作者：Kenton Williston

　　幾乎每個(gè)電子系統(tǒng)都需要外殼，但并非所有設(shè)計(jì)都可以使用標(biāo)準(zhǔn)模型。在某些情況下，需要完全定制，但對(duì)于許多設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，修改現(xiàn)成的外殼更快、更經(jīng)濟(jì)。在美學(xué)價(jià)值與性能同樣重要的應(yīng)用中尤其如此。

　　外殼的作用是多方面的。它們?cè)诠I(yè)環(huán)境中傳達(dá)功能，通過(guò)視覺吸引力影響消費(fèi)者的偏好，并維護(hù)品牌信息和標(biāo)識(shí)。涂漆外殼和絲網(wǎng)印刷圖形等修改有助于滿足這些期望。定制還可以幫助設(shè)計(jì)人員跟上物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 加速變化的市場(chǎng)。

　　雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但定制過(guò)程中也存在許多陷阱，可能導(dǎo)致產(chǎn)品延遲、成本超支和客戶不滿意。

　　本文提供了電子系統(tǒng)外殼的基本介紹。然后，它制定了成功的外殼改造策略。它專注于Hammond Manufacturing的小型外殼，適用于樓宇和家庭自動(dòng)化系統(tǒng)、手持式測(cè)試和測(cè)量設(shè)備以及商業(yè)設(shè)備的操作員界面等應(yīng)用中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

　　電子系統(tǒng)外殼的基礎(chǔ)知識(shí)

　　外殼的主要功能是容納電子系統(tǒng)，保護(hù)其免受灰塵、濕氣、紫外線 (UV) 輻射和物理?yè)p壞等環(huán)境因素的影響。外殼在散熱以及屏蔽電磁干擾 (EMI) 和射頻干擾 (RFI) 方面也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

　　實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)首先要選擇合適的材料。選項(xiàng)包括丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS) 塑料、聚碳酸酯、擠壓和壓鑄鋁以及各種鋼種。每種材料在成本、重量、耐用性和外觀方面都有獨(dú)特的權(quán)衡。

　　Hammond Manufacturing 的1554/1555系列是外殼品種的一個(gè)示例(圖 1)。這些外殼采用廉價(jià) ABS 塑料制成，適用于通用、低成本用途，也采用堅(jiān)固的聚碳酸酯制成，適用于要求更高的應(yīng)用。后一種選項(xiàng)的防水和潛水應(yīng)用等級(jí)達(dá)到美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì) (NEMA) 4/4X 和 6/6P，阻燃等級(jí)高達(dá) UL94-5VA。外殼使用墊圈榫槽密封來(lái)提供高達(dá) IP68 的入口防護(hù) (IP)。

　　圖 1：1554/1555 系列外殼的額定值為 NEMA 4/4X 和 6/6P，并使用墊圈榫槽密封來(lái)提供高達(dá) IP68 的入口保護(hù) (IP)。 (圖片來(lái)源：哈蒙德制造)

　　外殼還必須通過(guò)提供安裝點(diǎn)(例如螺柱、印刷電路板(PC 板)插槽和 DIN 導(dǎo)軌安裝卡舌)來(lái)實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的物理固定。例如，1554/1555 系列的內(nèi)部具有模制插槽，可容納垂直安裝的 1.6 毫米 (mm) 印刷電路板。

　　另一個(gè)例子是1455NHD系列鋁制外殼(圖 2)。它們具有七個(gè)水平插槽，可容納 100 × 160 毫米的單張 Eurocard。擠壓鋁制外殼還可用作散熱器，為此設(shè)計(jì)中集成了六個(gè)散熱片。

　　圖 2：1455NHD 外殼集成了七個(gè) PC 板插槽，可輕松安裝 Eurocard，并具有六個(gè)散熱片。 (圖片來(lái)源：哈蒙德制造)

　　常見的外殼修改

　　修改外殼的主要原因之一是為以下功能創(chuàng)建孔和切口：

　　電源線和數(shù)據(jù)線的入口點(diǎn)

　　用戶界面包括指示燈、按鈕和顯示器

　　維護(hù)訪問(wèn)和電池更換

　　排氣扇和其他環(huán)境控制

　　外殼還可能需要添加各種部件，包括：

　　安裝點(diǎn)，例如用于支撐較重組件的內(nèi)部金屬面板

　　透明或半透明面板，可目視檢查系統(tǒng)和任何內(nèi)部讀數(shù)

　　輔助電纜布線、便攜性和其他功能的附件

　　圖 3 展示了經(jīng)過(guò)許多常見改動(dòng)的 1554 系列外殼。

　　圖 3：制造商可以對(duì) 1554 系列外殼進(jìn)行廣泛修改。 (圖片來(lái)源：哈蒙德制造)

　　大多數(shù)這些修改都需要對(duì)外殼進(jìn)行機(jī)加工，以確?？住⑶锌诤桶惭b點(diǎn)的尺寸正確并對(duì)齊。

　　為了避免昂貴且耗時(shí)的返工，有必要獲取修改后的外殼樣本來(lái)驗(yàn)證是否準(zhǔn)確配合。獲取樣品還可以通過(guò)揭示可以簡(jiǎn)化產(chǎn)品組裝和維護(hù)的變更機(jī)會(huì)來(lái)改進(jìn)整體設(shè)計(jì)。

　　材料失效和質(zhì)量控制的必要性

　　機(jī)械加工也會(huì)導(dǎo)致材料失效。對(duì)于塑料外殼，過(guò)量的磨機(jī)進(jìn)料會(huì)熔化塑料，導(dǎo)致變形和應(yīng)力開裂。與刀具冷卻劑的反應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致斷裂。

　　金屬外殼也存在其自身的挑戰(zhàn)，主要是材料更難加工，需要專門的工具和技能。對(duì)于金屬外殼來(lái)說(shuō)，小或復(fù)雜的開口尤其具有挑戰(zhàn)性。機(jī)械加工還會(huì)影響某些材料的孔隙率，例如壓鑄鋁。其他損壞可能是由于壓入螺柱等硬件以及加工不良留下的鋒利邊緣和毛刺造成的。

　　這些因素可能會(huì)改變外殼的 IP 等級(jí)并損害其結(jié)構(gòu)完整性。這些加工缺陷可能很難檢測(cè)到，因此擁有健全的質(zhì)量控制流程至關(guān)重要。

　　繪畫、絲網(wǎng)印刷和其他飾面

　　外殼的外觀很重要。簡(jiǎn)潔的視覺設(shè)計(jì)可以幫助用戶定位、識(shí)別和利用系統(tǒng)的功能。一個(gè)例子是專門為儀器設(shè)計(jì)的1553T手持式機(jī)箱。它具有指示用戶控件功能的絲網(wǎng)印刷圖形(圖 4)。

　　圖 4：用于手持式儀器的 1553T 外殼體現(xiàn)了對(duì)用戶友好圖形的需求。 (圖片來(lái)源：哈蒙德制造)

　　有吸引力的設(shè)計(jì)可以走得更遠(yuǎn)，有助于維護(hù)品牌形象并激勵(lì)客戶在競(jìng)爭(zhēng)中選擇產(chǎn)品。對(duì)于設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，從具有所需外觀和感覺的外殼開始非常重要。

　　圖 5 顯示了1557系列，這是專為滿足當(dāng)前審美趨勢(shì)而設(shè)計(jì)的外殼系列示例。這些外殼因其圓角和圓面而引人注目。它們提供現(xiàn)代外觀，同時(shí)保持傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的耐用性和 IP 等級(jí)。

　　圖 5：1557 系列外殼具有現(xiàn)代的圓形外觀，對(duì)審美敏感的客戶更具吸引力。 (圖片來(lái)源：哈蒙德制造)

　　圖 5 還展示了外部飾面的重要作用。粉末涂層、陽(yáng)極氧化和其他表面處理可以提供拋光外觀，同時(shí)保護(hù)外殼免受紫外線輻射、腐蝕性化學(xué)品和其他環(huán)境危害。絲網(wǎng)印刷可以添加引人入勝的視覺效果以及有關(guān)系統(tǒng)功能和使用的關(guān)鍵信息。

　　然而，執(zhí)行不當(dāng)?shù)娘椕婵赡軙?huì)損害外殼的外觀和性能。絲網(wǎng)印刷錯(cuò)誤(例如未對(duì)準(zhǔn)或顏色不正確)可能會(huì)損害品牌聲譽(yù)。油漆起泡和剝落會(huì)使產(chǎn)品失去吸引力并降低銷量。如果涂層起到保護(hù)作用，表面處理中的缺陷也可能使系統(tǒng)受到損壞。

　　與機(jī)械加工一樣，嚴(yán)格的質(zhì)量控制和早期取樣對(duì)于避免這些問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)至關(guān)重要。

　　選擇可最大限度降低風(fēng)險(xiǎn)的外殼改造策略

　　考慮到隨之而來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，工程師面臨的挑戰(zhàn)是如何最好地進(jìn)行修改。一種選擇是在內(nèi)部進(jìn)行修改，但如果內(nèi)部團(tuán)隊(duì)缺乏經(jīng)驗(yàn)或缺乏必要的工具，這可能會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行不佳。

　　另一種選擇是購(gòu)買標(biāo)準(zhǔn)外殼，然后將其發(fā)送給二級(jí)來(lái)源進(jìn)行修改。這種方法的風(fēng)險(xiǎn)包括：

　　傳達(dá)設(shè)計(jì)規(guī)范的挑戰(zhàn)

　　多次修改的可能性

　　收到成品的時(shí)間較長(zhǎng)

　　為了避免這些問(wèn)題，工程師現(xiàn)在可以選擇由制造商直接修改其外殼。這種方法的主要好處是制造商已經(jīng)知道其外殼的完整規(guī)格、如何更改它們以及如何測(cè)試結(jié)果以確保產(chǎn)品質(zhì)量。這種方法使工程師能夠獲得更可預(yù)測(cè)的結(jié)果并縮短上市時(shí)間。

　　如何選擇外殼制造商

　　制造商具有不同的能力、要求和流程，因此必須首先評(píng)估候選制造商并選擇其產(chǎn)品滿足項(xiàng)目需求的制造商。第一步是確保制造商能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成訂單規(guī)模。例如，Hammond 的修改產(chǎn)品的典型最小訂購(gòu)量 (MOQ) 僅為 25 件，并且可以在短短幾周內(nèi)完成許多訂單。

　　下一步是驗(yàn)證制造商是否可以實(shí)施所需的修改。例如，Hammond 可以執(zhí)行以下命令：

　　孔、切口、攻絲、螺紋和埋頭孔

　　壓入硬件，例如螺柱和支座

　　印刷藝術(shù)品，包括徽標(biāo)和標(biāo)簽

　　特殊尺寸和顏色

　　預(yù)裝配件

　　最后，確保制造商擁有嚴(yán)格的質(zhì)量控制并能夠在生產(chǎn)前提供樣品至關(guān)重要。哈蒙德遵循的過(guò)程說(shuō)明了這一點(diǎn)：

　　為了確保外殼按照規(guī)格建造，公司在開始工作之前提供批準(zhǔn)圖紙和所需的藝術(shù)品證明以供審查。

　　一旦獲得批準(zhǔn)，哈蒙德將制作并仔細(xì)測(cè)試單個(gè)樣品是否存在缺陷。

　　然后公司收到樣品進(jìn)行檢查和測(cè)試。如果設(shè)計(jì)需要調(diào)整，哈蒙德可以在一夜之間制作出包含所需更改的新樣品。樣品獲得批準(zhǔn)后才開始全面生產(chǎn)。

　　哈蒙德還采取了其他一些措施來(lái)確保質(zhì)量。例如，所有需要孔和切口的噴漆外殼在噴漆之前都會(huì)進(jìn)行修改，確保切口周圍的邊緣具有工廠質(zhì)量的油漆覆蓋率。

　　如何與外殼制造商合作優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　直接與外殼制造商合作為設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了機(jī)會(huì)。對(duì)于任何給定的項(xiàng)目，都有許多外殼選項(xiàng)。咨詢制造商可以幫助設(shè)計(jì)人員縮小外殼選項(xiàng)的搜索范圍并快速確定理想的解決方案。

　　還值得調(diào)查制造商需要哪些類型的信息。一些制造商(例如哈蒙德)可以接受像草圖一樣簡(jiǎn)單的文檔，而其他制造商則需要特定的格式。在項(xiàng)目早期解決這個(gè)問(wèn)題可以節(jié)省大量的設(shè)計(jì)時(shí)間和精力。

　　制造商還可能提供簡(jiǎn)化長(zhǎng)期合作的方法。例如，Hammond 為每個(gè)定制外殼分配一個(gè)唯一的零件號(hào)，以便以后可以訂購(gòu)更多數(shù)量的相同設(shè)計(jì)。

　　結(jié)論

　　除了對(duì)電子系統(tǒng)進(jìn)行物理保護(hù)外，外殼還可以增強(qiáng)用戶體驗(yàn)和安全性、區(qū)分產(chǎn)品并強(qiáng)化品牌。通過(guò)利用外殼制造商的專業(yè)知識(shí)，設(shè)計(jì)人員可以應(yīng)對(duì)定制挑戰(zhàn)，并成功平衡功能要求、美觀、成本和上市時(shí)間。