手机结构设计手册.docx
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手机结构设计手册
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第1章绪论
1.1手机的分类
随着国内通信业的迅猛发展，国内手机行业的竞争也日趋白热化，国内外各手机厂商纷纷推出不同样式、功能的手机。
手机按照外形可以统称分为直板机和翻盖机两种（如图1-1和1-2所示），根据手机的特殊功能又可分为拍照手机、滑盖手机、旋盖手机和具有商务功能的PDA手机（如图1-3～图1-6所示），由于手机种类过于繁多，这里就不再赘述。
图1-1直板机图1-2翻盖机
图1-3滑盖机图1-4旋盖机
图1-5拍照手机图1-6PDA手机
1.2手机的主要结构件名称
目前，由于手机的样式繁多，其结构件数量和样式也是越来越多。
直板机的主要结构件名称：
本体上壳、本体下壳、LCD镜片、按键、电池等；翻盖机的主要结构件名称：
翻盖顶盖、翻盖底盖、本体上壳、本体下壳、按键、侧按键、LCD镜片、标牌、电池等。
在后续的章节中将详细列举结构件的中英文名称。
1.3手机结构件的几大种类
根据手机结构件的功用和材料性质可分为以下五类：
胶壳类：
例如：
翻盖机的翻盖和本体，直板机的本体上下壳等；
按键类：
主按键、侧按键、MetalDome等；
标牌和镜片装饰类：
金属标牌、塑料标牌和镜片等；
金属部件类：
镁合金射铸件、铝合金冲压件、铰链、屏蔽盖、天线螺母、螺钉、螺母等；
胶贴类：
双面胶带、导电泡棉、热反应胶带等。
1.4手机零件命名规则
由于Pro/ENGINEER文件不支持中文名，所有零件均使用英文命名；为减少文件名长度，部分单词使用简写，如：
“Microphone“简写为：
“Mic”,“front”简写为“fr”,“rear”简写为“rr”,“cosmetic”简写为“cos”；零件名单词与单词之间使用下划线“_”连接，例如：
翻盖顶盖翻译为“Flip_Top”，电池盖板翻译为“Battery_cover”，电池壳翻译为“Battery_case”等。
下面以直板机K269和翻盖机K698为例，对照表1-1、表1-2和图1-6、图1-7介绍一下手机零件的中英文名称。
表1-1K269中英文名称对照表
序号
中文名
英文名
1
LCD镜片
LCD_Lens
2
面壳装饰板
Front_Case_Cos
3
听筒装饰物
Receiver_Cos
4
听筒装饰物双面胶
Double-Tape_for_Receiver_Cos
5
耳机皮塞
Earphone_Cap
6
侧按键
Side_Key
7
LED灯镜
LED_Lens
8
听筒防尘垫
Receiver_Mask
9
听筒
Receiver
10
LCD衬垫
LCD_Cushion
11
LCD屏蔽盖
LCD_Shielding
12
LCD模块
LCD_Module
13
扬声器衬垫
Speaker_Cushion
14
扬声器
Speaker
15
天线衬垫
Antenna_Cushion
16
扬声器防尘垫
Speaker_Mask
17
内置天线
Internal_Antenna
18
本体下壳
Rear_Case
19
射频皮塞
Rf_Cap
20
电池卡扣弹簧
Spring_for_Battery_Buckle
21
电池卡扣
Battery_Buckle
22
电池
Battery
23
螺钉
Screw
24
键盘拱形薄膜
Metal_Dome
25
主PCB组件
Main_PCB_Assy
26
麦克风衬垫
Mic_Cushion
27
麦克风
Microphone
28
按键
Keypad
29
本体上壳
Front_Case
30
按键装饰板
Keypad_Cos
31
LCD镜片双面胶
Double-Tape_for_LCD_Lens
图1-7K269爆炸图
表1-2K698中英文名称对照
序号
中文名称
英文名称
1
标牌
Dec_Plate
2
标牌双面胶
Double-Tape_for_Dec-Plate
3
翻盖顶盖
Flip_Top
4
小LCD衬垫
Sub_LCD_Cushion
5
热压螺母
Nut
6
遮光片
7
听筒衬垫
Receiver_Cushion
8
LCD模块组件
LCD_Module_Assy
9
LCD衬垫
LCD_Cushion
10
听筒双面胶
Double-Tape_for_Receiver
11
翻盖底盖
Flip_Bottom
12
听筒装饰片双面胶
Double-Tape_for_Receiver_Cos
13
听筒装饰物
Receiver_Cos
14
翻盖底盖上封盖双面胶
Double-Tape_Screw_Cap_for_Flip_Bottom
15
翻盖底盖上封盖
Screw_Cap_for_Flip_Bottom
16
LCD镜片双面胶
Double-Tape_for_LCD_Lens
17
LCD镜片
LCD_Lens
18
翻盖底盖下封盖
Screw_Cover_for_Flip_Bottom
19
翻盖底盖下封盖双面胶
Double-Tape_Screw_Cover_for_Flip_Bottom
20
铰链
Hinge
21
磁钢双面胶
Alnico_Tape
22
磁钢
Alnico
23
摄像头下衬垫
Camera_Bottom_Cushion
24
摄像头连接器衬垫
25
闪光灯胶片
Flash_Tape
26
FPCB组件
FPCB_Assy
27
FPCB连接器衬垫
28
摄像头上衬垫
Camera_Top_Cushion
29
翻盖顶盖双面胶
30
摄像头镜片
Camera_Lens
31
本体上壳
Base_Top
32
麦克风垫片
Mic_Cushion
33
按键
Keypad
34
主PCB板组件
Main_PCB_Assy
35
侧按键1（音量键）
Side_Key1
36
侧按键2（拍照键）
Side_Key2
37
麦克风防尘垫
Mic_Mask
38
本体下壳
Base_Bottom
39
电池卡扣弹簧
Spring_for_Battery_Buckle
40
电池卡扣
Battery_Buckle
41
入网标贴
42
主标贴
43
标准电池
Battery
44
射频皮塞
Rf_Cap
45
本体下壳皮塞
Screw_Cap_for_Base_Bottom
46
螺钉
Screw
47
天线
Antenna
48
天线螺母
Antenna_Nut
49
振子
Vibrator
50
扬声器防尘垫
Speaker_Mask
51
扬声器
Speaker
52
右侧封盖
Hinge_Cover
53
右侧封盖双面胶
Double-Tape_for_Hinge_Cover
54
金属转轴
Metal_Shaf
55
左侧封盖双面胶
Double-Tape_for_Metal_Shaft_Cover
56
左侧封盖
Metal_Shaft_Cover
图1-8K698爆炸图
1.5手机结构设计流程
图1-9手机结构设计流程图
第2章手机壳体的设计和制造工艺
2.1前言
目前，手机常用塑胶材料主要有PC、ABS和PC＋ABS三大类。
日本手机主要采用PC＋ABS，甚至采用ABS做手机外壳。
韩国几家手机制造商最早采用纯PC材料。
GE公司原来是不推荐采用PC材料做手机外壳的，而是主张采用PC＋ABS材料。
但最近一、二年GE公司也推出适合做手机外壳的PC材料，例如：
EXL1414、141R、SP1210R等。
近年来，各大手机厂商采用PC材料做手机壳件的比例正在逐渐上升。
本章主要介绍手机壳体的材料性能、喷涂工艺、设计要求和3D建模思路等。
2.2手机常用材料
我公司的K100、K100II手机是在国内首次采用纯PC材料的机型。
像HIP这样的模具和注塑大公司也是第一次遇到采用这种材料做手机外壳。
因此，在模具设计。
注塑、喷涂等方面都遇到很大的麻烦。
就连世界有名的几家日本涂料厂商也未能解决涂料的附着力问题。
最后不得不从韩国直接进口配制好的色漆。
近两年来，无论是在模具设计、注塑技术还是涂料性能方面都有很大的突破，用PC料做手机外壳的比例在不断上升，初步估计，目前在手机上采用PC料的比例已超过50％。
塑料按用途可分为普通级、耐温级、耐冲级、阻燃级、电镀级等。
2.2.1PC（学名聚碳酸酯）
PC材料的性能特点：
1.强度高（拉伸强度69MPa、弯曲强度96MPa）；
2.耐高温（长期使用温度130℃）；
3.透明性好、无毒；
4.原料配色及表面涂覆不如ABS。
5.PC应选高流动性牌号。
适用于翻盖机和在恶劣环境下使用的手机。
2.2.2ABS（丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物）
ABS材料的性能特点：
1.强度低（拉伸强度43MPa，弯曲强度79MPa）；
2.不耐温（长期使用温度60℃）；
3.流动性、着色及表面喷涂和电镀性能均好。
2.2.3PC＋ABS（PC与ABS的合成材料）
取前面二者之特点，具有优良的成型加工性能，流动性好，强度较高（拉伸强度56MPa，弯曲强度86MPa）。
PC＋ABS材料主要用于直板机和一般外观、色彩要求高而对环境无特殊要求的翻盖机。
如表2-1所示为目前在手机上所采用的材料代号及其生产厂家。
2.2.4选材要点
2.2.4.1根据结构特点选材：
1.当结构强度较大，壁较厚，结构形状复杂时应首选PC＋ABS；
2.当结构较单薄，强度不足时，应选PC。
2.2.4.2根据外观涂装色彩选材：
鲜艳，多色，对涂装要求严格时，应首选PC＋ABS。
2.2.4.3翻盖机和在恶劣环境（如北方低温，有振动、冲击等）下使用的加固型手机，应选用PC
2.2.4.4直板机选料：
PC和PC＋ABS均可使用时，应首选PC＋ABS
2.2.4.5选PC时，应选用高流动性的牌号，按顺序优选：
三星1023M，GEEXL1414、GE141R（241R）
2.2.4.6选PC＋ABS时，应按顺序优选：
GEC1110HF、C1110、三星HI-1001BS、HI-1001BN
表2-1手机常用塑胶材料牌号及生产厂家
材料
GE公司
LG公司
三星公司（SAMSUNG）
PC
多用于翻盖机和恶劣环境下使用的手机
141R（241R）普通级，我公司K698、K320、K100、K100II手机均采用。
GN1002F
PC-1023普通级
141R-111，K6800乳白色灯盖
SP1210R超高流动性，K100、K100II首选料。
EXL1414高流动性，GE公司推荐用于手机使用。
SC1004A
PC-1023IM抗冲高流动性，K522采用
EXD121WH5A072A，K100II乳白色灯盖。
LUPOYGP1000
PC＋ABS
多用于直板机及对涂料色彩要求严格的手机
C1110高流动性，TCL采用。
CN5001RFH
HI-1001BS高流动性
C1110HF高流动性，TCL采用。
C1200HF耐高温，K699、K818采用。
C1000HF高流动性，K6800采用
HI-1001BN抗冲击
ABS
多用于装饰件
EPBM（电镀级）
MP-0160
HI1001BG电镀级
2.3手机壳体的涂装工艺
2.3.1涂料
2.3.1.1底漆和面漆
塑件与金属不同，必须采用低温（一般60℃～80℃）固化的涂料。
常用面漆材料有聚氨酯（PU）类和丙烯酸树脂类涂料。
当需要涂层表面具有金属光泽时，还要在透明色面漆下面喷涂一层银色底漆。
2.3.1.2UV涂料
为了增加涂层表面耐磨性，通常在外表面再喷涂一层紫外固化的UV涂料。
UV涂料的光亮度要求由高光UV和哑光UV的不同比例配制而成。
2.3.2喷涂方法
塑件喷涂工艺分为有手工喷涂和自动喷涂两种：
1.手工喷涂：
涂层厚度和质量不易控制。
主要用于初期配料试喷和内表面导电涂料的喷涂。
2.自动喷涂：
有多枪（6枪、8枪等）。
将其调整不同喷射角度以达到喷涂表面厚度均匀，也有用机械手进行喷涂的方式。
注意：
试喷涂前必须确定基材的代号、颜色及表面粗糙度。
2.3.3涂层厚度
为使涂层颜色光泽、耐磨等方面的质量稳定，必须控制涂层厚度。
涂层厚度检测可用涂层测厚仪直接测量。
银色底漆（为表现金属光泽用）较薄，一般3～5
m；
面漆涂层厚度一般为：
8～10
m；
UV涂层厚度一般为：
8～15
m。
2.3.4颜色及光亮度
可用色差仪和亮度仪检测。
这种方法能以数据定量，但准确度较差。
通常采用色板，用比较法进行检测。
2.3.5色板签样
设计部门通过颜色代号及色板等方式提出涂料颜色及光亮度要求后，由涂料厂家（或与喷涂厂家配合）配制涂料并在自动喷涂线上进行试喷。
经设计部门对试喷样品进行全面检测，合格后进行签样，同时确定涂料代号。
如不能达到设计要求时，这一过程会经多次反复后确定。
2.3.6耐磨及抗剥离检测
在“RCA耐磨擦检测仪”上进行纸带耐磨检测；抗剥离强度检测是用百格刀和3M胶带检查涂层脱落的百分比来确定。
2.3.7涂料生产厂家
目前，国内外油漆生产厂家很多，他们生产的油漆涂料各有其特点，可根据需要进行选用。
常用的厂家有：
欧利生、柏林、恒利、武藏、腾昌、创兴行、中华、江山。
2.4手机壳体的模具加工
2.5塑胶件加工要求
2.5.1尺寸，精度及表面粗糙度的要求
2.5.1.1尺寸、精度要求
尺寸主要是满足使用要求及安装要求，同时要考虑模具的加工制造要求，设备的性能，还要考虑塑料的流动性。
加工精度影响因素很多，有模具制造精度、塑料的成分和工艺条件等，因此有必要对公差进行规定。
1.名义尺寸：
通常在手机设计的2D图中，名义尺寸及公差值标注至小数点后2位数字。
如±0.05mm。
2.配作尺寸：
对于某些尺寸如胶壳外形尺寸、铰链孔等，在设计上要求较为严格。
这类尺寸要按公差要求去做是难以做到的，应当采用配作的方法来加以实现。
例如：
为使两件壳体相配断差不大于0.1mm，就必须对每件分别提出±0.05mm的公差要求，而这样高的要求往往是达不到的。
而采用配作时，既能满足设计要求，其误差值也可放宽到±0.1mm。
3.配合尺寸：
这类尺寸均应根据配合性质要求标注公差，一般应采用基孔制标出单向公差。
例如：
包容尺寸
mm、被包容尺寸
mm等。
4.自由尺寸：
这类尺寸的公差值在国标中有严格规定。
而实际上这些尺寸因对公差值无特殊要求，在图中的尺寸上可不标注公差。
如必要时，可标注双向公差如±0.20mm。
2.5.1.2表面粗糙度要求
表面粗糙度：
由模具表面的粗糙度决定，故一般模具表面粗糙度比制品的表面粗糙度要高一级。
火花纹粗糙度——按VDI3400Ref标准样板规定0～45共有14档，手机外表面一般取VDI18～21。
手工抛光——如VDI18仍不能满足胶壳表面光亮要求时，可选择手工抛光。
抛光等级从镜面至1000＃、800＃共分12档次。
即A1～A12。
内模某些局部表面不用火花加工，而是在磨床或CNC上直接切削加工的。
其表面粗糙度一般为0.8
m～1.6
m。
2.5.2脱模斜度的要求
由于塑件在模腔内产生冷却收缩现象，使塑件紧抱模腔中型芯和型腔中的凸出部分，使塑件取出困难，强行取出会导致塑件表面擦伤，拉模，为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模（及轴芯）方向平行的内外表面，设计足够的脱模斜度，一般1°30′～2°30′。
一般型芯斜度要比型腔的大。
2.5.3壁厚的要求
根据塑件使用要求（强度，刚度）和制品结构特点及模具成型工艺的要求而定：
壁厚太小，强度及刚度不足，塑料填充困难；壁厚太大，增加冷却时间，降低生产率，产生气泡，缩孔等缺陷。
因此，要求壁厚尽可能均匀一致，否则由于冷却和固化速度不一样易产生内应力，引起塑件的变形及开裂。
2.5.4加强筋
加强筋在塑料部件上是不可或缺的功能部分，加强筋有效地如『工』字铁般增加产品的刚性和强度而无需大幅增加产品切面面积，但没有如『工』字铁般出现倒扣难于成型的形状问题，对一些经常受到压力，扭力，弯曲的塑料产品尤其适用。
此外，加强筋更可充当内部流道，有助模腔充填，对帮助塑料流入部件的支节部分有很大的作用。
如图2-1和图2-2所示。
加强筋设计原则如下：
1.中间加强筋要低于外壁0.5mm以上，使支承面易于平直；
2.应避免或减小塑料的局部聚积；
3.筋的排列要顺着型腔内的流动方向。
图2-1加强筋缩水情况图2-2加强筋的基本设计
2.5.5圆角
要求塑件有转角处都要以圆角（圆弧）过渡，因尖角容易应力集中。
塑件有圆角有利于塑料的流动充模及塑件的顶出，塑件的外观好，有利于模具的强度及寿命。
2.6手机3D设计
手机3D设计分两个阶段：
3D建模阶段和结构设计阶段
2.6.1手机3D建模思路
结合硬件和造型的要求做出手机的3D实体模型，对于塑胶件，如外形设计错误，很可能造成模具报废，所以在设计时要特别小心。
外形设计要求产品外观美观、流畅，曲面过渡圆滑、自然，符合人体工学原理。
结构工程师在设计过程中同时需要详细考虑各零部件是否可以进行后续的加工，生产的工艺性以及可靠性和成本控制等诸多方面的问题。
要作到建好的模型“能够”做出结构，做出的结构“能够”加工、生产出来的要求。
首先，生成产品的总装配图档，在装配图中将一些标准件和已设计好的零件进行装配，比如：
电芯，MAINPCBASSEMBLY，LCDMODULE等。
目的是对排布好装配体中电子器件的相对位置关系，同时为后续的SKELETON设计做好准备。
其次，在装配图中建立一个SKELETONMODEL－骨架零件模型，它是根据一个装配体内各零件之间的关系而创建的一种特殊的零件模型，或者说它是一个装配体的3D布局。
它是自顶向下设计（Top_Down_Design）的一个强有力的工具。
在手机3D设计过程中，SKELETON零件模型主要有以下作用：
1.作为装配体中各零件的装配参照。
2.控制装配体的总体尺寸以及为装配体中的各零件分配空间尺寸。
通过这种功能，我们在设计一个复杂的产品以前，可以先通过骨架零件确定产品的总体尺寸，并且为产品中的各零件分配好空间尺寸，然后再对各零件进行详细的设计，在进行零件的详细设计时，可以将骨架零件中确定的设计意图传递过来。
这就是自顶向下设计的概念和方法。
3.作为装配体中元件的设计界面。
例如，直板机的外壳一般是由前、后两个外壳组成，它们都是一个独立的零件模型。
在直板机的设计过程中，可以创建一个骨架零件模型，在该骨架中创建一个曲面，作为前、后壳的设计界面。
在设计前、后壳时，可以分别拷贝骨架零件模型中的界面曲面，这样既可以减少设计工作量，又能保证前、后壳完好地装配在一起。
SKELETON图档可以导入已设计好的手机3D文件，例如：
将使用其他3D造型软件设计的手机3D外观图档转换成IGES格式文件，最后导入SKELETON文件中；也可以由设计者进行独立设计。
SKELETON文件最好设计成曲面。
最后，在装配图中进行零件的设计或将已设计好的零件进行装配。
在零件设计期间和完成后，都要进行零件的曲面质量、拔模角度和组件装配干涉的检查。
2.6.2手机结构设计
塑胶件设计时尽可能做到一次成功，对一些无法确定的地方，考虑到修模时给模具加材料难、去材料易的特点，可预先给塑件保留一定的间隙。
结构设计完成后需仔细检查装配干涉，塑件各部位厚度，各装配体的配合关系，运动机构关系，并且征询包括造型组、硬件组、模具厂和其他配套厂的意见。
结构设计的2D图也应及时提供给供应商，以便与供应商沟通关于公差、材料、模具分模线、水口、顶针位置、表面处理等技术要求方面的问题。
2.6.2.1Speaker声腔结构设计
手机壳体内所构成的声腔和泄漏孔对Speaker音质和音量产生较大的影响，Speaker声腔的结构设计就显得尤为重要。
如图2-1和图2-2所示为两种类型Speaker的设计结构示意图。
Speaker声腔结构设计要点：
1.要用防尘垫把Speaker与手机壳体密封，使声音不会泄漏到手机壳体内。
2.Speaker的发声腔体高度要H≧0.8mm。
3.Speaker的发声孔面积应为喇叭面积的10％～20％。
4.尽可能用筋将Speaker围住，决定传出的音量大小。
5.在Speaker背面使用海棉垫片压紧，加强Speaker的密封性。
6.泄漏孔主要是由SIM卡、电池盖、手机外接插座等手机无法密封位置的声泄漏等效而成的，泄漏孔以远离Speaker为宜，即手机无法密封的位置要尽量远离Speaker，这样可以使得手机的整机的音质和音量表现较好。
图2-3二合一的Speaker结构示意图图2-4单面Speaker结构示意图
2.6.2.2LCD与壳体的配合要求
1.LCD有护框，护框要高于LCD面0.05mm，如图2-5所示：
2.LCD无护框，如图2-6所示：
图2-5LCD有护框的结构示意图图2-6LCD无护框的结构示意图
2.6.2.3摄像头固定的要求
如图2-7所示，在摄像头顶部用海绵垫圈装配在壳体上，目的是对摄像头进行定位。
在具体设计时要根据具体情况将镜头定位在上下壳体之间。
图2-7摄像头固定的结构示意图
2.6.2.4螺丝柱的设计
如图2-10所示，当选用Φ2.5mm的热压螺母时，A值一般取～4.0mm，B值取2.2mm，C值取3.0mm。
图2-10螺丝柱结构示意图
2.6.2.5电池/电池卡扣的设计
1.电池设计时要保证电芯和相连的PCB板的装配空间，尽量保证底壳与厚电、薄电通用。
2.电池壳的厚度至少0.7mm，电池盖板的壁厚至少0.4mm。
（如使用金属电池盖板，T=0.2mm）
3.壳体与电池盖板高度方向的配合间隙要留0.15mm。
4.电池的厚度要完全依照电池厂的要求制作，注意区分国产电芯与进口电芯的区别（国产电芯小一些，变形大一些）。
5.卡扣处注意防止缩水与熔接痕，卡扣处的壁厚要保持0.7mm以上，防止拆卸的时候塑胶发白、断裂。
2.6.2.6扣位/止口
扣位主要是指上、下壳体卡扣的配合关系。
在考虑扣位数量和位置时，应该从产品的整体外形尺寸考虑，要求数量平均、位置均衡，设置在转角处的扣位应尽量靠近转角，确保转角处上、下壳体能更好的配合，从设计上预防转角处容易出现的间隙问题。
扣位设计应考虑预留间隙（如图2-11所示）。
另外，设计扣位时应考虑侧面抽心有无足够的行程，至少要有6mm的让位空间。
图2-11扣位结构设计示意图
止口指的是上、下壳之间的相嵌配合关系。
设计的名义尺寸应留～0.1mm的间隙，嵌合面
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