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）.