采用鋁壓鑄盒設(shè)計(jì)小型電子設(shè)備的方法*

(成都天奧信息科技有限公司，成都 611731)

1 引 言

目前，電子設(shè)備的設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)方向，一是采用機(jī)加成型或模制成型的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，二是選用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜、機(jī)箱或各種市場(chǎng)上現(xiàn)有的模制盒體進(jìn)行設(shè)計(jì)。兩者比較，前者的優(yōu)點(diǎn)是可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，缺點(diǎn)是開模、機(jī)加的成本高，加工周期長；后者的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，加工周期短，更換靈活，缺點(diǎn)是可設(shè)計(jì)性較差。

隨著市場(chǎng)競爭的加劇， 能否及時(shí)而有效地開發(fā)出適應(yīng)市場(chǎng)需求的新產(chǎn)品已成為決定企業(yè)生死存亡的關(guān)鍵[1]。探索尋求制造成本低、研發(fā)周期短的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法已成為眾多電子設(shè)備生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)當(dāng)前所面臨的問題。對(duì)比兩類設(shè)計(jì)方法，選用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜、機(jī)箱或各種市場(chǎng)上現(xiàn)有的模制盒體設(shè)計(jì)電子設(shè)備能夠更好地滿足上述要求，因此本文以市場(chǎng)上現(xiàn)有的鋁壓鑄盒為研究對(duì)象，著重論述了采用該盒體設(shè)計(jì)小型電子設(shè)備的方法。

2 鋁壓鑄盒介紹

鋁壓鑄盒又稱鑄鋁盒、防水鋁盒、鑄鋁防水接線盒、鋁防水盒等，一般采用ZL102鋁合金壓鑄成型，具有防腐性能好、使用溫度范圍廣、機(jī)械強(qiáng)度高、可攔截EMC電磁波等特點(diǎn)，其防護(hù)性能可達(dá)到IP65等級(jí)，特別適用于沿海周圍的環(huán)境。鋁壓鑄盒通常由上盒體、下盒體和密封條3部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。上、下盒體壁厚約為3 mm，為止口配合設(shè)計(jì)。上盒體的上端面設(shè)有6處直徑為Φ4.5 mm的通孔，下端面設(shè)有用于定位和放置密封條的溝槽，孔在溝槽的外側(cè)。下盒體的上端面設(shè)有6處M4 mm的安裝螺孔，孔的內(nèi)側(cè)設(shè)有1 mm高的凸臺(tái)，用于與溝槽定位；下盒體的下端面仍然設(shè)有6處M4 mm的螺紋孔，專門用于固定安裝件。上、下盒體間裝有密封條，通過6件M4×20(mm)的不銹鋼螺釘進(jìn)行螺裝。

圖1 鋁壓鑄盒的結(jié)構(gòu)

3 小型電子設(shè)備的組成

電子設(shè)備是指由集成電路、晶體管、電子管等電子元器件組成，應(yīng)用電子技術(shù)(包括軟件)發(fā)揮作用的設(shè)備[2]。小型電子設(shè)備通常是由輸入和輸出端口、功能模塊、顯示屏、按鍵、開關(guān)、電纜等組成。輸入和輸出端口一般為連接器插座，常用的有矩形插座和圓形插座；功能模塊通常為裝有電子元器件的印制板；顯示屏通常為液晶屏；電纜兩端通常裝有插頭或插座，方便與功能件插接互聯(lián)。利用鋁壓鑄盒設(shè)計(jì)電子設(shè)備，就是要將上述功能件合理安置到所選鋁壓鑄盒中，使其既具有特定的使用功能，又具有亮麗的外觀效果。

4 采用鋁壓鑄盒設(shè)計(jì)電子設(shè)備的方法

4.1 鋁壓鑄盒的選型

鋁壓鑄盒的選型應(yīng)遵循以下4個(gè)步驟：

第一步，要明確功能件的數(shù)量、功耗、外形及安裝尺寸、接線關(guān)系等信息；

第二步，根據(jù)第一步所了解的信息確定各功能件具體的布置和安裝方式，進(jìn)一步明確功能件組裝后的最大外形尺寸；

第三步，根據(jù)第二步所確定的最大外形尺寸來選擇鋁壓鑄盒，所選鋁壓鑄盒規(guī)格應(yīng)在長、寬、高3個(gè)方向比所確定的最大外形尺寸長10 mm以上；

第四步，按照文獻(xiàn)[3]介紹的方法計(jì)算所選鋁壓鑄盒是否滿足自然散熱的要求。只有經(jīng)過計(jì)算且滿足散熱要求的鋁壓鑄盒才能被最終選定。

4.2 具體的設(shè)計(jì)方法

4.2.1功能件的布置

結(jié)合鋁壓鑄盒的外形特點(diǎn)，可將設(shè)備設(shè)計(jì)成“橫式機(jī)”和“豎式機(jī)”兩種基本形式。

(1) 橫式機(jī)

橫式機(jī)是指長邊(L邊)處于橫向放置或安裝的電子設(shè)備。橫式機(jī)上的字符應(yīng)與長邊方向一致，宜將插座設(shè)置在下盒體長邊所在立板上，將顯示屏設(shè)置在上盒體表面偏左的位置，將鍵盤設(shè)置在上盒體表面偏右的位置。橫式機(jī)要盡可能體現(xiàn)左右均衡的視覺效果。

(2)豎式機(jī)

豎式機(jī)是指短邊(W邊)處于橫向放置或安裝的電子設(shè)備。豎式機(jī)上的字符應(yīng)與短邊方向一致，宜將插座設(shè)置在下盒體短邊所在立板上，將顯示屏設(shè)置在上盒體表面偏上的位置，將鍵盤設(shè)置在上盒體表面偏下的位置。豎式機(jī)要盡可能體現(xiàn)上下均衡的視覺效果。

4.2.2功能件的安裝

無論是橫式機(jī)還是豎式機(jī)，功能件的安裝方法是相同的：插座應(yīng)根據(jù)自身的安裝方式，在下盒體適當(dāng)?shù)奈恢瞄_孔進(jìn)行安裝。單件印制板可通過壓鉚在盒體上的螺母柱進(jìn)行緊定，多件印制板則可通過在壓鉚螺母柱上添加相應(yīng)規(guī)格的六方銅螺柱進(jìn)行緊定。顯示屏應(yīng)安裝于上盒體內(nèi)，采用703硅橡膠粘固在鋁合金托板上，而鋁合金托板則通過壓鉚在上盒體上面的螺母柱進(jìn)行緊定。上盒體表面應(yīng)粘貼有機(jī)玻璃板對(duì)顯示屏進(jìn)行保護(hù)，有機(jī)玻璃板周圍應(yīng)絲印約5 mm的黑色邊框，企業(yè)標(biāo)志可絲印在有機(jī)玻璃板的正上方位置，推薦采用白色或銀白色。采用薄膜鍵盤非常有利于設(shè)備的“三防”[4]，推薦選用薄膜鍵盤，并將其粘貼在上盒體表面專門加工的安裝凹槽內(nèi)，要保證安裝后的薄膜鍵盤與上盒體的表面基本齊平。

5 應(yīng)用舉例

本文以成都天奧信息科技有限公司設(shè)計(jì)研發(fā)的SPAT-1400B船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(Automatic Identification System,AIS)[5]船載設(shè)備為例，對(duì)上述設(shè)計(jì)方法加以說明。

5.1 設(shè)備功能件的組成

SPAT-1400B船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)船載設(shè)備的功能件由VJN1248主板、顯控模塊、VHF高頻電纜、GPS高頻電纜[6]、電源線、數(shù)據(jù)線和船形開關(guān)組成。VJN1248主板為一帶元器件的印制板；顯控模塊由一塊AT043TN24V.1液晶屏、一張薄膜鍵盤和一塊帶元器件的印制板組成；GPS高頻電纜一端為TNC-KY3Y-1插座，一端為SMA-JW3插頭，中間由180 mm長的SFF-50-1電纜連接；VHF高頻電纜一端為SL16-KY3Y-1插座，另一端為SMA-JW3插頭，中間由150 mm長的SFF-50-1電纜連接；數(shù)據(jù)線一端為19-12針座，另一端通過長100 mm的CH82-2.54-12W電纜與顯控模塊插接互聯(lián)；電源線一端為16-2針座，另一端通過兩根長60 mm的電纜與船形開關(guān)互聯(lián)；船形開關(guān)通過兩根100 mm長的電纜與VJN1248主板插接互聯(lián)。

5.2 設(shè)備的設(shè)計(jì)

根據(jù)SPAT-1400B船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)船載設(shè)備功能件的外形尺寸和功耗，通過計(jì)算后確定選用規(guī)格為140 mm×220 mm×90 mm的鋁壓鑄盒，并進(jìn)一步確定將該設(shè)備設(shè)計(jì)成豎式機(jī)。

根據(jù)SPAT-1400B船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)船載設(shè)備功能件的接線關(guān)系，將VJN1248主板放置在下盒體內(nèi)，通過6件M3×10(mm)壓鉚螺母柱進(jìn)行螺裝；將顯控模塊放置在上盒體內(nèi)，顯示屏采用703硅橡膠粘固在2 mm厚的鋁合金托板上，而托板則安裝固定在4件M3×8(mm)的壓鉚螺母柱上，顯控板通過6件M3×10(mm)的六方銅螺母柱進(jìn)行緊定；有機(jī)玻璃板對(duì)顯示屏具有保護(hù)作用，將其上邊緣設(shè)計(jì)成圓弧形，底面邊框絲印成黑色，企業(yè)標(biāo)識(shí)絲印成銀白色，采用703硅橡膠粘貼在上盒體表面；薄膜鍵盤上邊緣仍然設(shè)計(jì)成圓弧形，造型風(fēng)格與有機(jī)玻璃板一致，通過自帶不干膠粘貼在上盒體表面的安裝槽內(nèi)；船形開關(guān)、16-2針座、19-12針座安裝固定于下盒體短邊立板上，TNC-KY3Y-1插座和SL16-KY3Y-1插座安裝固定于下盒體另一短邊立板上，所有插座正上方位置印有與其相對(duì)應(yīng)的名稱。

5.3 設(shè)備的色彩

設(shè)備整體色調(diào)力求簡潔美觀，能與使用環(huán)境相協(xié)調(diào)。上盒體的表面噴涂白灰色丙稀酸聚氨酯漆，下盒體的表面噴涂藍(lán)灰色丙稀酸聚氨酯漆，薄膜鍵盤的顏色為深灰色。整機(jī)的色彩效果如圖2所示。

圖2 SPAT-1400B船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)船載設(shè)備

6 結(jié)束語

采用上述方法設(shè)計(jì)的SPAT-1400B船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)船載設(shè)備具有良好的結(jié)構(gòu)性、防水性和亮麗的外觀效果。該產(chǎn)品從立項(xiàng)到樣機(jī)研制成功，再到500套產(chǎn)品成功推向國內(nèi)市場(chǎng)，總共用時(shí)僅3個(gè)多月，不但贏得了市場(chǎng)發(fā)展的先機(jī)，也為企業(yè)贏得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)踐證明，采用鋁壓鑄盒設(shè)計(jì)制作電子設(shè)備確實(shí)是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、節(jié)約時(shí)間、簡單可行的設(shè)計(jì)方法，應(yīng)該在設(shè)計(jì)研發(fā)電子設(shè)備的企業(yè)中大力推廣。

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