第二屆「材料成型工藝創意工藝」競賽
作品名稱：半固態手機殼成型工藝
負責人：趙兵
專業：材料科學與工程
所在年級：2014級
所在學校：東北大學
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申請日期：２０１６．６．２
摘要 本文介紹以手機後殼為研究物件基於產品研發的一般流程制定了產品結構設計、工藝方案設計、模具設計的技術路線以及產品的質量監控。借助畫圖軟體catia對手機殼的結構設計並對模具造型、加工工藝等進行設計。
首先介紹國內外研究現狀、未來發展趨勢以及現有的加工工藝，其次重點介紹圍繞現代新型手機後殼的結構設計、模具設計等，針對手機後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 。現今手機後殼設計較為單一，成型工藝較多以冷加工沖壓生產，製備材料等現多出處於研究階段。通過本次設計對手機殼的生產過程有了較好的了解。
關鍵詞：手機後殼；模具設計；鎂合金；結構設計
1.引言
堅持可持續發展是我國基本政策和路線，環保節能、效能優越將是今後研究產品的發展方向。隨著科技的發展，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，商品琳琅滿目，消費者對手機效能要求也不斷提公升。在挑選手機時除了系統、電池等因素現今較大一部分取決於手機後殼的效能及外觀造型。
如今手機市場上，手機後殼製作材料大多有，鋁合金、鎂合金、碳纖維以及陶瓷等，製作工藝包括傳統的沖壓、熱壓、擠壓鑄造等。隨著產品更新換代越來越快對手機後殼的製作工藝以及模具設計有了更高的要求。本文以手機殼作為研究物件一鎂合金az31做製備材料。
鎂是地殼中儲量較多的金屬元素,在常用結構金屬材料中,其儲量僅次於鋁和鐵。鎂的比重僅為1. 74g/cm3,是鋁的2/3,鈦的2/5,是實用結構金屬材料中比重最低,常溫下比強度最高的金屬材料。
此外,由於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熱性,具有電磁遮蔽效能及可**效能。鎂合金高的比強度和良好的可**效能正好滿足環保節能和可持續發展戰略的需求,使其在航空航天、汽車等領域具有很好的應用前景;良好的減震性、導熱性和電磁遮蔽效能,以及良好的外觀,使其適於製造電子產品的外殼,並能有效提高產品的品質。
目前,鎂合金的壓鑄產品在上述領域已經得到了大量的應用。對於電子產品外殼用薄殼形件,採用壓鑄工藝製造的產品在質量上存在著組織不夠緻密、強度低等問題,而應用塑性成形技術正好能有效地避免這些缺點。
手機後殼的模具設計是保證手機殼的質量及尺寸精準度的關鍵，、真實可靠。
然而當今手機殼的外觀設計較為單一，作用除了減震防輻射，散熱好等而無其他功能。本文對手機後殼的外觀設計上有進一步的改進，除了有其不變的功效，另外還增加了乙個自帶的手機支架，方便節儉。
我國在手機生產數量數不勝數，但在質量上卻有點差強人意，我國在技術上處於落後於被動地位，因此需加大對電子產品的技術研發力度，研發出更新更先進的技術。
2.手機殼國內外研究現狀
2.1國內研究現狀
普通塑料作為最早的手機殼材料，在市面上大多數的國產手機殼例如華為小公尺等都是以塑料為主，運用非常廣泛。其他的諸如玻璃材質，金屬材料，複合材料，木製，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，導熱系效能較好，而且不會干擾訊號。國內常用於製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，具有特別好的抗衝擊強度，耐熱，阻燃特點。
然而在成型工藝上，國內技術存在著很大的不足，當前用於製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，嚴重浪費金屬資源的問題。
2.2國外研究現狀
國外的主要手機殼製作廠商與國內在選材方面相近，但在某些細節方面處理的明顯優於國內。在材料成型工藝方面，部分公司採用了更為先進的壓鑄成型和注射成型，以及半固態擠壓應變成型工藝，是手機外殼具有更緻密的內部組織，更加防摔抗震減壓。
3.研究意義
手機外殼使手機的乙個重要組成部件，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，從另乙個意義上來說可以增強手機的效能，保護手機免受意外傷害導致非正常損壞，增加手機的壽命。然而國內的手機殼由於工藝方面的某些不足，導致手機殼的效能不能達到預期，進而影響手機本身的功能。在經過我們的改進以後，希望能降低手機的損耗，降低生產成本，提公升效能的目的。
4.設計的主要內容
產品的開發，通常經過一下幾道程式：產品的結構設計、工藝方案設計、模具設計，產品試樣，對於不合格的情況，則需對模具、工藝方案甚至產品結構進行修改。本文所研究的手機殼製備流程，分為以下幾個步驟:
（1）手機殼外形結構設計：
（2）手機殼成型工藝方案確立；
（3）手機殼模具設計；
（4）鑄件機械加工、熱處理、效能檢測
本次設計所用的材料是az31鎂合金，其兼有密度小、比強度高、剛性佳，其力學效能接近於鋁合金，但比強度卻是鋁的1.8倍左右；且具有較佳的防震性、耐沖壓性、耐磨損性，優良的熱傳導性；是非磁性金屬，具有良好的電磁遮蔽性抗輻射性；成品外觀具有金屬質感，鎂也是環保型材料且可**。本文結合鎂合金的溫熱成形效能以及充液拉深成形技術的優點，手機後殼的成型技術採用溫熱充液沖壓拉深成形技術（在液壓過程中氮氣保護防止氧化）,採用較低的衝頭速度,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：
預處理加熱金屬至170℃，施加液壓載荷不高於5mpa較低衝頭速度沖壓，一次成型，脫模後去加工中心機械加工，最後氧化著色。
5.手機殼的結構設計
5.1 手機殼三檢視設計及尺寸標註
單位：mm)
其中，倒角部分是半徑為5mm的圓弧，本結構設計在手機後蓋上設計了乙個手機自帶的手機支架，這樣不僅省事方便還可以節約資源；這次結構設計上在厚度上還堅持著市場上大多數手機輕薄化的特點，僅有6mm厚；不僅如此在手機尺寸上也稍加變化，現今市場上的手機都趨於大螢幕發展，從iphone4s 4.7存手機螢幕到oppo手機5.5寸超大螢幕，甚至出現有6寸螢幕，然而越大螢幕的手機越不方便攜帶，尤其對於女性人群，手機太大不易攜帶，在長度上減少了10mm。
5.2手機成型及方案設計
鎂合金在常溫下塑形很差，主要原因是鎂密排六方的結構，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效能，經查閱資料可知鎂在170℃時，鎂的滑移系最多，成形效能最好。本文結合鎂合金的溫熱成形效能以及充液拉深成形技術的優點,設計一套適用於鎂合金的溫熱液壓成形裝置。
鎂合金充液拉深成形實驗裝置如下圖所示,模具採用均布在凹模內部的加熱棒加熱,液室充滿耐高溫流體介質,與液壓幫浦連線。手機後殼各條稜邊上，有乙個5mm的圓弧，底部還有乙個1mm左右的小斜面，這種零件採用常規的沖壓方式，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)，在控制衝頭速度在2mm~3mm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塑形較差緩慢加工才有利於手機殼更好的成型。施加液壓小於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堆積情況；在圓角地方加厚坯料，減緩衝頭沖壓速度至1mm~2mm左右，增大液壓壓力但最大不超過5mpa，因為在圓角地方手機後殼容易磨損，因需加強強度也為了防止成型之後的模具出現裂紋；一次成型，自然冷卻脫模，加強表面精度。
然後進行普通機械加工，在加工之前先切出規定尺寸的手機後殼支架金屬方塊，安裝乙個可開合的小連線件（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使其表面光滑。最後氧化著色，手機殼就製作完成了。最後安裝手機配置在手機後殼上，在此之前，先在手機殼裡面對應支架位置裝上一小塊防水的塑料薄膜密封好即可 。
5.3 手機殼模具設計
（1）壓縮變形：將金屬板料在軋制機上軋制使其產生變形
（2）將產生壓縮變形的板料裁剪成合適形狀以滿足成型手機殼的要求。
（3）半固態保溫2h,獲得半固態板料。
（4）擠壓成型。
爐子製作工藝
批准審核編制日期 構件製作工藝流程圖 注 構件有摩擦面要求的，壁板噴沙需塗油漆，其它類噴沙後不油漆。1 下料 1.1爐壁板下料 1.1.1材料進廠後，需要對村料進行檢驗，符合技術提供的採購要求後，才能進行接收 並按類擺放整齊防止擠壓變形，薄板擺放要成垛，兩板之間無需隔墊，做好材料標識。1.1.2構件...
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1 可可海綿蛋糕 2 原料 雞蛋600g 白糖300g 低筋粉290g 可可粉30g 白脫油100g 脫脂牛奶適量。用具 攪拌桶 篩子 小鍋 墊紙 蛋糕圈 烤盤 蛋糕板。3 制法 1 預熱烤箱至180 或上火180 下火165 備用。2 將雞蛋打入攪拌桶內，加入白糖，上攪拌機攪打至泛白並成稠厚乳沫狀...