一款矿用显示器屏支架的结构设计

中国西部科技 2014年4月第13卷第04期总第297期 31

一款矿用显示器屏支架的结构设计

陶宇红朱晓红顾巧明

（天地（常州）自动化股份有限公司, 江苏 常州 213015）

摘 要：针对矿用显示器安装屏支架在应用中的特殊性，本文提出了一种新型显示屏支架的设计方法和思路，主要包括：结构安装形式、外形结构形式、支架材质选择、塑件成型工艺以及结构可靠性等多方面。结果表明，根据新方法设计的产品，其结构先进，稳定可靠，外形美观，现已大批量使用在矿用产品上。

关键词：矿用显示器；支架结构设计；塑件材质

DOI：10.3969/j.issn.1671-6396.2014.04.013

1 引言

塑料件被广泛地应用在我们的生产和生活中，如日常生活中的电视机外壳、显示器外壳、汽车上的配件和工业用仪器仪表的外壳等，它们具有重量轻、易成形，造价低的特点。

塑料件的设计重点是塑件的结构设计，它包括三部分：功能结构设计、工艺结构设计和外部造型设计，其中功能结构设计是核心，它是根据塑件使用功能来确定塑料件的整体结构、材质、尺寸和强度；工艺结构设计是产品从图纸到实物过程的可靠保障，即塑件的成形加工和模具制造；外部造型设计是从美学和艺术的角度对塑料件的外部形状进行美化处理，使之更满足于使用者需求的一种设计。

2 矿用显示器

矿用显示器越来越多的运用在煤矿产品上，是井下视频显示的一种终端设备，便于显示井上井下互通的信息。新近开发的XQ127矿用显示器的结构见图1所示。

图1 XQ127矿用浇封兼本安显示器结构图

（①前面板；②显示屏支架；③透明体；④显示屏；⑤电路安装版；⑥后盖。）在传统矿用显示屏的安装中，显示屏被直接压在不锈钢外壳上，没设定位装置，单靠压板固定在面板上，这种结构会使显示屏的防冲击性降低，且安装困难，为此经过调研并与井下工作人员进行沟通，设计了XQ127矿用浇封兼本安显示器。它的结构是将显示屏固定在塑料支架内，用压板固定，通过塑件上伸出的固定螺柱，将线路板一并固定在外壳上，从而形成一个整件。该设计可使产品更加可靠，安装更为方便。

3 显示屏支架的结构设计

3.1 设计要求

（1）在满足使用要求的前提下，要考虑装配间隙均匀，有足够的强度，有一定的安全系数。

（2）要考虑其制造性。即零件的生产效率要高，尽量降低工时成本和成品的报废率。

（3）要考虑整体成本，包括模具、加工、材料及成品的成本。要兼顾装配生产的方便性。

（4）塑件的结构要尽可能采用标准化和成熟的模块结构。

（5）尽量借用已有的零部件，减少新增模具的制造，降低模具造价。

根据以上设计要求，显示屏支架结构图见图2所示。

图2 显示屏支架

可以看出在图2中，显示器支架的四周上出现了许多固定圆柱和嵌件螺柱，其中固定圆柱是用来定位显示屏，嵌件螺柱是用于安装电路控制板。支架上还设计了许多加强筋，以增加支架的结构强度。

3.2 工艺结构设计

它包括：塑件壁厚的确定、合理的脱模斜度、塑件薄壁

图3 支架塑件剖面图

3.2.1 塑件壁厚

合理的确定塑件壁厚是至关重要的。塑件的壁厚取决于塑件的使用要求。包括零件的强度、质量成本、电气性能、

开发应用32

尺寸稳定性以及装配要求等。壁厚太薄会造成塑件的强度不够，受力后会产生变形甚至断裂，成型时流动阻力变大，塑料溶液难以充满型腔；而壁厚过大，不仅浪费材料，增加塑件模压和冷却时间，降低生产效率，而且部件容易产生缩壁，气泡和翘曲等缺陷。因此设计中塑件各部位的壁厚应均匀一致，避免突变和截面厚薄相差过大。一般要求塑件的壁厚在1~5mm,最常用的壁厚在2~3mm。针对该款支架的功能和大小，考虑其强度和刚度的要求，壁厚设计为5mm，塑件上的加强筋和螺钉柱不要太厚，建议取本体壁厚的一半较保险，否则容易引起缩影等外观问题，尽可能不要将零件设计成单独的一块平板，会使塑件变形后不平整，在必须采用较大的壁厚和容易形成缩痕的部位情况下，可以设计些纹理或沟痕，来遮盖缩痕的出现。

3.2.2 脱模斜度

一般塑件的侧面都是有一定的斜度，这就是脱模斜度，是保证塑件从注塑模具中顺利脱出的重要保证，脱模斜度的选择要注意以下几点。

（1）脱模斜度与塑件表面的粗糙度有关，表面越光洁，脱模斜度越小，表面越粗超，脱模斜度越大。

（2）脱模斜度与材料的收缩率有关，收缩率小，选择较小的脱模斜度；收缩率大，可选用较大的脱模斜度。

（3）较高深、较大尺寸的塑件，根据实际计算取较小的脱模斜度。

（4）壁厚较厚的塑件，会使成型时收缩增大，脱模斜度应采用较大的数值。

（5）当塑件表面带皮纹时，要根据具体情况增加脱模斜度。皮纹深度越深，脱模斜度应越大。

鉴于上述原则，该款支架的脱模斜度设定为20，图中突出部位的侧面为皮纹面，这部分的脱模斜度要增大一些，设置在2.50，其他面为光面，脱模斜度统一设置为20。

3.2.3 薄壁加强

为了保证塑件的强度和刚度，而又不能增加壁厚的情况下，可以在塑件的适当部位设置一些加强筋。加强筋还能有效地避免因壁厚不均匀引起的缩壁现象，从而改善注塑过程中的塑件成型效果。加强筋的设计应遵循下列原则。

（1）加强筋的厚度不能超过壁厚的1/2，但也不能太薄，否则会引起表面缩壁和注塑中流动性差的问题。

（2）要保持与塑件的侧面一致，加强筋也需设置脱模斜度。

（3）加强筋的高度一般不要超过零件的高度，应尽可能矮。

在支架设计中，固定圆柱和嵌件螺柱四周增加了加强筋，它们是承受力的部位，加强筋的根部设计厚度为2mm。

3.2.4 圆角设计

在塑件设计中，为了避免应力集中，提高塑件强度和刚度，改善塑件的流动性以及利于脱模，在塑件的各个面或内部连接处，应采用圆弧过度设计，塑件上的圆角对于模具制造、机械加工及提高模具强度，是必不可少的。在塑件结构上若无特殊要求，塑件的各转角处均应有圆角过渡，圆角半径不小于0.5mm。允许的情况下，圆角应尽量大一些。另外，对于内外表面的拐角处，外圆角应为内圆角加壁厚，可减少内应力，并能保证壁厚的外形均匀一致。设计中所有面的连接处都采用圆角设计，除特殊圆角要求外，全部采用为0.5mm的圆角处理。

3.2.5 嵌件放置

嵌件在塑件中起着预埋螺丝的作用，该种结构在矿用产品中普遍采用，它具有牢靠和稳定的作用。设计嵌件时要注意以下几点。

（1）嵌件四周的塑料层厚度应与塑件的壁厚基本一致，否则会引起塑件的收缩而开裂。

（2）嵌件不能有尖角，必须倒成圆角，以减少内应力。

（3）嵌件与塑料层接触处应有开槽、凸台或滚花，以增大嵌件与塑料接触面。

（4）要选用弹性好，收缩率低的塑胶材料放置嵌件。支架设计中的所有嵌件均采用了H62材质，与塑件的接触面采用了开槽与滚花处理工艺，使之不易从塑件中脱落。

3.3 造型设计

工业产品造型设计必须遵循三个原则，即实用性、经济性、美观性。这里就本款产品在美观性方面作一介绍。

（1）从产品的装配结构图中可以看出，塑件支架其主要功能为固定显示屏，并将主控板一并固定在支架上组成一个部件，再安装于显示器的外壳上。从正面看，支架的内侧有一圈凸台露出外面板，可起到美化整个外框的作用，还能有效地遮盖不锈钢外壳边缘加工不平整所产生的痕迹。除露出显示器外边的部分表面要做深度皮纹，其余所有塑件表面部分均做成光面处理。外观效果图见图4所示。

图4 外观视图

（2）外壳边框到显示屏玻璃之间设计用45o的过渡面，这种设计效果使整个产品的显示屏有展宽感和一致性效果。

3.4 结构优化措施

（1）矿用产品有着严格的密封要求，产品的密封设计至关重要。在该显示器结构中，增加了二处密封槽的设计，外部密封槽要保证显示屏安装处的密封性；内部的密封槽除了起到密封效果外，还可以防止显示屏和玻璃之间的滑动和缓解振动的作用。

（2）根据工业产品造型设计的经济性原则，对模具设计是进行分解处理，将一个大的框分解成四部分，对称的长宽边设计，使得模架的体积有效减小，改进后的模具制作费用只是原来的30%,大大降低了模具的制造成本.图5是分解后的支架图。

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