在今天日新月異的時代,手機已成為我們生活當中不可缺少的一部分,全金屬一體機型的質感順滑曲面,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客戶新機發布一改以往風格,整條的白色塑膠隔斷槽設計為三條微縫結構----細如發絲,渾然一體,瞬間吸引了眾多人的眼球。

產品材質為鋁合金,上下兩端各三條微縫結構(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。

微縫結構應用的是T型銑刀(圖二3片鋸片疊裝在一起,裝配跳動規格在0.01mm以內),要求CNC機臺主軸偏擺不得超過0.01mm,四軸設備(可以將治具旋轉+90°或-90°,帶動產品豎起)架機垂直度在0.015mm內。首先,四軸將固定產品的治具旋轉到+90°位置,探頭接觸產品的內端面和上端面(圖二),將測量的機械坐標、絕對坐標及差值,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刀執行程式設定值,高轉速和低進給量一次將三個微縫結構銑成,直線度規格精細到0.02mm內,兩側和背面預留一部分金屬連料穩定產品結構(即不完全銑斷);最后,四軸將固定產品的治具旋轉到-90°位置,T刀加工完成另一端的三個微縫結構。

初期我們定義鋸片厚度規格為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。經過我們快速通勤全制程和主制程后做光學投影測試,整理數據(圖三)分析發現:CNC X1夾加工完微縫寬度均值在0.315mm,但是經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夾加工產品外觀面,微縫寬度均值0.244mm(超下限-0.026),經后面打磨-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,超差的風險可能性比較大。

為了避免光學投影取點測量誤差,誤導我們改善方向,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規格的鋸片銑出的微縫結構,從金相圖片(圖四)和測量數據(表一)可以看出,單條深度上中下位置寬度均勻、穩定(0.01mm波動),但金相測量與光學投影差異在0.02~0.03mm范圍;微縫寬度與鋸片厚度規格對應基本一致,但尺寸略偏下限。后經更多數據驗證,量產后鋸片厚度由0.285mm調整為0.30mm,并對刀具壽命進行管控,可穩定微縫寬度在0.30mm左右。

CNC X1后噴砂去毛刺后,從金相圖片(圖五)和測量數據(表二)可以看出微縫開口位置,存在0.01~0.02mm的塌邊,導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合在內腔里面,在成品后內部寬度不易檢測,較難發現不良。為了避免功能性不良,量產后取消噴砂去毛刺改為人工打磨去除。

產品經過ECIM處理后完成成型,微縫處的鋁塑結合力需要高射速、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)和測量數據(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,經更多數據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,量產后將產品封膠面Z向尺寸中值調大0.01~0.03mm,模具過壓線降低到0.03mm,成型后三條微縫趨于穩定均勻,晶瑩剔透。(注:成型后產品受結構限制,投影無法測量)

CNC X2夾采用盤銑刀(圖七)順著產品長度方向加工產品外觀面,與微縫長度方向垂直。我們從金相圖片(圖八)上發現第一條微縫寬度側邊多鋁長0.039mm×深0.027mm,第三條微縫寬度側邊多鋁長0.043mm×深0.017mm,導致微縫的寬度變小0.03~0.04mm,與投影尺寸均值跌小到下公差外的趨勢相符。經驗證和分析,微縫多鋁不良是盤銑刀在加工產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方案。

表面研磨拋光制程使用業界最具耐磨性和去除性較優的耗材,為產品表面獲得更佳順滑和光鮮外觀奠定基礎。從金相圖片(圖九)上觀察,微縫開口面基本平齊,側邊多鋁的現象消失,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夾產品多鋁的數據,我們定義磨削量在0.02~0.03mm,同時要兼顧可能出現的重工留夠余量,對研磨耗材、機臺壓力、轉速、時間等細節項目進行驗證,制定合適的參數規定到作業文件當中。

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,結構形態與前制程基本相似,嚴守掌控制程參數,實現客戶ID靈感設計成真。

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