金；结构设计1.引言坚持可持续发展是我国基本政策和路线，环保节能、性能优越将是今后研究产品的发展方向。随着科技的发展，手机已成为日常生活中不可或缺的一部分，手机市场竞争激烈，商品琳琅满目，消费者对手机性能要求也不断提升。在挑选手机时除了系统、电池等因素现今较大一部分取决于手机后壳的性能及外观造型。如今手机市场上，手机后壳制作材料大多有，铝合金、镁合金、碳纤维以及陶瓷等，制作工艺包括传统的冲压、热压、挤压铸造等。随着产品更新换代越来越快对手机后壳的制作工艺以及模具设计有了更高的要求。本文以手机
3、壳作为研究对象一镁合金AZ31做制备材料。镁是地壳中储量较多的金属元素,在常用结构金属材料中,其储量仅次于铝和铁。镁的比重仅为1. 74g/cm3,是铝的2/3,钛的2/5,是实用结构金属材料中比重最低,常温下比强度最高的金属材料。此外,由于镁合金弹性模量较低,具有良好的减震抗噪效果。镁合金具有良好的导热性,具有电磁屏蔽性能及可回收性能。镁合金高的比强度和良好的可回收性能正好满足环保节能和可持续发展战略的需求,使其在航空航天、汽车等领域具有很好的应用前景;良好的减震性、导热性和电磁屏蔽性能,以及良好的外观,使其适于制造电子产品的外壳,并能有效提高产品的品质。目前,镁合金的压铸产品在上述领域已经
4、得到了大量的应用。对于电子产品外壳用薄壳形件,采用压铸工艺制造的产品在质量上存在着组织不够致密、强度低等问题,而应用塑性成形技术正好能有效地避免这些缺点。 手机后壳的模具设计是保证手机壳的质量及尺寸精准度的关键，本文介绍采用CATIA绘图软件进行对手机壳的模具设计形成三维立体式形状解决这一设计难题使得设计过程简便快捷、真实可靠。 然而当今手机壳的外观设计较为单一，作用除了减震防辐射，散热好等而无其他功能。本文对手机后壳的外观设计上有进一步的改进，除了有其不变的功效，另外还增加了一个自带的手机支架，方便节俭。 我国在手机生产数量数不胜数，但在质量上却有点差强人意，我国在技术上处于落后于被动地位，
5、因此需加大对电子产品的技术研发力度，研发出更新更先进的技术。2.手机壳国内外研究现状 2.1国内研究现状普通塑料作为最早的手机壳材料，在市面上大多数的国产手机壳例如华为小米等都是以塑料为主，运用非常广泛。其他的诸如玻璃材质，金属材料，复合材料，木制，陶瓷等也一定程度的运用到了手机壳中。 塑料手机壳轻巧容易增加工艺，导热系性能较好，而且不会干扰信号。国内常用于制作手机外壳的材料主要有PC,ABS等几大类。PC是一种无色透明的无定性热塑性材料，具有特别好的抗冲击强度，耐热，阻燃特点。 然而在成型工艺上，国内技术存在着很大的不足，当前用于制造手机外壳的成型工艺有一体成型工艺,冲压成型工艺，压铸成型工
6、艺以及注射成型工艺。其中，运用最广的一体成型机身工艺不仅费时费力，且存在材料利用率低，严重浪费金属资源的问题。 2.2国外研究现状国外的主要手机壳制作厂商与国内在选材方面相近，但在某些细节方面处理的明显优于国内。在材料成型工艺方面，部分公司采用了更为先进的压铸成型和注射成型，以及半固态挤压应变成型工艺，是手机外壳具有更致密的内部组织，更加防摔抗震减压。3. 研究意义 手机外壳使手机的一个重要组成部件，好的手机外壳不仅美观大方，使用舒适，某些具有特殊功能的外壳也能保护手机防水防摔，从另一个意义上来说可以增强手机的性能，保护手机免受意外伤害导致非正常损坏，增加手机的寿命。然而国内的手机壳由于工艺方
7、面的某些不足，导致手机壳的性能不能达到预期，进而影响手机本身的功能。在经过我们的改进以后，希望能降低手机的损耗，降低生产成本，提升性能的目的。4.设计的主要内容 产品的开发，通常经过一下几道程序：产品的结构设计、工艺方案设计、模具设计，产品试样，对于不合格的情况，则需对模具、工艺方案甚至产品结构进行修改。本文所研究的手机壳制备流程，分为以下几个步骤:（1）手机壳外形结构设计：（2）手机壳成型工艺方案确立；（3）手机壳模具设计；（4）铸件机械加工、热处理、性能检测本次设计所用的材料是AZ31镁合金，其兼有密度小、比强度高、刚性佳，其力学性能接近于铝合金，但比强度却是铝的1.8倍左右；且具有较佳的
8、防震性、耐冲压性、耐磨损性，优良的热传导性；是非磁性金属，具有良好的电磁屏蔽性抗辐射性；成品外观具有金属质感，镁也是环保型材料且可回收。本文结合镁合金的温热成形性能以及充液拉深成形技术的优点，手机后壳的成型技术采用温热充液冲压拉深成形技术（在液压过程中氮气保护防止氧化）,采用较低的冲头速度,最高5MPa的液压载荷,在170能一次成功成形底部带斜面具有较小圆角半径的镁合金手机壳，具体成型过程：预处理加热金属至170，施加液压载荷不高于5MPa较低冲头速度冲压，一次成型，脱模后去加工中心机械加工，最后氧化着色。5.手机壳的结构设计5.1 手机壳三视图设计及尺寸标注 (单位：mm)其中，倒角部分是半
9、径为5mm的圆弧，本结构设计在手机后盖上设计了一个手机自带的手机支架，这样不仅省事方便还可以节约资源；这次结构设计上在厚度上还坚持着市场上大多数手机轻薄化的特点，仅有6mm厚；不仅如此在手机尺寸上也稍加变化，现今市场上的手机都趋于大屏幕发展，从iphone4s 4.7存手机屏幕到oppo手机5.5寸超大屏幕，甚至出现有6寸屏幕，然而越大屏幕的手机越不方便携带，尤其对于女性人群，手机太大不易携带，在长度上减少了10mm。5.2手机成型及方案设计镁合金在常温下塑形很差，主要原因是镁密排六方的结构，常温下可动滑移系很少。加工镁合金需提高金属温度，使其达到镁最佳成形性能，经查阅资料可知镁在170时，镁
10、的滑移系最多，成形性能最好。本文结合镁合金的温热成形性能以及充液拉深成形技术的优点,设计一套适用于镁合金的温热液压成形装置。镁合金充液拉深成形实验装置如下图所示,模具采用均布在凹模内部的加热棒加热,液室充满耐高温流体介质,与液压泵连接。手机后壳各条棱边上，有一个5mm的圆弧，底部还有一个1mm左右的小斜面，这种零件采用常规的冲压方式，很难一步到位，精度也很难达到，再进行二次处理时比较困难，且成本较高。实验坯料选用的是AZ31镁合金交叉板材。加热模具到170时，放入坯料，保温30分钟左右(在此过程中使用氮气保护，防止镁合金被氧化)，在控制冲头速度在2mm3mm左右，因为速度过快所压的坯料分散不够
11、均匀，减缓速度是镁合金分布更加均匀且镁自身性质塑形较差缓慢加工才有利于手机壳更好的成型。施加液压小于5MPa，因为在施加更高的压力时，会改变坯料的拉深厚度且会出现堆积情况；在圆角地方加厚坯料，减缓冲头冲压速度至1mm2mm左右，增大液压压力但最大不超过5MPa，因为在圆角地方手机后壳容易磨损，因需加强强度也为了防止成型之后的模具出现裂纹；一次成型，自然冷却脱模，加强表面精度。 然后进行普通机械加工，在加工之前先切出规定尺寸的手机后壳支架金属方块，安装一个可开合的小连接件（如类似门的合页或铰链），使手机支架装在原来且能与手机壳连为一体，在装配之前加工切开面使其表面光滑。最后氧化着色，手机壳就制作完成了。最后安装手机配置在手机后壳上，在此之前，先在手机壳里面对应支架位置装上一小块防水的塑料薄膜密封好即可 。5.3 手机壳模具设计（1）压缩变形：将金属板料在轧制机上轧制使其产生变形（2）将产生压缩变形的板料裁剪成合适形状以满足成型手机壳的要求。（3）半固态保温2h,获得半固态板料。（4）挤压成型。
