傳感儀器包塑殼體設計

張崇軍，高鋒，李黨輝，梁姬君（河南漢威電子股份有限公司，鄭州　450000）

傳感儀器包塑殼體設計

張崇軍，高鋒，李黨輝，梁姬君
（河南漢威電子股份有限公司，鄭州450000）

0　引言

隨著人們審美觀念以及對產(chǎn)品體驗要求的提升，對手持式儀器儀表產(chǎn)品外觀和持感的要求，就像對消費電子一樣苛求。造型既要千變?nèi)f化，外觀套色也要高端大氣、功能結構更要精巧獨特，還要靈活迅速配合多方市場需求。作為產(chǎn)品設計師滿足日益多彩的市場需求是天職所在，要因產(chǎn)品不同的用途，在不同的部位上，采用不同的材料，以適應特定環(huán)境需要，達到延長產(chǎn)品壽命、增加美觀及實用性的目的。

1　雙物料注塑工藝的工業(yè)背景

為實現(xiàn)上述需求殼體設計方法很多，其中硬膠包塑就是一個很好的途徑，在論述硬膠包塑防水儀表殼體設計之前，先說明一下硬膠包塑殼體注塑工藝。硬膠內(nèi)層殼體硬膠一般以ABS、PC等塑料為主，外包塑軟膠（邵氏硬度50～65度）一般采用TPE、TPR等軟塑料為主，上述軟硬膠物料之間組合都具有良好的粘合性［1］。其注塑工藝有兩類，第一類，第一步先按正常注塑工藝注塑內(nèi)層殼體，內(nèi)層殼體結構設計應預先考慮留出外層包塑的注膠管，如圖1中的箭頭1所指位置。

圖1　注塑完成后的內(nèi)層殼體

第二步將注塑好的內(nèi)層殼體放入注塑外包塑模具中，外包塑模具一般為倒裝模，即后模為型腔，前模為型芯，合模后注塑外包塑層，如圖2中的箭頭1所指，圖2為注塑完成后的內(nèi)層殼體和外包塑層，為更好理解，特將其兩層剝離示意。

第二類，相當于將第一類的兩個步驟的兩付模具合并成一付旋轉(zhuǎn)模，通過一臺雙注膠嘴可旋轉(zhuǎn)后模安裝板注塑機實現(xiàn)自動化，該旋轉(zhuǎn)模后模以模具縱向中心軸隨注塑機后模安裝板旋轉(zhuǎn)，后模是以旋轉(zhuǎn)中心對稱兩個結構相同的型芯，前模是方向顛倒的內(nèi)層殼體和外包塑層兩個不同型腔，以先成型內(nèi)層殼體啟動循環(huán)注塑，利用轉(zhuǎn)動模式把帶有內(nèi)層殼體的型芯旋轉(zhuǎn)180度到另一個模腔內(nèi)，則另外一個空型芯與其進行了位置交換，而后合模，下一步兩個射嘴就可以同時注膠了，注膠完成后，第一個內(nèi)外兩層注膠都完成的殼體開模頂出，旋轉(zhuǎn)后模型芯合模，第二個循環(huán)開始［2］。

圖2　內(nèi)外兩層殼體剝離示意圖

圖3　旋轉(zhuǎn)模模芯透視圖

2　硬膠包塑殼體應用設計

根據(jù)上述硬膠包塑殼體注塑工藝和模具特點，接下來論述硬膠包塑防水儀表殼體設計要點。

在設計包塑殼體時首先要優(yōu)化分析ID（由工業(yè)設計師出的產(chǎn)品造型），分析規(guī)劃不同區(qū)域材質(zhì)外觀，按有利于包塑工藝原則進行調(diào)整規(guī)劃。

外包塑鏤空，即內(nèi)層殼體裸露，這也是包塑殼一大優(yōu)勢，如圖4中1、2、3、4所示區(qū)域，內(nèi)層為透明PC，外層包塑是有橡膠特性的TPE，四個鏤空區(qū)域（如圖4中1、2、3、4所示區(qū)域）可以實現(xiàn)三種設計功能，顯示屏罩、報警燈罩、傳感器罩。通過外包塑實現(xiàn)殼體多樣化功能，以及外觀的融洽協(xié)調(diào)，與采用其他手段相比，其帶來的便捷是不言而喻的。使用此鏤空方法要注意，外包塑鏤空處邊緣，即內(nèi)層殼體裸露區(qū)域邊緣，要處理好，一旦外層包塑封校不嚴，有飛邊滲入內(nèi)層鏤空區(qū)域，會嚴重影響外殼的整體美觀整潔，而且事后不好處理。為避免以上情況出現(xiàn)，在內(nèi)外層交接線處（如圖4中箭頭8所指），要設計隔離封膠槽（如圖4中箭頭6所指），一般設計為槽，必要時也可設計為凸臺機構，槽底面為硬膠層構成，槽兩側由內(nèi)層裸露區(qū)和外層包塑區(qū)（如圖4中箭頭5和7所指）。

圖4　殼體外包塑鏤空示意圖

外包塑分模線處（即封膠處），內(nèi)層殼體不能有注塑缺陷，如縮坑、飛邊、翹曲等［3］，所以在設計封膠處對應區(qū)域內(nèi)殼體結構時，要避免設計能產(chǎn)生上述缺陷的結構，如內(nèi)殼體結構在對應區(qū)域封膠線處產(chǎn)生不良，會造成封膠失敗。

內(nèi)層殼體和外層包塑壁厚設計要本著以下要點進行，內(nèi)層殼體作為骨架，首先應保證其有足夠支撐強度，這與普通單層硬膠殼體設計相同，外層包塑殼體主要起到防滑、抗震、握持手感、視覺效果等作用，表面不可有流痕缺膠等注膠流動不好產(chǎn)生的缺陷，TPR或TPE外包塑層最小無缺陷流動面厚度要求不小于1.0毫米。表面不可有縮坑變形等注膠厚度過大或不均所產(chǎn)生的缺陷，TPR或TPE外包塑要求平均壁厚不大于2.5毫米，突變厚度差不大于2毫米。

包塑儀表殼體的防水結構設計，其顛覆了在防水結合面加密封圈通的常做法，獲得了可靠性、便捷性、經(jīng)濟性三大優(yōu)勢突破，實現(xiàn)密封防水具體來講是用外層包塑材料的柔軟性和不透水性，熔融狀態(tài)注塑粘附性（內(nèi)外層之間注塑粘附為整體）等特性，在殼體不同區(qū)域塊拼合連接縫隙處通過延展外包塑層，形成一個和外包塑層一體的密封墊結構，殼體不同區(qū)域塊拼合連接縫隙內(nèi)的外包塑層延展體在外力作用下壓緊形變來阻斷滲水通道，實現(xiàn)殼體不同區(qū)域塊拼合無縫軟連接。其機構形式如圖5。

圖5　密封斷面結構示意圖

上圖舉例為小尺寸殼體，長寬高都小于100毫米，壁厚小于3毫米，其上下殼拼合連接縫的兩部分中，一部分設有止口槽和插骨 （如圖5中箭頭1和2所指），另一部分設有止口臺和二次防水線 （如圖5中箭頭2 和3所指），在上下殼體扣合后止口臺插入止口槽中，止口槽和止口臺沿扣合方向的直壁部分相互擠壓緊配，為防止口臺向內(nèi)變形，在止口槽內(nèi)側設有插骨阻擋，此為第一道主防水結構，為防止止口臺和止口槽有變形等缺陷，要加設二次防水線作為第二道防水，二次防水線設在止口臺根部面上，其斷面設為等邊三角形高度在0.5到0.8毫米之間，在上下殼體扣緊后，其被相對應的止口槽端面壓潰，形成一個壓潰式密封面，其壓潰式密封的好處在于能夠吸收沿扣合方向上的高度誤差。

按鍵防水結構的設計。在儀器儀表殼體設計中，機械按鍵結構設計是必不可少一項內(nèi)容，按鍵設計的基本要求是可靠耐用、美觀舒適，在氣體探測領域因儀器使用環(huán)境較差，灰塵和水霧時常伴隨左右，如果該設計中要求防水（能侵水）、防塵，通常做法下按鍵的機構就很復雜，而且壽命較差，維護不方便。所以采用包塑工藝的殼體設計，來解決上述問題要簡潔高效，包塑工藝儀表殼體按鍵結構總體分兩部分，第一部分是軟膠外包塑層局部起鼓（如圖6中箭頭3所指），起鼓部分仍和外包塑層為一個整體，第二部分內(nèi)層硬膠殼體掏孔鏤空（如圖6中箭頭5所指）。

圖6　按鍵斷面結構示意圖

軟膠外包塑層起鼓結構設計應注意以下方面，首先確保所選外層包塑材料要有足夠柔韌性。再者是起鼓幅度不要太大，各部分尺寸適中，按壓區(qū)直徑范圍6～10毫米壁厚2～3毫米，按壓型變壁長跨度1.5～2.5毫米壁厚0.8～1毫米，傾角15～20度，做到按壓行程中有壓潰吸入感，鍵腳尺寸可依據(jù)情況而定，也可以單獨設計成一個零件。還有就是內(nèi)層硬膠鏤空孔的孔徑邊緣不可超出外層起鼓區(qū)域邊緣太多，一般設計為0.5毫米。

3　結語

本文從“手持式氣體檢測儀”設計出發(fā)，分析和介紹了鏤空工藝設計、防水工藝設計以及按鍵工藝設計，充分展示這三種儀器儀表殼體設計中最基礎和最重要的工藝設計技術，在此基礎上創(chuàng)新使用硬膠包塑工藝在傳感儀器殼體方面的應用，通過安裝等實際使用證明，這種設計可以很好的提高儀器儀表的可靠性、便捷性、藝術性和經(jīng)濟性。

［1］王廣文.塑料材料的選用［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2001.

［2］王靜.注塑模具設計基礎［M］.電子工業(yè)出版社，2013.

［3］蔡恒志.注塑制品成型缺陷圖集［M］.電子工業(yè)出版社，2011.

Shell Structure；Plastic Bag；Structure Design

Design of the Gas Detector Rubber Shell

ZHANG Chong-jun，GAO Feng，LI Dang-hui，LIANG Ji-jun
（Henan Hanwei Electronics Co.，Ltd.，Zhengzhou 450000）

1007-1423（2015）27-0062-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.27.017

張崇軍（1974-），男，河南鄭州人，本科，助工，產(chǎn)品研發(fā)

高鋒（1978-），男，河南鄭州人，本科，助工，產(chǎn)品研發(fā)

李黨輝（1992-），男，河南鄭州人，本科，助工，產(chǎn)品研發(fā)

梁姬君（1978-），女，河南鄭州人，本科，助工，電子工程師

2015-09-12

2015-09-22

通過介紹近年來我國華南地區(qū)出現(xiàn)的一種雙物料注塑工藝，將其應用延伸到傳感儀器殼體方面，通過實例“手持式氣體檢測儀”，逐一論述硬膠包塑工藝，在傳感儀器領域應用的優(yōu)勢及其殼體結構的巧妙設計，理論結合實踐驗證。重點論述硬膠包塑殼體以下幾個優(yōu)勢和設計方法：外觀及客戶體驗、功能實現(xiàn)便捷性穩(wěn)定性、氣體探測儀器的殼體防護性，圖文并茂易于理解。

殼體結構；硬膠包塑；結構設計

Introduces a new double shot injection molding process what appears in the south China in recent years，applies this technique in the design of sensor shell.Uses"portable gas detector"as an example to introduce the advantages of hard plastic shell in sensor application，theory combining with practice.Discusses the advantages of the hard shell and the design method：appearance，user experience，stabilization function and protective shell of gas detector，pictures included，easy to understand.