手機產品結構設計基礎百科中磊教育

手機產品的結構設計是實現產品功能的關鍵，這不僅需要與產品外觀相協調，更要考慮后序的生產裝配、噴漆、噴繪、模具設計制造等各個方面。

手機產品的形體結構設計牽扯知識范圍十分廣泛，主要有：

1.材料選用; 2.表面處理; 3.加工手段; 4.包裝裝潢;這些因素的運用直接影響著手機產品的生

命和外觀形象的變化。可以說設計者水平的高低決定了產品的生命力和產品的檔次高低，高檔次

產品不一定是高造價， 運用低造價設計出高檔次的產品是設計者高水平高素質的體現。

我主要想講的是前兩項，后兩項以后再說。

1.要評審造型設計是否合理可靠，包括制造方法，塑件的出模方向、出模斜度、抽芯、結構強度，電路安裝（和電子工程人員配合）等是否合理。

2.根據造型要求確定制造工藝是否能實現。包括模具制造、產品裝配、外殼的噴涂、絲印、材質選擇、須采購的零件供應等。

3.確定產品功能是否能實現，用戶使用是否最佳。

4.進行具體的結構設計、確定每個零件的制造工藝。要注意塑件的結構強度、安裝定位、緊固方式、產品變型、元器件的安裝定位、安規要求，確定最佳裝配路線。

5.結構設計要盡量減小模具設計和制造的難度，提高注塑生產的效率，最小限度的減低模具成本和生產成本。

6.確定整個產品的生產工藝、檢測手段，保證產品的可靠性。

一、塑料選材的途徑

理解工程塑料的性能

塑料在成型加工中有時表現得很奇特。對一個成型問題的解答可能完全不同于另一個成型問題。這也許是因為這些例子中涉及到兩種本質上互不相同的塑料樹脂。本文將對這些材料的性質以及各種不同材料之間的差異加以討論，以增進對注塑過程中機理的理解。

（1）結晶型聚合物的特性

許多人熟悉的物質是晶體如食用鹽，糖，石英，礦物質和金屬，當然還有冰。這些固態物質具有分子排布有序，致密堆積的特性。其它表現為固態物質，并不形成有規則的晶體排列方式。它們只是冷卻成為無序的或隨機的分子團，稱為無定型聚合物。非晶體物質不是真正的固體，最普通的例子就是玻璃，它們只是過冷的，極端粘稠的液體。（一件玻璃若放置幾十年，其底部會逐漸變厚，這是由于很慢的流動引起的。）

塑料樹脂可分為無定形或結晶形的。由于很長的聚合物鏈較大復雜，從而阻止了它們形成象石英那種固體所具有近乎完美的結構和完整的晶體排列次序。聚合物，例如高密度聚乙烯是有點結晶性的，尼龍的結晶性表現得更為強一些，而聚甲醛的結晶性表現得就更強了。左圖給出了一些常見的晶體形塑料和無定形塑料。注意到許多工程塑料位于結晶型欄里，如聚甲醛，尼龍和聚酯。

這是因為結晶型結構樹脂趨向于產生工程應用中所要求的特性，

例如：

抗化學物、油、汽油、油脂等。

機械強度和硬度。

在高溫下,保持機械的和化學的性能不變。

耐疲勞性和重復的沖擊。

半透明性或不透明性。

聚合物金字塔。本圖表示不同樹脂的分類。

塔底是商品塑料所目的兩種特性，塔頂處是高性能塑料，工程塑料處于中間的位置。

PEI：聚醚亞胺 PEEK：聚醚酮 PES：聚苯醚砜 PPS：聚苯硫醚

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PAR：聚芳酯 PSU：聚砜 LCP：液晶聚合物 HTN：高溫尼龍

PI：聚酰亞胺 PET：聚對苯二甲酸乙二酯 PBT：聚對苯二甲酸丁二酯

PC：聚碳酸酯 M-PPO：改性聚苯醚 Nylon：尼龍

ABS：丙烯睛丁二烯苯乙烯三元共聚物

POM：聚甲醛 TPE：熱塑性聚酯彈性體 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（亞加力）

LDPE：低密度聚乙烯 SAN：苯乙烯一丙烯晴共聚物 SMA：苯乙烯馬來酸酐

表一、杜邦結晶型工程塑料

化學名詞 簡稱 杜邦注冊商標 聚甲醛 POM Delrin?

聚酰胺 Nylon Zytel? 聚對苯二甲酸乙二酯 PET Rynite?

聚對苯二甲酸丁二酯 PBT Crastin? 熱塑性聚酯彈性體 TPE Hytrel?

高溫尼龍 HTN ZytelHTN? 液晶聚合物 LCP Zenite?

（II）結晶型與無定型塑料的區別

熔解／凝固

晶體的本質也對成型過程產生影響，因為要破壞熔點時的晶體排列次序需要額外的熱量，這熱量叫做熔解熱。晶體性塑料和無定型塑料熔解熱的對比如圖之所示。無定型物質的溫度隨看所加入的熱量而增加，而且越來越呈現為液態。當溫度上升至熔點以前，結晶型塑料物質能保持強度和硬度不變。熔解時額外所需的熱量熔解熱破壞了晶體的結構，同時溫度保持不變，直到熔解結束。隨著塑料在模具中冷卻，釋放出來的熔解熱必須由模具向外散掉。然而，隨著溫度的降低，成型穩定性和硬度迅速地提高，工件可以相當快地從模具中脫出。因此，結晶性塑料較適合應用于短周期成型。收縮緊密的結構意味著從熔體到固體的結晶型塑料有一個較大的體積改變。因此，結晶形塑料比無定型塑料有較高的成型收縮率一通常前者大于百份之一，而后者大約有 0．5％。結晶形塑料較高的收縮率使得估算型腔尺寸復雜化，但這一優點也有助于工件的脫模。一些典型的成型收縮率的

比較列于表二。

表二、成型收縮率的比較

結晶形塑料 收縮率

聚甲醛

尼龍 66

聚丙烯

2.0

1.5

1.0-2.5

無定形塑料 收縮率

聚碳酸脂

聚苯乙烯

0.6-0.8

0.4

當結晶型塑料熔解時，它們往往變得高度液態化。尼龍樹脂因其具有良好流動特性所以在細長和薄截面要求的應用中著稱。另一方面，人們也知道它們比許多粘度較高的無定形樹脂更容易產生毛邊。水份敏感性一些塑料是不受水份影響的，尤其是那些烴類（除了碳和氫以外沒有其他元素）塑料，如聚乙烯，聚丙烯和聚苯乙烯。其他塑料吸收不同的水份，甚至在室溫下也吸收。成型工件在吸收水后會導致尺寸改變，從而水也可看作為增塑劑或韌化劑。吸收的水份可能在注塑的過程中蒸發，導致水紋和氣泡。有些樹脂在熔解溫度下可能會和水產生反應。這種反應叫做水解，它是降解的一種形式。它使分子量減少，導致熔體粘度減小，沖擊強度的損失。水解的敏感性并不取決于塑料樹脂的吸水量多少。實際上，當尼龍樹脂達到 100％的相對濕度飽和時，它們能吸收高達 8％或更多的水分。尼龍在熔解溫度下水解比聚酯或聚碳酸酯較慢，而聚酯或聚碳酸酯吸收的水比它少得多。常見的塑料樹脂根據它們對水份的敏感性和是否需要乾燥列于表三。

三、水對塑料加工過程的影響

不要求乾燥

通常要求乾燥

只吸收水分有可能水解

聚甲醛(Delrin?

聚乙烯

聚丙烯

聚苯乙烯

聚氯乙烯

聚甲基丙烯酸樹脂

ABS 塑料

聚碳酸酯

丁酸纖維素

尼龍(Zytel?

聚對苯二甲酸乙二酯(Rynite?

聚對苯二甲酸丁二酯

聚氨酯

這些有關聚合物結構，結晶性和水分吸收的背景資料將會幫助我們理解為什么工程塑料的注塑操

作不同于其它的塑料，而且在某些意義上工程塑料內不同種類亦互不相同。壓克力（acrylic）

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即為 PMMMA（polymethy-methacrylaye)樹脂玻璃，是一種不定形的熱塑性塑料材料，有很

好的光學特性（可象玻璃一樣透明，透明度可達到 92％）PMMA 硬度大，強度適中，很容易劃傷，劃痕明顯，但很容易磨光，在室外，風華和陽光暴曬均不會發生光學和機械變性工藝上采用 塑料模具制作－注塑－擠出－真空成型不過 whkone,PMMA 你可多了一個 M 了, 補充說明一下,PMMA 實際上耐室外曝曬的性能不比 PC 好, 而且主要的缺點是耐溫低,可使用的上下溫差較小, 透明度可達 92%是在理論狀況下, 實際狀況會受制造工藝的限制. 實際上大家都遺漏了一點, 塑料是可以改性的, 就是針對應用場合加以調整,利用其基本性能中有利的一面, 通過各種添加劑來改善不良的一面.GE 和BAYER 的PC有耐230 度以上的,而杜邦的尼龍有耐250 度,耐久還強過 PBT.

2.表面處理：

早期的手機外殼主要用金屬框，如愛立信早期產品３８８，不但耐摔，抗震性也大為增加，而且使用戶至今懷念那種厚重的沉甸甸的感覺。隨著手機的發展，輕巧成為人們的摯愛，但是，金屬框的“質量”制約了手機的發展，于是新的外殼材料應運而生，ＡＢＳ合成塑料以其很好的韌性（抗震性）、密封性，很高的機械強度，耐化學腐蝕，拿在手上很有質感的特點受到人們的青睞。以ＡＢＳ合成塑料作外殼的手機得以一時風靡，在年輕一族裝點手機炫耀個性時成為了首選，他們鐘愛塑料外殼的透視感，寵愛塑料無限的色彩變幻，因為這代表著他們多彩且無拘束的生活，也是他們能成為都市人流中閃爍亮點的重要標志。而后，諾基亞將金屬漆應用在８８１０上，采用銀色鍍鉻外殼，在市場上又掀起了金屬流行色的熱潮，而后新材料的應用似乎停頓了一段時間。但是隨著ＳＯＮＹ將ＵＶ涂層漆用在手機的外殼上，使用戶在使用手機的時候感受到不留指紋，光亮如新的美好感覺。之后西門子６６８８也披上了“銀裝”。阿爾卡特ｏｔ５１１采用亮眼的鋁金屬為外殼，更成為眾手機商為金屬質感趨之若鶩的榜樣。摩托羅拉Ｖ６０也大膽采用鍍鋁全金屬質感的外殼設計，體現出作為高檔手機所擁有的莊重典雅。隨之而來的鈦金屬、鎂金屬等材料讓手機變得越來越“酷”。在手機外觀材料上，中國也作出了自己的貢獻，在世界上率先研制出在手機上使用的納米級“電磁屏蔽材料”。ＴＣＬ率先將高科技材料納米材料應用在手機的顯示屏保護透明蓋上面，為那些因為手機透明蓋磨損而痛心的用戶看到了問題解決的方向。據ＴＣＬ稱，手機顯示屏成功運用當前最先進的納米材料技術，顯示屏表面達到極佳的硬度，耐磨抗裂，即使用刀子在屏幕上任意割劃，也不會留下痕跡，更不用說一般的普通磨損了。出于對環保的世界大潮流要求的考慮，綠色材料的應用將成為未來手機材料的主流。目前，位于英國倫敦的布魯尼爾大學的科學家們已經研制出一款能夠在廢棄不用之后自動分解的綠色手機。可以預見，在手機未來的發展之路上，新材料的應用將是一把利刃，誰掌握了新材料，誰就將引領手機的潮流。在未來手機市場的競爭中，外觀設計的競爭將占相當大的份額，能否貼近生活，能否把握潮流是手機設計者的根本設計標準，突出的設計可以成為逆轉市場的重要因素我們公司的外形設計部在法國，給我的感覺是他們的美術功底很強，設計的東西很有美感。我們這里的外形有改一個0。3 的圓角都要讓他們同意，靠對于產品結構設計中散熱與電磁干擾的問題有許多不同的針對方法來解決。元器件的散熱要充分利用空氣的對流作用。

1.首先分析產品的發熱源。

2.對手機之類的小液晶產品一般都不會開設散熱孔。

3.對帶有外接電源的設備就一定要開設散熱孔了，如顯示器、打印機等，對一些需要降壓的產品有可能要加裝風扇（當然產品要有足夠的空間）。

4.散熱孔的設計要小，試驗指不能通過，最好不要直接看到線路板。

關于電磁干擾，最有效的方法就是加裝金屬屏蔽罩了。

1.對手機這類產品，因體積小，其屏蔽罩都是直接焊在線路板上，這會增加線路板的制造難度和成本，備損也大。

2.線路板的設計、元氣件的選擇也是相當關鍵的，有的家電產品也靠試驗的方法來通過認證。

一點看法：

1.塑件設計時盡量壁厚均勻, 壁厚與產品的尺寸之比約為 1：100，再跟蹤根據結構性能的需要加大或減小一些壁與壁連接處的薄厚不應該相差太大，并且應盡量用圓弧連接，否則容易開列。

2.加強筋高度通常塑件為壁厚的 3 倍左右，并有 2~5 度的脫模斜度，與塑件壁的連接出及端部，應用圓弧連接。