手机标准设计说明housing.docx
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手机标准设计说明housing.docx
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手机标准设计说明housing
结构部标准设计说明——HOUSING(塑胶壳体)
1.概述
本文件描述了结构部员工在设计中需要大家遵守的规范。
2.目的
设计产品时有相应的依据,保证项目开发设计过程中数据的统一性,互换性,高效性。
提高工作效率。
3.具体内容
1),功能描述:
塑胶壳体基本功能是:
实现手机的基本使用性能(接听信息,传输信息,操作等功能)的载体,满足整机的外观特性(包括颜色,形状,大小等),保护电子元件(机芯和显示屏等)及电路。
2),材料的选择:
A,对于直板机(Bar-phone):
Housing一般选用塑胶材料为PC,PC+ABS。
对PC而言,其中GE公司的PC141R和PC1414使用较为普遍;对于PC+ABS而言,GE公司的C1200HF使用较为普遍。
PC制品较之PC+ABS制品其强度,刚度,塑性,硬度等机械性能要好,但是PC的注塑成型性能相对PC+ABS要差些,对成型条件要求相对苛刻些,同时成型制品其表面质量相对较差。
B,对于折叠机(clamshell):
Housing一般选用塑胶材料为PC。
其中GE公司的PC141R和PC1414使用较为普遍;PC1414较之PC141R其机械性能要优良,但是价格要高些。
C,对于外置电池壳体(extra-battery):
外置电池其机芯及PCBA都封装在塑胶壳内,一般使用超声波焊接封装电池上下壳。
ABS的超声焊接性能比PC要优良得多。
因此,外置电池上下壳一般选用PC+ABS,GE:
C1200HF使用较普遍。
D,对于需要电镀的壳体:
一般选用ABS材料。
PC材质其电镀效果很差。
E,基本工程塑胶成型特性:
料别
适当模温
料筒温度
成型收缩率
射出压力
PC
80~120℃
260~320℃
0.6~0.8%
1000~1500kg/cm2
ABS
50~70℃
190~260℃
0.4~0.8%
500~1500kg/cm2
POM
80~120℃
190~240℃
0.6~2%
500~1500kg/cm2
PMMA
59~80℃
180~260℃
0.2~0.8%
700~1500kg/cm2
LDPE
35~65℃
140~300℃
1.5~5%
300~1000kg/cm2
HDPE
40~70℃
150~300℃
1.5~5%
300~1500kg/cm2
PET
50~150℃
290~315℃
1~2%
700~1400kg/cm2
PP
20~80℃
180~300℃
0.8~2.5%
400~1500kg/cm2
AS
50~70℃
170~290℃
0.2~0.6%
700~1500kg/cm2
PA
40~60℃
160~260℃
0.2~0.6%
500~1000kg/cm2
3),基本设计指导
BOSS(空心柱)
(一)设计原则:
A,BOSS柱高度、壁厚、孔径要适当,防止塑胶外观面缩水;
B,BOSS柱应有足够的强度,防止断裂及变形。
(二)基本设计要点参考
(1)尺寸设计要点
A),对于镶嵌铜螺母的BOSS柱
图boss_01
图boss_02
如图boss_01和图boss_02所示,对于镶嵌铜螺母(热熔,超声)的BOSS柱,确定BOSS柱的内孔D0,外孔D1和铜螺母与BOSS柱上下两端的间隙GO,G1很重要。
D0=DN+0.05DN:
Screw_NUT(铜螺母)下端导向之直径;
D1=D0+2*(0.6T)其中数值(0.6T)是保证铜螺母热熔时BOSS柱壁不破裂的最小壁厚,一般取0.6T为0.85~0.9mm;
GO=0.05mm~0.1mm;
G1≧0.5mm(视空间而定);
L=0.6~0.8T(此值一般是视空间和防缩水但反面不可有水印而设置);
H=2T~5T,(视空间结构而定);
注意:
1,为了铜螺母热熔导向方便,一般在BOSS柱上端内孔上做0.2x0.2的导角;
2,BOSS内孔拔模角不宜太大,以防铜螺母紧固力不够,一般取0.5度拔模角;
3,BOSS外侧面拔模角取1.0度即可。
下图表单列出铜螺母以及塑胶壳对应的设计参考值。
螺母尺寸规格表
单位:
mm
螺牙
外径A
长度B
塑胶孔径(参考值)
塑胶最小厚坒E
Thread
直径C
深度D
仅供参考因塑料而异
此为成型后下限值
视空间可略为縮短
M1.4*0.3
2.3
1.8
2.0
2.8
0.8
2.0
3.0
2.5
3.5
3.0
4.0
M1.4*0.3
2.5
2.0
2.2
3.0
0.8
2.5
3.5
3.0
4.0
3.5
4.5
B),对于不需要镶嵌铜螺母的BOSS柱而言,其主要用来定位、热熔固定、加强等等作用,此时主要考虑的是其缩水和强度问题,如图boss_01,对此,
D0=d0+0.1mmd0为与D0配合的BOSS柱(或者实心圆柱)外径;
D1=D0+2*(0.4T~0.6T)其中数值(0.4T~0.6T)一般取0.7mm;
H=2T~5T一般H取3T;
C),BOSS螺丝锁合之配合
图boss_03
如上图图 boss_03所示,一般在螺丝柱上对PCBA进行定位,在BOSS柱外周做RIB的上表面限位PCBA之Z轴方向,X和Y轴方向可以利用BOSS柱外周做出小RIB之外周来定位。
Dp=D1+Xc其中,Dp:
PCBA通过BOSS柱的孔径;
Xc:
PCBA与BOSS柱间隙,若PCB由此BOSS柱定位X和Y轴方向,则Xc取0.1mm,即Cpb=0.5*Xc=0.05mm;若此BOSS不定位X和Y轴方向,则Xc取0.3mm,即Cpb=0.5*Xc=0.15mm;
Dr3=D1+0.2
Crp=0.1mm
Crb=0.1mm
Dr1=MS+0.3mmMS:
表示螺丝螺牙公称直径;
Dr2=DS+0.5mmDS:
表示螺丝帽公称直径;
Lrf=0.6mm~1.0mmLrf:
表示螺丝BOSS配合距离;
为了使上下壳BOSS柱配合时顺利,一般应该在R/HSG上做出0.3x0.3C的倒角。
(2),BOSS柱防缩水的一般结构及说明
如图,图 boss_04所示,一般在BOSS柱表面可能缩水的地方做“火山口”。
图boss_04
当T1≥0.8T0,H≥5T0时,上图的“火山口”防缩水形式是很有效的,具体的尺寸及细部形状一般由模具厂商根据经验确定。
(3),BOSS柱强度加强的一般结构及说明
如图图 boss_05,所示,对于比较高的BOSS柱,即H≥5T,一般采用在BOSS柱加4个三角形RIB的结构来加强BOSS柱,如图图 boss_06所示,RIB的宽度W=0.4T~0.6T(一般取0.7mm宽度即可),Hc=0.5mm~1.0mm,(一般根据空间结构而定,建议RIB不要与BOSS上表面平)。
图boss_05
图boss_06
图boss_07
H≥5T;
Hc=0.5~1.0;
B=1.5T~4T,(一般取B=2T);
W=0.4T~0.6T,(一般取W=0.7mm);
Draft=0.5°~1.5°
ESDWALL(静电墙)
(一)功能描述:
静电墙(ESDWALL)其作用是:
当上下壳锁合后,为防止静电击穿组合间隙传向及破坏PCBA上电路回路和IC等电子元件而设计的隔墙,并兼有粗定位上下壳和止位等功能。
(二)设计原则:
A,静电墙之厚度、高度要适度;
B,静电墙之配合间隙要合理;
(三)基本设计要点参考
(1)尺寸设计要点
图wall_01
如上图图wall_01所示,对于上下壳静电墙,其有效配合深度要在0.8mm左右,并且要有足够的塑胶壁厚以保证其强度及表面不出现喷漆缺陷。
Tfw=0.9~1.1mm(一般保证在0.9mm以上,视空间结构及壁厚适当调整);
Trw=0.7~1.0mm(一般保证在0.7mm以上,视空间结构及壁厚适当调整);
Gew=0.05~0.1mm(上下壳静电墙配合间隙,一般单边取0.1mm为宜);
Hfw=1.0~1.2mm(一般取1.0mm以上,以保证配合深度在0.8mm以上);
Hrw=0.7~0.8mm(建议取0.8mm~1.0mm,根据Hfw之值,保证垂直方向上有0.3mm以上安全间隙,以满足配合深度在0.8mm以上);
Ghp≥0.3mm(注意:
Ghp为塑胶壳内壁到PCB边缘之间隙,一般要保证在0.3mm以上,对于在上下壳边缘有卡勾存在的位置处,还要留出卡勾卡合时的变形长度,即Ghp≥0.3+L【卡勾变形】);
为了便于装配,一般在R/HSG凸缘上做0.2x0.2的倒角;为便于成型,一般在F/HSG静电墙配合内部凹槽上倒R角,一般取R0.2~0.3,(要与R/HSG上的C角配合制作,以便满足上下0.3mm之间隙)。
(2)拔模角及分模面分析
图wall_02
如图图wall_02所示,P.L面所在位置,静电墙拔模角Draft一般取1.5°~3.0°,F/HSG和R/HSG之Draft拔模方向及大小和拔模基准面要一致,以保证配合间隙和配合面积。
stringhole(挂绳孔)
1.功能描述
挂绳孔基本作用就是:
为方便手机挂绳顺利穿过,使手机与挂绳连为一体,便于使用者携带手机的外观结构通孔。
2.具体内容
(一)设计原则:
A,外观:
挂绳孔应该不能影响整个机型的外观,在保证结构方面的需求的前提下,尽可能做到与整体外观风格协调一致;
B,位置:
综合考虑结构空间,整个机型的重心位置,悬挂后机型的倾斜角,悬挂时不能摩擦和干涉到外置天线以及位置的隐蔽性,寻找挂绳孔的最佳位置;
C,强度与韧性:
I,挂绳横梁有足够的强度与韧性,防止跌落试验时,挂绳横梁破裂;
II,有足够的强度,保证在加速度冲量作用下,挂绳横梁不断裂;
D,模具滑块(斜销)的制造性以及分型的位置:
一般设计为母模滑块与母模镶件互相靠破而成,故,要充分考虑分模面毛边(影响外观,刮手)以及靠破之位置等;
(二)基本设计要点参考
1),尺寸设计要点:
图2
图1
A)挂绳孔尺寸:
要适中,一般能让绳子顺利穿过以及使模具镶块和滑块有一定强度即可。
如图1所示,L1参考设计尺寸为:
L1=3.5~4.5mm,L2参考设计尺寸为:
L2=1.5~2.0mm。
B)挂绳横梁尺寸:
要确保横梁之强度。
如图2所示,L3和L4参考设计尺寸为:
L3=1.8~2.5mm,L4=1.8~2.5mm。
2),模具分型面及毛边分析:
图3
A)如图3所示,挂绳孔内部靠破处在红色面和绿蓝色面之交接线处(P.L),此处应注意成型时毛边过大而影响穿绳。
B)如图3所示,为防止外表面毛边大而刮手,建议在挂绳孔外周倒C角或者倒R角,一般为0.2x0.2C或者是R0.2~0.3。
3),挂绳孔横梁强度校核及基本尺寸之优化:
A),如图4所示,挂绳孔横梁受挂绳应力Q作用。
横梁有拉伸,弯曲,剪切,挤压等变形。
为简化分析,这里只对横梁进行拉伸,弯曲,剪切的简单受力核强度计算。
●纯剪切强度分析:
如图4所示,设挂绳对横梁的作用力为均匀分布,合力为Q,横梁高为h,宽为b,假设横梁长L足够短,横梁刚度足够大,则在横梁长度方向(X方向)中间截面处产生纯剪切作用,其剪切强度公式为:
τmax=Q/(2*h*b)①
考虑到一般工程塑胶的拉伸屈服强度[δf]和其断裂屈服强度[τ]之对应关系,一般实验数据得出其关系式为:
[τ]≈[δf]/2,对PC而言,其[δf]=55~65Mpa,则其[τ]=28MPa~33Mpa.
●弯曲剪切强度分析:
如图4所示,对于矩形截面,在其中心截面产生的最大剪切强度公式为:
τmax=Qh²/(8*IZ)②
上式中IZ为最大剪切截面对其中心轴Z的静矩,对于矩形截面,IZ=bh³/12.代入②式得
τmax=3Q/(2*b*h)③
图4
B),挂绳对横梁作用力Q大小的研究及说明:
●对于作用力Q的大小,其要求为Q=20㎏,即在Q=20㎏作用下,横梁不能出项严重塑性变形和断裂。
此Q力大小的规定似乎有待商榷。
●这里,我们以手机正常的使用过程中,挂绳对横梁的作用力的大小做一个简单的计算:
假设手机在2m高的地点作自由落体运动,在接触地面前一瞬间由挂绳拉住,防止损坏手机,则由以下公式:
mv²/2=mgh,得出V=6.26m/s(其中V为自由落体落下到2m时,手机的瞬时速度,h=2m).
假设此时挂绳作用力使手机突然静止,则由以下公式得出:
m△V=F△t,若取△t=0.02s,m=150g,则横梁在0.02s内受到的平均拉力
F=46.95N④
C),横梁强度的校核:
●按纯剪切强度进行校核:
由公式①可知:
τmax=Q/(2*h*b),取h=1.5mm.b=1.5mm,Q=20kg,则τmax=Q/(2*h*b)=20*9.8/(2*1.5*1.5)=43.6Mpa<[τ]=28MPa~33Mpa,故横梁会断。
如取h=2mm,b=2mm,则τmax=Q/(2*h*b)=24.5Mpa>[τ]=28MPa~33Mpa.故横梁比较安全。
●按弯曲剪切强度进行校核:
由公式③可知:
τmax=3Q/(2*b*h),取b=2mm,h=2mm,Q=20Kg,则τmax=3Q/(2*b*h)=130.8Mpa>>[τ]=28MPa~33Mpa,故横梁会断。
若Q取④式之F=46.95N,则τmax=3Q/(2*b*h)=17.6Mpa<[τ]=28MPa~33Mpa.故横梁比较安全。
D),结论:
取h=2mm,b=2mm,比较合理。
经计算,当取h=2mm,b=2mm时,横梁在断裂临界状态所承受的最大挂绳拉力为:
Fmax=Q=τmax*(2*b*h)/3=28*2*2*2/3=74.6N.
(7.6KG).
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