隨著通信和數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，手機(jī)在短短二十幾年時(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(guān)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(guān)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。

手機(jī)外殼材質(zhì)變化之路

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”，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，如手機(jī)內(nèi)部的支撐架等。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。

金屬材料

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)。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。

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：

• 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；

• 無(wú)磁性；

• 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。

  
  

缺點(diǎn)：

• 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；

• 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。

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。

MX4鋁鎂合金的優(yōu)點(diǎn)：

• 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；

• 銀白色的鋁鎂合金外殼可使產(chǎn)品更豪華、美觀(guān)，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。

鎂合金

對(duì)于手機(jī)來(lái)說(shuō)，因?yàn)橹亓康脑?，手機(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。

使用鎂合金制造手機(jī)外殼的優(yōu)點(diǎn)：

• 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；

• 具有極佳的防震性，耐沖擊、耐磨性良好；

• 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；

• 非磁性金屬，抗電磁波干擾，電磁屏蔽性佳；

• 相對(duì)于塑料，加工成型性能好，成品外觀(guān)美觀(guān)，質(zhì)感佳;

• 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)：

• 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)；

  
  

• 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；

• 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；

  
  

• 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)，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)。

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：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)

復(fù)合材料

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。

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。

幾種主要材質(zhì)對(duì)比

手機(jī)外殼成型工藝

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，即所謂的手機(jī)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)：一體成型、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。

沖壓成型

手機(jī)外殼的沖壓成型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，其成型過(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。

其沖壓成型的具體步驟包括：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，如圖所示。

手機(jī)外殼沖壓成型的優(yōu)點(diǎn)：

• 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；

• 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)：

• 只能用于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的手機(jī)外殼成型，伴隨著初始沖壓板材壁厚的增加，則沖壓成型難度增大，勢(shì)必會(huì)增加沖壓成形的成本；

• 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，所以成型工藝過(guò)程較復(fù)雜。

壓鑄成型

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)。

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。

壓鑄成型金屬手機(jī)外殼的缺點(diǎn)：

• 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；

• 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；

• 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)。

注射成型

外殼注射成型技術(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。常見(jiàn)的螺桿式觸變注射成型機(jī)的示意圖如圖所示：

螺桿式觸變注射成型機(jī)示意圖

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，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)完成成型。

注塑成型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

• 適用于大批量生產(chǎn)、產(chǎn)品尺寸精度高，質(zhì)量穩(wěn)定；

• 節(jié)約了材料、降低了成本；

• 縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)率；

• 與傳統(tǒng)的壓鑄相比，金屬注射成型法具有無(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)。