王永飛，趙升噸，張晨陽(yáng)

（西安交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安710049）

0 引言

隨著通信和數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，手機(jī)在短短幾十年的時(shí)間內(nèi)，已經(jīng)過(guò)了數(shù)次升級(jí)換代，成為科技進(jìn)步的時(shí)代縮影，而手機(jī)外殼不僅是手機(jī)強(qiáng)有力的防護(hù)傘，能有效地減少灰塵的侵襲，降低意外摔落的損害，增強(qiáng)手機(jī)的使用壽命，更重要的是能提升使用者的產(chǎn)品體驗(yàn)。因此，制作手機(jī)外殼的材料要求具有強(qiáng)度高、耐熱導(dǎo)熱性良好、具有電磁屏蔽性、尺寸穩(wěn)定、外觀好等特點(diǎn)，而成形產(chǎn)品則向輕量薄壁化方向發(fā)展，以達(dá)到保護(hù)、散熱、美觀的作用，這也對(duì)手機(jī)外殼的成形工藝提出了更高的要求。

1 手機(jī)外殼材料

1.1 工程塑料

工程塑料是指被用做工業(yè)零件或外殼材料的工業(yè)用塑料，是強(qiáng)度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優(yōu)的塑料，常用于制造手機(jī)外殼的工程塑料主要有PC、ABS、PC+ABS 三大類(lèi)。

PC 學(xué)名“ 聚碳酸酯”，俗稱(chēng)“ 防彈膠”，是一種無(wú)色透明的無(wú)定性熱塑性材料，具有特別好的抗沖擊強(qiáng)度、耐熱、阻燃等特點(diǎn)，適用于對(duì)強(qiáng)度要求較高的手機(jī)外殼，其缺點(diǎn)是價(jià)格較貴、流動(dòng)性和耐磨性較差。

ABS 學(xué)名“ 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物”，俗稱(chēng)“ 超不碎膠”，是一種熱塑型高分子材料，由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三種單體組合而成。具有超強(qiáng)的易加工性，高流動(dòng)性，價(jià)格便宜，適用于對(duì)強(qiáng)度要求不太高的部件[1]，如手機(jī)內(nèi)部的支撐架（keypad frame，LCD frame）等。缺點(diǎn)：密度較大、質(zhì)量較重，且塑料本身的導(dǎo)熱性能較差。

PC+ABS 綜合了PC 和ABS 的性能，具有ABS的易加工性和PC 的優(yōu)良機(jī)械特性和熱穩(wěn)定性，流動(dòng)性好，強(qiáng)度不錯(cuò)，價(jià)格適中，但容易發(fā)生熔體破裂。適用于絕大多數(shù)的手機(jī)外殼，只要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較優(yōu)化，強(qiáng)度是有保障的[2]。

目前，采用PC 材料做手機(jī)外殼的包括三星的Galaxy S 系列和Galaxy Note 系列以及iPhone5C 和諾基亞N9 一直延續(xù)至Lumia 系列的產(chǎn)品大多都采用了聚碳酸酯； 而日本手機(jī)制造商主要采用PC+ABS，甚至采用ABS 做手機(jī)外殼。

1.2 金屬材料

除了采用工程塑料作為手機(jī)外殼材料以外，金屬材料也因其特有的尊貴典雅和優(yōu)良的物理性能而被用于制造手機(jī)外殼，不過(guò)金屬外殼存在開(kāi)模周期長(zhǎng)、工序繁多、良率低的缺點(diǎn)，因此，金屬外殼多用于高端手機(jī)和智能手機(jī)[3]。目前可用于制造手機(jī)外殼的金屬材料主要有奧氏體304、鋁鎂合金、鎂合金、鈦合金等。

1.2.1 奧氏體304

奧氏體304 是指在高鉻不銹鋼中添加適當(dāng)?shù)逆嚩纬傻木哂袏W氏體組織的不銹鋼。其優(yōu)勢(shì)在于：（1）奧氏體不銹鋼的生產(chǎn)量和使用量約占不銹鋼總產(chǎn)量及用量的70%，且?jiàn)W氏體304 更為常見(jiàn)，因而成本非常低廉；（2）無(wú)磁性；（3）強(qiáng)度及硬度高，因此不易留下嚴(yán)重的劃痕而顯舊，相較鋁合金耐用性更好。

圖1 小米4

圖2 蘋(píng)果iPhone4s

缺點(diǎn)：（1）導(dǎo)熱系數(shù)較差，易發(fā)熱，小米4 手機(jī)就被爆出過(guò)有關(guān)金屬邊框發(fā)熱嚴(yán)重的問(wèn)題，如圖1 所示為采用的304 不銹鋼邊框小米4 手機(jī)；（2）與鋁合金相比，不銹鋼材料密度大，且其產(chǎn)品基本上呈現(xiàn)金屬原色，想要染色只能用工藝復(fù)雜的化學(xué)著色法，相較于陽(yáng)極氧化鋁的著色成本偏高，因此，限制了不銹鋼材料在手機(jī)上的大面積使用。如圖2 所示為采用不銹鋼邊框的iPhone4s 手機(jī)。

1.2.2 鋁合金

鋁合金材質(zhì)中常用于制造手機(jī)外殼的是鋁鎂合金，即以Mg 為主要添加元素的鋁合金。從iPhone5開(kāi)始，蘋(píng)果公司就開(kāi)始在手機(jī)外殼材料上選用鋁鎂合金6063，這種材質(zhì)是6xxx 系中最適宜變形加工的合金，如圖3 所示即為采用鋁鎂合金的iPhone5s手機(jī)。近期，國(guó)內(nèi)魅族出產(chǎn)的MX4 系列手機(jī)也拋棄了使用7年的不銹鋼材質(zhì)，而使用航空鋁鎂合金框架，擁有更好的韌性，且重量更輕，如圖4 所示為采用航空鋁鎂合金框架的魅族MX4 手機(jī)。

圖3 蘋(píng)果iPhone5s

圖4 魅族MX4

鋁鎂合金的優(yōu)點(diǎn)：（1）質(zhì)量輕、散熱性較好、抗壓性較強(qiáng)，能充分滿(mǎn)足手機(jī)產(chǎn)品高度集成化、輕薄化、微型化、電磁屏蔽及散熱的要求；（2）銀白色的鋁鎂合金外殼可使產(chǎn)品更豪華、美觀，易于上色，且可以通過(guò)表面處理工藝變成個(gè)性化的粉藍(lán)色和粉紅色，為手機(jī)外殼增色，這是工程塑料以及碳纖維所無(wú)法比擬的。缺點(diǎn)：鋁鎂合金并不是很堅(jiān)固耐磨，成本較高，比較昂貴，且成形比ABS 困難。

1.2.3 鎂合金

對(duì)于手機(jī)來(lái)說(shuō)，因?yàn)橹亓康脑颍謾C(jī)外殼和骨架都要輕量化，因此金屬材料的比強(qiáng)度越高越好，現(xiàn)實(shí)中，比強(qiáng)度最高的是高強(qiáng)度的鈦合金和超高強(qiáng)度鋼材以及鎂合金。鈦合金價(jià)格昂貴，加工困難；超高強(qiáng)鋼材也是天價(jià)，加工更困難；鎂合金相對(duì)好一些，但是也比鋁合金和普通鋼材要貴。

作為工業(yè)使用的密度最小的金屬結(jié)構(gòu)材料，鎂合金具有較高的比強(qiáng)度、比剛度、良好的切削加工性和易于回收等優(yōu)點(diǎn)，被稱(chēng)為21 世紀(jì)的綠色工程材料[4，5]。使用鎂合金制造手機(jī)外殼的優(yōu)點(diǎn)：（1）密度低、比強(qiáng)度高、剛性佳，其主要力學(xué)性能接近于鋁合金，但其密度卻小于鋁合金，比強(qiáng)度是鋁合金的1.8 倍。與工程塑料相比，鎂合金的密度雖比工程塑料高，但其比強(qiáng)度是工程塑料的1.8 倍左右；（2）具有極佳的防震性，耐沖擊、耐磨性良好[6]；（3）優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性，其熱傳導(dǎo)系數(shù)是工程塑料的300 倍以上；（4）非磁性金屬，抗電磁波干擾，電磁屏蔽性佳；（5）相對(duì)于塑料，加工成型性能好，成品外觀美觀，質(zhì)感佳。（6）鎂合金是一種環(huán)保型材料，對(duì)環(huán)境污染小，其廢料回收利用率高達(dá)85%以上，回收利用的費(fèi)用僅為相應(yīng)新材料價(jià)格的4%左右。缺點(diǎn)：鎂合金在材料制造、加工成形和產(chǎn)品使用過(guò)程中都存在被氧化的問(wèn)題，因而它的應(yīng)用受到很大限制，其優(yōu)越性得不到發(fā)揮。

綜上所述，金屬手機(jī)外殼相對(duì)于塑料手機(jī)外殼有著眾多優(yōu)勢(shì)：（1）更輕更薄，因?yàn)榻饘俚妮p度遠(yuǎn)比塑料要高，同時(shí)，輕薄正是目前手機(jī)的主流趨勢(shì)；（2）散熱好，目前手機(jī)的功耗是越來(lái)越高，某些手機(jī)采用低檔的0.18 微米工藝的芯片，這樣的手機(jī)在通話(huà)時(shí)如果采用塑料外殼是完全可能燙手的，而金屬外殼的散熱效果要好得多；（3）防輻射效果好，手機(jī)的芯片在使用時(shí)發(fā)出的高頻電磁波往往會(huì)穿透外殼，互相干擾成為噪聲源，影響通訊以及運(yùn)算品質(zhì)，金屬手機(jī)外殼可直接屏蔽電磁波，無(wú)需像使用塑料外殼時(shí)還需要電鍍屏蔽膜，而輻射越小，對(duì)人的健康越是有利；（4）綠色環(huán)保，金屬外殼是可以回收利用的，而塑料外殼則無(wú)法回收利用，自然狀態(tài)下要數(shù)十年才能完全分解，環(huán)境污染大。此外，鎂合金以其質(zhì)輕、耐高溫、可塑性強(qiáng)、電磁屏蔽率高及回收利用率高的特點(diǎn)[7]，必將會(huì)獲得強(qiáng)調(diào)輕、薄、短、小的移動(dòng)電話(huà)制造商的青睞，鎂合金手機(jī)外殼的流行大潮即將涌向手機(jī)市場(chǎng)。

1.3 玻璃材料

相比金屬與塑料，玻璃的硬度和抗沖擊力是最好的，熱導(dǎo)率處于兩者之間，但比塑料更具通透感，比金屬更易著色，此外，玻璃對(duì)無(wú)線(xiàn)信號(hào)的影響也較低，因此玻璃材料的手機(jī)可以采用內(nèi)部天線(xiàn)。但玻璃材料的缺點(diǎn)在于：（1）易碎和彈性有限，故采用玻璃材質(zhì)的手機(jī)往往更加脆弱，且?guī)缀醵际瞧矫嬖O(shè)計(jì)；（2）相較于其他兩者更易收集指紋。目前采用玻璃設(shè)計(jì)的手機(jī)有經(jīng)典的iPhone4/4S，以及索尼的Z 系列和LG 生產(chǎn)的Nexus 4、錘子手機(jī)等，其中圖5 所示為iPhone4 手機(jī)，圖6 所示為Nexus 4 手機(jī)。

圖5 蘋(píng)果iPhone4

1.4 復(fù)合材料

圖6 LG Nexus 4

隨著科技的不斷發(fā)展，既擁有鋁鎂合金高雅堅(jiān)固的特性，又有ABS 工程塑料的高可塑性的高性能纖維逐漸受到人們的青睞，但是高性能纖維的成本較高，因此，一般情況下，我們可采用高性能纖維作為塑膠材料或金屬材料的增強(qiáng)劑，來(lái)制備作為手機(jī)外殼的復(fù)合材料。其中，常用的纖維材質(zhì)包括碳纖維、玻璃纖維以及凱芙拉纖維。

1.4.1 碳纖維

碳纖維（carbon fibre）是一種質(zhì)輕而堅(jiān)固的新材料，碳纖維是含碳量高于90%的無(wú)機(jī)高分子纖維。其軸向強(qiáng)度和模量高，比熱及導(dǎo)電性介于非金屬和金屬之間，除了具有熱膨脹系數(shù)小、耐腐蝕性好、纖維的密度低、X 射線(xiàn)透過(guò)性好等優(yōu)點(diǎn)外，最突出的優(yōu)點(diǎn)就是高強(qiáng)度，如碳纖維與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合的材料，其強(qiáng)度比鋼大數(shù)倍。

碳纖維材質(zhì)雖然既擁有鋁鎂合金高雅堅(jiān)固的特性，又有工程塑料的高可塑性，但其成本較高，外觀成形和著色比較難，圖7 所示為諾基亞早年定位高端的奢華手機(jī)8800A 碳纖維版。

圖7 諾基亞8800A

圖8 摩托羅拉XT912

1.4.2 玻璃纖維

玻璃纖維是以玻璃球或廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、拉絲、絡(luò)紗、織布等工藝制造成的，其單絲的直徑為幾個(gè)微米到二十幾個(gè)微米，相當(dāng)于一根頭發(fā)絲的1/20～1/5，每束纖維原絲都由數(shù)百根甚至上千根單絲組成。玻璃纖維的主要成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等，根據(jù)玻璃中堿含量的多少，可分為無(wú)堿玻璃纖維、中堿玻璃纖維和高堿玻璃纖維。玻璃纖維優(yōu)點(diǎn)：（1）絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好，機(jī)械強(qiáng)度高；（2）玻纖增強(qiáng)的材料能夠有效降低材料的成本，同時(shí)可在物理力學(xué)性能方面是材料得到顯著的提升，如玻璃纖維用作尼龍復(fù)合材料中的增強(qiáng)材料，可在大幅提高材料物性的同時(shí)，降低聚合物含量，從而使尼龍吸水的劣勢(shì)得以有效的彌補(bǔ)[8]。缺點(diǎn)：比較脆，耐磨性差。

1.4.3 凱芙拉纖維

凱芙拉纖維是美國(guó)杜邦公司研制的一種芳綸纖維材料的商品名稱(chēng)，材料原名叫“ 聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺”。其優(yōu)點(diǎn)是：密度低，強(qiáng)度高，韌性好，耐高溫，耐化學(xué)腐蝕，絕緣性能和紡織性好，同時(shí)還具有永久的耐熱阻燃性、永久的抗靜電性和永久的耐酸堿和有機(jī)溶劑的侵蝕，在遭遇火焰時(shí)不會(huì)產(chǎn)生熔滴和有毒氣體，也不會(huì)破裂。缺點(diǎn)：壓縮強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度都較低，吸水性較高，且成本高。目前采用凱芙拉材質(zhì)的有摩托羅拉XT910/XT912 手機(jī)，如圖8 所示為摩托羅拉XT912 手機(jī)。

1.5 其他材質(zhì)

除過(guò)較常見(jiàn)的工程塑料、金屬、玻璃以及復(fù)合材料外，還有木質(zhì)、陶瓷以及采用藍(lán)寶石鏡面、純金或白金等材料打造的手機(jī)外殼，其中，木質(zhì)本身并不適合用來(lái)做手機(jī)外殼，因其往往不耐磨損，且可能遭遇蟲(chóng)蛀和細(xì)菌繁殖的問(wèn)題，故需要在后期對(duì)其進(jìn)行處理，這也就造成了木質(zhì)手機(jī)外殼的罕見(jiàn)，圖9 所示為采用木質(zhì)手機(jī)外殼的摩托羅拉X1 手機(jī)； 陶瓷手機(jī)外殼的硬度較高，且具有超高強(qiáng)度的耐磨性，但其可塑性較差，因而較少見(jiàn)，圖10 所示為韓國(guó)廠商泛泰推出的采用陶瓷材質(zhì)的Vega Racer2 手機(jī)； 采用藍(lán)寶石鏡面、純金或白金等材料打造的手機(jī)則屬于售價(jià)極其昂貴且數(shù)量極少的奢侈品手機(jī)，因而更為少見(jiàn)，圖11 所示為諾基亞采用皮革和藍(lán)寶石材質(zhì)制作的VERTU 手機(jī)。

圖9 摩托羅拉X1

圖10 泛泰Vega Racer2

2 手機(jī)外殼成形工藝

2.1 一體成型機(jī)身工藝

目前，業(yè)界在制造金屬手機(jī)外殼時(shí)，一般采用多次銑削的方法將毛坯加工成需要的形狀，即所謂的一體成型機(jī)身工藝（Unibody）。具體為：把鋁合金擠壓成板材，然后通過(guò)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行一體成型的機(jī)械加工技術(shù)，之后再經(jīng)過(guò)注塑、剖光、打磨和陽(yáng)極氧化等后期處理，即可完成手機(jī)外殼的制造。優(yōu)點(diǎn)：一體成形、工藝流程短、整潔、整機(jī)零部件少；缺點(diǎn)：數(shù)控加工過(guò)程中材料利用率低，且對(duì)機(jī)床精度要求高，初期設(shè)備投入大。

圖11 諾基亞VERTU 手機(jī)

2.2 沖壓成形

手機(jī)外殼的沖壓成形工藝屬于高精度沖壓，其基本工序包括拉深和沖孔。手機(jī)外殼是淺盒形件，其成形過(guò)程可看作是直邊部分的彎曲和圓角部位的拉深，且這兩部分是一個(gè)整體，變形過(guò)程中會(huì)相互作用，應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)較為復(fù)雜，所以模具采用單工序模，拉深和沖孔分開(kāi)進(jìn)行，若先沖孔則在后續(xù)拉深時(shí)會(huì)造成孔的變形，故采用先拉深后沖孔的工序過(guò)程[9]，其沖壓成形的具體步驟包括：落料、拉深、修邊及沖孔，與其對(duì)應(yīng)所用到的模具共三套，分別是落料模、拉伸模和沖孔模，如圖12 所示。

圖12 手機(jī)外殼沖壓模具示意圖

手機(jī)外殼沖壓成形的優(yōu)點(diǎn)：（1）由于沖壓件的尺寸精度由模具來(lái)保證，具有一模一樣的特征，所以質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好；（2）對(duì)于普通壓力機(jī)每分鐘可生產(chǎn)幾十件，而高速壓力機(jī)每分鐘可生產(chǎn)幾百上千件，所以它是一種高效率的加工方法。缺點(diǎn)：（1）只能用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的手機(jī)外殼成形，而要成形復(fù)雜薄壁手機(jī)外殼則需要增加初始沖壓板材的壁厚，待沖壓成形后進(jìn)行數(shù)控加工進(jìn)而完成復(fù)雜薄壁手機(jī)的成形，但伴隨著初始沖壓板材壁厚的增加，則沖壓成形難度增大，勢(shì)必會(huì)增加沖壓成形的成本；（2）沖壓過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制坯料溫度、模具溫度、潤(rùn)滑條件等眾多參數(shù)，否則易出現(xiàn)拉裂、起皺等缺陷，所以成形工藝過(guò)程較復(fù)雜。

2.3 壓鑄成形

壓鑄即“ 壓力鑄造”，是指液態(tài)或半液態(tài)金屬在高壓作用下，以較高的速度充填到模具型腔中，并在壓力作用下凝固而獲得所需鑄件的一種特種鑄造技術(shù)[10，11]。壓鑄具有高壓和高速充填模具型腔的兩大特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足成形薄壁零件的要求，得到的壓鑄件可不經(jīng)加工或只是個(gè)別部位加工就可以直接使用，其常用的壓射比壓在30～100MPa，充填速度約在0.5～80m/s，充填時(shí)間在0.01～0.2s 范圍內(nèi)，其生產(chǎn)設(shè)備是壓鑄機(jī)。

壓鑄成形金屬手機(jī)外殼的缺點(diǎn)：（1）在壓鑄過(guò)程中，金屬液的充型速度很快，會(huì)使型腔中的氣體來(lái)不及排除而留在鑄件中，易形成氣孔缺陷。此外，由于充型與凝固時(shí)間短，導(dǎo)致壓鑄時(shí)的高壓起不到良好的補(bǔ)縮作用，易使鑄件中出現(xiàn)縮松和裂紋缺陷[12，13]；（2）金屬液高速充型時(shí)，如果排氣不順暢則會(huì)導(dǎo)致型腔內(nèi)氣體被壓力增大，氣體背壓的出現(xiàn)會(huì)增大金屬液充型阻力，使充型速度下降過(guò)快，易造成澆不足、冷隔等鑄造缺陷[14]。（3）由于壓鑄機(jī)的造價(jià)較高，且壓鑄模具的結(jié)構(gòu)一般較復(fù)雜，制造周期長(zhǎng)，壓鑄機(jī)和模具的維修成本也較高，因此，壓鑄工藝不適合于小批量生產(chǎn)。

2.4 注射成形

手機(jī)外殼注射成形技術(shù)的工作原理是：將工程塑料顆?；蚪饘兕w粒熔化，然后以高速、高壓方式將其注射入閉合的金屬模腔內(nèi)進(jìn)行成形[15]。常見(jiàn)的螺桿式觸變注射成形機(jī)的示意圖如圖13 所示，該裝置由高速射出機(jī)構(gòu)、原料輸送部、螺桿、套筒和噴嘴組成[16]，工作時(shí)，將米粒大小的工程塑料或金屬顆粒作為原料從裝料筒投入圓筒，通過(guò)螺旋桿的旋轉(zhuǎn)將圓筒后部的原料往前部傳送，在傳送的同時(shí)由圓筒外部的電加熱器將原料加熱熔化，最后，將得到的熔化或半熔化的原料通過(guò)螺旋桿高速推進(jìn)注射到模具的型腔內(nèi)完成成形。

圖13 螺桿式觸變注射成形機(jī)示意圖

根據(jù)手機(jī)外殼的注射成形過(guò)程中采用物料的不同，可將手機(jī)外殼的注射成形技術(shù)分為注塑成形和金屬注射成形，其中，手機(jī)外殼的注塑成形具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）適用于大批量生產(chǎn)、產(chǎn)品尺寸精度高，質(zhì)量穩(wěn)定；（2）節(jié)約了材料、降低了成本；（3）縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)率。與傳統(tǒng)的壓鑄相比，金屬注射成形法具有無(wú)需熔煉澆注及氣體保護(hù)，生產(chǎn)過(guò)程更加清潔、安全和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。

手機(jī)外殼注射成形的缺點(diǎn)[17]：（1）制件最后填充區(qū)域缺少排氣口或者排氣口不足會(huì)導(dǎo)致熔體前沿匯聚而在制件內(nèi)部或者模腔表面形成氣泡而產(chǎn)生氣穴；（2）由于熔體在完成填充之前就已凝結(jié)從而形成短射；（3）由于收縮取向和冷卻不均勾而導(dǎo)致制件的形狀偏離了型腔的形狀，造成內(nèi)部應(yīng)力不均勻的塑件缺陷，即產(chǎn)生翹曲變形；（4）在充模過(guò)程中，當(dāng)熔體流動(dòng)前沿與某些后續(xù)部分分離或匯合時(shí)會(huì)形成熔接線(xiàn)（或熔接面），熔接線(xiàn)不僅對(duì)制品的外觀質(zhì)量的影響很大，而且影響制品的力學(xué)性能；（5）注射機(jī)中的內(nèi)螺桿及內(nèi)襯耐磨性、耐蝕性差，使用壽命短，維護(hù)費(fèi)用高。

3 金屬手機(jī)外殼半固態(tài)擠壓成形工藝

超薄機(jī)型已成為當(dāng)前的主流，而金屬手機(jī)外殼在超薄方面具備決定優(yōu)勢(shì)，于是手機(jī)外殼掀起了金屬化狂潮，金屬手機(jī)外殼的成形工藝有：一體化機(jī)身成型工藝、沖壓成形工藝、壓鑄成形工藝、注射成形工藝，但目前普遍應(yīng)用的成形工藝還主要停留在通過(guò)對(duì)金屬板坯料采用多次銑削以達(dá)到制備金屬手機(jī)外殼的階段，該工藝不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，且存在材料利用率低、嚴(yán)重浪費(fèi)金屬資源的問(wèn)題。因此，對(duì)于新的金屬手機(jī)外殼成形工藝的需求迫在眉睫。

半固態(tài)成形技術(shù)是20世紀(jì)70年代美國(guó)麻省理工學(xué)院的Flemings教授提出的一種金屬成形方法，所謂半固態(tài)成形（Semi-SolidMetalForming）是指利用金屬?gòu)墓虘B(tài)向液態(tài)或者從液態(tài)向固態(tài)兩相轉(zhuǎn)變過(guò)程中的半固態(tài)區(qū)的金屬具有良好的流變特性而進(jìn)行的金屬成形，是一種介于鑄造（純液態(tài)）和鍛壓（純固態(tài)）之間的成形方法[18，19]。

金屬手機(jī)外殼的應(yīng)變誘發(fā)的半固態(tài)擠壓成形工藝，即將產(chǎn)生一定壓縮變形的金屬板裁剪成合適大小并對(duì)其進(jìn)行半固態(tài)保溫，然后將得到的金屬半固態(tài)板料放入已預(yù)熱過(guò)的半固態(tài)擠壓成形模具型腔內(nèi)，持續(xù)施加以機(jī)械靜壓力，使該金屬半固態(tài)板料在較高的壓力下充型、凝固并產(chǎn)生少量塑性變形，從而獲得內(nèi)部組織致密、外觀光潔、尺寸精確的手機(jī)外殼，其工藝流程如圖14所示，主要包括壓縮變形、下料、半固態(tài)保溫、半固態(tài)擠壓成形四個(gè)環(huán)節(jié)。

（1）壓縮變形：將準(zhǔn)備好的金屬板料在軋板機(jī)上軋制使其產(chǎn)生40%以上的壓縮變形。

圖14 應(yīng)變誘發(fā)的半固態(tài)擠壓成形工藝流程圖

圖15 金屬手機(jī)外殼半固態(tài)擠壓成形模具

（2）下料：將得到的產(chǎn)生壓縮變形的金屬板料裁剪成合適大小，以滿(mǎn)足成形手機(jī)外殼的要求。

（3）半固態(tài)保溫：將步驟（2）得到的金屬板放入電阻爐或中頻感應(yīng)爐進(jìn)行半固態(tài)保溫，其保溫溫度設(shè)定在該金屬的半固態(tài)溫度區(qū)間范圍內(nèi)，保溫時(shí)間5~30min，從而獲得金屬半固態(tài)板料。

（4）半固態(tài)擠壓成形：圖15所示為成形手機(jī)外殼的半固態(tài)擠壓成形模具，工作過(guò)程中，先分別將下模板6、側(cè)模板8以及上模塊10預(yù)熱到目標(biāo)溫度；接著將步驟（3）得到的金屬半固態(tài)板料放入已預(yù)熱過(guò)的由下模板6及側(cè)模板8組成的模具型腔； 然后給模架上托2施加以機(jī)械靜壓力推動(dòng)上模塊10下降并擠壓金屬半固態(tài)板料，使其在較高的壓力下充型、凝固并產(chǎn)生少量塑性變形，從而獲得內(nèi)部組織致密、外觀光潔、尺寸精確的手機(jī)外殼；最后，上升模架上托2，則在拉桿擋塊9的限位作用下，拉桿4將拉動(dòng)下推板3進(jìn)而推動(dòng)頂桿5以及下模板6將金屬手機(jī)外殼成形件推出。

采用應(yīng)變誘發(fā)的半固態(tài)擠壓成形工藝制備金屬手機(jī)外殼的優(yōu)勢(shì)在于：在擠壓成形過(guò)程中，半固態(tài)漿料在壓頭作用下低速充填形成金屬手機(jī)外殼的邊框，且充填過(guò)程平穩(wěn)、避免了氣體的卷入，最后保壓階段在高壓作用下，對(duì)半固態(tài)漿料的凝固行為產(chǎn)生了較大影響，使成形的手機(jī)外殼組織致密、力學(xué)性能良好。因此，采用應(yīng)變誘發(fā)的半固態(tài)擠壓成形工藝制備金屬手機(jī)外殼有著很好的應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

（1）目前手機(jī)外殼材料主要集中在工程塑料、玻璃材質(zhì)、金屬材料，此外也有復(fù)合材料，木質(zhì)、陶瓷、以及少量采用藍(lán)寶石鏡面、純金或白金等材料打造的手機(jī)外殼。未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，手機(jī)外殼的主流材料仍會(huì)集中在工程塑料和金屬材料兩方面，但塑料手機(jī)外殼已經(jīng)進(jìn)入成熟期，相對(duì)于塑料外殼，金屬手機(jī)外殼可以更輕更薄、散熱好、硬度高、防輻射效果好、且綠色環(huán)保，因此，金屬手機(jī)外殼具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

（2）當(dāng)前用于制造手機(jī)外殼的成形工藝有一體成型機(jī)身工藝、沖壓成形工藝、壓鑄成形工藝以及注射成形工藝。其中，應(yīng)用較廣的一體成型機(jī)身工藝不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，且存在材料利用率低、嚴(yán)重浪費(fèi)金屬資源的問(wèn)題； 沖壓成形適合于成形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的金屬手機(jī)外殼；金屬壓鑄成形過(guò)程中，液態(tài)或半固態(tài)漿料在高速、高壓作用下易發(fā)生湍流，或產(chǎn)生縮松、縮孔等缺陷； 注射成形在塑料材質(zhì)手機(jī)外殼上的應(yīng)用已經(jīng)很成熟，但在金屬手機(jī)外殼的成形方面，由于成形溫度高，所以存在注射機(jī)中的內(nèi)螺桿及內(nèi)襯的使用壽命短、維護(hù)費(fèi)用高的缺點(diǎn)。

（3）針對(duì)目前金屬手機(jī)外殼成形工藝的不足，本文提出了用于金屬手機(jī)外殼的應(yīng)變誘發(fā)的半固態(tài)擠壓成形工藝并設(shè)計(jì)了適用于該工藝的模具。采用該工藝成形的金屬手機(jī)外殼具有內(nèi)部組織致密、力學(xué)性能良好的特點(diǎn)，將具有很好的應(yīng)用前景。

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