典型手机外壳材料的集群磁流变平面抛光加工研究

发布时间：2020-08-10 17:40

【摘要】：在信息技术飞速发展的时代背景下,智能手机已经成为人们日常生活的必需品,手机外壳逐渐成为厂商吸引消费者购买手机的新亮点和竞争重心。手机外壳的抛光工艺直接决定了外壳的外观质量和加工成本,也决定了消费者的感官体验,为满足消费者在感官品质上日益提高的追求,抛光加工工艺的改善或者新应用迫在眉睫。为适应手机外壳材料多样性的要求,本文提出将集群磁流变抛光技术应用到手机外壳的加工中,以实现手机外壳的高效率、高精度、柔性化、适应性的平坦化加工。本文针对常用的两种手机外壳材料进行了系列试验研究,以获得不同材料的最佳抛光工艺参数,并对其抛光力特性进行分析,为磁流变抛光技术在手机外壳加工中的应用奠定基础。采用集群磁流变平面抛光装置分别对两种代表性的手机外壳材料阳极氧化铝合金和氧化锆陶瓷进行了单因素试验,研究了加工间隙、工件转速、抛光盘转速、偏摆幅度、磨料种类、磨料粒径等工艺参数对工件的材料去除率和表面粗糙度的影响规律,获得了不同材料的最佳工艺参数。在加工间隙1.1mm,工件转速350rpm,抛光盘转速60rpm,偏摆10mm的工艺条件下,采用3μm的氧化铈磨料抛光阳极氧化铝合金,得到了Ra 5.2nm的镜面效果。在选用3μm氧化铝磨料,工件转速为400rpm,加工间隙0.9mm的工艺参数条件下获得了Ra 8.1nm的超光滑氧化锆陶瓷表面。研究了不同加工时间下的材料去除过程,结果发现集群磁流变抛光可以塑性方式去除上一道工序中产生的表面缺陷和亚表面损伤层,但最终的抛光质量仍然会受到材料本身缺陷的影响。利用Kistler-9171A旋转式测力仪搭建了测力平台,通过对集群磁流变抛光加工的力信号进行实时测量,探讨了加工间隙、工件转速、抛光盘转速、工件偏摆幅度以及磨料种类、磨料粒径等不同工艺参数对抛光正压力Fn和剪切力Ft的影响规律,从不同工艺条件下磨料微粒的约束形态着手,研究了集群磁流变抛光的抛光力特性。结果发现,在集群磁流变抛光中,不同参数对抛光力特性的影响规律不同。随着加工间隙的增加,抛光正压力Fn和剪切力Ft均逐渐减小,抛光正压力Fn下降更明显。随着工件转速和偏摆幅度的增加,抛光正压力Fn和剪切力Ft均先逐渐增大再减小。磨料的硬度、密度和形状均会影响磁流变抛光的作用力大小。集群磁流变抛光的剪切力Ft与抛光正压力Fn的比值均在0.1-0.2之间,但磨料粒径和抛光盘转速对Ft/Fn的比值影响很大。但是,不同工件材料对集群磁流变抛光的正压力Fn几乎没有影响,而其表面形貌特性与硬度对剪切力Ft会产生较大的影响。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ174.6;TG580.692
【图文】：

(a) 铣削音量键等空腔 (b) 加工侧边 (c) 精铣抛光图 1-1 金属手机外壳的 CNC 加工Fig. 1-1 CNC machining of the metal cell phone shell目前，金属手机外壳主要通过借助机械手和海绵砂纸、百洁布等传统磨具进行，如图 1-2 所示。这种抛光方法，磨具损耗严重、更换频繁，设备成本也较高以彻底消除 CNC 拼接加工时产生的痕迹，无法实现手机外壳四周侧边和底面体化平滑过渡，始终存在铣削痕迹和接口，加工品质受到极大影响。而在数量的情况下，也有采用手动抛光的形式，工人直接抓取工件利用固定的抛光砂轮金属手机外壳的抛光，但手动抛光效率较低，粉尘污染严重，且抛光质量极大于工人的经验与技巧。

等空腔 (b) 加工侧边 (c)图 1-1 金属手机外壳的 CNC 加工Fig. 1-1 CNC machining of the metal cell phone shell外壳主要通过借助机械手和海绵砂纸、百洁。这种抛光方法，磨具损耗严重、更换频繁，C 拼接加工时产生的痕迹，无法实现手机外壳始终存在铣削痕迹和接口，加工品质受到极采用手动抛光的形式，工人直接抓取工件利抛光，但手动抛光效率较低，粉尘污染严重技巧。

玻璃手机外壳大多是平面设计。但不管是平面玻璃屏幕盖板还是手机外壳，通常都是利用图1-3 所示机械研磨抛光的方法，以氧化铈为磨料配制抛光液，在磨料的机械磨削和抛光液的水解作用下，实现玻璃工件的双面平整光滑加工。1.上抛光盘 2.中心轮 3.玻璃工件 4.行星轮 5.齿圈 6.下抛光盘图 1-3 双面研磨抛光示意图[5]Fig. 1-3 Schematic diagram of the double-side lapping and polishing采用机械研磨抛光，可以将玻璃平板的厚度快速减薄，提高其表面的平整光滑度。但由于玻璃的硬脆属性，其加工难度较大，想要获得符合标准的合格品，对设备的精度要求较高，加工压力也要精确控制，而机械研磨抛光属于一种刚性接触加工，极易造成硬脆玻璃的表面损伤，导致良品率较低。当然，玻璃也有柔性接触的抛光方法，如磁流变抛光，但其加工对象多为非球面透镜等光学玻璃元件。1.2.2.3 陶瓷手机外壳的抛光加工随着 5G 通信和无线充电技术的不断发展，陶瓷材料成为手机大屏化、轻薄化趋势下最符合手机外壳特性新要求的材料，手机厂商和消费者对陶瓷外壳的认可和追捧不断增强。然而，高性能的纳米陶瓷粉体制备困难，产能不足，其后处理加工同样难度较大。磨削加工是目前陶瓷材料最主要的加工方法[6]，但不同于一般的陶瓷材料，陶

【参考文献】

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1 王永飞;赵升吨;张晨阳;;手机外壳材料及其成形工艺的研究现状与发展[J];锻压装备与制造技术;2015年04期

2 王永强;尹韶辉;魏长青;陈逢军;罗虎;龚胜;;高效磁流变平整加工中的励磁装置优化及试验研究[J];机械工程学报;2015年17期

3 白振伟;阎秋生;徐西鹏;;集群磁流变效应平面抛光力特性试验研究[J];机械工程学报;2015年15期

4 白杨;张峰;李龙响;郑立功;张学军;;碳化硅基底改性硅表面的磁流变抛光[J];光学学报;2015年03期

5 白振伟;阎秋生;路家斌;徐西鹏;;集群磁流变效应抛光垫的磨粒“容没”效应机理研究[J];中国机械工程;2014年20期

6 侯永改;田久根;路继红;马加加;;氧化锆陶瓷磨削加工的研究现状[J];中国陶瓷;2014年09期

7 潘继生;阎秋生;路家斌;徐西鹏;陈森凯;;集群磁流变平面抛光加工技术[J];机械工程学报;2014年01期

8 潘继生;阎秋生;徐西鹏;童和平;祝江停;白振伟;;单晶SiC基片的集群磁流变平面抛光加工[J];中国机械工程;2013年18期

9 纪宏波;彭岩;周芬芬;郭伟刚;吕冰海;;氧化锆陶瓷平面零件超精密研磨实验的研究[J];机电工程;2013年09期

10 焦黎;吴勇波;郭会茹;;磁场分布对磁性复合流体抛光材料去除率的影响[J];机械工程学报;2013年17期

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1 白振伟;集群磁流变效应抛光垫特性及其加工机理研究[D];广东工业大学;2014年

2 于兴滨;超声磁流变复合抛光面形误差修正的关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

3 彭小强;确定性磁流变抛光的关键技术研究[D];国防科学技术大学;2004年

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1 徐少平;基于芬顿反应的单晶SiC集群磁流变化学复合抛光研究[D];广东工业大学;2016年

2 吴战成;集群磁流变效应超光滑抛光加工过程研究[D];广东工业大学;2011年

3 唐华;2A12铝合金硬质阳极氧化工艺及性能研究[D];南昌航空大学;2011年

本文编号：2788413