参考引用

• 产品结构设计实例教程

1. ID 图及 PCB 堆叠分析

1.1 产品说明及相关资料

• 1、新产品开发指令单
  

• 2、ID 图
  

• 3、产品功能规格书
  

1.2 ID 图分析

ID（Industrial Design，工业设计）是以工业产品为主要对象，综合运用工学、美学、心理学、经济学等知识，对产品的功能、结构、形态及包装等进行整合优化的创新活动，工业设计的核心是产品设计，广泛应用于轻工、纺织、机械、电子信息等行业，ID 图是 ID 设计的输出文件，一般为 JPG 档案

1.2.1 分析前壳组件

• 前壳为塑料，材料是 PC+ABS，产品的加工方式是塑胶模具注塑成型，颜色为黑色，表面处理为注塑素材，表面磨砂纹

  • 产品外壳材料的选择要根据价格定位及使用场所等综合考虑，常用的外壳塑胶材料为 ABS、PC、HIPS、PC+ABS 等
  • 带显示屏幕类的电子产品常用外壳塑胶材料为 PC+ABS，如手机、笔记本电脑、平板电脑、高档 MP4、GPS 等
    

• 触摸屏(TP 镜片)能实现触摸功能，此款产品为电容式触摸屏，能实现 5 点触控，触摸屏的外观显示区域是透明的，其他背面丝印黑色油墨
  

1.2.2 分析底壳组件

• 底壳为塑料，材料是 PC+ABS，产品的加工方式是塑胶模具注塑成型，颜色为黑色，表面处理为注塑素材，表面磨砂纹
  

• 摄像头镜片需要透光，材料一般为 PMMA（亚克力）或者钢化玻璃，像素高的多半采用钢化玻璃，加工方式为切割成型，表面处理除拍照视角区透明外，其他地方颜色为丝印黑色油墨
  

• 在底壳四个角落处各有一个螺丝塞，主要作用是遮丑及防尘。螺丝塞材料为TPU，产品的加工方式是塑胶模具注塑成型，颜色为素材黑色，表面是磨砂效果
  

• 底壳外形简单，四周有一圈较小的斜边，底壳背面在摄像头镜片下面有小孔，是喇叭出音的地方
  

• 底壳的左、右侧面分析

  • 底壳左侧面有一些接口，包括一个 HDMI 接口，一个 USB 接口，一个电源 DC 插座，电源 DC 插座是输入电源的接口，为 GPS 提供电源及给电池充电
    

  • 底壳右侧面有内存卡插入孔，包括一个 AV 插座，一个耳机插座，内存卡插入孔为 TF 卡插入孔、弹出式 TF 卡插座
    

• 底壳的上侧面分析

  • (1) 底壳上侧面有四个按键，靠左侧一个是电源开关键。靠右侧有三个，分别是拍照键、音量调节+、音量调节-
  • (2) 电源开关键为开机、待机及关机键
  • (3) 拍照键是用来摄像头拍照及摄像
  • (4) 音量调节按键是用来调节喇叭声音大小，又分音量调节+、音量调节-。调节键在操作时还可以用来移动菜单与图标
    

1.3 PCB 堆叠

• PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的，故称为印刷电路板，简称电路板
• 堆叠（Stacking）就是堆积叠加，就是将各种不同功能的电子元器件堆积叠加在一起，组合成一个会产生更多功能的组件
  

大部分电路板是需要结构设计人员堆叠的，作为结构设计人员，要具备基本的电子元器件知识，在实际工作中，电路板堆叠需要与电子技术工程师反复沟通来完成

1.3.1 主 PCB

• 主 PCB 是堆叠的母板，所有电子元器件围绕主 PCB 叠加，PCB 根据电路层数分为单面板、双面板和多层板，常见的多层板一般为 4 层板或 6 层板，复杂的多层板可达几十层

  • (1) 单面板(Single-Sided Boards) 是最简单的电路板，在最基本的 PCB 上，电子元器件集中在其中一面，而电路的导线则集中在另一面上。因为导线只出现在其中一面
    

  • (2) 双面板(Double-Sided Boards) 两面都有布线，但要用上两面的导线，必须要在两面间有适当的电路连接才可以，这种电路间的“桥梁”称为导孔(via)，导孔是在 PCB 上，充满或涂上金属的小洞，可以与两面的导线相连接。
    

  • (3) 多层板(Multi-Layer Boards) 是有多层布线的电路板，多层板是为了增加可以布线的面积，解决在有限的外形尺寸限制条件下能容纳更复杂的电路，多层板通过定位系统及绝缘黏结材料交替在一起，且导电图形按设计要求进行互连的印制线路板就成为四层、六层印制电路板，也称多层印刷线路板。板子的层数并不代表有几层独立的布线层，在特殊情况下会加入空层来控制板厚，通常层数都是偶数，并且包含最外侧的两层
    

  • (4) PCB 的厚度根据需求来设计，单面板及双面板厚度建议不小于 0.40mm，多层板厚度建议不小于 0.80mm

  • (5) 在设计 PCB 时，为方便壳体固定，要预留螺丝柱位置，螺丝柱孔直径不小于 φ4.00mm，螺丝柱位置个数根据 PCB 的大小来定，常用为 4~8 个
    

  • (6) 在主 PCB 上多作露铜区(接地区域)，以便于金属件接地防 ESD，电路板接地是抑制噪声和防止干扰的重要措施，电子工程师在设计电路板时，尤其要考虑 ESD 与 EMC 的防治
    

  1、ESD（Electro-Static Discharge，静电释放）是指两个带不同静电电平的物体，通过直接接触或静电电场的作用会使两物体的静电电荷发生位移，当静电电场达到一定能量，介质被击穿而产生放电，这就是 ESD 全过程
  2、EMC 包括 EMI(电磁干扰)及 EMS(电磁耐受性)两部分，EMI 是指机器本身在执行应有功能的过程中产生的不利于其他系统的电磁噪声，而 EMS 指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力

  • (7) 主 PCB 外边缘最好不要有尖角，所有尖角倒圆角 R≥0.50mm
    

  • (8) 主 PCB 设计结构定位孔，方便后续结构设计定位，建议定位孔直径尺寸不小于 1.80mm
    

1.3.2 LCD 屏

• LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示器）主要作用就是显示图像及文字

  • (1) LCD 的构造原理是在两片平行的玻璃中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，通过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面

  • (2) LCD 屏根据颜色的种类分为单色显示屏与彩色显示屏
    

  • (3) LCD 屏的尺寸规格，根据屏幕宽度和高度的比例来区分 LCD 屏有两大类，一种是 4：3 的标准屏，一种是 16∶9 的宽屏

  • (4) LCD 屏的重要尺寸说明

    • AA区：活动区域，是指有效的显示区域
    • VA区：视角区域，是指最大显示区域
    • 两者关系：VA>AA，一般单边约大于 1.00mm。常用尺寸规格有 3.0 英寸、3.4 英寸、4.3 英寸、5.3 英寸等
      

  • (5) LCD 屏与主板连接通过 FPC(软排线)焊接在主板上
    

  • (6) LCD 屏底部与 PCB 间隙为 0.30mm，因为屏下面要避让 FPC 及需要贴导电布接地
    

  • (7) LCD 屏通过四个定位柱在 PCB 上限位，间隙为 0.10mm
    

1.3.3 触摸屏 FPC 连接器

• 触摸屏 FPC 连接器是用来连接触摸屏，通过贴片焊接在主板上

  • (1) 触摸屏 FPC 连接器规格很多种，根据 FPC 的线宽来选择连接器
    

  • (2) 放置触摸屏 FPC 连接器时要考虑到整机的装配顺序，无论放置到 PCB 的正面还是反面都要方便触摸屏 FPC 的连接

1.3.4 话筒

• 话筒（Microphone，简写 MIC），又称麦克风、受话器，俗称咪头，是接收声音的元器件

  • (1) MIC 与主 PCB 连接方式常用引线焊接或者直接焊在主 PCB
    

  • (2) MIC 外表面包了一层软胶，包含软胶在内的外形尺寸很多种，根据需求选用，常用外形尺寸有 24.60mm、φ4.80mm 等，厚度常用 2.00mm、1.80mm 等

  • (3) MIC 需在壳体上限位及封音腔，放置 MIC 时，要预留结构设计空间

  • (4) MIC 要远离带有磁性的电子元器件，如电动机、喇叭等，以免影响效果
    

1.3.5 轻触开关

• 轻触开关是一种电子开关，使用时，轻轻按开关按钮就可使开关接通，当松开手时开关即断开，其内部结构是靠金属弹片受力弹动来实现连通及断开的。轻触开关种类及外形很多，下图所示为几种常用的轻触开关
  

• (1) 轻触开关由于接触电阻小、按动有清脆的声音、手感明显、高度规格齐全等方面的原因，在电子产品方面得到广泛的应用。如影音产品、数码产品、遥控器、通信产品、家用电器、安防产品、玩具、电脑产品、健身器材、医疗器材、验钞笔等

• (2) 轻触开关种类很多，根据实际需求选用，轻触开关的行程 0.50mm 左右手感比较好，耐用时间相对较长
  

1.3.6 摄像头

• 摄像头（Camera）是一种视频输入设备，主要作用就是拍照与摄像

  • (1) 摄像头的工作原理大致表现：景物通过镜头生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过模数转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片中加工处理，再通过接口传输到系统中处理，通过显示器就可以看到图像了

  • (2) 摄像头与主板常用 B-B 连接器直接连接或 FPC 加 B-B 连接器、FPC 直接焊接等

  • (3) 摄像头如果在支架上定位，单边间隙为 0.10mm，如有 FPC，注意 FPC 的走线

  • (4) 摄像头像素常有 30万、130万、200万、320 万等。一般而言，像素越大，摄像头外形尺寸越大。30 万像素外形尺寸一般是 5.00mm 或 6.00mm，厚度常有 3.00mm、3.70mm、4.00mm 等
    

  • (5) 摄像头有视角区，结构设计时不能遮挡

  • (6) 摄像头有拍照方向，不能放错方向
    

1.3.7 喇叭

• 喇叭（Speaker，又称扬声器）是处理声音的元器件，主要作用就是声音输出

  • (1) 喇叭按其工作原理，可以分为电磁式、电动式、压电式、静电式、离子式、气流变换式、气流调制式等。电动式喇叭又称动圈式扬声器，它是应用电动原理的电声换能器件，由于结构简单、生产容易，本身需要的空间小，价格便宜，是目前运用最多、最广泛的喇叭
    

  • (2) 喇叭根据外形分为圆形、椭圆形(又称跑道形)、四方形、锥形等

  • (3) 喇叭与主板常用引线焊接或者弹片连接等
    

  • (4) 喇叭常用外形尺寸规格
    

  • (5) 喇叭上表面有一层泡棉，用来密封音腔，一般自由高度为 0.50mm，工作高度 0.30mm
    

  • (6) 喇叭顶面与底面可作背胶，也可不作背胶

  • (7) 喇叭的焊接引线可根据需要定作长度

  • (8) 喇叭底部要有支撑部件，最好密封后音腔

1.3.8 HDMI 连接器

• HDMI（High Definition Multimedia Interface，高清晰度多媒体接口）是一种数字化视频及音频接口技术，是适合影像传输的专用型数字化接口，可同时传送音频和影像信号，最高数据传输速度为 5Gbps，HDMI 不仅可以满足 1080P 的分辨率，还能支持 DVDAudio 等数字音频格式，支持八声道 96kHz 或立体声 192kHz 数码音频传送
• HDMI 支持 EDID、DDC2B，因此，HDMI 的设备具有“即插即用”的特点，信号源和显示设备之间会自动进行“协商”，自动选择最合适的视频/音频格式，HDMI 接口广泛应用于电视、DVD、手机、MP4、GPS 等带有图像与声音的电声产品中
• HDMI 连接器是实现 HDMI 连接的硬件，分为母头连接器与公头连接器。一般而言，焊接在 PCB 上的为母头连接器，插头上为公头连接器
  

1.3.9 USB 连接器

• USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是连接外部装置的一个串口汇流排标准，是输入及输出的重要通道，USB 开发初期主要应用于电脑上，但随着各种电子数码产品的普及，一些较小型的电子产品由于外形小而需要采用更小的 USB 接口，比电脑上的 USB 接口更小的连接器便诞生了，这种小型的 USB 连接器称为 Mini USB 接口，其中 Mini 5PIN 接口应用尤其广泛

  • (1) USB 连接器是实现 USB 连接的硬件，分为母头连接器与公头连接器，一般而言，焊接在 PCB 上的为母头连接器，插头上的为公头连接器
    

  • (2) USB 连接器要突出 PCB 外边 1.00mm 左右，防止整机结构设计时插头与壳体干涉
    

1.3.10 TF 卡连接器

• TF 卡又称 microSD，是一种极细小的快闪存储器卡。因它具有体积极小、存储容量大等优点，主要用于手机、GPS 设备、便携式音乐播放器和一些快闪存储器盘中使用。它的外形尺寸为 15mmx11mmx1mm，TF卡连接器(TF卡座)主要作用就是固定 TF 卡及读取 TF 卡信息

  • (1) TF 卡连接器类型常有掀盖式、弹出式、拔插式等
    

  • (2) TF 卡连接器通过贴片焊接在 PCB 上

  • (3) 放置 TF 卡连接器时注意要方便装取 TF 卡，尤其是弹出式的连接器，TF 卡的弹出行程要足够

1.3.11 DC 连接器

• DC 连接器是手机电源接口，通过弹片或者贴片焊接、插脚焊接与主 PCB 连接
  

  • (1) DC 连接器结构设计时需在壳体上限位，要特别注意
  • (2) DC 连接器要突出 PCB 外缘，同时注意 DC 连接器插头不能与壳体干涉
    

1.3.12 音频接口与 AV 接口

• 音频接口是用来连接声音的硬件，常用的有两种，一种为输入声音，另一种为输出声音。输入的插孔用来连接录音设备(如麦克风)，输出的插孔用来连接声音播放设备(如音箱、耳机等)，AV 接口是一种视频输入口，主要用来传输视频数据
• 音频接口常用有两种尺寸规格，分别为 2.50mm 和 3.50mm，2.50mm 一般用于手机等小型电子产品，3.50mm 用于电脑上比较多
  

1.3.13 屏蔽罩

• 屏蔽罩主要作用就是对主板中各种电子元器件起屏蔽作用，防止电磁干扰(EMD)

  • (1) 屏蔽罩根据固定方式分为可拆卸式与不可拆卸式。可拆卸式有两个部件，其中焊接在主板上的是支架；另一部分是盖子，盖子可拆卸，方便维修硬件。不可拆卸式只有一个支架焊接在主板上
    

  • (2) 屏蔽罩的支架需要焊接，材料常用洋白铜、马口铁等。盖子不用焊接，材料选用马口铁、洋白铜、不锈钢。屏蔽罩支架与盖子厚度均为 0.20mm，盖子也可以适当做薄一点（不锈钢不粘锡，不能做支架，只能做盖子）

  • (3) 为了元器件散热，屏蔽罩上可开圆孔，直径为 φ1.00~φ1.50mm，建议做到 φ1.20mm
    

  • (4) 屏蔽罩是钣金材料，通过五金模加工而成，设计屏蔽罩要符合钣金设计原理，注意做工艺缺口

  • (5) 屏蔽罩要求平整，平面度控制在 0.12mm 内

1.3.14 电池连接器

• 电池连接器主要作用就是连接主板与电池，通过贴片焊接在主板上

  • (1) 电池连接器的常用类型有立式、卧式、刀片式等
    

  • (2) 立式电池连接器要限位，间隙为 0.30~0.50mm，立式电池连接器后方要加挡骨位，间隙为 0.20mm，防止受到外力撞击松脱而产生断电现象

  • (3) 电池连接器弹片弹性要好。刀片式强度要够，不能有歪斜

1.3.15 电池

• 电池是主板的电源，通过电池连接器给主板提供电量

  • (1) 电池容量的大小取决于电芯的容量，电芯越大，电池容量越大

  • (2) 电池接触点的正负极与主板一致，在电池上要标识清楚
    

  • (3) 电池常用的是锂电池

  • (4) 根据电池外形计算最大电池容量公式(单位mm)：(长-3.00)x(宽-1.40)x(厚-0.20)x0.11(系数)

  以上公式相减后的数值就是电芯的外形尺寸，各大电芯制造厂商有标准电芯尺寸，设计时最好采用标准尺寸电芯

2. 结构建模

2.1 自顶向下的设计理念

• 自顶向下就是从上往下设计，是交互式设计软件的一大特色，也是一种与传统设计方式不同的设计理念，Pro/E 软件把自顶向下的设计发挥到极致
  • (1) 首先创建一个顶级组件，也就是总装配图，后续工作是指围绕这个构架展开
  • (2) 给这个顶级组件创建一个骨架，骨架相当于地基，骨架在自顶向下设计理念中是最重要的部分，骨架做得好坏，直接影响后续好不好修改
  • (3) 创建子组件，并在子组件中创建零件，所有子组件与零件装配方式按默认(缺省)装配
  • (4) 所有子组件的主要零件参照骨架绘制，其外形大小与装配位置由骨架来控制
  • (5) 零件如需改动外形尺寸与装配位置，只需改动骨架，重生零件即可

2.2 产品模板构成

• 本 GPS 产品可分为三级组件
  • 一级组件为总装配图
  • 二级组件分为骨架模型、前壳组件、底壳组件、堆叠板组件
  • 三级组件
    • 前壳组件包括前壳、TP屏等零件
    • 底壳组件包括底壳、侧键、摄像头镜片等零件
    • 堆叠板组件包括主PCB、LCD屏、电池等电子元器件
      

3. 产品结构布局设计

3.1 产品各零部件的结构关系分析

• 大部分电子产品不需要运动机构，涉及结构关系的零部件主要包括前壳与底壳、壳体与 PCB 堆叠板、壳体与装饰件、壳体与辅料。对于带有动作功能的产品，除了以上的结构关系外，还涉及机械运动模拟，这一类型的产品需要试验模拟运动状态，如齿轮运动、蜗杆蜗轮运动、凸轮运动等，结构设计就是要将这些有相互关系的零部件组合在一起，形成一个完整的产品，这些零部件之间连接、固定可靠，有运动功能的要运动顺畅
  • 1、前壳与底壳的结构关系主要是连接与固定关系，其中包括止口设计、螺丝柱设计、卡扣设计、反止口设计等结构
  • 2、壳体与 PCB 堆叠板的结构关系主要是固定与限位,其中包括PCB四周限位、Z向限位、电子元器件的固定与限位、电子元器件发挥功能的特定结构等
  • 3、壳体与装饰件的结构关系主要是装饰件的固定与连接，对于壳体而言，装饰件属于附属件，需要在壳体上有可靠的固定与限位结构，这些结构包括热熔柱、卡扣、双面胶、反插骨等结构设计
  • 4、壳体与辅料的结构关系主要是辅料的限位与固定，辅料是指那些小物料，如双面胶，泡棉、防尘网等，辅料只需在壳体上有可靠的限位，一般通过双面胶或者胶水固定即可

3.2 产品结构设计绘图的基本要求

• (1) 凡是在组件中通过缺省装配的零件要复制曲面或曲线给其他零件时，例如，骨架在组件中是缺省装配的，如果前壳需要从骨架里复制曲线或者曲面，通过下拉菜单【插入】→【共享数据】→【复制几何】来复制
• (2) 当一个零件需要复制曲面或者曲线给其他零件时，一定要先在自身零件里将要复制的曲面或者曲线先复制出来，再供其他零件复制用
• (3) 在组件里激活单个零件做特征时，所有特征的草绘平面只能选择本身零件的基准平面或者可以参考的平面
• (4) 尽量减少在组件里激活零件做特征，能在单个零件里做的特征绝不在组件里做
• (5) 做卡扣及螺丝柱、止口等时，前壳与底壳尽量成对配作
• (6) 固定电子元器件时，凡是要用两个零件配合来固定的，两个零件特征要一起做，不然很容易忘记，如 MIC 结构需要前壳与底壳同时限位时，特征要一起做
• (7) 在草绘选参照的时候，优先选面，尽量不选边做参照
• (8) 尽量少用实体面替换及实体面偏距等容易失败的命令，除非修改的这个面不再用做其他参照
• (9) 作图时，大零件不能参考小零件，只能小零件参考大零件
• (10) 前壳与底壳特征尽量不要相互参照

3.3 结构布局设计流程

3.3.1 判断 PCB 堆叠板的装配顺序

• 做整机结构设计首先要确定的就是 PCB 堆叠板的装配顺序，以电子产品为例，装配顺序主要涉及前壳、底壳、PCB 堆叠板，PCB 堆叠板是先装前壳还是先装底壳主要由以下几点决定
  • (1) 厚度方向(Z向)，一般而言，PCB 堆叠板装在厚壳上
  • (2) 侧键，PCB 堆叠板一般是装在有侧键的壳上
  • (3) 在前壳与底壳都能装的情况下，优先装前壳

3.3.2 前壳与底壳的止口设计

• 止口从字面上理解为开口处的止动结构（也称为唇），止口分为公止口与母止口，止口种类很多，现在以常用的一种来说明，下左图是公止口，下右图是公止口
  

• 止口的作用

  • (1) 限位

    • 防止壳体装配时错位、产生断差，防止前壳朝外变形，同时防止底壳朝内缩
      

  • (2) 防 ESD

    • 止口也称静电墙，可以阻挡静电从外进入内部，从而保护内部电子元器件，所以在设计时尽可能保留整圈止口的完整

• 止口设计的基本原则

  • (1) 公止口一般做在厚度薄的壳体上（通常为前壳）
  • (2) 母止口一般做在厚度厚的壳体上（通常为底壳）

• 公止口尺寸说明

  • (1) 尺寸 a 为公止口的高度，常用范围为 0.60~1.00mm
  • (2) 尺寸 b 为公止口根部宽度，常用范围为 0.60~0.80mm，最小尺寸要保证拔模后顶部最小宽度不少于 0.50mm
  • (3) 尺寸 c1、c2 是公止口两侧拔模尺寸，2°~3° 即可
  • (4) 尺寸 d 倒角尺寸，好装配，常用 0.25~0.30mm
    

• 止口的配合尺寸说明

  • (1) 尺寸 A 为配合面尺寸，为 0.05mm
  • (2) 尺寸 B 为止口纵向避让尺寸，常用 0.10~0.20mm，建议使用 0.20mm，防止尺寸偏差时造成装配干涉
  • (3) 尺寸 C 是过渡圆角，主要是胶位突变的圆滑过渡，也不能太大，防止装配时干涉
  • (4) 尺寸 D 为壳体外观面胶厚尺寸，应不小于 0.80mm
    

3.3.3 前壳与底壳的螺丝柱设计

• 前壳与底壳固定方式的选择原则
  • (1) 零件的材料，金属材料与塑胶材料固定方式有一定的差别，如金属材料一般刚度好不易变形，选择固定方式时尽量不要选择卡扣
  • (2) 产品的使用场所，如产品在使用过程中，是否经常移动，经常移动的产品结构固定要牢固可靠，固定方式可选择螺丝
  • (3) 产品是否经常拆装，如果是经常拆装，为了方便，固定方式选择螺丝
  • (4) 产品是否密封，如果是密封性产品，可选择超声波焊接
  • (5) 产品是否经常打开，如果经常要开启，可选用螺纹连接、铰链连接
  • (6) 产品外形的大小，如果产品外形大，就不适合用卡扣固定，卡扣会造成产品拆装及变形困难，可适当选用相应的螺丝固定

  螺丝是结构设计中最主要也是最常用的一种固定方式。螺丝固定有很多优点，既牢固又可靠。常用螺丝分机牙与自攻牙两种，机牙螺丝可反复拆装，但需要相应的配对螺母，成本高于自攻牙螺丝，自攻牙螺丝装配简单，无需专用的螺母，成本低，但拆装次数有限

• 前壳与底壳螺丝柱完成后配合
  

3.3.4 前壳与底壳的卡扣设计

• 1、卡扣的作用

  • 又称扣位、卡扣位，作用与螺丝一样，也是起固定与连接作用
  • 卡扣的主要作用是辅助螺丝固定壳体，整机结构固定仅靠螺丝柱不够，还必须要设计几个卡扣
  • 卡扣是通过塑料件本身的弹性及卡扣结构上的变形来实现拆装的

• 2、卡扣设计的基本原则

  • (1) 强度要够，不然拆装时容易损坏
  • (2) 扣合量要够，不然作用不明显
  • (3) 卡扣一定要有拆装的变形空间
  • (4) 整机卡扣一定要均匀
  • (5) 壳体结构强度弱的地方尽量布置卡扣

• 3、卡扣分公扣与母扣
  

• 4、卡扣横向配合

  • (1) 尺寸 A 是公扣的宽度(又称卡扣宽度)，此宽度可根据需要进行设计，尺寸建议在 2.00~6.00mm 范围内，常用宽度尺寸是 4.00mm
  • (2) 尺寸 B 是母扣的两侧厚度，为保证卡扣有足够的强度，常用 1.00mm，最少 0.80mm
  • (3) 尺寸 C 是公扣与母扣两侧的间隙 0.20mm
  • (4) 尺寸 D 是母扣另一侧的厚度，常用 1.00mm，最少 0.80mm
  • (5) 尺寸 E 是公扣与母扣另一侧的间隙 0.20mm
  • (6) 尺寸 F 是母扣的宽度，根据公扣的宽度及与母扣的间隙自然得出
  • (7) 尺寸 G 是母扣封胶的厚度 0.30mm
    

• 5、卡扣纵向配合

  • (1) 尺寸 a 是卡扣的配合量(扣合量)，设计要合理，大了就很难拆，小了就起不到连接的作用，尺寸建议在 0.35~0.60mm 范围内，常用扣合量尺寸是 0.50mm
  • (2) 尺寸 b 是公扣的厚度，为保证足够的强度，常用 1.00mm，最少 0.80mm
  • (3) 尺寸 c 是公扣上表面要比底壳分模面低，不小于 0.05mm，常用 0.10mm。主要作用就是有利于模具加工与修整，以免模具因加工误差而造成卡扣上表面高出分模面，从而影响斜顶出模及壳体装配
  • (4) 尺寸 d 是母扣与公扣的Z向(厚度方向)的间隙 0.05mm，不能过大，以免卡扣没有起到作用
  • (5) 尺寸 e 是母扣的厚度，为保证足够的强度，常用 1.00mm，最少 0.80mm
  • (6) 尺寸 f 是母扣与公扣倒角边的避让间隙，不少于 0.20mm
  • (7) 尺寸 g 是母扣与公扣的避让间隙，不少于 0.20mm
  • (8) 尺寸 h 也是母扣与公扣的避让间隙，不少于 0.20mm，这个间隙设计时可留大点，扣合量不够时可以加胶
  • (9) 尺寸 i 是母扣顶部的厚度，为保证足够的强度，常用 1.00mm，最少 0.80mm
  • (10) 尺寸 j 是公扣的倒角，为方便装配，倒角尺寸为 0.40mmx45°
    

• 6、卡扣与止口的关系

  • (1) 正常布扣方法：母扣布在公止口的壳上，同理，公扣就布在母止口的壳上
    

  • (2) 反扣：母扣布在母止口的那一侧，就称为反扣

    • 设计反扣时注意把公扣两侧的公止口单边切掉不小于 8.00mm，否则卡扣不能变形，成了死扣，如下图
    • 设计卡扣时尽量按正常布扣方法，如果空间紧张，再设计反扣，反扣不仅有连接作用，还有反止口功能，缺陷就是拆装较困难
    • 反扣设计时要注意扣合量不能太大，先做到 0.35mm，壳料第一次试模后可根据需要再调整
      

• 7、卡扣的变形空间设计

  • 壳体在拆装时，卡扣需要变形，绝大部分变形量是靠母扣变形来完成的。所以在设计时，母扣一定要有变形的空间，而且变形空间一定要比扣合量大，最好大于 0.20mm
  • 整机外形尺寸不变，如果母扣变形空间不够如何调整？可以将扣合量做但不要少于 0.40mm，也可以将与母扣与公扣的配合间隙做到 0.15mm
    

• 8、卡扣掏胶

  • 掏胶的主要作用就是防止胶位过厚造成壳料缩水从而影响外观
  • 掏胶不是非掏不可，在不会引起外观面缩水的情况下可以不用掏胶
    

• 9、整机卡扣个数设计

  • 卡扣既然是辅助螺丝柱固定壳体的，做多少个卡扣才合理呢?

    • 过多不仅增加模具制造成本，还会造成拆装困难
    • 过少壳体连接有可能出现问题

  • 整机布扣主要分以下两种情况

    • (1) 整机有 6 个螺钉的，布 8 个卡扣，布扣要均匀，尽可能地做到 A=B=C、D=E、G=F
      

    • (2) 整机有 4 个螺钉，布 8~10 个扣，布扣要均匀，尽可能地做到 a=b=c=d、e=f
      

  • 两个扣之间的距离最好控制在 30.00mm 左右，如果超过 35.00mm，建议增加卡扣，如果距离都小于 30.00mm，可适当减少卡扣的数量

3.3.5 螺丝塞结构设计

• (1) 螺丝塞主要作用是遮丑与防尘。本 GPS 实例产品中螺丝塞有四个，每个角落各一个，在设计时，尽量让所有螺丝塞共用，这样既简化了模具设计与加工的过程，在生产时也容易装配。螺丝塞是软胶，与底壳螺钉柱零间隙
  

• (2) 因为螺丝塞是圆的，在生产装配时容易转动，所以螺丝塞在结构设计时要做防呆结构，以免装错，如下图是切掉一部分用来防呆
  

• (3) 为防止螺丝塞表面高出壳体表面，螺丝塞表面比壳体表面低 0.05~0.15mm，常用 0.10mm
  

• (4) 做螺丝塞结构时要特别注意预留螺丝帽的高度空间，螺丝帽的高度空间根据实物高度预留，本实例用的是 2.60 的自攻牙螺丝，螺丝帽的预留高度应不小于 2.00mm
  

3.3.6 反止口结构设计

• 1、反止口的作用

  • 反止口与止口息息相关，它们配合使用，反止口的作用与止口一样，都是起限位作用，反止口是防止底壳朝外变形，同时防止前壳朝内缩 (前壳又称 A 壳，底壳又称后壳、B 壳等)
    

• 2、反止口设计要点

  • (1) 反止口要做在有母止口的那个壳上，与母止口配合将公止口夹在中间，从而实现两个方向的限位
  • (2) 设计反止口时要注意单边离公扣距离 8.00mm，至少 6.00mm，因为扣位要变形，如果太近，扣位就没有变形空间，无法正常拆卸
    

• 3、反止口与止口的配合设计

  • (1) 尺寸 A 为配合面尺寸，为 0.10mm，最大不超过 0.15mm
  • (2) 尺寸 B 为反止口高度，要求尺寸 B 不小于 0.60mm，建议不少于 0.80mm
  • (3) 尺寸 C 为反止口纵向长度，要求尺寸 C 不小于1.00mm，不要太小，否则反止口没有强度，容易断裂
    

• 4、反止口不同的结构类型

  • (1) 标准反止口。这种反止口是最普遍使用的，也是最容易设计的。结构设计时要注意，为保证足够的强度，要成对做，两个反止口之间的距离为 1.50mm 左右
    

  • (2) 骨位纵向延伸与母止口连起来。主要适用于 PCB 离壳体太近，没有空间做标准反止口。为保证足够的强度，也要成对做。缺点是要切掉另一个壳上的公止口
    

  • (3) 工字骨反止口。主要适用于 PCB 离壳体太近，没有空间做标准反止口。优点是强度好，又不必切另一个壳的公止口，值得推荐。工字骨长度尺寸不小于 2.00mm，建议为 3.00mm
    

  • (4) 这种骨位是由工字骨演变而来，主要适用于 PCB 离壳体太近，没有空间做标准反止口。缺点是要切掉另一个壳上的公止口，还要注意保证另一个壳的胶厚
    

  尽量做标准反止口，如果结构空间不够，再选用工字骨反止口

• 5、反止口的数量设计

  • 一般来说，左右均匀各两对，上下均匀各 3~4 对，间距通常为 30.00mm
    

3.3.7 模具斜顶倒扣检查及处理

• (1) 模具倒扣是指塑料件上凡是阻碍模具开模或者顶出的部位，壳体中最容易产生倒扣的地方为卡扣位置，斜顶是解决倒扣的常用机构，但斜顶要预留行程 7.00mm(包括斜顶的大小、运动的行程及安全距离等)，如下图所示，电池仓骨位是阻碍斜顶运动的面，扣位面与电池仓骨位面的距离不小于 7.00mm
  

• (2) 如果斜顶的行程距离比 7.00mm 小，结构上就要处理，如下图所示为切剪电池仓骨位处理斜顶倒扣
  

3.3.8 尖钢、薄钢的检查及处理

• 尖钢与薄钢是模具术语，尖钢就是模具上很薄且锋利的钢料，也是薄钢的一种。所谓薄钢，把小于 0.50mm 的钢料统称为薄钢。尖钢及薄钢在注塑胶件时，容易损坏断裂，所以在做结构时应尽量避免产生

• 如何识别薄钢及尖钢?

  • 三维图上如果有胶位，在模具上就是空的，三维图上如果是空的，在模具上就是钢料。如果两个胶位之间的距离小于 0.50mm，就可以称为薄钢，下图所示缝在模具上的就是薄钢
    

• 壳料容易产生薄钢的地方

  • (1) 螺丝柱处。螺丝柱靠近壳体内壁，最容易产生薄钢
    

  • (2) 反止口处。尤其是“工”字形反止口，与壳体内壁近，最容易产生尖钢、薄钢
    

  • (3) 其他地方。凡是两个胶位距离小于 0.50mm 的就是薄钢
    

• 尖钢、薄钢的处理

  • (1) 加胶。在产生薄钢的地方加胶，但总体胶厚不能超过附近平均胶厚的 1.40 倍，否则就是厚胶，会造成壳体胶位缩水，影响结构及外观。如下图所示的小缝直接加胶补齐
    

  • (2) 减胶。在产生薄钢的地方减胶，但保证外观面胶厚不小于 0.80mm。如下图所示的螺丝柱处，直接切胶，然后再做一条骨位加强螺丝柱
    

  • (3) 正面补胶，反面掏胶。如果正面切胶产生薄胶，补胶又太厚，可以正面补胶，反面掏胶
    

3.3.9 厚胶、薄胶的检查及处理

• 厚胶会造成胶料在注塑时缩水，胶件缩水不仅影响外观还影响结构，薄胶会产生注塑走胶困难

• 所谓厚胶就是把大于平均胶厚 1.40 倍的胶称为厚胶，假如附近平均胶厚是 2.00mm，厚胶就是大于 2.80mm 的胶位，把小于 0.45mm 厚的胶位称为薄胶
  

• 壳料容易产生厚胶及薄胶的地方

  • (1) 螺丝柱处。螺丝柱靠近壳体内壁，最容易产生厚胶
    

  • (2) 扣位处。扣位也是最容易产生厚胶的，尤其是母扣
    

  • (3) 产生薄胶的地方主要是空间不够的情况下切胶留下的薄胶位，下图所示就是为了避开堆叠板上的电子元器件产生薄胶
    

  • (4) 其他产生厚胶薄胶的地方。如两骨位叠加容易产生厚胶，电池仓四周、限位 LCD 屏的四周都容易产生厚胶等，下图所示就是两胶位叠加产生厚胶
    

• 厚胶及薄胶的检查

  • 单击【分析】工具菜单，选中【模型】→【厚度】选项

• 厚胶及薄胶的处理

  • 厚胶和薄胶的处理与薄钢处理一样，都是加胶、减胶、正面加胶反面减胶这几种方式下图所示为薄胶直接切穿
    

3.3.10 小断差面的处理

• 小断差面会增加模具加工难度，小于 0.20mm 的断差面尽量取消，小断差面的处理方法很多种，常有修改原特征、用实体面替换等方法
  

3.3.11 干涉检查及处理

• 产品结构设计上所说的干涉就是零件与零件之间有相互重叠的地方，干涉是不允许的，三维图上有干涉，就会造成实物不能装配，所以一定要处理完所有的干涉，包括细微的干涉
• 良性干涉不用处理，良性干涉是指在三维图中有干涉而实物装配中并不存在干涉的地方，如泡棉本身就要预压等
• 如果存在干涉，就要处理，处理干涉的方法有切胶、将干涉结构移位等
  

3.3.12 DFMA 与 FMEA 结构设计检查

• DFMA (Design for Manufacturing and Assembly，面向制造和装配的设计)，是指在产品设计阶段，充分考虑来自于产品制造和装配的要求，使结构工程师设计的产品具有很好的制造性和可装配性，从根本上避免在产品开发后期出现的制造和装配质量问题
• DFMA 优点
  • (1) 减少产品设计修改次数
  • (2) 缩短产品开发周期
  • (3) 降低产品成本
  • (4) 提高产品质量
• 产品结构设计完成后，结构工程师首先要进行 FMEA，检查结构的合理性及是否有遗漏的地方，检查分为装配检查及零件检查，FMEA 是 DFMA 的可靠分析方法
  • FMEA (Failure Mode and Effects Analysis，失效模式与影响分析)，是一种可靠性设计的方法，对各种可能的风险进行评价、分析，以便在现有技术的基础上消除这些风险或将这些风险减小到可接受的水平
• 1、FMEA 装配检查表
  

• 2、FMEA 零件检查表
  

3.3.13 结构评审

• 评审的主要作用

  • (1) 检查设计遗漏
  • (2) 检查设计错误
  • (3) 集思广益，提出结构优化改进
  • (4) 结合模具公司设计、加工水平的高低，改善结构
  • (5) 积累结构设计经验，提高结构设计水平

• 评审分为内部评审与外部评审

  • 内部评审一般为同级工程师评审、上级评审、评审会议集中评审等
    • (1) 同级工程师评审是指在公司内部由同一级别的结构工程师负责评审，优点是能相互学习与总结、共同提高
    • (2) 上级评审是指在由上级领导负责评审，一般来说，上级领导不管经验与设计水平都高一些，得到上级的指导，能减少设计失误
    • (3) 评审会议集中评审就是通过会议方式评审，参会人员包括同级结构工程师、上级领导、生产部门、品质部门、市场部门、电子工程师等，优点很明显，集思广益，结合各部门的意见，达到与各部门的统一要求，缺点就是费时，有时意见太多，反而没有主张
  • 外部评审一般为模具厂评审、方案公司评审等
    • (1) 模具厂评审是指由模具公司负责评审，内容主要是与模具相关的结构，如有无尖钢与薄钢、模具倒扣、优化模具结构的改进等
    • (2) 方案公司评审是指由 PCB 堆叠板公司负责评审，内容主要包括结构与电子协调，发挥电子功能的结构优化等

4. 常用资料输出

4.1 BOM 表

• BOM（Bill Of Material，物料清单）是生产中的重要文件，几乎每个部门都要用，BOM 表一般是结构工程师制作，BOM 表内容包括类别、物料编码、物料名称、规格描述、用量、备注、供应商等项目
  

4.2 外形线框图

• 外形线框图是整机完成后总装配图的外形线框图，其主要作用是为 ID 设计人员用来出详细的菲林图（在工业设计中，菲林图常用于制作产品的 CMF [Color-Material-Finishing] 工艺图、‌专利图等文件），外形线框图要求如下所述
  • (1) 六个视图，标注长、宽、高尺寸
  • (2) 视图比例为 1：1
  • (3) 只需外部线框，不需要显示的内部线条及曲线、曲面要隐藏
  • (4) 图档类型为 DXF
    

4.3 零件工程图

• 作用
  • (1) 给品质部门作为检验的依据
  • (2) 给生产部门提供尺寸来源，作为生产的必备资料
  • (3) 是模具制作的重要依据之一
  • (4) 是公司所有部门的共同尺寸标准
• 要求
  • (1) 原则上说，所有尺寸都需要标注。但对一些外形复杂的产品来说，标注所有尺寸确实困难，尤其是不规则的曲面，根本无法用尺寸标注标示清楚
  • (2) 重要尺寸一定要标注清楚，如外形的长宽高、螺丝柱位置及形状尺寸、卡扣的位置及形状尺寸、料厚等
  • (3) 配合面的尺寸要标注清楚，与其他零件有相互配合的孔、槽、骨位等
  • (4) 需要管控的尺寸一定要标注清楚，如有些尺寸的公差需要严格控制，就要加上公差标注

4.4 辅料打样图

• 辅料一般指小料件，主要有双面胶、泡棉、防尘网、热熔胶、导电泡棉、导电布、螺丝、螺母、小镜片、小金属件(包括镍片、不锈钢网等)、高温绝缘胶纸、遮光片等
• 所有辅料都要出二维工程图，且尺寸标注要完整
  • (1) 前壳组件：LCD 泡棉、TP 屏双面胶
  • (2) 底壳组件：喇叭泡棉、摄像头泡棉、摄像头镜片双面胶

4.5 常见辅料设计技术要求

• 1、双面胶设计技术要求

  • (1) 材料常用 3M9495MP、3M9495LE
  • (2) 需双面背胶，背胶边缘冲切整齐
  • (3) 背胶离型纸上需加撕开手柄
  • (4) 双面胶最窄宽度应不小于 0.80mm
  • (5) 公差参照公司内制定的标准
    

• 2、泡棉设计技术要求

  • (1) 材料常用 PORON
  • (2) 需单面背胶，背胶边缘冲切整齐
  • (3) 背胶离型纸需加撕开手柄
  • (4) 泡棉最窄宽度应不小于 0.80mm
  • (5) 工作高度 0.30mm (自由高度 0.50mm)
  • (6) 公差参照公司内制定的标准
    

• 3、防尘网设计技术要求

  • (1) 材料常用尼龙网、不织布
  • (2) 需单面背胶，背胶边缘冲切整齐
  • (3) 背胶离型纸需加撕开手柄
  • (4) 防尘网最窄宽度应不小于 0.80mm
  • (5) 公差参照公司内制定的标准
    

• 4、热熔胶设计技术要求

  • 热熔胶主要用于金属件与塑料的黏结
  • (1) 材料常用 3M615
  • (2) 需双面背胶，背胶边缘冲切整齐
  • (3) 背胶离型纸需加撕开手柄
  • (4) 热熔胶最窄宽度应不小于 0.80mm
  • (5) 公差参照公司内制定的标准
    

• 5、导电泡棉设计要求

  • 导电泡棉主要用于金属件的接地
  • (1) 材料由普通泡棉与导电布构成
  • (2) 需单面背导电胶
  • (3) 导电泡棉长度和宽度应不小于 2.00mm
  • (4) 导电泡棉应标注工作高度(压缩后)
  • (5) 公差参照公司内制定的标准
    

• 6、导电布设计技术要求

  • 导电布主要用于金属件的接地
  • (1) 材料是导电布
  • (2) 需单面背导电胶
  • (3) 导电布最窄宽度应不小于 0.80mm
  • (4) 公差参照公司内制定的标准
    

• 7、绝缘胶设计技术要求

  • 绝缘胶主要用于焊盘的绝缘
  • (1) 材料常用 PVC 或者 PET 片
  • (2) 需单面带胶
  • (3) 公差参照公司内制定的标准
    

• 8、摄像头镜片设计技术要求

  • (1) 材料是 PMMA
  • (2) 需单面丝印
  • (3) 透明，无划伤，表面贴保护膜
  • (4) 公差参照公司内制定的标准
    

4.5 爆炸图

• 爆炸图是一个简易的装配示意图，通过立体的图形来分解产品，将一个完整的产品拆分成零件

5. 可靠性测试

5.1 机械试验项目测试

• 1、自由跌落测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~10 台，常用数量 5 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，开机状态
  • (3) 跌落高度：3.0 英寸及以上屏跌落高度为 0.80m，3.0 英寸以下屏跌落高度 1.00m
  • (4) 跌落表面：混凝土或钢制成的平滑，坚硬的刚性表面，如水泥地面等
  • (5) 跌落要求：对产品的六个面及四个角依次进行自由跌落(左下角一右下角一右上角一左上角一底部一右侧一顶部一左侧一反面一正面)，除 LCD 正面跌一次外，其余每面各轮流跌二次
  • (6) 判定标准：跌落完后检查不允许出现 LCD 屏裂现象，所有功能检测正常，外观不允许出现壳裂，拆机检查内部无元器件松动、脱落、破裂

• 2、重复跌落测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~5 台，常用数量 2 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，开机状态
  • (3) 跌落高度：跌落高度 0.10m
  • (4) 跌落表面：跌落表面为硬木板，频率约为 10次/min
  • (5) 跌落要求：共跌落 1000 次，任意面跌落，但 LCD 屏面少于 150 次，每跌 200 次检查外观及功能
  • (6) 判定标准：跌落完后检查不允许出现 LCD 屏裂现象，所有功能检测正常，外观不允许出现壳裂，拆机检查内部无元器件松动、脱落、破裂

• 3、振动测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~5 台，常用数量 2 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，开机状态
  • (3) 测试条件：振幅为 0.38mm，振频为 10~30Hz，振幅为 0.19mm，振频为 30~55Hz
  • (4) 测试目的：测试样机抗振性能
  • (5) 测试方法：将样品放入振动箱内固定夹紧。启动振动台按 X、Y、Z 三个轴向分别振动 1 个小时，每个轴振动完之后取出，进行外观、结构和功能检查。三个轴向振动试验结束后，对样机进行参数测试
  • (6) 判定标准：振动后样品外观，结构和功能符合要求，参数测试正常，晃动无异响。拆机检查内部无元器件松动、脱落、破裂

• 4、扭转测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~5 台，常用数量 2 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，关机状态
  • (3) 测试目的：测试样机抗扭转性能
  • (4) 试验条件：将样品固定在扭曲试验机上，两端各夹持 15mm，对其施加数值为样品厚度的 0.08 倍(取 mm 为数值单位)，单位为 N·m 的扭矩，最大不超过 2N·m，最小不小于 0.5N·m，顺时针和逆时针各一次交错进行扭曲，频率为每分钟 15~30 次，共按 1000 次扭转循环，单循环：扭力变化 0 → N·m → 0 → -N·m → 0，频率为 2 秒/次。每 500 次对样品的外观，功能进行检测
  • (5) 判定标准：要求各试验功能良好，外观无变形、开裂

5.2 环境适应测试

• 1、恒温恒湿测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~10 台，常用数量 4 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，开机状态
  • (3) 试验条件：温度为(40±2)℃，湿度为 95%±3%，放置时间为 48小时，试验后立即进行检测功能，回温 2小 时后检查外观、机械性能
  • (4) 判定标准：检查所有功能需正常，外观无影响、无变形

• 2、高温储存测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~10 台，常用数量 4 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，关机状态
  • (3) 试验条件：温度(70±2)℃，试验时间 48 小时，回温 2 小时后检测功能、外观、机械性能
  • (4)判定标准：检查所有功能需正常，外观无影响、无变形

• 3、高温运行测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~10 台，常用数量 4 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，开机状态
  • (3) 试验条件：温度(55±2)℃，试验时间 4 小时，测试过程中需进行中间检测，试验 2 小时后立即检测功能，最后检测将试验样品回温 2 小时后进行功能、外观、机械性能检测
  • (4) 判定标准：中间检测及最后检测均正常

• 4、低温储存测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~10 台，常用数量 4 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，关机状态
  • (3) 试验条件：温度为(-40±3)℃，试验时间 12 小时，回温 2 小时后检测功能、外观、机械性能
  • (4) 判定标准：检查所有功能需正常，外观无影响、无变形

• 5、低温运行测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~10 台，常用数量 4 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，开机状态
  • (3) 试验条件：温度(-20±3)℃，试验时间 4 小时。测试过程中需进行中间检测，试验 2 小时后立即检测功能。最后检测将试验样品回温 2 小时后进行功能、外观、机械性能检测
  • (4) 判定标准：中间检测及最后检测均正常

• 6、温度冲击测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~10 台，常用数量 4 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，关机状态
  • (3) 试验条件：低温储存温度 -40℃ 和高温储存温度 +70℃ 各放置 30 分钟，中间转换时间不超过 5 分钟，循环 10 次，循环期满后回温 2 小时后检测功能、外观、结构性能
  • (4) 判定标准：检查所有功能需正常，外观无影响、无变形

• 7、盐雾测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~5 台，常用数量 2 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，关机状态
  • (3) 测试条件：浓度为 5%+1% 氯化钠溶液，6.5< pH <7.2，试验箱内温度为(35±2)℃，连续喷雾 24 小时，试验完成后取出试件，尽快以低于 38℃ 的清水洗去黏附的盐粒，用毛刷或海绵除去其他腐蚀生成物，并擦干试件。在常温下搁置 2 小时后检查外观及功能
  • (4) 判定标准：常温干燥后，产品各项功能正常，外壳表面及装饰件无明显腐蚀等异常现象，拆机检查内部元器件无腐蚀

• 8、粉尘测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~5 台，常用数量 2 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，关机状态
  • (3) 测试条件：将样品置于一个装有锯木灰或面粉的塑料袋中，以每秒一次的速度摇动塑料袋 1 分钟，然后取出样品，用毛巾擦掉样品外面的粉尘
  • (4) 判定标准：检查所有功能需正常，外观无影响、无变形。特别注意有镜片的地方是否进入灰尘和按键功能有无异常，粉尘不能进入到 LCD 和 LCD 玻璃之间

5.3 寿命测试

• 1、内存卡拔插测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~5 台，常用数量 2 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒
  • (3) 试验条件：插入内存卡再取出，20 次/分钟，累计 1000 次。支持热插拔的必须在开机状态下测试，每插拔 100 次检查一次，不支持热插拔的每插拔 100 次开机检查一次。要求测试后存储卡结构正常(不能破裂)，样品无不识卡问题，内存卡中的内容不可丢失
  • (4) 判定标准：内存卡连接器功能正常，如果被损伤而导致不识卡，则不合格

• 2、电池与电池盖拆装测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~5 台，常用数量 2 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒
  • (3) 试验条件：将电池完全装入样品电池仓后再取出，插入再拔出算一次，20 次/分钟，反复操作。试验次数 2000 次，每 200 次检查开机是否正常
  • (4) 判定标准：检查电池连接器有无下陷，机壳有无掉漆，电池外观有无损伤

• 3、耳机拔插测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~5 台，常用数量 2 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，开机状态
  • (3) 试验条件：将耳机垂直插入耳机孔后，再垂直拔出，如此反复，累计 3000 次。功能应正常。插拔频率不超过 30 次/分钟，插入拔出算一次
  • (4) 判定标准：实验后检查耳机插座无焊接故障，耳机插头无损伤，使用耳机通话接收与送话无杂音，耳机插入样品耳机插座孔内不会松动

• 4、USB 接口拔插测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~5 台，常用数量 2 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，开机状态
  • (3) 试验条件：将数据线垂直插入 USB 接口后，再垂直拔出，如此反复，累计 3000 次。功能应正常。插拔频率不超过 30次/分钟，插入拔出算一次
  • (4) 判定标准：数据线插 USB 接口时不会松动。如果出现充电、USB 功能丧失，接口的机械性损伤等不良现象，判定为不合格

• 5、按键寿命测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~5 台，常用数量 2 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，开机状态
  • (3) 试验条件：以 40~60 次/分钟的速度，以 180gf 的力度均匀按键，应能达到 10 万次以上，每 1 万次检查功能。侧键应能达到 5 万次以上
  • (5) 判定标准：按键功能正常，按键失灵或无弹性、下陷为不合格

• 6、喇叭寿命测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~5 台，常用数量 2 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，开机播放 MP3 状态
  • (3) 试验条件：采用电池加充电的供电方式或者直接用直流电源供电方式，将试验样品设置成长时间播放状态(采用播放 MP3，循环连续播放)，连续播放时间不少于 96 小时。测试中突然掉电不超过 1 分钟可以累积测试时间，超过 1 分钟必须重新计算
  • (4) 判定标准：播放铃声正常，无铃声、铃声小、铃声沙哑等现象

• 7、触摸屏点击测试（适用于电阻式触摸屏）

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~5 台，常用数量 2 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，开机状态
  • (3) 试验条件：将样品固定在触摸屏点击测试仪器上，用固定在尖端的随机手写笔，加载 250gf 的力，1 次/秒，对触摸屏点击 15 万次，每 5 万次对屏幕进行检查并清洁，样品处于待机状态，测试完毕后，触摸屏表面无损伤，功能正常
  • (4) 判定标准：触摸功能正常，LCD 屏显示正常，无偏位

• 8、触摸屏划线测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~5 台，常用数量 2 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，开机状态
  • (3) 试验条件：将样品固定在划线测试仪器上，用手写笔沿触摸屏的对角线进行划线测试，划线压力为 150gf,测试次数 10 万次(反复来回为 1 次)，每 1 万次对触摸屏功能、结构和外观进行检测，并对触摸屏进行清洁。测试结束后，触摸屏功能应正常，外观无损伤。(划线速度：约 30mm/s)。划线测试距离不小于屏幕对角线距离的 2/3
  • (4) 判定标准：触摸功能正常，LCD 屏显示正常，无偏位、手写无飘移现象

5.4 静电抗干扰测试

• ESD 测试
  • (1) 测试样品数量：一般为 2~10 台，常用数量 5 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，开机状态
  • (3) 试验条件：±8kV 空气放电，±4kV 接触放电，接触放电选取点，所有裸露金属件，空气放电选取点，所有合缝、显示屏四周、按键面板、I/O 接口、喇叭及其他所有的露孔与合缝处（注意：空气放电时不允许放电头接触到金属部件）
  • (4) 判定标准：样机出现功能故障为不合格。出现 LCD 屏闪在 3s 内自行恢复为合格

5.5 结构件表面处理测试

• 1、附着力测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~10 台，常用数量 5 台
  • (2) 试验条件：在被测物表面用锋利刀片划 100 个面积为 1mmx1mm 的格子，每一条划线应深及油漆的底层，用毛刷将测试区域的碎片刷干净，用 3M600# 胶纸牢牢黏住被测试小网格，并用橡皮擦用力擦拭胶带，以加大胶带与被测区域的接触面积及力度，然后迅速地呈 90° 角度拉起，同一位置使用新胶带重复三次
  • (3) 判定标准：不允许大面积油漆脱落、起皱现象。在划线的交叉点处有小片的油漆脱落，且脱落总面积小于 5% 为合格

  附着力测试又称百格测试，主要用于测试表面喷涂、电镀的结构件

• 2、RCA 耐磨测试

  • (1) 样品数量：一般为 2~5 件，常用数量 2 件
  • (2) 试验条件：专用的耐磨仪及耐磨纸带，175gf 力。表面为油漆 +UV 300转，电镀件 250 转，真空电镀(包括镀黄金)及表面为丝印 200 转，金属表面喷后过 UV：300 转，橡胶漆 50 转
  • (3) 判定标准
    • ① 油漆：正面、斜面和弧面为 300 转，棱角为 40 转，每 50 转检查机壳表面的油漆，至 250 转时，每 10 转检查机壳表面的油漆，被测面无见底材为合格
    • ② 电镀件：250 转，每 50 次检查一次，至 200 转时每 10 转一次，被测面无见底材为合格
    • ③ 金属表面喷漆后过 UV：300 转，每 50 转检査一次，至 250 转时第 10 转检查一次，无见底材时为合格
    • ④ 真空电镀(包括镀金)及丝印：200 转，每 50 转检查一次，至 150 转时，每 10 转检查一次。被测面无见底材，丝印和字体不能出现缺损，不清晰
    • ⑤ 金属表面真空镀后过 UV：200 转，每 50 转检查一次，至 150 转时，每 10 转检查一次被测面无见底材
    • ⑥ 橡胶漆：为 50 转。每 10 转检查机壳表面的油漆，被测面无见底材为合格

  RCA 耐磨测试又称耐磨测试、纸带耐磨等。主要用于测试表面喷涂、电镀的结构件
  注意：如果是丝印印在 UV 表面，只需做酒精和橡皮擦拭。

• 3、铅笔硬度测试

  • (1) 样品数量：一般为 2~5 件，常用数量 2 件
  • (2) 试验条件：用中华牌或者三菱牌 2H(橡胶漆 1H)的铅笔(顶端平)施加 750gf 的压力与壳体喷油表面呈 45°，在表面不同位置划 5 条约 3mm 长的划线，移动速度为 0.5mm/s，橡皮擦拭表面后检查(对于没有镀漆的玻璃镜片，需要用硬度为 6H 的铅笔，水镀采用 2H 的铅笔进行试验，其他电镀和金属材料及材料 PC 的键盘均采用 3H 的铅笔)
  • (3) 判定标准：检查产品表面有无划痕(划破面漆)，当有一条以下时为合格

  铅笔的尖端，每道刮划后，需磨平后再使用。铅笔硬度测试还适用于镜片、触摸屏表的硬度测试

• 4、耐酒精测试

  • (1) 样品数量：一般为 2~5 件，常用数量 2 件
  • (2) 试验条件：用浓度为 99.5% 的工业酒精将棉布醮湿，以垂直重力 500gf 的力，往返 150 回擦拭主体表面
  • (3) 判定标准：不能有变色、鼓起、变质、露出素材或表面涂层脱落现象

• 5、耐化妆品测试

  • (1) 样品数量：一般为 2~5 件，常用数量 2 件
  • (2) 试验条件：表面擦拭干净，将凡士林护手霜(或 SPF8 的防晒霜)均匀涂在产品表面上后，将产品放在温度 60℃、湿度 90% 测试环境中，保持 24 小时后将产品取出，然后用棉布将化妆品擦试干净，检查样品表面喷漆。并测试油漆的附着力、耐磨性
  • (3) 判定标准：表面喷涂无腐蚀、变色等不良。耐磨和附着力品质不能下降

• 6、橡皮擦试测试

  • (1) 样品数量：一般为 2~5 件，常用数量 2 件
  • (2) 试验条件：以长城牌绘图橡皮，垂直重力 500gf，擦拭 200 次，来回为一次
  • (3) 判定标准：不能有变色、变质、露出素材或表面涂层脱落

• 7、耐手汗测试

  • (1) 样品数量：一般为 2~5 件，常用数量 2 件
  • (2) 试验条件：PH 值为 4.7 的溶液，将溶液浸泡后的无纺布贴在产品表面上并用塑料袋密封好，在试验温度 40℃±2℃、93%~95% 相对湿度环境下测试。(测试时间：24 小时，表面过 UV的金属件只需做12小时，试验后立即检查)。
  • (3) 溶液配置方法（在 400ml 纯净水中，按以下顺序依次加入）
    • 氯化钠(NaCl) 20g/L
    • 氯化氨(NH4Cl) 17.5g/L
    • 尿素(CH4N2O) 5g/L
    • 醋酸(CH3COOH) 2.5g/L
    • 乳酸(C3H6O3) 15g/L
    • 再加入氢氧化钠(NaOH)，直到溶液 pH 值达到 4.7
  • (4) 判定标准：产品表面不应该发生明显变化，允许出现可用绒布抹掉的浅灰斑。低纯度合金覆盖层允许轻微变暗，但不允许出现锈蚀和盐析
  • (5) 适应范围：适用于电镀、金属件、喷漆

5.6 特殊条件测试

• 1、钢球跌落冲击测试

  • (1) 样品数量：一般为 2~5 件，常用数量 2 件
  • (2) 测试方法：从 1.5m 的高度(最低接受 1.2m)自由跌落在镜片表面上(将镜片固定在前壳上)，1 个镜片冲击 5 次，主要冲击镜片四周上下左右与胶件相接处和中间各 1 次(钢化玻璃用 32g 小球，其他镜片用 φ15mm 小球)
  • (3) 判定方法：钢球在 1.5m 高度跌落时，镜片不应有裂缝、破碎等损伤

• 2、按键耐压测试

  • (1) 测试样品数量：一般为 2~5 台，常用数量 2 台
  • (2) 样品状态：单机，不包括彩盒，关机状态
  • (3) 测试方法：对产品的按键垂直施加 10gf 的力，持续时间 1min
  • (4) 判定标准：要求按键功能良好，按键无变形、开裂

6. 常用结构

6.1 电池仓

• 电池仓就是装电池的腔体
  

• 1、常见电池型号及规格
  

• 2、电池仓结构设计尺寸

  • 单节电池仓结构设计尺寸
    

- 两节电池仓结构设计尺寸

• 3、电池仓结构设计注意事项
  • (1) 电池装配后要不易掉电，电池的负极端子接触的弹簧要有足够的力度，弹簧的压缩力度在 1.2kg 左右，必要时打样板试装，力度可通过弹簧的节距及线径来调整
  • (2) 电池装配后要方便取装，弹簧力度过大不方便取装，在保证接触的前提下，力度以不难取装为宜，通常取装电池最大力度不要超过 5kg
  • (3) 设计电池时，要考虑电池盖的结构能固定电池，不要让电池晃动
  • (4) 电池盖的设计不要太容易开启，防止小孩随意就打开电池盖误吞电池。尤其是玩具类产品，开启电池盖时必须要借助其他工具或者必须要用双手同时用力，很多出口玩具的电池盖是通过螺丝固定的
  • (5) 电池仓的结构最好能防止电池反装接通，电池反装接通有时会烧坏电路板，如果电路要求一定不能反装，在结构上就要有可靠地设计，下图所示是常用的一种方式，其实很简单，只需要将电池仓上装正极的端子与电池挡板相距一段距离(图中的尺寸 A)就可以了，这样电池装反后由于接触不到也就无法接通了
    

6.2 美工线

• 美工线又称遮丑线、美观线、美工槽，是一种窄浅的槽缝，在前壳与后壳的分型面用的最多，分型面处的美工线主要作用是能遮丑、防止上下壳错位产生断差等

• 其实分型面处的美工线不是非要不可，很多产品如手机结构就没有设计美工线，美工线只是一种补救措施，是一种提前预防措施，其实只要结构可靠、模具制作精密是完全可以不用美工线的，没有美工线的产品一般比有美工线的产品精密
  

• 1、需要使用美工线的情况

  • (1) 产品外形尺寸较大
  • (2) 壳体单薄不够强
  • (3) 外观没有要求
  • (4) 模具加工水平一般

• 2、美工线的结构设计尺寸
  

• 3、美工线的形式

  • (1) 前壳美工线
    

  • (2) 后壳美工线
    

  • (3) 前后壳各一半的美工线
    

  • (4) 公止口处美工线
    

对于外观没有特别要求的产品可以选用第四种美工线，可以降低模具制作成本，而对于外观要求严格的产品来说，选用第三种最好，第一种及第二种美工线应用较少

• 4、其他美工线

  • (1) 有些壳体外观需要喷两种不同的颜色，为防止飞油，就需要设置美工线，这种美工线一般是凹下去的，尺寸一般为 0.50mm(宽)x0.50mm(深)，如果为了加工模具方便，在外观允许的情况下，也可以做成凸的
    

  • (2) 产品外观上的美工线。有些产品的外观特意设计一些美工线来装饰。这些美观线一般是凹下去，截面形状为等腰梯形，尺寸一般为 0.60mm(顶宽)x0.20mm(底宽)x0.30mm(深)
    

6.3 超声波焊接

• 1、超声波焊接原理

  • 是通过对准备焊接的热塑性塑料零件施加高频振动，引起塑料工件表面及内部分子的相互摩擦，使接触处的温度急剧上升，当温度上升到足以使塑料熔化时，在两焊接零件的接触面间就产生一层熔化层。当振动停止后，被焊零件在压力的作用下凝固而完成焊接工作

• 2、超声波焊接工作频率

  • 超声波是一种超出人听觉范围的振动机械能，一般人的听觉范围不会超过 18.5kHz，而超声波焊机的工作频率为 20kHz、30kHz和 40kHz

• 3、超声波焊接的作用

  • 超声波焊接用来装配处理热塑性塑料配件及一些合成构件，被广泛运用于塑胶制品之间的黏结、塑胶制品与金属配件的黏结及其他非塑胶材料之间的黏结，超声波焊接取代了溶剂黏胶、机械固定及其他的黏结工艺，是一种先进的装配技术。超声波焊接不但有连接装配功能而且具有防潮、防水的密封效果

• 4、超声波焊接优缺点

  • 优点
    -(1) 节能。通过塑料自身的熔化实现连接
    • (2) 成本低，效率高
    • (3) 操作速度快，生产简单，容易实现自动化
  • 缺点
    • (1) 超声波焊接后无法拆卸，维修困难，只适用于一次性连接的产品
    • (2) 超声波焊接对塑料有要求，很多不同塑料焊接效果并不好，甚至无法焊接
    • (3) 超声波焊接只适用于热塑性塑料，对热固性塑料不能焊接

• 5、超声波的焊接工艺示例
  

• 6、不同的焊接面设计
  

• 7、超声线设计

  • (1) 超声线设计尺寸
    

  • (2) 常用的超声线位置设计在公止口，分单止口与双止口(凹凸槽焊接面)
    

- (3) 为防止焊接时溢胶，在没有特别要求防水、防气的前提下，超声线可采用虚线式

• 8、影响焊接效果的因素

  • (1) 材料的影响。塑胶材料最好为原料，不要添加水口料，以免焊接不牢
  • (2) 塑胶表面的清洁。塑胶材料焊接面要清洁干净，无脱模剂、滑润剂等
  • (3) 焊接面的表面处理。焊接面不要做表面处理，如不要喷涂油漆及电镀，以免焊接不牢
  • (4) 超声线设计。超声线设计不良会造成焊接不牢或者溢胶
  • (5) 夹具。夹具是固定塑料件的，夹具固定不稳会造成超声焊接偏差

• 9、不同塑料超声焊接的匹配性
  

6.4 防止胶件缩水的结构优化

• 1、缩水的概念与影响

  • 缩水就是胶件表面形成局部凹陷、空洞的现象。缩水是塑胶产品注塑缺陷里最常见的现象，常发生在骨位处，螺丝柱位处等胶位比较厚的地方
  • 缩水的影响
    • (1) 由于缩水造成塑料件表面形成凹陷、表面不均匀，影响外观，缩水缺陷明显还不能通过表面处理遮挡，光亮的表面处理还会放大缺陷
    • (2) 缩水会造成局部的结构尺寸发生变化，从而影响装配

• 2、缩水的原因

  • 缩水产生是因为塑料在注塑时要将原料熔化成融化状，融化状的塑料在通过模具成型时需要冷却，从而产生收缩，如果塑胶产品的厚度不一样或者注塑参数调整不对，就会在产品上发生不同程度的收缩，严重的部分会因为收缩而使产品表面留下不同程度凹陷及空洞
  • 产生缩水的原因
    • (1) 结构设计上。胶件壁厚不均匀或者胶件太厚
    • (2) 模具设计上。流道太细、模具温度过高、模具的冷却水路设计不良等
    • (3) 注塑上。保压时间不够，注塑压力太小，注塑速度太慢等

• 3、加强筋厚度设计

  • 加强筋是缩水最易产生的地方，加强筋的厚度设计如下图
    

  • (1) 尺寸 A 是塑料件厚度

  • (2) 尺寸 B 是加强筋的根部厚度，尺寸不大于 0.60A，常取值推荐参考下表
    

  • (3) 尺寸 C 是加筋的高度，尺寸不大于 3A

  • (4) 尺寸 D 是两个加强筋之间的距离，尺寸不小于 3A

  • (5) 尺寸 E 是加强筋的拔模斜度，斜度为 0.50°~1.50°

  • (6) 两相交加强筋的交叉处的对角厚度 F≤0.70A（如下左图），也可改善成下右图所示，尺寸 G 最小为 0.45mm
    

• 4、胶柱厚度设计

  • 胶柱也是缩水容易发生的地方，胶柱的厚度设计如下图
    

  • (1) 尺寸 A 是塑料件厚度

  • (2) 尺寸 B 是胶柱厚度，尺寸为不大于 0.60A

  • (3) 尺寸 C 是胶柱的高度，尺寸没有特殊要求，超过 3A 建议用加强筋加强

  • (4) 尺寸 D 是胶柱内孔与胶壳底部的厚度，尺寸为 0.70A 左右

  • (5) 尺寸 E 是胶柱的拔模斜度，斜度为 0.50°~1.50°

  • (6) 如果尺寸 B 结构需要做厚，照下图所示改善，胶柱根部掏胶的方法又为掏“火山口”
    

  • (1) 尺寸 F 是“火山口”的锥形角度，角度为 40° 左右

  • (2) 尺寸 G 是胶柱“火山口”与壳体底部的厚度，尺寸为塑料件胶厚的 2/3

• 5、其他胶厚处优化设计

  • (1) 直接掏胶法。此种方法应用最方便，适合卡扣、其他胶厚处
    

  • (2) 走斜顶掏胶法。此种方法适合外观面要求高，正面又不能掏胶的地方，缺点是增加模具制作难度
    

  • (3) 正面补胶，反面掏胶法。此种方法适合正面掏胶太薄，补胶又太厚的地方