金屬機身加工工藝：鑄造、鍛造、沖壓、CNC

albert.tang

近兩年來，金屬手機成為行業的熱點，在消費電子產品中應用越來越廣，本文詳細介紹幾種金屬加工工藝及相關產品應用。

9 O! B% b$ X1 U3 N( r例如：

1、CNC+陽極：iPhone 5/6, HTC M7


+ u: S$ @; B' v  g  T9 L3 ~2、鍛造+CNC：華為P8，HTC M8


7 H) E( C( g6 y! J2 _7 v8 ~; [& e3、一次壓鑄：三星A7
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  I9 W7 q5 u' \, P2 ^4、沖壓、液壓成型：HTC ONE MAX
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% d# Z6 H. G* ~- w# x' j5、沖壓+CNC：華為MATE 7
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4 X0 s* M3 Z/ i; W3 m' U下圖描述了幾種手機外殼金屬加工工藝在加工成本、CNC用量、加工周期、成品率、可設計性、外觀質感的比較。
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從整體上分析，一個工藝雷達圖的面積越大，一般說明其綜合性能越佳；從單個維度分析，每個維度劃分了10個等級，分數越高說明某個工藝在該維度越佳。
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鑄造 | Casting

鑄造是人類較早掌握的一種金屬熱加工工藝，是現代機械制造工業的基礎工藝之一。鑄造毛坯因近乎成型，而達到免機械加工或少量加工的目的，降低了成本并一定程度上減少了時間。

金屬鑄造是將把熔化的金屬液注入用耐高溫材料制作的中空鑄型內，冷凝后得到預期形狀的制品；所得到的制品就是鑄件。


圖：液體金屬--充型--凝固收縮--鑄件

' ?- M: ~+ H; [# w8 P4 J8 X% [鑄造的分類
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+ l1 V: a/ C9 k一、重力鑄造 | Gravity Casting
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是指金屬液在地球重力作用下注入鑄型的工藝，也稱澆鑄。其金屬液一般采用手工倒入澆口，依靠金屬液自重充滿型腔、排氣、 冷卻、開模得到產品。
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重力澆鑄具有工藝簡單，模具成本低，內部氣孔少，可進行熱處理等優勢，但同時具有致密性差，強度稍差，不宜生產薄壁零件，表面光潔度低，生產效率低，成本高等缺陷。

4 S1 @' g0 \, }$ E) _" b5 E. _二、壓力鑄造(壓鑄) | Die Casting
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) F3 e$ }1 @; V: n, J6 f在高壓作用下，使液態或半液態金屬以較高的速度充填壓鑄型(壓鑄模具)型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法。



高壓鑄造能夠快速充型，生產效率極高，產品致密性好，硬度高，表面光潔度好，能夠生產壁厚比較薄的零件；同時由于采用高壓空氣進行充型，內部卷入氣體較多，容易在產品內部形成氣孔，故此不可以進行熱處理（熱處理時內部氣體會膨脹，導致產品出現鼓包或裂開等缺陷）及加工量過大的后期機加工（避免穿透表面致密層，露出皮下氣孔，造成工件報廢）。
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不過，普通鋁壓鑄工藝存在很難進行光滑的鋁氧化膜處理的課題。原因是，為了提高流動性使其流遍模具的所有區域，在原料中添加了硅。因此，如果要為鋁壓鑄件著色，涂裝之后可能會因為顯得像塑料而失去高檔感。
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壓鑄工藝應用于手機，可因為表面無法陽極氧化，大部分企業采用噴涂處理，如魅族最新發布的魅藍Metal，如下圖。



近日，日本歐達可公司(OTAX)宣布開發出低成本壓鑄工藝實現光滑鋁氧化膜處理，提升產品高檔感，已被應用于手機外殼和耳機部件，如下圖為丹麥Bang&Olufsen公司采用鋁壓鑄工藝生產的耳機部件。
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鍛造 | Forging
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* h/ R; n/ h4 @4 s- O7 L鍛造是金屬壓力加工方法之一。指利用壓力改變金屬原料形狀，以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸的鍛件的一種加工工藝。
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鍛造的分類

1、錘鍛或打鐵 | Hammer or Smith Forging
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錘鍛或打鐵所用的方式相同，系將工作物加熱到鍛造溫度，在平錘及鉆板之間加以鍛造； 小件可用手工稱為打鐵；大件則須使用蒸氣錘(Steam Hammer)，如下圖。其中，工作物放在鉆板與平面錘之間，至于蒸汽錘的構造，則依鍛造容量而定，輕型者為單機架式， 重型者為雙機架式。
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2、落錘鍛造 | Drop Hammer Forging
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落錘鍛造與平面鍛造的不同，在于落錘鍛造的錘有模穴，工作件在模穴中承受兩方面的壓力或沖擊力作用，進而依模穴的形狀作塑性變形。 如下圖所示，為了使金屬的流動能確實而充份，往往將鍛造分為若干級次，每級的變化為漸進式，以利控制流動方向，至于級數的多寡， 端視鍛件的形狀與大小，金屬的可鍛性及工件尺寸精度要求。

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; H5 ]  N9 X1 \: Z5 e3、壓力鍛造（鍛壓） | Press Forging
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壓力鍛造是以慢速的壓力，使金屬在模內擠壓造形的鍛造法，由于金屬受力的時間頗長，擠壓作用不僅行之于鍛件表面，也及于工件的中心部份，因此，能達到內外均一的效果，其制品的質量亦較錘鍛者為佳。
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  S. b! W9 [, M# ~鍛壓用于手機外殼制程可有效減少CNC的時間，從而相對成本較低；并且可選用鋁含量超過95%的鋁合金，可進行陽極氧化。制程：先通過鍛壓得到較厚的手機結構件粗型；再CNC銑掉不需要的部分；NMT得到金屬+塑料一體結構件；陽極氧化表面處理；最后膠合天線蓋。

如OPPO R7/R7 PLUS，如下圖

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4、鍛粗或端壓鍛造 | Upset Forging
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鍛粗或端壓鍛造通常是針對一均勻長桿的一端欲進行鍛粗或造形而來，如下圖所示。將長桿在模子內夾緊，其一端加熱至高溫，并順其軸向，再該端加壓，使其鍛粗或造形。  
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5、滾軋鍛造 | Roll Forging

滾軋鍛造的原理如下圖。
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7 S. a/ D, [6 |$ Z3 s. |以兩個非百分之百為圓形的輥子（有 25~75%的直徑縮減率，其余部份可依需要切成槽形），將桿料送入其間并夾持之，而后繼續轉動，使桿料受軋壓，使直徑縮減并向前推送；當輥子再轉到開口位置時，可將桿料抽回到原來的位置，以備次一循環軋滾，或送到另一溝槽作另一種施工。

+ i2 u! W! h# P7 T沖壓 | Punching

( S' T. x; I6 Q# y, H3 I& K' y) l金屬沖壓成型是一種金屬冷處理加工方法，又被稱之為冷沖壓或板料沖壓，借助沖壓設備的動力，使金屬板材在模具內直接受力成型，沖壓的零件廣泛應用于汽車零件制造和家用電器的制造。
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$ o6 c/ a- J5 W3 P: L適用材料：適合大多數金屬板材，尤其適合：碳鋼板，不銹鋼板，鋁板，鎂板，銅板和鋅板

工藝過程


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1、將金屬板材固定在模具臺面上
2、上方沖頭垂直下落，使金屬板材在模具內部受力成型
% _6 a0 N: J& `4 C% M( }6 J3、沖頭上升，零件被取出等待下一步修邊打磨工序，整個過程在1s-1min左右
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最近新上市的紅米Note3使用的就是沖壓工藝制作的金屬后蓋。
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沖壓的一個直接好處就是節省成本，不用經納米注塑，打磨后直接陽極氧化，量產爬坡很快；但該技術的缺點是機身上下兩端必須是塑料拼接。無法做復雜的內部結構，只能用來做后蓋。

CNC | 數控機床

CNC俗稱“數控機床”，即由程序控制的自動化機床。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程序，通過計算機譯碼，使機床執行規定好了的動作，將一塊原始的金屬板材通過長時間精密加工，最終打造成想要的形狀。
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CNC金屬一體成型，也就是Unibody一體成型機身工藝。先是運用在蘋果iPod，iPad，MacBook中，最終在iPhone5這一代產品上得以實現，開始引領全金屬手機的狂潮。

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1 W3 \& {, \" s0 c2 giPhone 5、6采用鋁合金一體成型，即機身和邊框都是由一整塊鋁合金CNC加工而成，但考慮到手機的射頻信號問題，機身會被分割成幾段，一般在上下兩端選擇注塑等隔斷。


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為了獲得更高品質的外觀，還將進行陽級氧化、噴砂、拋光等表面處理，成就獨特的色彩和光滑的觸感。
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韓寒11

最近幾年數控鉆攻機賣的是很好，都是因為手機金屬殼大賣。表面處理的進步，也提升了手機殼的檔次

小河HH

咋沒有鉆攻機呢？這是必不可少的呀。

喂我袋鹽

Good！

王小廣

長知識了

albert.tang

韓寒11 發表于 2016-12-19 21:51
最近幾年數控鉆攻機賣的是很好，都是因為手機金屬殼大賣。表面處理的進步，也提升了手機殼的檔次

手機這個產業鏈養活了很多人，不過據說富士康要在美國建廠了。

albert.tang

小河HH 發表于 2016-12-19 22:25
4 B- W2 g0 W& z$ f2 R7 g" Y+ _咋沒有鉆攻機呢？這是必不可少的呀。

! E5 A: Q, {  l# e7 I+ n! c5 g' b. i這活CNC能都干了。
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韓寒11

albert.tang 發表于 2016-12-20 20:04
手機這個產業鏈養活了很多人，不過據說富士康要在美國建廠了。

& ?* y# G! m" T) Q  C也是沒有辦法的事情，資本都是逐利的，中國的物流成本太高，各種明規則潛規則，應付不來的
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albert.tang

韓寒11 發表于 2016-12-20 20:07
也是沒有辦法的事情，資本都是逐利的，中國的物流成本太高，各種明規則潛規則，應付不來的

外資撤離會引發新一輪的失業潮

韓寒11

目前來看國家不是很在乎，或者說影響到利益集團的政策無法實行