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重庆笔记本电脑模具制造之我见
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。
主题词：笔记本电脑 注塑成型 冲压成型 半固态射出成型 模具制造
1.重庆笔电基本概况及其他
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。
1.1 笔记本电脑基本组成
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台完整的电脑。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。
1.2 笔记本电脑（零件）模具基本情况
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。
1.2.1 塑料成型模具
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。
自动热熔埋钉机工作示意图（宇海现场照片）
1.2.2 金属成型模具
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。
1.2.3 镁合金半固态注射成型介绍
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。
半固态射出成型设备（JSW）示意图
半固态镁合金射出成型示意图（宜镁泰）
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。
C键盘面板脱模后情况（宜镁泰）
2.重庆模具业的思考
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。
2.1 重庆笔电产业模具优势
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。
镁合金半固态射出成型A面拉丝（网络照片）
2.2 笔电产业零件加工
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。
3.结束语
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。
参考文献
[1]重庆笔电产量连续七年位居全球第一
[2]今年前8个月重庆外贸进出口总值超5000亿元
[3]重庆笔电产量，全球“七连冠”
[4]装备攻略：轻量化至简大道 镁合金反恐神器
[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.
END
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