手机设计高级结构工程师结构心得

龙旗手机高级结构工程师结构心得

手机结构设计中主板stacking的堆叠我没怎么做过，所以我就不献丑了，我只谈谈整机结构设计吧，我个人把手机结构设计分为以下几个部分：

一、Stacking的理解：

结构工程师要准确理解一个stacking的含义，拿到一个新stacking，必须理解此stacking作结构哪里固定主板、哪里设计卡扣，按键的空间，ESD接地的防护等等，这些我们都要有个清楚的轮廓。当然好的堆叠工程师他一定是个好的整机结构工程师，但一个好的整机结构工程师去堆叠的话往往会顾此失彼。所以我们在评审stacking时整机结构工程师多从结构设计方面提出问题来改善stacking。

二、ID的评审和沟通：

结构工程师拿到ID包装好的ID3D图档前，首先要拿到ID的平面工艺图，分析各零件及拆件后的工艺可行性，或者用怎样的工艺才能达到ID的效果，这当中要跟ID沟通。

有的我们可以达到ID效果，但可能结构风险性很大，所以不要一味迁就ID，要知道一个产品质量的好坏最后来追究的是你结构工程师的责任，没人去说ID的不是的，所以是结构决定ID，而不是ID来左右我们结构，当然我们要尽量保存ID的意愿。然后、才是检查各部分作结构空间是否足够，这点我就不多讲了，这里我是要对ID工程师建模提出几个建议：

1.ID工程师建模首先把stacking缺省装配到总装图中;

2.ID工程师要作骨架图档，即我们通常说的主控文件;骨架图档不管是面还是实体形式，我建议要首先由线控制它的形状及位置，这样后期调控骨架图档的位置及形状只要调控相应的线就是了;

3.ID工程师必须把装饰件及贴片的形状、位置、各壳体分模线位置、必须用线先在骨架图档中画出;

4.所有的零件图档必须第一个特征是复制骨架图档过来，然后在相应剪切而成;坚决反对在总装图中直接参考一个零件生成另一个零件。

5.ID建模的图档禁止参考STACKING中的任何东东，防止stacking更新后ID图档重生失败;

这些是我对ID建模所提出的建议，只要遵从如上几点，我们结构就可以直接在ID建模特征的后面继续了，思路也很清晰明了;且ID 如果调整外形及位置也会很容易。

三、壳体结构设计;

1.手机的常用材料：

了解手机常用材料的性能与特性，有利于我们在设计过程中合理的选用材料，目前手机常用的材料有：PC、ABS、PC+ABS、POM、PMMA、TPU、RUBBER以及最新出现的材料PC+玻纤和尼龙+玻纤等。

PC聚碳酸脂

化学和物理特性：

PC是高透明度(接近PMMA)，非结晶体，耐热性优异;成型收缩率小(0.5-0.7%)，高度的尺寸稳定性，胶件精度高;冲击强度高居热塑料之冠，蠕变小，刚硬而有韧性;耐疲劳强度差，耐磨性不好，对缺口敏感，而应力开裂性差。

注塑工艺要点：

高温下PC对微量水份即敏感，必须充分干燥原料，使含水量降低到0.02%以下，干燥条件：100-120℃，时间12小时以上;PC对温度很敏感，熔体粘度随温度升高而明显下降，料筒温度：250-320℃，(不超过350℃)，适当提高后料筒温度对塑化有利;模温控制：85-120℃，模温宜高以减少模温及料温的差异从而降低胶件内应力，模温高虽然降低了内应力，但过高会易粘模，且使成型周期长;流动性差，需用高压注射，但需顾及胶件残留大的内应力(可能导至开裂)，注射速度：壁厚取中速，壁薄取高速;必要时内应力退火;烘炉温度125-135℃，时间2Hrs，自然冷却到常温;模具方面要求较高;设计尽可能粗而短弯曲位少的流道,用圆形截面分流道及流道研磨抛光等为使降低熔料的流动阻力;注射浇口可采用任何形式的浇口，但入水位直径不小于1.5mm;材料硬，易损伤模具，型腔、型芯经淬火处理或镀硬 (Cr);啤塑后处理：用PE料过机;PC料分子键长，阻碍大分子流动时取向和结晶，而在外力强。

ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

化学和物理特性：

ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性：丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性;丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性;苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。ABS收缩率较小(0.4-0.7%)，尺寸稳定;并且具有良好电镀性能，也是所有塑料中电镀性能最好的;从形态上看，ABS是非结晶性材料，三中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。

ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。

ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。

A(丙烯睛)---占20-30%，使胶件表面较高硬度，提高耐磨性，耐热性

B(丁二烯)---占25-30%，加强柔顺性，保持材料弹性及耐冲击强度

C(苯乙烯)---占40-50%，保持良好成型性(流动性、着色性)及保持材料刚性。

注塑工艺要点：

吸湿性较大，必须干燥，干燥条件85℃，3hrs以上(如要求胶件表面光泽，更需长时间干燥);温度参数：料温180-260℃(一般不宜超过250℃，因过高温度会引致橡胶成份分解反而使流动性降低)，模温40-80℃正常，若要求外观光亮则模温取较高;注射压力一般取

70-100Mpa，保压取第一压的30-60%，注射速度取中、低速;模具入水采用细水口及热水口。一般设计细水口为0.8-1.2mm。

PC+ABS

化学和物理特性：

综合了两者的优点特性，好比是提高了ABS耐热性和抗冲击强度的材料。

POM聚甲醛

化学和物理特性：

高结晶、乳白色料粒，很高刚性和硬度;耐磨性及自润滑性仅次于尼龙(但价格比尼龙便宜)，并具有较好韧性，温度、湿度对其性能影响不大;耐反复冲击性好过PC及ABS;耐疲劳性是所有塑料中最好的。

注塑工艺要点：

结晶性塑料，原料一般不干燥或短时间干燥(100℃，1-2Hrs);流动性中等，注射速度宜用中、高速;温度控制：料温：170-220℃，注意料温不可太高，240℃以上会分解出甲醛单体(熔料颜色变暗)，使胶件性能变差及腐蚀模腔模温：80-100℃，控制运热油;压力参数：注射压力100Mpa，背压0.5Mpa，正常啤压宜采用较高的注射压力，因流体流动性对剪切速率敏感，不宜单靠提高料温来提高流动性，否则

有害无益;赛钢收缩率很大(2-2.5%)，须尽量延长保压时间来补缩改善缩水现象。模具方面：POM具高弹性材料，浅的侧凹可以强行出模，注射浇口宜采用大入水口流道整段大粗为佳。

PMMA亚克力聚甲基丙烯酸甲脂

化学和物理特性：

具有最优秀的透明度及良好的导旋旋旋旋旋光性;在常温下有较高的机械强度;但表面硬度较低、易擦花，故包装要求很高。

注塑工艺要点：

原料必须经过严格干燥，干燥条件：95-100℃，时间6Hrs以上，料斗应持续保温以免回潮;流动性稍差，宜高压成型(80-10Mpa)，宜适当增加注射时间及足够保压压力(注射压力的80%)补缩;注塑速度不能太快以免气泡明显，但速度太慢会使熔合线变粗;料温、模温需取高，以提高流动性，减少内应力，改善透明性及机械强度。料温参数：200-230℃，中215-235℃，后140-160℃;模温：30-70℃;模具方面：入水口要采用大水口，够阔够大;模腔、流道表面应光滑，对料流阻力小;出模斜度要足够大以使出模顺利;考虑排气，防止出现气泡、银纹(温度太高影响)、熔接痕等;PMMA极易出现啤塑黑点，请从以下方面控制：保证原料洁净(尤其是翻用的水口料);定期清洁模具;机台清洁(清洁料筒前端，螺杆及喷咀等)。

TPU聚甲醛

化学和物理特性：

TPU是热塑性弹性体，具有高张力、高拉力、强韧耐磨耐老化之特性,且耐低温性、耐候性、耐油、耐臭氧性能为强性纤树脂。

RUBBER硅胶

NYLON(PA)尼龙(聚胺)

化学和物理特性：

常见尼龙为脂肪族尼龙如PA6、PA66、PA1010….最常用的PA66(聚己二己二胺)，在尼龙材料中结构最强，PA6(聚己内胺)具有最佳的加工性能。它结晶度高，机械强度优异(因为高分子链含有强极性胺基(NHCO)，链之间形成氢键);冲击强度高(高过ABS、POM但比PC低)，冲击强度随温度、湿度增加而颢着增加(吸水后其它强度如拉升强度、硬度、刚度会有下降);表面硬度大、耐磨性、自滑性卓越，适于做齿轮、轴承类传动零(自滑性原理A分子结晶中具有容易滑移的面层结构);热变形温度低、吸湿性大、尺寸稳定性差。

注塑工艺要点：

原料需充分干燥、温度80-90℃、时间四小时以上;熔料粘度底、流动性极好、啤件易出披锋，故压力取低一般为60-90Mpa，保压取相同压力(加入玻璃纤维的尼龙相反要用高压);料温控制：过高的料温易使胶件出现色变、质脆及银丝，而过低的料温使材料很硬可能损伤模具及螺杆。料筒温度220-280℃(纤维偏高)，不宜超过300℃，(注A6熔点温度210-215℃，PA66熔点温度255-265℃);收缩率

(0.8-1.4%)，使啤件呈现出尺寸的不稳定(收缩率随料温变化而波动);模温控制：一般控制左20-90℃，模温直接影响尼龙结晶情况及性能表现，模温高------结晶度大、刚性、硬度、耐磨性提高;反之模温低------柔韧性好、伸长率高、收缩性小;注射速度：高速注射，因为尼龙料熔点(凝点)高，只有高速注射才能使顺利充模，对薄壁，细长件更是如此;需要同时留意披锋产生及排气不良引致的外观问题;

模具方面：工模一般不开排气位，水口设计形式不限;退火/调试处理：可进行二次结晶，使结晶度增大;故刚性提高，改善内应力分布使不易变形，且使尺寸稳定。可行方法：用100℃沸水煮1-16小时，视具体情况可考虑加入适量醋酸盐使沸点上升到120℃左右以增加效果。

尼龙+玻纤

2.结构设计的顺序：

壳体结构设计其实是有顺序的，手机中有按键、侧键、IO塞等，如果随意先设计哪个会导致后面设计很碍手。我个人设计一般步骤：第一当然是抽壳;第二是长唇;第三长卡扣和boss;第四固定按键和塞子等零件的结构设计;紧接着就是主板的固定，最后硬件的避让。

抽壳：

抽壳的厚度

直板机侧壁厚度为1.4-1.8mm;

翻盖机A/D壳侧壁1.3-1.6mm，B/C壳至少侧壁1.2-1.5mm;

其它部位壳体厚度尽量在1.0-1.2mm，转轴处壁厚1.1-1.2mm。

壳体厚度厚点毕竟是结实点的，我个人抽壳直板机侧壁一般至少1.6mm，最厚的厚度我抽过2.1mm，结实的可以当砖头砸死人;翻盖机我A/D壳一般抽壳侧壁1.4mm，B/C壳侧壁为1.3mm;但随着现在手机超薄超小的趋势，手机壳体抽壳还是厚点的好。

抽壳的原则：壁厚要均匀，厚薄差别尽量控制在基本壁厚的25%以内，转角及壁厚过渡要平缓，这样可以避免壳体明显的翘曲、缩水及外

观缺陷等问题。

另壳内面要作曲面拔模分析，不许有倒扣，壁厚不要出现小于0.4mm的，主壁拔模一般为3度。

长唇：

长唇的目的：不仅是为了结构的紧密性、限位，也是为了防ESD。

唇的厚/高至少要保证0.5×0.5,见附图

长唇边在PROE中用加材料或者偏距拔模，但我建议是此唇边一定以分模线的外形线为准往壳内偏距，两唇边之间间隙为0.05mm。

间隙0.05mm

反止位筋

长卡扣和boss：

卡扣以其外形可分为公卡扣(卡勾)和母卡扣(卡槽);

卡扣的目的：是为了装配时上下壳更好的嵌合固定，但不要过于相信卡扣来固定整机来通过测试，尤其是跌落和滚筒。手机的固定还是要信赖螺钉，不是自攻螺钉;这就是moto的手机螺钉多的原因。

卡扣的数量和位置：应从整机的总体外形尺寸考虑，其基本原则是：要求数量均匀，位置均衡，两个boss间最好有个卡扣，在转角处的卡扣应尽量靠近转角，确保转角处能更好的嵌合，因为实际注塑出来的产品转角处容易出现的裂缝问题。但卡扣离转角处的距离至少有个指甲宽的距离，因为以便于拆机指甲伸入拆卸。

此外卡扣的设计在proe中是有点技巧性的，在这我想说下自己对卡扣设计时的一点技巧步骤，运用此技巧我个人觉得很得心应手，供大家参考，卡扣一般是成对生成的：

1.首先分析在那些地方合理布置卡扣后，开始作母卡扣(卡槽)，当然有的人喜欢先作公卡扣(卡勾)，我喜欢先作母卡扣，然后把卡扣配合面复制一遍，再用出版几何把这复制面包含，把出版几何命名一个自己和别人都看的懂的名字，比如：TODHOOK(给D壳卡扣用的);

2.然后在总装配图中让另一个相配合的壳体用复制几何把这卡扣配合面复制过去，打开此壳体，同样用出版几何包含此复制面，并命名一个自己和别人都看的懂的名字，比如：COMECHOOK(来自C壳卡扣);

3.然后根据此复制面减胶出卡槽所需空间，紧接着直接作相应的卡勾就是了。

BOSS的设计思路也是这样，先设计热融螺母的BOSS，然后把配合面复制到另一个壳体作它的BOSS就是了，boss内径大小看热融螺母外径大小来定，一般比螺母的外径单边小0.15-0.20mm，boss尺寸设计详见下面“手机各零件细节设计”中“boss的设计”。

可能有的人不喜欢这样作结构，而是喜欢在总装配图中直接参照另一个零件的卡扣(BOSS)作卡扣(BOSS)，然而我不认为这是个好方法，虽然步骤相对来说少点，但如果修改图档时就很容易特征失败，特征失败并不可怕，可怕的是失败了自己都忘了参照了哪个零件的哪一部分，思路清晰的你可能还找的到地方，但如果思路不够清晰的你就很有可能出错。我个人觉得宁可多一两步也不愿意这样作。

复制特征当然也不是满天飞的copy来copy去，必须要遵从以下规定，你就不会乱了分寸：

1.四大件(A/B/C/D壳)copy时，不要相互copy来copy去，尽量只从这个零件copy到另一个零件，并且copy的也就是配合面，其它的不要copy;

2.对要copy给另一个零件的面，建议先复制一下，不要直接copy实体的面，以免后期此面被修改或改变时重生会特征失败;

3.四大件与其它小零件配合面的地方，不要copy其它小零件的面来参考，只能是先设计好四大件的配合面后供其它小零件参考;

4.当配合面的位置改变时，要养成总装图及时重生的习惯;

只要遵从这些规则，我相信copy命令会应用的很妙的，只要我们保证A/B/C/D壳四大件重生不失败，其它小零件即使失败也会很快恢复过来的，copy命令可以帮忙我们设计时省去很多功夫，比如当我们卡扣位置改变时，只要重生下，相对应的另一个卡扣已就改变了位置了，不用我们去重作一次。

固定按键和塞子等零件的结构设计：

做好卡扣和boss后，我们要做固定各小零件的结构设计，比如固定按键、各个塞子、各拆分的小零件。固定这些零件中首先是设计固定侧件(侧键和侧塞等侧面的零件)的结构，然后才是固定正面(底面)按键和贴片等零件的结构设计，固定电器元件设计。

固定侧件的结构设计：必须预留好侧件的空间，设计好固定它们的形式;侧键设计详见按键设计，塞子详见TPU塞设计;

固定正面按键和贴片等零件的结构设计：按键详见按键设计，贴片的固定形式现在是背胶、卡扣、热熔和超声焊。背胶、卡扣、热熔大家应该很熟悉了，我就不说了，我说说超声焊吧。

注意：带有比较大的弧面的贴片，此弧面底处要长插筋插入壳体，防止弧面往外张开而产生断差。但如果能同时搭配上卡扣(只能卡槽)，则还能更好使贴片贴合在壳体上。

超声波焊接是采用低振幅，高频率振动能量使表面和分子摩擦产生热量，塑料熔化而使相连热塑性制件被焊接在一起。超声波焊接设计有两点很重要：能量带的设计和溢胶槽的设计。

1.以下图为典型的超声焊接能量带的尺寸，适用于壳体壁厚在1mm以下的情况。一般能量带的宽度为0.30-0.40mm(即图中的W);高度也是0.30mm-0.40mm;夹角由宽度和高度确定。

2.以下图示为能防止溢胶的Z形能量带设计，这种设计能帮助两个零件定位，在使用时耐拉伸，提高了耐剪切性能，并能消除外部溢料。但这种设计对壁厚的要求在1.2mm以上，外边肩膀部分的宽度和高度以能成型为基准，应大于0.40mm。三角形的能量带尺寸按照图5-14的要求来设计。X方向的滑动间隙取0.05mm;两件之间在厚度方向的间隙为0.40-0.50mm。

3.超声线的长度：太长了塑胶超声时没地方跑，不容易压下去，需要用较大的振幅才可以，超声线长度一般为3-5mm一段，每段之间留1mm间距。

固定电器元件设计：主要是固定马达、扬声器、受话器等电器元件，马达只要固定住不动就是了，受话器和扬声器要做到音腔密封，同时保证出音孔面积。

固定主板的设计：

主板的固定一般由BOSS固定住其X/Y/Z轴的方向，具体见下图;

在整个主板上光是四个boss定位主板是不够的，必须同时两壳体上长筋顶住主板才行;

长筋固定X/Y方向，只需在壳体周边合理布置几个筋顶住主板就是了;

注意：顶住主板的筋注意要避开主板上的邮票孔。

此筋为固定顶住主板的筋，一般不要单独一根筋，要两个或三个为一组来固定主板的好。

在Z方向固定主板是不能随意的，切忌在主板中间长筋顶主板，只能长筋顶住主板周边，且上下壳顶主板的筋一一对应;或成三角顶住(即上壳某处长两个相距10-20mm的筋，下壳在此两个筋中间长个筋就是了)，这样就不会因为跌落过程局部受力太大而产生对整机的破坏。一般成一一对应的方式是很少的，多数是成三角顶住主板。

当然固定主板Z轴方向，也有好的是直接在一个壳体上长几个卡勾勾住主板，这样也有利于组装，但要考虑拆卸的可行性，卡合量不宜大于0.5mm，同时也应该在适当的地方增加顶筋加强对主板的固定。

硬件的避让：

我们在结构设计前期，硬件小的元器件往往还是没有的，我们只是在堆叠图中的线条知道哪些表示是禁布区域和哪些给硬件区域。所以我们要等到硬件器件出来后，才能进行相应避让。避让硬件元器件，我建议在总装配图中对相应零件进行减胶，减胶不要参照硬件器件，或者你参照了作好2D区域就把参照关系删掉。因为硬件往往在我们设计过程中会更改位置的。