电子电器产品结构设计

电子电器产品结构设计

结构设计知识简述

随着电子技术的使用范围的推广，灯具的功能、体积、重量、动转可靠性以及对各种环境的适应性等诸多问题被纳入到结构设计的范畴，使灯具的结构设计逐步成为一个多学科的综合技术，未来的灯具在光学设计、热学设计、安全设计、机械设计与工艺设计的科学化程度将大大提高，各种专业软件的算法已经应用到或是即将应用到配光设计技术、温度模拟分布、热流模型的建立等方面，特别是灯具系统化设计的理论和技术，这些技术的应用使得纯机械技术和工艺失去意义，现有的结构设计方法也面临着新的变革。

目前，灯具的结构设计大致包含以下内容： 1、整机组装结构设计 2、热设计 3、电磁兼容性设计

4、结构静力计算与动态参数设计 5、防腐蚀设计 6、连接设计

7、可靠性试验（可靠性设计）

综合上述，结构设计（灯具）现已包含着相当广泛的技术内容，其范围涉及到力学、机械学、材料学、热学、电学、化学、光学、美学、环境学等，本讲义不想涉入到上述的具体内容中去，而是配合上述过程问题讲述各种不同加工方式的结构的工艺性设计：压铸件工艺性设计、钣金件工艺性设计、塑胶件工艺性设计等。

一、 压铸件设计 1、术语和定语

流痕：指铸件表面与金属液流动方向一致且与金属基体颜色不一样的纹路。 冷隔：指铸件表面有与周边熔接不良的小块。

铬化：指铸件与铬酸溶液发生化学反应，在铸件表面形成一层薄的铬酸盐膜。

欠铸：指铸件成形不饱满。

网状毛刺：压铸件表面上有网状发丝一样凸起或凹陷的痕迹。 溢流口：指金属液冷却凝固时为补偿金属收缩所设置的穴。 2、铸件设计及工艺 2.1、选材

铝合金压铸件的常用材料有:日本工业标准牌号ADC1,ADC3,ADC10,和ADC12;美国工业标准牌号:A360和A380;我国标准:YL102,YL104,YL112和YL113，对于我司来讲，压铸件的选材统一要求为ADC12，珠三角压铸厂商常用材料为 ADC10,ADC12和A380 .

以上几种材料的成份和力学性能见表<1>

抗拉强度合金牌号 Si(%) Cu(%) Mg (%) Fe(%) Al (MPa) 耐力(MPa) 延伸率(%) 硬度(HB) ADC10 7.5-9.5 2-4 <0.3 <1.3 余量 241 157 1.5 73.6 ADC12 9.6-12 1.5-3.5 <0.3 <1.3 余量 228 154 1.4 74.1 A380 7.5-9.5 3-4 <0.1 <1.3 余量 245 1.6 74 <1>材料成份和力学性能

2.2、壁厚

壁厚设计以均匀为佳,不均易产生缩孔和裂纹,易引起零件变形,同时会影响到模具的使用寿命。壁厚很厚的铸件内部易产生缩孔,影响材料的力学性能，对大形铝合金,其壁厚不宜超过6mm,因壁厚增加,其材料的力学性能将明显下降,因此推荐壁厚如表<2>。对外侧边缘壁厚, 为保证良好的压铸成形,壁厚s>=1/4h, 且s>=1.5mm, s为边缘壁厚, h为边缘壁的高度,如下图所示。

<2>压铸件最小壁厚和正常壁厚

壁的单面面积axb(cm2) <=25 >25~100 >100~500 >500 最小壁厚(mm) 0.8 1.2 1.8 2.5 正常壁厚(mm) 2.0 2.5 3.0 4.0

例:壁厚设计-990801-89灯头壳-GF-A-C版 2.3、加强筋

设计筋的目的是增加零件的强度和刚性,避免因单纯依靠加大壁厚而引起的气孔,裂纹和收缩缺陷,同时能使金属流路顺畅,改善压铸的工艺性.筋高不超过15倍壁厚，最大筋宽不超过1.5倍壁厚，对筋高30mm以下，拔模斜度不小于3°，筋高30mm以上，拔模斜度不小于2°(通常在我司为节省成本，减轻重量，拔摸斜度一般都放得很小，一般情拔1°，高筋高30mm以上的拔2度，对于批量不大的产品应该也不会有很大问题）,在特殊情况下加强筋端面的拔模度可设为0.5°。

例:特殊情况下加强筋的运用 2.4、圆角

圆角设计可使金属液流畅,气体易排出,有利于铸件成形，并能避免因锐角致使零件和模具产生裂纹,有利于提高模具寿命,因此对过渡处应避免锐角设计, 圆角半径以取最大为原则,一般取值如下:

对相等壁厚: 1/2h<= r<=h

对不等壁厚: 1/4(h1+h2)<=r<=1/2(h1+h2) r为内圆角半径, h、 h1和 h2为壁厚

2.5、拔模斜度

拔模斜度的大小与零件的结构、高度、壁厚及表面粗糙度有关,在允许的范围内,尽可能取大值,有利于脱模。 非圆形内侧壁的拔模斜度如下表,外侧取表下表值的一半。

2.6、相邻距离

尽量避免窄且深的凹穴设计，以免对应模具处出现窄而高的凸台，因受冲击易弯曲、断裂。如下图所示,当a过小时,易使模具在此处开裂,为使模具在此处有足够的强度,a值应不小于5mm。

示例:相邻距离的合理设计 2.7、铸孔

铝合金可铸最小孔径为2.5mm, 可铸孔径大小与深度有关,对盲孔,孔深为孔径的3到4倍, 对通孔,孔深为孔径的6到8倍。对孔径精度或孔距精度要求较高的,一般不直接铸孔,采用后序机加工处理, 但对壁厚较厚的孔,为避免机加后出现表面有砂眼,一般先铸出底孔,然后用机加去除加工余量。

2.8、文字和图案

文字大小不小于5号字体,凸起高度0.3~0.5mm, 线宽推荐0.8mm.,出模度10~15度,如果外壳表面采用喷粉处理，其外侧面的文字及图案的凸起高度采用0.5mm,如果凸起高度用0.5mm以下的话，外壳喷粉之后会其字形及图案就会模糊不清。

2.9、表面质量

2.9.1 压铸面

铝合金压铸表面粗糙度在Ra3.2~6.3, 表面质量按粗糙度分为3级,详细见表：压铸表面质量分级 , 2.9.2表面缺陷

压铸件各类表面缺陷不同级别的要求见表：面缺陷要求(JB2702-80) 3、公差 3.1 尺寸公差

压铸件尺寸公差依据国标GBT1804-M选取, 铝合金公差一般按5级取,对分形面及活动部位尺寸公差需低一级,对有严格精度要求的可做到3级, 对超出要求的可双方协商采用后加工来保证。

3.2、平面度公差

压铸件变形因素与模具的顶出机构、零件的结构、壁厚不均等有关, 变形量如下表, 对特别要求的,需采用后加工来保证。

名义尺寸(长或宽) ~25 >25~63 >63~100 >100~160 >160~250 >250~400 >400 整形前 0.2 0.3 0.45 0.7 1.0 1.5 2.2 整形后 0.1 0.15 0.20 0.25 0.3 0.4 0.5 当设计隔爆型的灯具时,其精度及平面公差的精度高于模制品的正常控制精度,此时则需要安排机加的方式,而这时则要考虑产品的易加工程度,有时加工的方式而决定了产品的形状。（见附图3）

4.、机加工

模具因受高温冲击,表面比较容易冲蚀,考虑到模具寿命,模具上尽量避免使用行位、细长镶针等结构，在允许的情况下可不直接铸出,采用后序CNC或普通机床加工而成,同时因铸件的尺寸精度都比较低,对高精度的,也采用CNC加工而成,其精度按机加精度等级要求。结构设计时需考虑到机加定位面,以便能方便装夹，对于有防爆要求的接合面一定需要机加来保证其表面粗糙度及尺寸精度。

4.1、表面处理 4.1.1喷砂和喷丸

对压铸件表面有外观要求时,可用喷砂处理,能掩盖表面压铸缺陷,一般表面喷砂后再喷油,能做比较美观的砂纹外观,喷丸除有喷砂功能外,同时还能增加铸件的强度用。

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