1、铝合金结构件设计指南 厦门手机结构设计部,整理:谢素娟 张学博 审核:周 健,纲要： 1、产品图示 2、铝合金结构件的工艺 3、铝合金结构件的选材 4、铝合金结构件设计注意事项 6、铝合金零件的表面处理注意事项 7、与塑件的装配的设计要点 8、铝材装饰件上字样的几种形成方式 9、重点释疑,Products show,该产品表面处理采用腐蚀工艺做出字形纹路，黑色部分为被腐蚀部分.,该铝制饰件表面处理采用了腐蚀工艺。,高光切削,采用腐蚀工艺处理表面高光切削,表面喷沙处理 激光雕刻字体 背面冲出字体,表面喷沙 背面冲出字体 丝印字样,表面做拉丝处理,表面做氧化着色处理,一 铝合金零件的生产工艺,1、
2、铝合金结构件的生产流程现以我公司D80的铝合金装饰件为例，介绍一下加工流程。冲裁翻边整形化学处理 冲孔冲字高光,1、冲裁 根据产品展开外形冲切大致尺寸。2、翻边 在翻边模具上冲压出壳体的四壁。3、整形 在整形模上精整外形，并保证壳体的 高度.,4、化学处理 对表面进行纹理及氧化着色处理，见以下详述。5、冲孔 冲出小视窗和摄像头视窗，去除的区域也是化学处理工序中的夹持处。5、冲字 冲出我们需要的字形凸起，如D80上的Amoi字样，再进行斜纹高光处理以达到特殊的外观效果。6、高光 用高速金刚钻头铣削铝件视窗边沿，显露铝的光亮本色。,化学处理：上挂、除油强酸腐蚀条纹刻蚀氧化着色封孔烘干1、上挂，除油
3、 除去产品油污、污渍。2、强酸腐蚀 使表面钝化，腐蚀掉毛刺，尖角等缺陷。经过此道工序铝合金饰件的厚度单边减少0.02mm-0.03mm.,3、条纹刻蚀 使铝合金饰件呈现拉丝的外观效果。（这一道工序对产品厚度没有影响。）4、氧化 氧化单边消耗0.02mm左右，再在表面生成氧化粒子，氧化膜厚度为35um。5、着色 铝材经过氧化表面为微观孔隙状，染料进入氧化膜，色素填充其间。,6、封孔 氧化膜是一种微孔状物质，过封孔后将一种金属盐沉积于孔内，达到封闭的效果。7、烘干除此之外还有一些其他的工艺，如拉丝，喷沙，抛光等。但D80没有采用，以下详述。,2、铝材加工的工艺搭配以上是铝合金零件加工的一个案例，下
4、面概述一般铝合金零件加工的四种工艺搭配（括号内为可选）： 1）喷沙+氧化（+着色）+封孔 2）拉丝+氧化（+着色）+封孔,3）喷沙+拉丝+氧化（+着色）+封孔，其中喷沙面与拉丝面的台阶高度差应0.1mm。4）抛光（镜料）+腐蚀+氧化（+着色）+封孔可见不论哪一种表面处理，后续都要经过氧化，必须在铝材表面生成一层氧化膜。,3、铝材的表面处理工艺1）拉丝 拉丝效果可以通过机械拉丝和条纹刻蚀来实现。 机械拉丝可根据装饰需要，制成直纹、乱纹、波纹和旋纹等几种。,a)直纹拉丝 指在铝板表面用机械磨擦的方法加工出直线纹路。它具有刷除铝板表面划痕和装饰铝板表面的双重作用。直纹拉丝有连续丝纹和断续丝纹两种。连
5、续丝纹可用百洁布或不锈钢刷通过对铝板表面进行连续水平直线磨擦（如在有靠现装置的条件下手工技磨或用刨床夹住钢丝刷在铝板上磨刷）获取。改变不锈钢刷的钢丝直径，可获得不同粗细的纹路。断续丝纹一般在刷光机或擦纹机上加工制得。制取原理：采用两组同向旋转的差动轮，上组为快速旋转的磨辊，下组为慢速转动的胶辊，铝或铝合金板从两组辊轮中经过，被刷出细腻的断续直纹。,b)乱纹拉丝 是在高速运转的铜丝刷下，使铝板前后左右移动磨擦所获得的一种无规则、无明显纹路的亚光丝纹。这种加工，对铝或铝合金板的表面要求较高。 c)波纹 一般在刷光机或擦纹机上制取。利用上组磨辊的轴向运动，在铝或铝合金板表面磨刷，得出波浪式纹路。 d
6、)旋纹 也称旋光，是采用圆柱状毛毡或研石尼龙轮装在钻床上，用煤油调和抛光油膏，对铝或铝合金板表面进行旋转抛磨所获取的一种丝纹。它多用于圆形标牌和小型装饰性表盘的装饰性加工。,机械拉丝范例 纹理刻蚀范例2）条纹刻蚀 通过化学腐蚀的方法做出拉丝的效果，较机械拉丝的条纹细腻 .,3）喷砂 喷砂处理是为了获得磨沙面或细微反射面的表面，以符合光泽柔和等特殊设计需要。均匀适度的喷砂处理，基本上也可以克服铝材表面的常见缺陷。喷沙范例,机背则采用喷细砂氧化处理，亚光效果,对外观零件，不管是用拉丝还是喷砂，通常都需要再做表面氧化处理。至于是选择哪种加工工艺，是与造型相关要考虑的一个问题，两种工艺可获得的表面质感
7、有差别。4）砂面腐蚀 俗称化学烂砂处理或者化学砂面腐蚀，尤适用于铝材表面处理，其砂面的均匀性远优于喷砂处理。化学砂面腐蚀分酸性腐蚀和碱性腐蚀。通过不同的腐蚀溶剂和砂面剂可以获得不同的表面色彩和砂粒粗细度。,左图为强碱腐蚀砂面效果左图采用腐蚀工艺处理字纹首先在字纹部分丝印一层抗腐蚀油膜，再在其余部分进行化学腐蚀，腐蚀后铝合金件单边降低0.03-0.05m厚度，文字相应高出表面。被腐蚀部分再进行氧化着色处理。,5）抛光 a)机械抛光 参见下图范例。机械抛光范例 b)三酸抛光 通过加入溶剂的不同，在高温下铝合金表面形成镜面效果或亚光效果。,6)氧化着色 不论采用拉丝、喷砂还是腐蚀处理铝合金件表面纹路
8、，都必须经过氧化工序，铝在原有基体上在阳极电流作用下生成氧化膜，氧化膜厚度为35um，以稳定铝件表面特性。氧化不能用自然氧化的方法，自然氧化得到的表面质量缺陷，专门处理的氧化膜与它的氧化膜成份、外观都是截然不同的。,注意着色并非是氧化的后处理，是在氧化的同时进行的，常用的有下面几种氧化着色处理方法：a)着色阳极氧化膜 铝的阳极氧化膜，靠吸附染料而着色。b)自发色阳极氧化膜 这种阳极氧化膜是某种特定铝材在某种合适的电解液（通常以有机酸为基）中在电解作用下，由合金本身自发地生成一种带色的阳极氧化膜。,c)电解着色 阳极氧化膜的着色，通过氧化膜的空隙被金属或金属氧化物电沉积而着色。着色的方法各有不同
9、： 一是在处理液中添加颜料；二是添加一些显色剂，比如草酸等；三是以上两种都添加。,7)色彩处理 对铝材来说，阳极氧化所能做到的色彩比较局限，通常就是银白、古铜、钛金、K金色或者黑色。至于有时看到有很多他色彩是通过另外的工艺方法加工出来的：,a)电泳涂层 在阳极氧化的基础上，通过电泳的作用，在氧化膜上均匀覆盖上一层水溶性丙烯酸漆膜，使型材表面形成阳极氧化膜和丙烯酸漆膜复合膜。手感光滑细腻，外观鲜艳亮丽，除能生产原氧化着色的颜色的基础上，能做出更多如白色及绿色等鲜艳色彩。电泳涂层范例,b)彩色粉末喷涂 共200多种颜色选择，给设计师一个广阔空间，性能稳定，漆膜附着力强，不易剥落、耐酸、耐盐雾、耐灰
10、浆、耐候性、耐老化等性能优异。涂层在空气中不挥发、不氧化、无污染毒害，环保性能好。表面污物水洗后焕然一新。彩色粉末喷涂范例,c)彩色氟碳喷涂 通过静电作用在铝合金基体表面喷上聚偏二氟乙烯漆涂层。氟碳涂料为偏聚二氟乙烯，氟碳涂料。所以能具有持久保色度、抗老化、抗腐蚀、抗大气污染，其氟碳键是最强的分子键之一优越于其聚合休的分子结构。氟碳喷涂作为高档表面涂装工艺手段。160多种丰富色彩足以为建筑师和设计师提供无穷无尽的设计空间。它具有颜色均匀一致，且抗褪色和沾污的能力优越的优点。 彩色氟碳喷涂,8)双色氧化的概念 在一个铝合金零件的加工中带有两道氧化着色工艺环节的加工工艺。工艺流程为:上挂 除油 碱
11、蚀 抛光 氧化 活化 着色 封孔 烘干 丝印/移印 烘烤 退氧化层 腐蚀 氧化 活化 着色 封孔 烘干 脱油 包装 出货。其中氧化 活化 着色 封孔为一个氧化着色环节。,下图为一个双色氧化的案例 左图为双色氧化范例先氧化着色红色，油墨遮蔽保护左图红色部分，其余部分退氧化膜，氧化黄色部分,具体工艺流程:,二 铝合金零件的选材1、材料类型及特性应用于电子通信类产品通常选用的铝合金材料编号为#1050和#5052。铝合金特性详见下表。,#1050与#5052的比较：a)#5052强度较好，较硬，适于做外壳的产品。b)#1050材料较软，适合于做装饰用的铝合金零件。若无特殊要求，一般铝制厂会尽量采用#
12、1050材料做，因为这种材料易成形，易加工。价格上#1050较#5052会相对便宜一点，但差异不大。,2、推荐结构设计师在材料厚度上的选择铝制厂进料的厚度都为标准厚度，数值从0.2mm-1.0mm（0.7mm除外）.针对手机产品一般较多采用的厚度为0.4mm，0.5mm和0.6mm。在选用材料厚度上应注意以下原则：,1、从铝板的功能来考虑，是做装饰件用还是外壳，装饰件要考虑面积的大小，越小，选材可以越薄；若用做外壳，要选厚的；2、铝板内部所开窗口较大的用0.6mm，窗口不大的可以用0.4-0.5mm；3、板料一般都为负公差生产,由于机械加工、腐蚀等方面的原因，原来的材料厚度与后来的会相差0.0
13、5mm,那么0.4mm材料做出来的就是0.35mm了，这样会导致铝板太薄，且铝板上高光亮带不好控制，刀口在走线时也有变形的危险。设计时应综合考虑板材厚度以及工艺消耗等各方面.,三 铝合金零件设计注意事项,1、翻边与拉深翻边 沿外形曲线周围将材料翻成侧立短边的一种冲压工序。,翻边,变形前的模具与毛胚,R,r,H,拉深 把平直毛料或工序件变为空心件，或者把空心件进一步改变形状和尺寸的一种冲压工序。拉深与外形曲线有关，确定拉深的R与H必须考虑到形状。,拉深范例,拉深,变形前的模具与毛胚,H,R,r,R与H的关系实例（铝材）,翻边与拉深工艺中，R越小，翻边的高度越低，越容易裂边。,2、冷墩实例（铝材）
14、见以上图示,当0.3T0.6时，a=0.3T;当T0.6时，a=0.40.6.,T为料厚,a为墩压深度.,3、冲孔原则1）冲孔 参见下图。以下为T*X的经验关系表。,T为料厚;X为孔边距;为孔径.,冲孔原则：孔径不可太小，否则冲针易断，影响量产；孔间距不宜太小。2）激光打孔 参见下图。注意激光打孔适于铜材和铁材，而不适用于铝材、不锈钢。一般选择激光打孔的材料厚度T0.3mm,建议T0.2，孔径可到0.1，孔边距可到X0.1.但成本是冲孔的5倍左右，且效率比冲孔低很多。,4、装饰线设计原则建议：T0.4，y1/2T,x0.2.若x值太小，就没有装饰线切裁的意义了，不如表面印刷装饰线。,T为料厚;
15、X为装饰线线宽;Y为装饰线深度,5、卡钩折平墩压工艺请见下页图，左边为普通折弯工艺形成的产品图，装配后在外表面可看见折弯后形成的痕迹，即R角；右边为采用墩压工艺的产品图，装配后看不到R角，从外面看不见折过的痕迹，效果大为提高。,见实例如下：左图为不良品，装配后看得见卡扣折进去外表面上留下的折弯痕迹，即R角；右图为采用了墩压工艺改进的产品，看不见折弯的痕迹。 普通折弯工艺 墩压工艺,6、半切断工艺一般有如下规律：R=r,H1.3T,当T0.2mm时不宜采用半切断工艺。,7、冲字高光技术要求）,注意：笔画宽度小于0.2的尖部高光后效果不理想，因为字体在尖部不能充分挤饱满。,左图为冲字高光范例（其中
16、lenovo为所冲高光部分,字面做了斜纹处理.,推荐X0.2;0.1H0.25;T0.3,8、铝合金件边沿高光内圆角设计参见上图，建议刀头半径R0.5mm,否则刀尖易崩断。,四 铝合金件的表面处理注意事项,1、板料切料面氧化问题。（阳极氧化处理时上挂夹头处会留下印痕）a)直接看不到的切断面不须氧化着色。b)一定要求切断面氧化并着色的，需要产品上本来就有方便氧化处理上挂的条件。,2、氧化会导致板料变薄。a)普通氧化单边消耗0.02mm左右；b)腐蚀工艺单边消耗0.03mm-0.05mm，特殊要求情况下可达0.08mm；腐蚀厚度为可控制的，当返工再腐蚀又将消耗厚度。c)注：板料一般都是下公差生产，
17、进口板料为，国产板料，建议设计师设计时考量板材与工艺消耗，合理进行配合组装。,3、腐蚀工艺腐蚀工艺不宜大面积保护，腐蚀小面积。见下图例子，宜保护字形部分，腐蚀阴影部分。腐蚀后阴影部分高度降低0.03-0.05mm.注意腐蚀部分的厚度是可控制的，例如不良品返工后，尺寸会再腐蚀消耗掉0.03-0.05mm。,4、颜色和光泽以目前的技术水平，PT色号中的绝大部分颜色都可在铝合金板上实现。通常铝制厂会以客户提供的PT色号为中心提供九个样品，以供结构设计师选择。颜色渐深 光 线 渐 亮 由上到下，抛光液稀 浓，抛光时间短 长 由左到右，染液稀 浓，上色时间短 长。注意黑色耐指纹较差！,5、氧化膜厚度a)
18、氧化膜即为较硬的氧化铝，可达到3um以上；b)氧化膜厚薄与氧化槽中电流和氧化时间相关。一般氧化3-5um厚度；c)氧化膜承受温度极限与氧化膜厚度相关，一般承受140以下。膜厚越厚承受高温越差.,五 铝合金饰件与塑壳的配合解决方案,1、金属饰片厚度+背胶厚度+0.05mm=塑壳凹槽 深度。设计时塑胶凹槽深度H=金属饰片厚度+背胶厚度+t1.塑壳与饰片的配合高度差t=0.050.1；塑壳与饰片的配合间隙t=0.050.15,如下图所示M60铝合金件，厂家对内弧面的尺寸进行了改动，将内弧面的弧度根据设计所给尺寸适当减小，利用铝板的轻微变形达到配合紧密的要求。注意背胶厚度宜0.2mm以上。,M60配合
19、范例,铝合金与塑壳配合范例,M60配合范例,与塑壳配合范例,2、铝板结构件的设计除了用背胶固定之外，可以考虑装饰件结构上的设计，如增加个卡钩，定位钩等与塑件配合，参见下图结构。这样在装配时不至于发生背胶胶不到位而翘曲的现象，达到稳固零件的目的。但这种结构存在的问题是卡钩强度较弱，拆装几次卡钩会明显变形，甚至断裂，不利于拆装返修。,3、铝合金零件与塑件的几种粘贴方式 1）采用热溶胶由于塑料与金属的热胀冷缩的系数相差较大，因为变形的存在，普通胶带粘接强度不足，金属饰件与塑件的粘贴方式宜采用粘接力较强的热溶胶。较薄的铝合金饰件可以选用0.1mm-0.2mm厚度的热溶胶，其备胶不易翘起。推荐选用0.2
20、mm厚度。例：D80的铝合金饰件，平面度公差为0.2mm，先前采用0.15mm,铝件在气候试验中常常浮起，导致试验通不过，最好选用0.2mm厚度的热溶胶。,2）采用普通胶 很少采用，粘贴不牢固。3）采用水胶在多孔而孔间距较小的情况下为避免热溶胶溢胶出孔，宜采用丝印水胶的方式。水胶适用范围限制于丝印面为平面或弧度较大的弧面，否则丝印不上。丝印水胶后固化即可。,六 铝合金饰件上字样的几种形成 方式1、冲压字样上图的AMOI字体为冲出字样，冲出后再进行机械刻纹处理，做出斜纹。 注意：字样所在面弧度不宜太大。,2、激光雕刻出字样 请见下图,激光雕刻范例,3、腐蚀出的字样 参见下图。上图中小面积保护字形
21、纹路，腐蚀该铝合金零件其余部分，字形部分较其余部分高0.03-0.05mm.,4、丝印上的字样。参见下图。丝印范例,七 重点释疑,1、铝合金装饰件表面效果的选择可采用磨砂面、拉丝面、高光面、镭射面相结合的方式。高光面多用于图案或者产品的边缘，产品表面应该避免大面积的光面，否则易造成划伤；磨砂面和拉丝面多用于铝材饰件表面，粗细可进行调整；在实际生产中，磨砂面的产品要比拉丝面的产品不良率低，镭射面多用于字体和图案，也可用于产品表面,建议镭射面采用下凹设计，因长时间磨损镭射面极易退色。另带有镭射效果的产品不能用与带有弧面的产品。,2、铝合金零件厚度的控制若铝材饰件装配时为嵌入的结构，设计师应提供机壳
22、的正确尺寸及实样。设计师提供完整的资料，包括2D和3D的图档。2D使用DWG格式的文件、3D使用PRT格式的文件。产品外观以3D图档为准；但是外型轮廓尺寸以2D图为准；图案或字体用CDR格式或者AI格式的文件。另外应提供产品的效果图。设计师在设计时应综合考虑加工消耗等因素选择铝材厚度，并注意产品化学处理带来的工艺损耗。设计师的表面处理方案与零件厚度有着密切联系，如前所述，若采用腐蚀砂面工艺，则在腐蚀过程中将消耗掉铝材0.03-0.05mm.,3、氧化设备的工作原理及生产工艺 1）氧化 广义：失去电子的反应叫氧化，一种物质被氧化另一种物技被还原，即氧化还原反应，例如： 2ZnH2SO4Zn2SO
23、4H2 4AL3O22AL2O3 狭义：即我们现在说的氧化铝在阳极直流电的作用下生成AL2O3氧化膜的反应。,2）氧化与电镀的不同a)氧化是在原有基体上生成一种新物质，是在阳极的作用下。b)电镀是在阴极的作用下，将另一种物质镀于基体上。,氧化,电镀,3）铝阳极氧化的作用原理铝在阳极电流的作用下生成氧化膜反应如下： 2ALH3HO 电流 AL2O32H24）氧化设备加热系统；抽油系统；冷却系统；整流器；废水处理系统；烘干系统；桶槽（包括：水洗槽、碱蚀槽、抛光槽、除油槽、氧化槽、封闭槽、着色槽）；纯水系统。,5）氧化生产工艺除油：除去经过其它加工过产品的油污、 油渍；碱蚀：与NaOH反应；抛光：三酸抛光，在高温下铝表面形成镜面效果；氧化；着色：着色的过程就是染料进入氧膜的过程。染料包括有机染料和无机染料两种；封孔：氧化膜是一种微孔状物质，过封孔后将一种金属盐沉积于孔内，达到封闭的效果。烘干。,如有疑问请联系:,
