结构设计规范

许很多从事手机行业的结构工程师或项目负责人还未完全理解，你们从事这个职业最具备的知识是什么？是否在摸索中犯过错误？以下是一个业内经验丰富的达人把他的手机制作完整流程经验全部整理出来，系统而全面，简洁而实用。俗话说“他山之石，可以攻玉”，铭讯电子周九顺先生说，借鉴是一种美德，希望对大家有所获益。一、主板方案的确定在手机设计公司，通常分为市场部（以下简称MKT）、外形设计部（以下简称ID）、结构设计部（以下简称MD）。一个手机项目的是从客户指定的一块主板开始的，客户根据市场的需求选择合适的主板，从方案公司哪里拿到主板的3D图，再找设计公司设计某种风格的外形和结构。也有客户直接找到设计公司要求设计全新设计主板的，这就需要手机结构工程师与方案公司合作根据客户的要求做新主板的堆叠，然后再做后续工作，这里不做主要介绍。当设计公司的MKT和客户签下协议，拿到客户给的主板的3D图，项目正式启动，MD的工作就开始了。二、设计指引的制作拿到主板的3D图，ID并不能直接调用，还要MD把主板的3D图转成六视图，并且计算出整机的基本尺寸，这是MD的基本功，东莞铭讯电子周九顺先生的朋友把它作为公司招人面试的考题，有没有独立做过手机一考就知道了，如果答得不对即使简历说得再有经验丰富也没用，其实答案很简单，以带触摸屏的手机为例，例如主板长度99，整机的长度尺寸就是在主板的两端各加上2.5，整机长度可做到99+2.5+2.5=104，例如主板宽度37.6，整机的宽度尺寸就是在主板的两侧各加上2.5，整机宽度可做到37.6+2.5+2.5=42.6，例如主板厚度13.3，整机的厚度尺寸就是在主板的上面加上1.2(包含0.9的上壳厚度和0.3的泡棉厚度)，在主板的下面加上1.1(包含1。0的电池盖厚度和0.1的电池装配间隙)，整机厚度可做到13.3+1.2+1.1=15.6，答案并不唯一，只要能说明计算的方法就行。还要特别指出ID设计外形时需要注意的问题，这才是一份完整的设计指引。三、手机外形的确定ID拿到设计指引，先会画草图进行构思，接下来集中评选方案，确定下两三款草图，既要满足客户要求的创意，这两三款草图之间又要在风格上有所差异，然后上机进行细化，绘制完整的整机效果图，期间MD要尽可能为ID提供技术上的支持，如工艺上能否实现，结构上可否再做薄一点，ID完成的整机效果图经客户调整和筛选，最终确定的方案就可以开始转给MD做结构建模了。四、结构建模1、资料的收集MD开始建模需要ID提供线框，线框是ID根据工艺图上的轮廓描出的，能够比较真实的反映ID的设计意图，输出的文件可以是DXF和IGS格式，如果是DXF格式，MD要把不同视角的线框在CAD中按六视图的方位摆好，以便调入PROE中描线(直接在PROE中旋转不同视角的线框可是个麻烦事)。也有负责任的ID在犀牛中就帮MD把不同视角的线框按六视图的方位摆好了存成IGS格式文件，MD只需要在ROE中描线就可以了。有人也许会问，说来说去都是要描线，ID提供的线框直接用来画曲面不是更省事吗?不是，ID提供的线框不是参数化的，不能进行修改和编辑，限制了后续的结构调整，所以不建议MD直接用ID提供的线框。也有ID不描线直接给JPG图片，让MD自己去描线的，那就更乱了，图片缩放之间长宽比例可能会发生变化，MD描的线可能与ID的设计意图有较大出入，所以也不建议ID不描线直接给JPG图片。如果有ID用犀牛做的手机参考曲面就更好了，其实ID也是可以建模的，而且犀牛的自由度比PROE大，所以ID建模的速度比MD更快，只是ID对拔摸模和拆件的认识不足，可能建出来的曲面与实际有些出入，对后续的结构设计帮助不大，只能拿来参考。另外，如果是抄版还有客户提供的参考样机，或者网上可以找到现成的图片，这些都能为MD的建模提供方便。主板的3D是MD本来就有的，直接找出来用就可以了，不过，用之前最好和ID再核对一下，看看有没有弄错，还有没有收到更新的版本，否则等结构做完才发现板不对可就痛苦了。2、构思拆件MD动手之前要先想好手机怎样拆件，做手机有一个重要的思想，就是手机的壳体中一定要有一件主体，主体的强度是最好的，厚度是最厚的，整机的强度全靠他了，其他散件都是贴付在他身上的，这样的手机结构才强壮，主板的固定也是依靠在主体上，如果上壳较厚适合做主体，则通常把主板装在上壳，如果下壳较厚适合做主体，则通常把主板装在下壳，拆件力求简捷，过散过繁都会降低手机强度，装配难度也会增大，必要时和结构同事们商量权衡一番，争取找出最佳拆件方案。拆件方案定了之后，就要考虑各个壳体之间的拔模了，上下壳顺出模要3度以上，五金装饰片四周的拔模要5度以上。3、外观面的绘制外观面是指手机的外轮廓面，好的曲线出好的曲面，描线的时候务必贴近ID的线框，尊重ID的创意是结构工程师基本的修养。同时线条还要尽量光顺，曲率变化尽量均匀，拔模角要考虑进去，如果ID的线拔模角与结构要求不一致，可以和ID协商，如果对外观影响不大，可以由结构在描线时直接修正轮廓线的拔模角，如果塑胶壳体保留拔模角对ID的创意破坏较大，不妨考虑塑胶模具做四边行位，毕竟手机是高档消费品，这点投资值得。手机的外形多是对称的，外观面只需要做好一半，另一半到后面做拆件时再镜像过去，做完外观面先自己检查一下拔模和光顺情况，然后建立装配图，把大面和主板放在一起，看看基本尺寸是否足够，最后请ID过来看看符不符合设计要求，ID确认完就可以拆件了。4、初步拆件这个时候的拆件是为给客户确认外观和做外观手板用的，可以不做抽壳，但外观可以看到的零件要画成单独的，方便外观手板做不同的表面效果，外观面上有圆角的地方要导上圆角，这个反倒不可以省略。总装配图的零件命名和分布都有要求，例如按键是给按键厂做的，可以集中放在一个组件里，报价和投模可以一个组件的形式发出去，很方便。5、建模资料的输出MD建模完成后，在PROE工程图里制作整机六视图，转存DXF线框文件反馈给ID调整工艺标注，建完模的六视图线框可能与当初ID提供给MD的线框有所修改，ID需要做适当的更新，并进一步完成工艺图，标明各个外观可视部件的材质和表面工艺，有丝印或镭雕的还要出菲林资料，更新后的工艺图菲林资料，再加上MD的建模3D图，就可以发出做外观手板了。五、外观手板的制作和外观调整外观手板的制作有专门的手板厂，制作一款直板手机需要3~4天，外观板为实心。不可拆，主要用来给客户确认外观效果，现在外观手板的按键可以在底部垫窝仔片，配出手感，就像真机一样。客户收到后进行评估，给出修改意见，MD负责改善后，就可以开始做内部结构了。六、结构设计结构的细化应该先从整体布局入手，东莞铭讯电子周九顺先生的朋友主张先做好结构的整体规划，即先做好上下壳的止口线，螺丝柱和主扣的结构，做完这三步曲，手机的框架就搭建起来了。再遵循由上到下，由顶及地的顺序依此完成细部的结构，由上到下是指先做完上壳组件，再做下壳组件，由顶及地是指上壳组件里的顺序又按照从顶部的听筒做到底部的MIC，这是整体的思路，具体到局部也可以做一些顺序调整，例如屏占的位置比较大，可以先做屏，其他的按顺序做下来。请注意，每一个细部的结构尽量做完整再做下一个细部，不要给后面的检查和优化增加额外的工作量。1、止口线的制作内部结构开始，先是对上下壳进行抽壳，一般基本壁厚取1.5~1.8mm。上下壳之间间隙为零，前面说过怎样判定主体，主体较厚适宜做母止口，另外一件则做公止口，止口不宜太深，一般0.6mm就够了，为了方便装配，公止口可适当做拔模斜度或导C角。2、螺丝柱的结构螺丝柱是决定整机强度的关键，通常主板上会预留六个螺丝柱的孔位，别浪费，尽可能地都利用起来。螺丝柱还有一个重要的作用就是固定主板，主板装在哪个壳，螺丝柱的做法也相应有些变化，螺丝柱不但要和主板上的孔位相配合管住主板，螺丝柱的侧面还要做加强筋夹住主板，这样的结构才牢靠。3、主扣的布局4、上壳装饰五金片的固定结构上壳装饰五金片一般采用不锈钢片或铝片，厚度0.4mm或0.5mm，用热敏胶，双面胶或者扣位固定，表面可以拉丝、电镀和镭雕。其中铝片可以表面氧化成各种不同的颜色，边沿处还可以切削出亮边。5、屏的固定结构屏就好像手机的脸，要好好保护起来，砌围墙?对了，就是要利用上壳长一圈围骨上来，一直撑到主板(留0.1mm间隙)，把LCD封闭起来，即使受到外力的冲击也是压在上壳的围骨上，因为围骨比屏高嘛。屏的正面也不能与上壳直接接触，硬碰硬会压坏屏，必须在屏的正面贴上一圈0.5mm厚的泡棉，泡棉被压缩后的厚度为0.3mm，所以屏的正面与上壳之间间隙放0.3mm。前面说过整机厚度的计算方法，这里请大家留意一下屏前面部分的厚度是怎么计算的，见附图。为了方便屏的装入，东莞铭讯电子周九顺先生的朋友会在围骨的顶部加上导角，当然屏的周围如果有元件还是要局部减胶避开，间隙至少放0.2mm，如果是避让屏与主板连接的FPC，则围骨与FPC间隙要做到1.0以上。6、听筒的固定结构听筒是手机的发声装置，一般在屏的顶部，除了需要定位以外，还需要有良好密封音腔，结构上利用上壳起一圈围骨围住听筒外侧，和屏的围骨类似，但听筒的围骨不必撑到主板，包住听筒厚度的2/3就足够了。然后上壳再起一圈围骨围住听筒的出音孔，围骨压紧听筒正面自带的泡棉，围成一个相对封闭的音腔，最后在上壳上开出出音孔就行了，上壳出音孔的范围应该是在听筒的出音孔的范围以内。从外观上看，听筒出音孔位置会做一些简单的装饰，如盖一个网状的镍片(见附图)。也可以做一个电镀的塑胶装饰件配合防尘网使用，注意塑胶装饰件通常采用烫胶柱的方式固定，防尘网则贴在听筒音腔的内侧。7、前摄像头的固定结构前摄像头位于主板的正面，采用PFC，连接器与主板连接。摄像头的定位也是靠上壳起一圈围骨包住摄像头来定位的。摄像头就像手机的眼睛，为保证良好的拍摄效果，摄像头正面的镜头部分需要有良好的密封结构，防止灰尘或异物进入遮挡了视线，东莞铭讯电子周九顺先生的朋友借助于泡棉将镜头与机壳的内部分隔开来，外侧则加盖一个透明的镜片，为保证良好的透光性能和耐磨性能，摄像头镜片采用玻璃材质，底部丝印，丝印的目的是为了遮住镜片与壳体之间的双面胶纸，值得一提的是，摄像头镜片的装配是在整机装配的最后阶段再做的，整机合壳锁完螺丝后，要用吹气枪仔细吹干净镜头，才将镜片通过双面胶粘接在壳体上，盖住镜头。8、省电模式镜片的固定结构省电模式镜片用得比较少，有些手机上有省电模式的设置，需要在手机壳上开一个天窗，让里面的感光ID感应到外界的亮度，这就需要在机壳上开孔并加盖镜片，镜片可以用PC片材切割直接贴在机壳外面，也可以做成一个注塑成型的导光柱，在机壳内侧烫胶固定。9、MIC的固定结构MIC位于手机的底部，就想手机的耳朵一样，是把外界声音转换成电信号的元件，因此要让外界的声音毫无阻碍的传递给MIC，同时又要防止机壳内部腔体的声音影响到MIC，结构上起围骨是少不了的了，同时MIC本身要被胶套包裹，只在正前方露一小孔感应声音，正前方还必须与壳体良好的贴合，壳体上的导音孔一般开1.0mm的圆孔。MIC与主板的连接方式可以是焊线，焊FPC或者穿焊在主板上。10、主按键的结构设计手机主按键按厚度分可以分为超薄按键和常规按键，以前做翻盖机、滑盖机的时候因为厚度限制，按键厚度空间连2mm都不到，直接采用片材加硅胶的结构，片材可以是薄钢片或PC片，为了保证按键之间不连动，片材上不同的功能键之间会用通孔分隔开来(如V3手机的主按键就是这样做的)，硅胶的作用是为了得到良好的按键手感。现在市场上以直板机居多，东莞铭讯电子周九顺先生的朋友就以P+R按键为例讲一下主按键的结构设计，把直板机的结构设计工作量分为100份，我认为按键组件的结构设计就占了30%，上壳组件占30%，下壳组件占40%，可见按键的重要性。P+R按键包括键帽组件、支架和硅胶三部分，也有的按键在键帽组件和支架之间加多了一张遮光纸防止按键之间透光。支架材料则根据按键厚度来定，可以用PC或ABS注塑成型，厚度在0.8-2.0mm;也可以用PC片材直接冲裁，厚度为0.5、0.6或0.7mm；按键