手机结构设计完全指南

欧阳

手机结构设计完全指南
  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、塑料选材的途径
    理解工程塑料的性能
    塑料在成型加工中有时表现得很奇特。对一个成型问题的解答可能完全不同于另一个成型问题。这也许是因为这些例子中涉及到两种本质上互不相同的塑料树脂。本文将对这些材料的性质以及各种不同材料之间的差异加以讨论，以增进对注塑过程中机理的理解。
    （ 1 ）结晶型聚合物的特性
    许多人熟悉的物质是晶体如食用盐，糖，石英，矿物质和金属，当然还有冰。这些固态物质具有分子排布有序，致密堆积的特性。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。（一件玻璃若放置几十年，其底部会逐渐变厚，这是由于很慢的流动引起的。）
    塑料树脂可分为无定形或结晶形的。由于很长的聚合物链较大复杂，从而阻止了它们形成象石英那种固体所具有近乎完美的结构和完整的晶体排列次序。聚合物，例如高密度聚乙烯是有点结晶性的，尼龙的结晶性表现得更为强一些，而聚甲醛的结晶性表现得就更强了。左图给出了一些常见的晶体形塑料和无定形塑料。注意到许多工程塑料位于结晶型栏里，如聚甲醛，尼龙和聚酯。这是因为结晶型结构树脂趋向于产生工程应用中所要求的特性，例如：
    抗化学物、油、汽油、油脂等。
    机械强度和硬度。
    在高温下 , 保持机械的和化学的性能不变。
    耐疲劳性和重复的冲击。
    半透明性或不透明性。
    聚合物金字塔。本图表示不同树脂的分类。
    塔底是商品塑料所目的两种特性，塔顶处是高性能塑料，工程塑料处于中间的位置。
    PEI ：聚醚亚胺 PEEK ：聚醚酮 PES ：聚苯醚砜 PPS ：聚苯硫醚
    PAR ：聚芳酯 PSU ：聚砜 LCP ：液晶聚合物 HTN ：高温尼龙
    PI ：聚酰亚胺 PET ：聚对苯二甲酸乙二酯 PBT ：聚对苯二甲酸丁二酯
    PC ：聚碳酸酯 M-PPO ：改性聚苯醚 Nylon ：尼龙
    ABS ：丙烯睛丁二烯苯乙烯三元共聚物
    POM ：聚甲醛 TPE ：热塑性聚酯弹性体 PS ：聚苯乙烯 PP ：聚丙烯
    PVC ：聚氯乙烯 HDPE ：高密度聚乙烯 PMMA ：聚甲基丙烯酸甲酯（亚加力）
    LDPE ：低密度聚乙烯 SAN ：苯乙烯一丙烯晴共聚物 SMA ：苯乙烯马来酸酐
表一、杜邦结晶型工程塑料
化学名词            简称    杜邦注册商标
聚甲醛              POM     Delrin?
聚酰胺              Nylon   Zytel?
聚对苯二甲酸乙二酯  PET     Rynite?
聚对苯二甲酸丁二酯  PBT     Crastin?
热塑性聚酯弹性体    TPE     Hytrel?
高温尼龙            HTN     ZytelHTN?
液晶聚合物          LCP     Zenite?
    （ II ）结晶型与无定型塑料的区别
    熔解／凝固
    晶体的本质也对成型过程产生影响，因为要破坏熔点时的晶体排列次序需要额外的热量，这热量叫做熔解热。晶体性塑料和无定型塑料熔解热的对比如图之所示。无定型物质的温度随看所加入的热量而增加，而且越来越呈现为液态。当温度上升至熔点以前，结晶型塑料物质能保持强度和硬度不变。熔解时额外所需的热量熔解热破坏了晶体的结构，同时温度保持不变，直到熔解结束。
    随着塑料在模具中冷却，释放出来的熔解热必须由模具向外散掉。然而，随着温度的降低，成型稳定性和硬度迅速地提高，工件可以相当快地从模具中脱出。因此，结晶性塑料较适合应用于短周期成型。
    收缩
    紧密的结构意味着从熔体到固体的结晶型塑料有一个较大的体积改变。因此，结晶形塑料比无定型塑料有较高的成型收缩率一通常前者大于百份之一，而后者大约有 0 ． 5 ％。结晶形塑料较高的收缩率使得估算型腔尺寸复杂化，但这一优点也有助于工件的脱模。一些典型的成型收缩率的比较列于表二。
表二、成型收缩率的比较
结晶形塑料   收缩率
聚甲醛       2.0
尼龙 66      1.5
聚丙烯       1.0-2.5
无定形塑料    收缩率
聚碳酸脂      0.6-0.8
聚苯乙烯      0.4
    当结晶型塑料熔解时，它们往往变得高度液态化。尼龙树脂因其具有良好流动特性所以在细长和薄截面要求的应用中着称。另一方面，人们也知道它们比许多粘度较高的无定形树脂更容易产生毛边。
    水份敏感性
    一些塑料是不受水份影响的，尤其是那些烃类（除了碳和氢以外没有其它元素）塑料，如聚乙烯，聚丙烯和聚苯乙烯。其它塑料吸收不同的水份，甚至在室温下也吸收。成型工件在吸收水后会导致尺寸改变，从而水也可看作为增塑剂或韧化剂。
    吸收的水份可能在注塑的过程中蒸发，导致水纹和气泡。有些树脂在熔解温度下可能会和水产生反应。这种反应叫做水解，它是降解的一种形式。它使分子量减少，导致熔体粘度减小，冲击强度的损失。
    水解的敏感性并不取决于塑料树脂的吸水量多少。实际上，当尼龙树脂达到 100 ％的相对湿度饱和时，它们能吸收高达 8 ％或更多的水分。尼龙在熔解温度下水解比聚酯或聚碳酸酯较慢，而聚酯或聚碳酸酯吸收的水比它少得多。常见的塑料树脂根据它们对水份的敏感性和是否需要干燥列于表三。
三、水对塑料加工过程的影响

    这些有关聚合物结构，结晶性和水分吸收的背景资料将会帮助我们理解为什么工程塑料的注塑操作不同于其它的塑料，而且在某些意义上工程塑料内不同种类亦互不相同。压克力（ acrylic ）即为 PMMMA （ polymethy-methacrylaye) 树脂玻璃，是一种不定形的热塑性塑料材料，有很好的光学特性（可象玻璃一样透明，透明度可达到 92 ％） PMMA 硬度大，强度适中，很容易划伤，划痕明显，但很容易磨光，在室外，风华和阳光暴晒均不会发生光学和机械变性。工艺上采用 塑料模具制作－注塑－挤出－真空成型不过 whkone,PMMA 你可多了一个 M 了 , 补充说明一下 ,PMMA 实际上耐室外曝晒的性能不比 PC 好 , 而且主要的缺点是耐温低 , 可使用的上下温差较小 , 透明度可达 92% 是在理论状况下 , 实际状况会受制造工艺的限制 . 实际上大家都遗漏了一点 , 塑料是可以改性的 , 就是针对应用场合加以调整 , 利用其基本性能中有利的一面 , 通过各种添加剂来改善不良的一面 .GE 和 BAYER 的 PC 有耐 230 度以上的 , 而杜邦的尼龙有耐 250 度 , 耐久还强过 PBT.
    2. 表面处理：
    早期的手机外壳主要用金属框，如爱立信早期产品３８８，不但耐摔，抗震性也大为增加，而且使用户至今怀念那种厚重的沉甸甸的感觉。随着手机的发展，轻巧成为人们的挚爱，但是，金属框的“质量”制约了手机的发展，于是新的外壳材料应运而生，ＡＢＳ合成塑料以其很好的韧性（抗震性）、密封性，很高的机械强度，耐化学腐蚀，拿在手上很有质感的特点受到人们的青睐。以ＡＢＳ合成塑料作外壳的手机得以一时风靡，在年轻一族装点手机炫耀个性时成为了首选，他们钟爱塑料外壳的透视感，宠爱塑料无限的色彩变幻，因为这代表着他们多彩且无拘束的生活，也是他们能成为都市人流中闪烁亮点的重要标志。
而后，诺基亚将金属漆应用在８８１０上，采用银色镀铬外壳，在市场上又掀起了金属流行色的热潮，而后新材料的应用似乎停顿了一段时间。但是随着ＳＯＮＹ将ＵＶ涂层漆用在手机的外壳上，使用户在使用手机的时候感受到不留指纹，光亮如新的美好感觉。
之后西门子６６８８也披上了“银装”。阿尔卡特ｏｔ５１１采用亮眼的铝金属为外壳，更成为众手机商为金属质感趋之若鹜的榜样。摩托罗拉Ｖ６０也大胆采用镀铝全金属质感的外壳设计，体现出作为高档手机所拥有的庄重典雅。随之而来的钛金属、镁金属等材料让手机变得越来越“酷”。
在手机外观材料上，中国也作出了自己的贡献，在世界上率先研制出在手机上使用的纳米级“电磁屏蔽材料”。ＴＣＬ率先将高科技材料纳米材料应用在手机的显示屏保护透明盖上面，为那些因为手机透明盖磨损而痛心的用户看到了问题解决的方向。据ＴＣＬ称，手机显示屏成功运用当前最先进的纳米材料技术，显示屏表面达到极佳的硬度，耐磨抗裂，即使用刀子在屏幕上任意割划，也不会留下痕迹，更不用说一般的普通磨损了。出于对环保的世界大潮流要求的考虑，绿色材料的应用将成为未来手机材料的主流。目前，位于英国伦敦的布鲁尼尔大学的科学家们已经研制出一款能够在废弃不用之后自动分解的绿色手机。可以预见，在手机未来的发展之路上，新材料的应用将是一把利刃，谁掌握了新材料，谁就将引领手机的潮流。
在未来手机市场的竞争中，外观设计的竞争将占相当大的份额，能否贴近生活，能否把握潮流是手机设计者的根本设计标准，突出的设计可以成为逆转市场的重要因素我们公司的外形设计部在法国，给我的感觉是他们的美术功底很强，设计的东西很有美感。我们这里的外形有改一个 0 。 3 的圆角都要让他们同意，靠对于产品结构设计中散热与电磁干扰的问题有许多不同的针对方法来解决。
元器件的散热要充分利用空气的对流作用。
    1. 首先分析产品的发热源。
    2. 对手机之类的小液晶产品一般都不会开设散热孔。
    3. 对带有外接电源的设备就一定要开设散热孔了，如显示器、打印机等，对一些需要降压的产品有可能要加装风扇（当然产品要有足够的空间）。
     4. 散热孔的设计要小，试验指不能通过，最好不要直接看到线路板。
关于电磁干扰，最有效的方法就是加装金属屏蔽罩了。
    1. 对手机这类产品，因体积小，其屏蔽罩都是直接焊在线路板上，这会增加线路板的制造难度和成本，备损也大。
    2. 线路板的设计、元气件的选择也是相当关键的，有的家电产品也靠试验的方法来通过认证。
一点看法：
    1. 塑件设计时尽量壁厚均匀 , 壁厚与产品的尺寸之比约为 1 ： 100 ，再跟踪根据结构性能的需要加大或减小一些壁与壁连接处的薄厚不应该相差太大，并且应尽量用圆弧连接，否则容易开列。
    2. 加强筋高度通常塑件为壁厚的 3 倍左右，并有 2~5 度的脱模斜度，与塑件壁的连接出及端部，应用圆弧连接。