产品结构设计(手机详细结构)流程与工艺说明

2008/05/29MD科V0页码：1/73产品结构设计流程与工艺说明2008/05/29MD科V0产品（一组将输入转化为输出过程的结果）设计是由产品造型设计、结构设计和模具设计共同组成，形成相连关系，相互影响，不可分割的整体。基本原则:设计的产品需要满足产品的功能。工业产品造型设计的主要特征：产品功能的实用性，产品功能的科学性和造型设计的艺术性。结构设计:介于产品造型设计和模具设计之间，主要满足产品造型基础上实现产品的结构设计，需达到方便生产和安全的要求。（方便生产包括：注塑成型、喷油、丝印、镭雕和装配等）模具设计:主要是对产品设计进行模具设计，并向产品设计者提供改良的方案。一个合格的产品设计工程师，是要求知识面非常广泛。以下是一套手机产品设计的方法，希望在大家的工作中有一定的指导意义。页码：2/732008/05/29MD科V0Stacking与ID是有关联性的，一个有经验的结构设计工程师要准确的理解一个Stacking的含义，拿到一个新的Stacking，必须了解Stacking设计结构时哪里固定主板，哪里设计卡扣，哪里设计螺丝柱，按键结构空间是否足够，ESD接地的防护等等，这些我们都要有一个清楚的轮廓和较深的理解，当然好的堆叠工程师也会考虑到整机的结构设计。结构工程师拿到一个新的ID图时，首先要分析各零件及分拆后的工艺可行性，或者用怎么样的工艺才能达到ID的效果，这就须同ID工程师沟通，有的我们可以做到ID效果，但要考虑结构和工艺风险性，所以不要一味的迁就ID，要知道一个产品的质量的好坏，最后追究的责任，结构工程师占比例较大，没人去说ID的不是，所以是结构决定ID，而不是ID来左右结构，当然做结构的尽量保持ID的创意，最后检查各零件及结构空间是否足够。Stacking(堆叠）与ID设计页码：3/732008/05/29MD科V0以下为结构工程师对ID工程师建模时提出几个建议：1、ID工程师建模时首先把stacking与主文件以缺省方式组装到总装图中。2、ID工程师要作骨架图档，即我通常说的主文件，骨架图档不管是曲面或实体，我建议首先要以线来控制外形和各个零件的位置，这样后期有修改只需调整主文件中相应的线既可。3、ID工程师必须把此产品所有的零件各壳体的分模线位置在图中画出。4、所有的零件图档必须第一个特征是外部复制骨架图档过来的，然后进行下一步，坚决反对在总装图中直接参考一个零件生成另一个零件。5、ID建模时的图档禁止参考Stacking中的任何零件，防止stacking更改后ID图档再生失败.6、主文件设计要简单化，易修改，相应零件尺寸设计要有关连性，壳体的零件要能实现自身抽壳。这是我对ID工程师建模文件的几点要求。只要做到以上几点，后续的结构就可直接进行下去了，如ID须调整外形及位置也会比较容易。页码：4/732008/05/29MD科V0壳体的结构设计1、手机产品常用材料的选择要了解手机产品常用材料的性能和特性，有利于我们在设计过程中合理的选用材料，达到产品的功能与外观要求。目前手机产品常用的材料有：PC、ABS、PC+ABS、POM、PMMA、TPU、RUBBER、PC+玻纤等等。选材的原则及三个步骤：（1）、根据应用的目的。（2）、根据部件的功能与外观要求。（3）、最后通过部件的性能要求与材料性能的比较来确定候选材料。页码：5/732008/05/29MD科V01、高温下PC对微量水份即敏感，必须充分干燥原料，使含水量降低到0.02%以下，干燥条件：100-120℃，时间12小时以上。2、PC对温度很敏感，熔体粘度随温度升高而明显下降，料筒温度250-320℃，（一般不超350℃）,适当提高料筒温度对塑化有利，模具温度控制85-120℃。模温宜高以减少模温及料温的差异，从而降低胶件的内应力，模温高虽然降低了内应力，但过高会易粘模，且使成型周期长，流动性差，需用高压注射，但需顾及胶件残留大的内应力（可能导致开裂）.3、注射速度：壁厚取中速，壁薄取快速，必要时内应力退火，烘炉温度125-135℃，时间2小时，自然冷却到常温。4、模具方面要求较高，设计尽可能粗而短弯曲位少的流道，用圆形截面分流道及流道研磨抛光等可降低熔料的阻力，注射浇口可采用任何形式的浇口，但入水位直径不小于1.5mm。5、材料硬，易损伤模具，型腔、型芯经淬火处理或镀硬。PC/聚碳酸脂化学和物理特性：PC是高透明度（接近PMMA），非结晶体，耐热性优异；成型收缩率小（0.5-0.7%),高度的尺寸稳定性,胶件精度高，冲击强度高居热塑料之冠，蠕变小，刚硬而有韧性，耐疲劳强度差，耐磨性不好，对缺口敏感，而应力开裂性差。注塑工艺要点：页码：6/73下面列举了常用材料的特性：2008/05/29MD科V0以下是ABS材料的三种化学单体的组成比例及性能：A、（丙烯腈）-占20-30%，使胶件表面有较高硬度，提高耐磨性，耐热性。ABS/丙烯睛/丁二烯/苯乙烯共聚物化学和物理特性：ABS是由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三种化学单体合成，每种单体都具有不同特性：丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性，丁二烯具有坚韧性，抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。ABS收缩率较小（0.4-0.7%)，尺寸稳定，并且具有良好的电镀性能，也是所有塑性中电镀性能最好的；从形态上看，ABS是非结晶性材料，三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物。一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相，ABS的特性主要取决于三种单体的比率及二相中的分子结构，这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种的不同品质的ABS材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。页码：7/732008/05/29MD科V0B、（丁二烯）-占25-30%，加强柔顺性，保持材料弹性及耐冲击强度C、（苯乙烯）-占40-50%，保持良好的成型性（流动性和着色性）及保持材料刚性注塑工艺要点：吸温性较大，必须干燥，干燥条件85℃，3Hrs以上（如要求胶件表面光泽，更需长时间干燥）温度参数：料温180-230℃（一般不宜超过250℃，因过高温度会引致橡胶成份分解，反至使流动性降低）模温40-80℃正常，若要求外观光亮则模温取较高，注塑压力一般取70-100MPa。保压取第一压的30-60%，注射速度取中、低速；模具入水采用细水口及热水口。一般设计细水口为0.8-1.2mmPC+ABS化学和物理特性：综合了PC与ABS两者优点,改进了两者性能.含ABS及PC化学成分,具ABS好的流动性及成型加工性能,PC抗冲击及耐冷热循环变化.页码：8/732008/05/29MD科V0高结晶，乳白色料粒，很高刚性和硬度，耐磨性及自润滑性仅次于尼龙，价格比尼龙便宜，并且有较好韧性，温度湿度对其性能影响不大；耐反复冲击性好过PC及ABS；耐疲劳性是所有塑料中最好的。注塑工艺要点：结晶性塑料，原料一般不干燥或短时间干燥（100℃，1-2Hrs);流动性中等，注射速度宜用中，高速，温度控制：料湿170-220℃，注意料湿不可太高，240℃以上会分解出甲醛单体（熔料颜色变暗）使胶件性能变差及腐蚀模腔模温：80-100℃,控制运热油；压力参数，注塑压力100Mpa,背压0.5Mpa，正常啤压采用较高的注射压力，因流体流动性对剪切速率敏感，不宜单靠提高料温来提高流动性，否则有害无益；赛钢收缩率很大（2-2.5%）须尽量延长保压时间来改善缩水现象，模具方面，POM具高弹性材料，浅的侧凹可以强行出模，注射洁口宜采用大入水口流道整段大粗为佳。POM/聚甲醛化学和物理特性：页码：9/732008/05/29MD科V0注塑工艺要点：原料必须经过严格干燥，干燥条件：95-100℃，时间6Hrs以上，料干后应持续保温以防回潮，流动性稍差，宜高压成型（80-100MPa)，宜适当增加注射时间及足够保压压力（注射压力的80%）补缩，注塑速度不能太快以免气泡明显，但速度太慢会使熔合线变粗，料温，模温需取高。以提高流动性，减少内应力。改善透明性及机械强度。料温参数：200-230度。中215-235℃，后140-160℃；模温30-70℃，模具方面：入水口要采用大水口，够阔够大；模腔、流道表面应光滑，对料流阻力小；出模斜度应尽量大以便顺利出模，考虑排气，防止出现气泡、银纹（温度太高影响），熔接痕等。PMMA极易出现啤塑黑点，请从以下方面控制，保证原料洁净，定期清洗模具，机台清洁。PMMA/亚克力聚甲基丙烯酸甲脂化学和物理特性：具有最优秀的透明度及良好的导光性，在常湿下有较高的机械强度，但表面硬度较低，易擦花，故包装要求较高；表面做硬化处理则不易擦伤.页码：10/732008/05/29MD科V0TPU/聚甲醛TPU是热塑性弹性体,具有高张力、高拉力、强韧耐磨耐老化之特性，且耐低温性、耐候性、耐油、耐臭氧性能为强性纤树脂。主要特性：高耐磨性；硬度范围广：通过改变TPU各反应组分的配比，可以得到不同硬度的产品，而且随着硬度的增加，其产品仍保持良好的弹性；机械强度高：TPU制品的承载能力、抗冲击性及减震性能突出；耐寒性突出：TPU的玻璃态转变温度比较低，在零下35度仍保持良好的弹性、柔顺性和其他物理性能；加工性能好：TPU可采用常见的热塑性材料的加工方法进行加工，如注射、挤出、压延等。同时，TPU与某些高分子材料共同加工能够得到性能互补的聚合物合金；环保：可循环再造、可分解、再生利用性好，且防毒、防腐、防臭。符合国际环保要求；耐油、耐水、耐霉菌。页码：11/732008/05/29MD科V0RUBBER/硅胶硅胶的原料组成：硅胶原料成份包括硅胶、硅粉、架桥剂、色胶；其中硅胶比例占99%、硅粉比例占0.5%、架桥剂比例占０.25%、色胶比例占0.25%.硅胶的成型条件：机台：150-200T上模温度：180度下模温度：150度压力：150kg/cm排气：2次页码：12/732008/05/29MD科V02、结构设计的顺序：手机壳体部分结构设计是有顺序的，手机中分为：壳体，主按键、侧按键、塞子、镜片、装饰件及辅料等。如果随意先设计哪个零件都会导致后面的设计很碍手。设计一般步骤：第一是：抽壳；第二是：止口；第三是：BOSS（螺丝柱）；第四是：卡扣；第五是：按键、塞子和装饰件的固定结构；第六是：主板的固定；最后是：辅料的设计、硬件的避让和所有零件的干涉检查。1.4-1.8mm页码：13/732008/05/29MD科V0抽壳直板机：侧壁厚一般做到1.4-1.8mm。翻/滑盖机：A/D壳壁厚一般做到1.3-1.6mm,B/C壳至少侧壁做到1.2-1.5mm,其它部件的厚度尽量做到0.8-1.2mm.转轴处的壁厚做到1.1-1.2mm。抽壳的原则壁厚要均匀，差别尽量控制在基本壁厚的三分之一以内，转角和侧壁过渡处一定要平缓顺滑，这样可以避免壳体后续的变形、缩水及其它外观缺陷问题，非外观面大面积的厚度不可小于0.5mm.抽壳后一定要做拔模分析，不许有倒扣现象，内侧拔模需大于1度以上，外观面拔模需大于2度以上。随手机的潮流超薄超小的趋势，抽壳的厚度不要设计太薄，还是结实点好。胶厚：1.00-1.30mm若为直板机胶厚为1.6mm左右；若为翻盖机或滑盖机胶厚为1.4mm左右。页码：14/732008/05/29MD科V0止口止口设计的目的，不仅可增加结构的紧密性及壳体的限位，同时可方便通过ESD测试。止口的厚度至少需设计到0.5X0.5mm以上（请见附图）。页码：15/732008/05/29MD科V0螺丝柱螺丝柱是固定整机最强的结构之一，所以要排布合理和均匀，螺丝柱多为热压铜螺母和自攻螺丝两种。螺丝柱的壁厚要做到0.7-0.8mm（热压铜螺母的柱子具体尺寸见附图）。页码：16/732008/05/29MD科V0自攻螺丝的螺丝柱设计原则页码：17/73BOSS外径￠B是自攻螺钉外径￠D的2.0-2.