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陶永亮重庆笔记本电脑模具制造之我见

作者: 亚搏手机版app官网登录 来源: 亚博2022最新网站 发布时间:2022-10-04 12:39:34

  陶永亮,教授级高级工程师。中国模具工业协会技术专家、中国塑料加工工业协会专家委专家、中国塑料机械工业协会专家委专家等。曾从事模具设计与制造,注塑成型工艺和真空镀铝工艺管理等工作;参与企业各种产品开发工作,为企业技术进步和提高经济效益做出了应有贡献,曾获得各级技术进步奖励等;结合生产现场需要,解决生产上疑难问题;发表技术论文180多篇,涉及模具设计、注塑工艺、真空镀铝和汽车灯具技术等,被EI、CA等收入,实际应用性强。退休后仍活跃在行业上,密切关注行业发展,加入各级相关行业学(协)会专家委,并积极参加专家委的活动,对企业、学校和学生(个人)进行技术指导、资源引导,职称辅导等工作,继续为行业发挥余热!

  摘要:重庆笔电产业已成为重庆支柱产业之一,笔记本电脑中除了电子器件和连接线外,其他零部件的制造,模具起着重要的作用,在模具加工后产品还需通过多种工艺进行处理,也与模具综合质量息息相关。本文描述了重庆笔电产业基本情况,重点对笔记本电脑模具情况进行了较多地分析与解读,对部分零件加工工艺进行介绍,提出了重庆笔记本模具制造有着独特的优势,也期待镁合金半固态射出成型加工在重庆有一个新的开始。

  重庆笔电(笔记本电脑)产业源于2008年。从2014起重庆笔电产量连续7年位居全球第一。2020年重庆笔电产量创新高,突破7000万台。新冠疫情催生“宅经济”,全球笔电需求量增大,重庆笔电产量创新高,产值也是首次突破3000亿元[1]。今年前8个月,重庆笔记本电脑出口5185.9万台,占同期全国笔记本电脑出口重量的36.3%[2],2021年的形势看好!目前,重庆已落户了惠普、宏碁、华硕、联想等品牌商,品牌商带动了ODM企业跟进,富士康、广达、英业达、仁宝、纬创、和硕等主流笔电代工厂均在重庆有生产及研发基地。重庆笔电产业链和供应链相对齐全,规模以上电子信息企业达到639家,基本上实现了本地化生产和配套[3]。笔电产业在重庆成为汽车之后新的支柱产业,并较好地产生集聚效应,成为全球重要的笔电生产基地。同时也给重庆的模具业带来了新的机遇和挑战。

  笔记本电脑基本组成。显示屏部分:A壳,屏芯(已包含灯管)、高压板、摄像头、MIC、感光组件、B壳。主机部分:上层:键盘、C壳、触摸板、开机键等快捷键;中层:风扇、主板(内存、CPU、显卡、无线网卡、用各种读卡器),光驱、硬盘;下层:D壳

  综合上述:笔记本电脑有CPU、内存、硬盘、 显卡、 主板等称为五大元件,还有外壳、连接件和其他结构件等组成一整的电脑。电脑的五大元件有电子公司生产配套外,其中外壳、连接件和其他结构件等都是通过模具来加工,实现产品的批量生产。

  五大元件生产和加工中也是少不了模具加工这一环节,在这里不做介绍。主要是外壳、连接件和其他结构件等,包括一些成品件加工也需要模具来完成。其中四大件构成的ABCD壳(A壳指的是电脑顶盖,B壳指的是屏幕边框,C壳指的是掌托,D壳就是底盖,同理上盖最上面是A面,你看到的屏幕区域是B面,C面是键盘区域,D面是机身底部)、前框、后壳、键盘面板、底座等与之所装配中涉及还有较多的配件(含金属件)都是需要通过模具上完成加工与生产。

  笔记本电脑应用塑料成型件比较多,主要也是实现“轻量化”的需要,同时注塑成型加工效益高。塑料成型模具占有一定的数量,一款笔记本电脑有塑料件大致需要在12~18套模具上完成加工,具体还要看配置和外观设计要求,相对要求高模具套数要多些。塑料零件主要顶盖,底盖属于外观件,质量要求高,从塑件注塑后还要进行一些表面加工工序,达到应有的要求,还有用高光注塑方法直接注塑成型不需后加工等。前框也是属于表面件,一般要做磨砂(亚光)处理,成型上难度不是很大,其容易划伤和变形等。键盘面板有加工难点是表面的熔接痕缺陷,是成型工艺和模具结构设计的难点。底座表面相对的要求要低些,底座上有安装园孔和矩形孔等,侧面有些空洞。除了这四大件外,还有底座上盖板、操作面板上大大小小按钮、滑动键、连杆遮挡件和机芯安装架等,这样一款笔记本电脑塑料件大致有12~18个品种。

  塑件A盖板和D底板中有较多地螺纹嵌件,用于结构件之间的固定与连接等,按照传统的做法是螺纹嵌件插芯放在注塑模中一体注塑,然后塑件出模后将螺纹嵌件插芯取出,这样费工又费时,不利于注塑的连续性,难以保证塑件表面质量。现在这一工艺得到改进,只要在安放螺纹嵌件地方,塑件上留有一定要求的孔,再到自动热熔埋钉机(也称自动螺母热植入机,需编程序)上进行安装螺纹嵌件在塑件里,就像嵌件注塑在塑件一样。如下图所示。现在也有公司已采用模内自动埋钉工艺,通过模内埋钉工艺应用,减少后制程的埋钉机,节省电费,减少磕碰划伤和不良品,提高拉拔力,节约了人力。自动模内埋钉机构制造属于专利技术,包括埋钉治具、布钉装置和抓取送料装置等,抓取送料装置包括四轴机械手和固定在机械手下方的夹具,夹具上对应于所述多个限位柱的位置设置有多个气动夹头,每个气动夹头分别夹持一根铜嵌件,抓取送料装置用于向模具动模的丝筒针上插入铜嵌件。这对模具制造和一些工装应用都有着一定的难度。

  笔记本电脑应用金属成型件相对比较少。除了还有一些品牌笔记本电脑用金属件做顶盖,底盖和键盘面板等,主要有些连接件的金属件,加工方式冲压,镁合金压铸(含半固态射出成型)。笔电外壳采用镁合金半固态射出成型产品具有组织均匀,无缩孔缩松缺陷等优势,其综合力学性能与锻件相近,高于传统压铸件,通过半固态成型技术增加强镁铝合金等轻合金的力学性能[4]。例如宏碁某一款采用全新镁合金材质,其中A/D面为镁锂合金,C面为镁铝合金。还有的外壳件A/D件、键盘面板用冲压模加工,还有一些电池锁扣、支架和用于塑料外壳上做屏蔽的板件等也是用冲压模具完成。如下所示各种工艺成型的键盘面板。

  镁合金作为最轻的工程金属材料,镁合金的密度1.74~1.85g/cm3、比铝合金轻36%、比锌合金轻73%、仅为钢的1/4左右,其比强度和比刚度较高,另具有优良的阻尼性、电磁屏蔽性、减振性、切削加工性和抛光与表面处理性能。从镁合金的性能特点来看,选材符合目前笔电的轻薄风格。

  镁合金半固态注射成型设备与注塑成型机工作原理相近[5]。首先将镁合金锭加工切制成细颗粒状,镁合金颗粒原料依靠负压、重力作用下输送到料筒中,在料筒热熔并旋转的螺杆使合金颗粒向模具方向运动,当其通过料筒的加热部位时,合金颗粒呈现适合注射的熔融态或半固态,通过精确的温度控制和螺杆的剪切作用形成的一种含有固相成份(半固体的枝晶组织的合金转变成颗粒状初生相组织),将镁合金加热至582±3℃,以高速0~ 5m/s将半固态浆料注入封闭的模具型腔中成型[6-7],加工设备与原理如下图所示。目前应用广泛于笔电外观件生产,并具有较好地散热性。

  镁合金半固态注射成型模具是与传统的压铸模具基本相近。但没有高温熔炼金属设置和金属液转移,不用熔炼炉,产品精度达0.01mm,后加工量小,空腔零件最薄0.3mm,不需熔化镁合金和不要保温,能耗降低60%,模具热冲击减小,模具寿命延长2~4倍,余料可以会用,工作场地比压铸节约30%。单机产能高效,可以连续生产。金相组织致密,产品缺陷少,力学指标比压铸提升20%[8]。下图为C键盘面板脱模后情况,以便大家了解到模具的具体情况,集渣包和排气槽与压铸模是相同。

  重庆是个老工业基地,也是现代制造业基地,模具产业有着雄厚地底蕴。重庆原有一些光学仪器厂和一些军工厂有些模具制造,为自己的企业服务。早在上世纪60年代从沿海内迁了一些制造业厂家到重庆,带动了重庆模具行业的发展。改革开放以来,沿海模具厂家来重庆发展;不少人去沿海打工和学习回渝开模具厂;也有不少的模具企业员工走出厂门自主创业办起模具厂;原有的模具企业继续发展;不少产品加工也有小规模的模具制造和维修车间等,给重庆的模具行业发展增添一笔浓墨重彩。

  重庆的模具产业一般依附于重庆支柱产业汽车工业、摩配加工和其他工业的发展,为重庆的经济发展做出了巨大的贡献。重庆的模具在汽车工业领域应用发展的较快,汽车领域的产品要求较高,通过做汽车零件模具促进了重庆模具设计,制造装备,制造工艺和检测水平等飞跃式提升。当然也有一些不足的情况,就塑料模具来言。

  塑料零件应用范围之广,一个产品重量从0.5克以下到50公斤以上皆有,注塑机锁模力有从10吨到6000吨,还有微型注塑机,这些给模具制造带来了机遇和挑战。重庆塑料模具加工主要以中型模具为主,成为重庆模具的强项。做大型模具或超大型模具找浙江黄岩等地,做小型或微小型模具找深圳东莞等地,都是找沿海的工厂。重庆的大型模具或超大型模具,小型模具或微小型模具都是外地加工,最后运输到重庆。目前大型模具是汽车模具为主,小型模具是手机等为主。重庆发展支柱产业离不开模具,而大型小型两端的模具制造没有优势。两端模具发展依赖于大型加工设备,小型精密设备的投入。目前重庆的模具厂家模具制造没有形成自己的独特优势,以后企业多往独特优势方面发展。模具加工涉及面很广,每个企业根据自己的特点,打造自己的优势项目,形成优势企业。重庆模具在未来的发展中应重点兼顾大型和小型两端模具为好。

  在分析了重庆模具情况后,我们也看到重庆做笔电产业模具的优势。笔电产业模具属于中小型居多,重庆加工笔电产业模具优势显著。笔记本电脑(NoteBook Computer)又被称为“便携式电脑,手提电脑、掌上电脑或膝上型电脑”,其最大的特点就是机身小巧,相比PC携带方便,是一种小型、可便于携带的个人电脑,通常重1-3公斤。笔记本电脑一般是11-17寸。最常用14寸笔记本电脑(长X宽)335X235mm,如A/D外壳产品做模具,无论是注塑模,还是其他模具都是属于都是属于中小型模具的范畴,如键盘按钮模具属于小型模具。从笔记本电脑装配与要求看,主要是外观要求比较高,外表面的装配也要满足外观要求,其余的要求就不是很高了。从以后发展的趋势,控制笔记本电脑重量,以后A/D外壳产品也会用塑料和金属件,金属外壳有屏蔽作用,塑料外壳要做屏蔽作用的处理,各有千秋。总之,重庆的中型模具制造优势凸出。

  笔电产品的外观要求比较高,对产品的加工(包括产品和模具)带来了机遇和挑战。注塑A外壳可以用免喷涂材料加工,一次性注塑成型,不需要后加工;也有模内装饰工艺进行加工,模内注塑转印工艺加工,提高A外壳注塑表面外观质量和耐用性。金属A外壳可用拉丝,氧化纳米涂层等表面处理方法,提高金属A外壳外观要求。注塑键盘面板上呈网格化注塑产品容易产生熔接痕,为了克服熔接痕带来表面缺陷,采用若干个进料口注塑,而去掉浇口上浇口料和修剪的工作多,在重庆有个企业采用了简易的工装去掉浇口料,再由人工修剪等,费工又费时,可以推行模内切工艺,产品在模具上完成浇口料和浇口修整工序。金属键盘面板和其他件从模内出来的加工工序也是较多,现在都在机器上(包括CNC)来完成。同样还有较多的小零件加工不列外。下图所示部分零件。

  重庆笔电产业经历10余年发展从无到有,日趋成熟,产量全球七连冠背后的秘密是产业的更新迭代和产业生态链的完善。其中模具起着重要的作用,目前重庆的笔电模具基本上都是本地化制造,如宇海、联耀、禾秀丰,钜恒,冠雄,鑫盟等单位的笔电模具制造较好地带动重庆笔电产业发展,提升了重庆制造业的加工能力,同时也促进了重庆模具制造业的发展与提高。当然,重庆的重庆笔电模具还有发展的空间,半固态射出成型模具应用较少,镁合金半固态注射件从外地运来,这与重庆地区对这项工艺了解较少有关联。镁合金半固态射出成型加工也是将来轻量化领域的重要选择,对模具制造提出了先行要求。

  [5]张涛,刘勇兵,隋铁军等.镁合金半固态注射成形试验及注射速度控制方法[J]. 特种铸造及有色合金, 2010,30(8):722-724.

  [6]郭泽亮.镁合金半固态成形技术的进展[J]. 材料开发与应用, 2005(12):56-60.

  [7]刘明强.半固态镁合金成形技术概述[D]. 重庆科技学院, 2008.6:1-9.

  [8]贺睿,李雷,王强等.半固态压铸技术研究发展现状[J]. 热加工工艺, 2009,38(13):36-40.



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