【掌工知】手機天線微縫制造工藝淺談

在今天日新月異的時代,手機已成為我們生活當(dāng)中不可缺少的一部分,全金屬一體機型的質(zhì)感順滑曲面,搭配兩條白色顯眼的天線隔斷槽,讓外觀美的顏值大打折扣。金秋十月,O客戶新機發(fā)布一改以往風(fēng)格,整條的白色塑膠隔斷槽設(shè)計為三條微縫結(jié)構(gòu)----細(xì)如發(fā)絲,渾然一體,瞬間吸引了眾多人的眼球。

產(chǎn)品材質(zhì)為鋁合金,上下兩端各三條微縫結(jié)構(gòu)(圖一)。

單條微縫寬度尺寸公差為0.30±0.03mm,此專案的難點是:微縫經(jīng)過全制程后尺寸不允許超差(尺寸超下限影響信號功能,超上限外觀不良,無可行重工方案)。本文將介紹微縫加工簡介和尺寸制程中變異分析和控制。

微縫結(jié)構(gòu)應(yīng)用的是T型銑刀(圖二3片鋸片疊裝在一起,裝配跳動規(guī)格在0.01mm以內(nèi)),要求CNC機臺主軸偏擺不得超過0.01mm,四軸設(shè)備(可以將治具旋轉(zhuǎn)+90°或-90°,帶動產(chǎn)品豎起)架機垂直度在0.015mm內(nèi)。首先,四軸將固定產(chǎn)品的治具旋轉(zhuǎn)到+90°位置,探頭接觸產(chǎn)品的內(nèi)端面和上端面(圖二),將測量的機械坐標(biāo)、絕對坐標(biāo)及差值,寫進CNC程式指定的變異中,精確微縫加工的X和Y位置值;接下,T刀執(zhí)行程式設(shè)定值,高轉(zhuǎn)速和低進給量一次將三個微縫結(jié)構(gòu)銑成,直線度規(guī)格精細(xì)到0.02mm內(nèi),兩側(cè)和背面預(yù)留一部分金屬連料穩(wěn)定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)(即不完全銑斷);最后,四軸將固定產(chǎn)品的治具旋轉(zhuǎn)到-90°位置,T刀加工完成另一端的三個微縫結(jié)構(gòu)。

初期我們定義鋸片厚度規(guī)格為0.285mm,對微縫寬度影響的主要制程分布:CNCX1夾(加工微縫)-噴砂去毛刺-ECIM(Electro Chemistry Insert Molding)處理+成型-CNCX2夾(加工外觀面)-表面制程(打磨+噴砂)-陽極。經(jīng)過我們快速通勤全制程和主制程后做光學(xué)投影測試,整理數(shù)據(jù)(圖三)分析發(fā)現(xiàn):CNC X1夾加工完微縫寬度均值在0.315mm,但是經(jīng)過后加工噴砂去毛刺工站均值偏小約0.03mm,達到了0.286mm臨近下限;CNC X2夾加工產(chǎn)品外觀面,微縫寬度均值0.244mm(超下限-0.026),經(jīng)后面打磨-噴砂-陽極制程,寬度尺寸有回升趨勢但均值依然偏下限到0.276mm,超差的風(fēng)險可能性比較大。

為了避免光學(xué)投影取點測量誤差,誤導(dǎo)我們改善方向,改為整機切割測試驗證(使用金相顯微鏡測量寬度)。

CNC X1夾使用0.285mm規(guī)格的鋸片銑出的微縫結(jié)構(gòu),從金相圖片(圖四)和測量數(shù)據(jù)(表一)可以看出,單條深度上中下位置寬度均勻、穩(wěn)定(0.01mm波動),但金相測量與光學(xué)投影差異在0.02~0.03mm范圍;微縫寬度與鋸片厚度規(guī)格對應(yīng)基本一致,但尺寸略偏下限。后經(jīng)更多數(shù)據(jù)驗證,量產(chǎn)后鋸片厚度由0.285mm調(diào)整為0.30mm,并對刀具壽命進行管控,可穩(wěn)定微縫寬度在0.30mm左右。

CNC X1后噴砂去毛刺后,從金相圖片(圖五)和測量數(shù)據(jù)(表二)可以看出微縫開口位置,存在0.01~0.02mm的塌邊,導(dǎo)致寬度尺寸偏小與投影尺寸均值變小趨勢相符。微縫塌邊面將與塑膠成型結(jié)合在內(nèi)腔里面,在成品后內(nèi)部寬度不易檢測,較難發(fā)現(xiàn)不良。為了避免功能性不良,量產(chǎn)后取消噴砂去毛刺改為人工打磨去除。

產(chǎn)品經(jīng)過ECIM處理后完成成型,微縫處的鋁塑結(jié)合力需要高射速、高射壓、高保壓才能達到最佳,模具封膠面凸出0.05mm半圈微線與產(chǎn)品形成面和面貼合過壓,保證塑膠在流動和填充過程中不溢膠。從金相圖片(圖六)和測量數(shù)據(jù)(表三)可以看出,第一條和第三條整體尺寸略小于中間第二條約0.01mm,經(jīng)更多數(shù)據(jù)驗證分析其原因與模具壓線過壓將兩邊的鋁擠壓引起第一、三條微縫寬度變窄。因此,量產(chǎn)后將產(chǎn)品封膠面Z向尺寸中值調(diào)大0.01~0.03mm,模具過壓線降低到0.03mm,成型后三條微縫趨于穩(wěn)定均勻,晶瑩剔透。(注:成型后產(chǎn)品受結(jié)構(gòu)限制,投影無法測量)

CNC X2夾采用盤銑刀(圖七)順著產(chǎn)品長度方向加工產(chǎn)品外觀面,與微縫長度方向垂直。我們從金相圖片(圖八)上發(fā)現(xiàn)第一條微縫寬度側(cè)邊多鋁長0.039mm×深0.027mm,第三條微縫寬度側(cè)邊多鋁長0.043mm×深0.017mm,導(dǎo)致微縫的寬度變小0.03~0.04mm,與投影尺寸均值跌小到下公差外的趨勢相符。經(jīng)驗證和分析,微縫多鋁不良是盤銑刀在加工產(chǎn)品表面順著刀路路徑將鋁擠壓到塑膠表面,但中間第二條微縫兩旁邊只用0.70mm寬的鋁擠壓不明顯。我們的改善對策僅對盤刀壽命進行管控,避免刀具磨損后擠壓更多鋁,但未對刀路徑改動,是因為在加工時間和外觀效果方面已是最優(yōu)方案。

表面研磨拋光制程使用業(yè)界最具耐磨性和去除性較優(yōu)的耗材,為產(chǎn)品表面獲得更佳順滑和光鮮外觀奠定基礎(chǔ)。從金相圖片(圖九)上觀察,微縫開口面基本平齊,側(cè)邊多鋁的現(xiàn)象消失,與投影尺寸均值開始變大的趨勢相符。微縫的寬度在打磨段基本會定型,參考CNCX2夾產(chǎn)品多鋁的數(shù)據(jù),我們定義磨削量在0.02~0.03mm,同時要兼顧可能出現(xiàn)的重工留夠余量,對研磨耗材、機臺壓力、轉(zhuǎn)速、時間等細(xì)節(jié)項目進行驗證,制定合適的參數(shù)規(guī)定到作業(yè)文件當(dāng)中。

微縫在噴砂和陽極制程變化,從金相圖片上(圖十&圖十一)顯示無明顯差異,結(jié)構(gòu)形態(tài)與前制程基本相似,嚴(yán)守掌控制程參數(shù),實現(xiàn)客戶ID靈感設(shè)計成真。

最后,天線微縫設(shè)計是手機一次革新,更是對制造工藝要求是一次挑戰(zhàn)和突破。影響微縫寬度的主要因素歸結(jié)為刀具的規(guī)格,成型模具合理結(jié)構(gòu)和制程參數(shù)、表面研磨能力等,突破了這些制約因素,困難將迎刃而解!(注:本文提到的驗證數(shù)據(jù)僅供參考)