手机设计指南

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simonlxh

手机设计指南
手机产品的结构设计是实现产品功能的关键，这不仅需要与产品外观相协调，更要考虑后序的生产装配、喷漆、喷绘、模具设计制造等各个方面。
    手机产品的形体结构设计牵扯知识范围十分广泛，主要有：
    1. 材料选用 ; 2. 表面处理 ; 3. 加工手段 ; 4. 包装装潢 ; 这些因素的运用直接影响着手机产品的生命和外观形象的变化。可以说设计者水平的高低决定了产品的生命力和产品的档次高低，高档次产品不一定是高造价， 运用低造价设计出高档次的产品是设计者高水平高素质的体现。
我主要想讲的是前两项，后两项以后再说。
    1. 要评审造型设计是否合理可靠，包括制造方法，塑件的出模方向、出模斜度、抽芯、结构强度，电路安装（和电子工程人员配合）等是否合理。
    2. 根据造型要求确定制造工艺是否能实现。包括模具制造、产品装配、外壳的喷涂、丝印、材质选择、须采购的零件供应等。
    3. 确定产品功能是否能实现，用户使用是否最佳。
    4. 进行具体的结构设计、确定每个零件的制造工艺。要注意塑件的结构强度、安装定位、紧固方式、产品变型、元器件的安装定位、安规要求，确定最佳装配路线。
    5. 结构设计要尽量减小模具设计和制造的难度，提高注塑生产的效率，最小限度的减低模具成本和生产成本。
    6. 确定整个产品的生产工艺、检测手段，保证产品的可靠性。

一、塑料件的设计指南
1.        工程塑料的性能简介：
1.1有些固态物质具有分子排布有序，致密堆积的特性，如食用盐，糖，石英，矿物质和金属。其它表现为固态物质，并不形成有规则的晶体排列方式。它们只是冷却成为无序的或随机的分子团，称为无定型聚合物。非晶体物质不是真正的固体，最普通的例子就是玻璃，它们只是过冷的，极端粘稠的液体。
塑料树脂可以分为结晶型和无定型的。结晶型是相对的概念，由于聚合物的分子链大而复杂，所以不能够向无机化合物那样有完美的晶体排列次序。不同的聚合物有不同的结晶表现，如高密度的聚乙烯有点结晶性，尼龙的会更强一些，聚甲醛（POM）的更强。
   1.2 结晶型与无定型塑料的区别
       熔解／凝固
结晶型会有一个熔点，熔解是需要熔解热，成型时会稳定性和硬度会迅速提高，所以结晶型塑料的成型周期比较短。
无定型物质的温度随着所加入的热量而增加，而且越来越呈现为液态。成型的周期也比较长。
   收缩
结晶型塑料的收缩率会比较大，无定型的比较小
结晶型塑料        收缩率
聚甲醛（POM）     2.0
尼龙66            1.5
聚丙烯            1.0～2.5
无定型塑料        收缩率
聚碳酸脂（PC）    0.6-0.8
ABS               0.4-0.7
PMMA              0.7
聚苯乙烯          0.4
由于收缩率小，无定型塑料有更好的尺寸稳定性，想我们通用的PC、ABS和PC+ABS的最小公差可以规定为＋/_0.002％
1.3 塑料的其他性能
不同的塑料聚合物以及添加一些助剂之后塑料会有不同的性能。如添加玻纤（一般20％～40％）之后能够显著增加制成品的强度；GE的LEXAN PC和CYCOLOY  PC+ABS的HF是高流动级，对于手机这类薄壳设计的注塑加工的难度有显著的改善；添加阻燃剂之后能够达到UL94 5V/V0级阻燃要求。
1.4 塑料选择
手机里面比较通用的塑料选择是：
手机外壳：GE PC EXL1414，SAMSUNG PC HF-1023IM，GE ABS+PC CYCOLOY 1200HF，GE ABS+PC CYCOLOY 2950、2950HF，其中GE PC EXL1414价格较贵大概是GE ABS+PC CYCOLOY 1200HF的两倍，GE ABS+PC CYCOLOY 2950、2950HF是阻燃级别
电池壳：GE PC EXL1414，SAMSUNG PC HF-1023IM，GE 1200HF， GE CX7240（超薄电池底壳0.2mm）
电镀件：奇美 PA-727，少数使用奇美PA-757、GE CYCOLAC EPBM
电池卡扣或者运动件：POM
2.        手机塑料件的平均肉厚为1.0mm~1.2mm。较大面（如主副屏贴LENS处可以做到0.5mm），局部可以做到0.35mm。
不同材料的最小肉厚不同，其中结晶性的塑料如铁弗龙、POM、尼龙可以做的比较小，PMMA、ABS次之，PC由于流动性比较差需要的最小肉厚比较大。
3.        壁厚尽量均一，如果是不可避免的变化可以通过转换区来避免肉厚的急剧变化：
   
4.        产品转角处不要设计成锐角，尤其是非结晶性塑料如我们常用的ABS、PC对锐角造成的应力非常敏感，容易造成应力集中，影响制成品的强度。同时圆滑过渡的也可以降低模腔压力，改善流动性。
4.1 由于锐角处刻痕会产生应力集中，下面是悬臂梁结构下r/t>0.6的情况下能够有效降低应力集中因子：
4.2 同样的所有的塑胶件的转角处都需要加上R角，内R角大于0.5t，最好是0.6～0.75t：

5.        Rib的设计：

  5.1 使用GE的CYCOLOY ABS+PC时，Rib的厚度最好不大于壳子本体厚度的0.6倍。
  5.2 高度不要超过本体厚度的3~5倍。
  5.3 拔模角度为0.5~1.0度。
  5.4 在Rib的根部导Rib厚度的40％～60％的圆角。
  5.5 两根Rib之间的间距最好在壁厚的3倍以上。
6.        卡勾的设计：
   6.1 卡勾的卡入尺寸一般在0.5mm～0.8mm。
6.2        钩子从分模面下沉0.2mm，有利于模具制造。
6.3        钩子和卡槽的咬合面留0.05mm的间隙，以便日后修模。
6.4        卡槽顶端于钩子底部预留0.3mm的间隙，作为卡勾变形的回弹空间。
6.5        卡槽最好做成封闭式的（在壁厚保证不缩水的情况下），封闭面的肉厚0.3~0.5mm。
6.6        其余配合面留0.1~0.2mm的间隙。
6.7        钩子的斜顶需留6~8mm的行程。
6.8        钩子的尖端导0.1mm的圆角，以便拆卸。
6.9        卡勾配合面处可以自主导2度的拔模，作为拆卸角。
6.10         卡槽底部导R角增加强度，所以肉厚不一的地方导斜角做转换区。
7.        模具铁料的厚度需要大于0.5mm。
8.        母模面拔模角最好大于3度。每增加千分之一英寸的咬花深度需增加一度的拔模角。
9.        Boss的设计
Boss的目的是用来连接螺钉、导销等紧固件或者是做定位、热熔柱，设计Boss的最重要原则就是避免没有支撑物，尽量让其与外壁或者肋相连增加强度。
9.1 一般Boss通用设计规则：
9.2 埋螺母的Boss设计：
螺母
   螺母有钻石花和斜花纹两种，钻石花不适合热熔但在超声波工艺中表现良好；斜花纹埋植时有自我导向功能，扭拉力综合性能良好。最好选滚花之间有沟槽的螺母，沟槽可以容纳塑料，提高拉力。在我们使用的对尖角敏感的无定型塑料（PC、ABS）不要使用花纹太尖的螺母。
   螺母材质主要有三种：1.标准黄铜C3604；2.低铅铜，符合欧盟ROHS环保标准；3.不锈钢。一般情况下螺母不需要做表面处理，特殊的情况下可以电镀。
       Boss的设计
   螺母的Boss设计需要注意两点：
（一）        Boss内径与螺母外径之间的关系，M1.2~M1.7的螺母，Boss内径＝螺母外径＋0.2～0.3mm；M2.0~M3.0的螺母，Boss内径＝螺母外径＋0.5～0.6mm。
（二）        Boss孔深度的设计需要考虑溢胶空间，一般情况下为0.5～1.5mm。通常螺母长度小于2.5mm需要0.5mm～1.0mm，2.5mm～4.0mm的需要1.0mm～1.5mm。
螺母的埋入方式
螺母有三种埋入方式：模内成型、热熔埋植和超声波埋植，它们各有优缺点。
        模内成型        热熔埋植        超声波埋植
优点        螺母成本低
塑料壁厚薄
可以得到很高的扭拉力        成型周期短
埋植时机不受限制
没有堵塞螺纹的问题
成本低、效率高
不易损坏螺母和塑料        成型周期短
埋植时机不受限制
没有堵塞螺纹的问题

缺点        注塑周期长
废品率高
易损坏模具
有螺纹堵塞的问题        螺母结构要求高
螺母成本高
        螺母结构要求高
螺母成本高
会损坏螺母和塑料孔
不适合所有型号的螺母
注意要点        1.模具顶针公差和螺母公差需要严格控制，参照旧版ISO螺纹孔规标准；
2.注意进胶点的设计，不能靠近螺母位置，以免料流冲击造成螺母位移        埋植温度应低于塑料熔点10～20度
理想埋植温度为T+/_2度        超声波瞬间释放能量，对螺母冲击大，容易破坏螺母特别是螺纹结构
M1.6以下的螺母不适合超声波埋植
   其他主要要点
一把螺母都有导向端，塑料孔不用特别设计斜角
设计塑料孔径时孔径尺寸大于螺母导向端直径0.03mm以上
热固性塑料不时候热熔和超声波埋植，可以选择精密而尖锐的滚花螺母直接压入
塑料孔位置尽量避开结合线处，避免因为应力存在埋植螺母时导致塑料孔破裂
螺母埋植后的端面高度高于塑料孔端面0.05mm
10.        孔的设计
10.1 全穿孔和半穿孔
全穿孔比半穿孔容易加工，因为全穿孔的穿孔销两端都有支撑，而半穿孔只有一端获得支撑，易于熔融的料流进入模穴造成尺寸偏差，所以半穿孔的深度最好不要超过半穿孔直径的两倍，如果要加深深度可以做成层次孔。
半穿孔底部的壁厚至少须为其孔径的1/6，否则成型后此处薄壁会膨胀变形。
10.2 多孔结构孔间距离
多孔结构中，孔与孔间，孔与侧壁间的距离须大于孔径，孔与边缘距离须大于两倍孔径。