作者：Kenton Williston

　　几乎每个电子系统都需要外壳，但并非所有设计都可以使用标准模型。在某些情况下，需要完全定制，但对于许多设计来说，修改现成的外壳更快、更经济。在美学价值与性能同样重要的应用中尤其如此。

　　外壳的作用是多方面的。它们在工业环境中传达功能，通过视觉吸引力影响消费者的偏好，并维护品牌信息和标识。涂漆外壳和丝网印刷图形等修改有助于满足这些期望。定制还可以帮助设计人员跟上物联网 (IoT) 加速变化的市场。

　　虽然有很多优点，但定制过程中也存在许多陷阱，可能导致产品延迟、成本超支和客户不满意。

　　本文提供了电子系统外壳的基本介绍。然后，它制定了成功的外壳改造策略。它专注于Hammond Manufacturing的小型外壳，适用于楼宇和家庭自动化系统、手持式测试和测量设备以及商业设备的操作员界面等应用中的物联网设备。

　　电子系统外壳的基础知识

　　外壳的主要功能是容纳电子系统，保护其免受灰尘、湿气、紫外线 (UV) 辐射和物理损坏等环境因素的影响。外壳在散热以及屏蔽电磁干扰 (EMI) 和射频干扰 (RFI) 方面也发挥着至关重要的作用。

　　实现这些目标首先要选择合适的材料。选项包括丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS) 塑料、聚碳酸酯、挤压和压铸铝以及各种钢种。每种材料在成本、重量、耐用性和外观方面都有独特的权衡。

　　Hammond Manufacturing 的1554/1555系列是外壳品种的一个示例(图 1)。这些外壳采用廉价 ABS 塑料制成，适用于通用、低成本用途，也采用坚固的聚碳酸酯制成，适用于要求更高的应用。后一种选项的防水和潜水应用等级达到美国电气制造商协会 (NEMA) 4/4X 和 6/6P，阻燃等级高达 UL94-5VA。外壳使用垫圈榫槽密封来提供高达 IP68 的入口防护 (IP)。

　　图 1：1554/1555 系列外壳的额定值为 NEMA 4/4X 和 6/6P，并使用垫圈榫槽密封来提供高达 IP68 的入口保护 (IP)。 (图片来源：哈蒙德制造)

　　外壳还必须通过提供安装点(例如螺柱、印刷电路板(PC 板)插槽和 DIN 导轨安装卡舌)来实现电子设备的物理固定。例如，1554/1555 系列的内部具有模制插槽，可容纳垂直安装的 1.6 毫米 (mm) 印刷电路板。

　　另一个例子是1455NHD系列铝制外壳(图 2)。它们具有七个水平插槽，可容纳 100 × 160 毫米的单张 Eurocard。挤压铝制外壳还可用作散热器，为此设计中集成了六个散热片。

　　图 2：1455NHD 外壳集成了七个 PC 板插槽，可轻松安装 Eurocard，并具有六个散热片。 (图片来源：哈蒙德制造)

　　常见的外壳修改

　　修改外壳的主要原因之一是为以下功能创建孔和切口：

　　电源线和数据线的入口点

　　用户界面包括指示灯、按钮和显示器

　　维护访问和电池更换

　　排气扇和其他环境控制

　　外壳还可能需要添加各种部件，包括：

　　安装点，例如用于支撑较重组件的内部金属面板

　　透明或半透明面板，可目视检查系统和任何内部读数

　　辅助电缆布线、便携性和其他功能的附件

　　图 3 展示了经过许多常见改动的 1554 系列外壳。

　　图 3：制造商可以对 1554 系列外壳进行广泛修改。 (图片来源：哈蒙德制造)

　　大多数这些修改都需要对外壳进行机加工，以确保孔、切口和安装点的尺寸正确并对齐。

　　为了避免昂贵且耗时的返工，有必要获取修改后的外壳样本来验证是否准确配合。获取样品还可以通过揭示可以简化产品组装和维护的变更机会来改进整体设计。

　　材料失效和质量控制的必要性

　　机械加工也会导致材料失效。对于塑料外壳，过量的磨机进料会熔化塑料，导致变形和应力开裂。与刀具冷却剂的反应也会导致断裂。

　　金属外壳也存在其自身的挑战，主要是材料更难加工，需要专门的工具和技能。对于金属外壳来说，小或复杂的开口尤其具有挑战性。机械加工还会影响某些材料的孔隙率，例如压铸铝。其他损坏可能是由于压入螺柱等硬件以及加工不良留下的锋利边缘和毛刺造成的。

　　这些因素可能会改变外壳的 IP 等级并损害其结构完整性。这些加工缺陷可能很难检测到，因此拥有健全的质量控制流程至关重要。

　　绘画、丝网印刷和其他饰面

　　外壳的外观很重要。简洁的视觉设计可以帮助用户定位、识别和利用系统的功能。一个例子是专门为仪器设计的1553T手持式机箱。它具有指示用户控件功能的丝网印刷图形(图 4)。

　　图 4：用于手持式仪器的 1553T 外壳体现了对用户友好图形的需求。 (图片来源：哈蒙德制造)

　　有吸引力的设计可以走得更远，有助于维护品牌形象并激励客户在竞争中选择产品。对于设计师来说，从具有所需外观和感觉的外壳开始非常重要。

　　图 5 显示了1557系列，这是专为满足当前审美趋势而设计的外壳系列示例。这些外壳因其圆角和圆面而引人注目。它们提供现代外观，同时保持传统设计的耐用性和 IP 等级。

　　图 5：1557 系列外壳具有现代的圆形外观，对审美敏感的客户更具吸引力。 (图片来源：哈蒙德制造)

　　图 5 还展示了外部饰面的重要作用。粉末涂层、阳极氧化和其他表面处理可以提供抛光外观，同时保护外壳免受紫外线辐射、腐蚀性化学品和其他环境危害。丝网印刷可以添加引人入胜的视觉效果以及有关系统功能和使用的关键信息。

　　然而，执行不当的饰面可能会损害外壳的外观和性能。丝网印刷错误(例如未对准或颜色不正确)可能会损害品牌声誉。油漆起泡和剥落会使产品失去吸引力并降低销量。如果涂层起到保护作用，表面处理中的缺陷也可能使系统受到损坏。

　　与机械加工一样，严格的质量控制和早期取样对于避免这些问题和实现项目目标至关重要。

　　选择可最大限度降低风险的外壳改造策略

　　考虑到随之而来的风险，工程师面临的挑战是如何最好地进行修改。一种选择是在内部进行修改，但如果内部团队缺乏经验或缺乏必要的工具，这可能会导致执行不佳。

　　另一种选择是购买标准外壳，然后将其发送给二级来源进行修改。这种方法的风险包括：

　　传达设计规范的挑战

　　多次修改的可能性

　　收到成品的时间较长

　　为了避免这些问题，工程师现在可以选择由制造商直接修改其外壳。这种方法的主要好处是制造商已经知道其外壳的完整规格、如何更改它们以及如何测试结果以确保产品质量。这种方法使工程师能够获得更可预测的结果并缩短上市时间。

　　如何选择外壳制造商

　　制造商具有不同的能力、要求和流程，因此必须首先评估候选制造商并选择其产品满足项目需求的制造商。第一步是确保制造商能够在规定的时间内完成订单规模。例如，Hammond 的修改产品的典型最小订购量 (MOQ) 仅为 25 件，并且可以在短短几周内完成许多订单。

　　下一步是验证制造商是否可以实施所需的修改。例如，Hammond 可以执行以下命令：

　　孔、切口、攻丝、螺纹和埋头孔

　　压入硬件，例如螺柱和支座

　　印刷艺术品，包括徽标和标签

　　特殊尺寸和颜色

　　预装配件

　　最后，确保制造商拥有严格的质量控制并能够在生产前提供样品至关重要。哈蒙德遵循的过程说明了这一点：

　　为了确保外壳按照规格建造，公司在开始工作之前提供批准图纸和所需的艺术品证明以供审查。

　　一旦获得批准，哈蒙德将制作并仔细测试单个样品是否存在缺陷。

　　然后公司收到样品进行检查和测试。如果设计需要调整，哈蒙德可以在一夜之间制作出包含所需更改的新样品。样品获得批准后才开始全面生产。

　　哈蒙德还采取了其他一些措施来确保质量。例如，所有需要孔和切口的喷漆外壳在喷漆之前都会进行修改，确保切口周围的边缘具有工厂质量的油漆覆盖率。

　　如何与外壳制造商合作优化设计

　　直接与外壳制造商合作为设计优化提供了机会。对于任何给定的项目，都有许多外壳选项。咨询制造商可以帮助设计人员缩小外壳选项的搜索范围并快速确定理想的解决方案。

　　还值得调查制造商需要哪些类型的信息。一些制造商(例如哈蒙德)可以接受像草图一样简单的文档，而其他制造商则需要特定的格式。在项目早期解决这个问题可以节省大量的设计时间和精力。

　　制造商还可能提供简化长期合作的方法。例如，Hammond 为每个定制外壳分配一个唯一的零件号，以便以后可以订购更多数量的相同设计。

　　结论

　　除了对电子系统进行物理保护外，外壳还可以增强用户体验和安全性、区分产品并强化品牌。通过利用外壳制造商的专业知识，设计人员可以应对定制挑战，并成功平衡功能要求、美观、成本和上市时间。