模具加工工艺在手机外壳上的应用研究

蔡贤濠

摘 要：据相关数据显示，2017年全球手机出货量超14.6亿部，其中，国内市场手机出货量达4.6亿部，约占全球的31.5%。随着智能手机的飞速发展，庞大的市场需求量，也推动了手机外壳模具工艺的不断更新换代。文章首先介绍我国手机外壳模具加工工艺发展历程和应用现状，并对各种模具工艺材料对比，最后探讨未来该工艺的发展趋势。

关键词：手机外壳；模具加工工艺；应用现状；发展趋势

中图分类号：TG76 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）23-0115-02

Abstract： In 2017， more than 1.46 billion mobile phones were shipped globally， including 460 million in the domestic market， accounting for about 31.5 percent of the world's total， according to the data. With the rapid development of smart phones， huge market demand has also promoted the constant updating of the mobile phone shell mold technology. This paper first introduces the development course and application status of mould processing technology for mobile phone shell in our country， and then compares various die processing materials， and finally discusses the development trend of this process in the future.

Keywords： mobile phone shell； mold processing technology； application status； development trend

1 手机外壳模具加工研究与应用现状

1.1 工程塑料

20世纪80、90年代，以诺基亚、爱立信、索爱、三星等品牌为代表的2G手机，外壳材质主要选取了以PC/ABS为主的工程塑料，拥有耐用性和颜色的多样性的特点，加工成本较低。2G手机主要以直板或翻盖为主，面盖里面由于需要安装许多功能按键，所以面盖结构较为复杂，对模具的设计和制造的精准性要求比较高，需要更加注重塑料熔体注射充模条件，提高塑件质量，缩短注塑周期。

1.2 双面玻璃

2010年，iPhone4的双面玻璃横空出世，随后索尼 L36h、l39h、xl39h、m51和LG nexus4等手机纷纷开始采用双面玻璃。此时的双面玻璃采用的是2D玻璃，相较于塑料外壳，玻璃外壳材质加工较为简单，只需在玻璃基板上通过CNC雕刻、尺寸全检、研磨、抛光、清溪、烘烤、镀膜、检验等程序，即可切割而成。为了避免双面玻璃容易摔碎的问题，边框通常采取凸出的金属面板，使玻璃面板内嵌，减少直接冲击摔碎的可能性。

1.3 金属材质

在工程塑料实用不好看，而双面玻璃容易摔碎的因素下，各大手机品牌开始选择实用不锈钢和铝合金为主的金属材质制作手机外壳。因为外观与实用性方面的综合优势，金属材质逐渐开始成为手机外壳的主流。其中，不锈钢外壳主要选取的是奥氏体304不锈钢，密度较大，不便于携带且无法染色，因此苹果公司在iPhone4S选用不锈钢材料后，就转用铝合金机身，用在了5S、6及7代苹果产品上，且颜色逐渐鲜艳。铝合金材料质量比较轻，是不锈钢的三分之一，且染色性较强，造就了目前市场上涌現的“土豪金”、“玫瑰金”、“高端灰”、“中国红”等颜色，同时还具备了耐高温、不留手印、抗静电等优点。

目前，铝合金材质的外壳基本由数控机床加工，因为CNC的效率、精准度、加工质量有保证。最早的全金属一体式CNC加工工艺由苹果公司开创，主要包括了9道数控铣削工艺。而外壳制造厂商，在编程到成品的全过程中需要经历至少10道以上的工艺才能获得成品。加工初期，需要利用CNC建模和编程，编程包含整个外壳的加工工艺取决于外壳的结构，结构越复杂编程越难，编程包括了设定工序、选择刀具、设定转速、刀具距离，等等。编程结束后，后续就由CNC自动加工完成，比如用柱状实心铝材压铸铝板、精密加工切削机身雏形、精细铣削机身各种键盘构造，等等。但是，铝合金手机容易产生黑线、料纹的缺陷，需要在阳极氧化工序中进行处理。

1.4 陶瓷材质

当前，市场上使用陶瓷材质制作手机外壳的主要以小米手机为代表。相较于玻璃、金属材质的机身，由于成本高和良品率低的问题影响，一直产能不大，无法获得市场认可。首先，陶瓷外壳主要选取的不是普通的日用品陶瓷，而是微晶锆纳米陶瓷粉，需要干压成型、烧结、研磨抛光。由于陶瓷需要2000的高温烧制，烧制前后缩水情况明显，往往无法准确塑性。随后的CNC加工程序与金属材质相仿，只是陶瓷磨削过程中，材料脆性剥离是通过空隙和裂纹的形成或延展、剥落及碎裂等方式来完成的，而且由于陶瓷质硬，需要采用表面处理过或者钻石材质CNC刀具加工。

2 手机外壳模具加工新趋势

2.1 3D玻璃外壳兴起

今年2月份，在西班牙巴塞罗那举行的世界移动通信大会上，三星、索尼、中兴等手机巨头发布的新旗舰产品，无一例外都采用了3D玻璃后盖，而华为、小米等手机厂商发布的新款机型中，也同样选取了3D玻璃后盖。据相关数据显示，联创电子、蓝思科技等国内10多家上市公司，已在3D玻璃产业方面投入了累计300亿元。可以说，3D玻璃后盖将是引领5G手机发展的新技术，是未来手机厂商的新亮点和新增长点。

3D玻璃相较于2D、2.5D玻璃区别在于弧形设计，2D则是纯平面玻璃，2.5D则在边缘采用了一定弧形设计，而3D玻璃不仅在边缘，在中间也采取用了弧形设计，从而增加可视面积，符合人的视网膜弧度，带来更好视觉体验。

2.2 3D玻璃外壳加工工艺

目前，3D玻璃的加工工艺流程与玻璃材质制作较为相似，难点主要是热弯工艺，将已经开孔、雕刻、清洗后的平面玻璃放在模具中加热软化成型，再经过退火，从而制成曲面品。炉体大小与需烧制的玻璃尺寸弧度息息相关，因此要求玻璃在烧制过程中受热均匀，避免脆裂。国内各大生产商所用的热弯机主要从韩国进口，每台价格约180万左右，月产量在1.5万片左右。

生产的工艺程序主要包括：开料、CNC、研磨抛光、烘烤、镀膜、热弯等，其中热弯工艺是最为关键，制约着良品率的高低。目前国内用于生产3D曲面玻璃的热弯机主要以进口韩国的设备为主，价格在120-180万，月产能在1.5万片左右。目前，热弯模具主要分为三类：实心模、空心模、条框模。三种模具各有特点，实心模可以保证玻璃弯曲度，对操作人员要求不高，但模具制作成本高、周期长，模具吸热多升温慢，玻璃表面容易产生麻点；空心模吸热少，烧制过程中增加弹簧进行支撑，表面不会产生麻点，但对操作人员技术要求比较高；条框模介于两种之间，操作要求低，但加热过程会产生热滞后现象，制成品比较容易弯曲过头。

热弯工艺之后，仍然需要对玻璃外壳进行曲面成型、抛光、印刷、贴合等工艺，总的来说对制造要求比较高，良品率视生产厂商的技术程度而言。

2.3 3D玻璃市场需求

从目前情况来看，2018年大部分手机品牌都选择使用3D玻璃外壳，根据比亚迪提供数据预计，需求量达到6亿篇，但目前所有A股上市企业年产能只有4-5亿片左右。因此3D曲面玻璃价格也高于目前的2.5D玻璃3倍左右，达到70元/片。也下来，3D曲面盖板玻璃需要进一步的量产化，才能进一步满足市场需求。

3 手机外壳模具加工未来趋势

总的来说，无论是塑料、金属还是玻璃外壳，都是随着市场需求、技术进步，不断地更新换代，但无论那种材料均需要经过CNC的加工，只是技术要求更高、质量和准确度要求精细。目前，3D打印技术逐步推广，与传统数控机床加工工艺比，制造周期、成本準确度拥有更大优势，相信只要3D 打印技术与模具设计的完美结合，必将打开手机外壳制造新的发展空间。

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