定制化外壳改造为何重要（以及如何进行设计）

几乎每个电子系统都需要外壳，但并非所有设计都能使用标准型号的外壳。在某些情况下，需要完全定制，但对于许多设计而言，改造现成的外壳会更快、更经济。在美学价值与性能同等重要的应用中，这一点尤为重要。

外壳的作用是多方面的。外壳在工业环境具有沟通功能，通过视觉吸引力来影响消费者的偏好，并维护品牌信息和标识。喷漆外壳和丝网印刷图案等改造有助于满足这些期望。通过定制还能帮助设计人员跟上因物联网而加速变化的市场。

定制过程优势多，陷阱也多，这可能会导致产品延误、成本超支和客户不满。

本文介绍了电子系统外壳的基本知识。然后，提出成功改造外壳的策略。本文重点介绍了 Hammond Manufacturing 用于物联网设备的小型外壳。这些外壳可应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用设备的操作员接口。

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) 方面也能发挥重要作用。

要满足这些目标，首先要选择合适的材料。可供选择的材料包括丙烯腈·丁二烯·苯乙烯 (ABS) 塑料、聚碳酸酯、挤压和压铸铝以及各种钢材。每种材料在成本、重量、耐用性和外观方面都有独特的优势。

Hammond Manufacturing 生产的 1554/1555 系列外壳就是种类繁多的外壳中一种（图 1）。该系列外壳采用廉价的 ABS 塑料，适合一般用途和低成本使用，或采用坚固耐用的聚碳酸酯以满足更高的应用要求。后者的性能等级达到美国电气制造商协会 (NEMA) 规定的 4/4X 和 6/6P 级，适用于水密和潜水应用，其阻燃性能达到 UL94-5VA 级。外壳采用垫片榫槽式密封，具有高达 IP68 的进水防护 (IP) 性能。

图 1：1554/1555 系列外壳符合 NEMA 4/4X 和 6/6P 标准，采用垫片榫槽式密封，具有高达 IP68 级进水防护 (IP) 性能。（图片源：Hammond Manufacturing）

外壳还必须通过提供螺柱、印刷电路板（PC 板）插槽和 DIN 导轨安装片等安装点来固定电子设备。例如，1554/1555 系列内部由模制插槽，可容纳垂直安装的 1.6 mm 电路板。

另一个例子是 1455NHD 系列铝外壳（图 2）。此类外壳具有七个水平插槽，可接受 100 × 160 mm 的单张欧洲卡。挤压铝外壳还可用作散热器，为此在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，可轻松安装欧洲卡，并有六个散热鳍片。（图片源：Hammond Manufacturing）

常见的外壳改造

改造外壳的主要原因之一是功能开孔和开槽，具体如下：

• 电源线和数据线入口
• 用户接口，包括指示灯、按钮和显示器
• 维修通道和电池更换
• 排气扇和其他环境控制装置

外壳还需要添加各种部件，包括：

• 安装点，例如用于支撑较重组件的内部金属板
• 透明或半透明面板，方便肉眼观察系统和任何内部读数
• 辅助电缆布线、实现便携性和其他功能的配件

图 3 展示了进行了许多常见改造的 1554 系列外壳。

图 3：制造商可对 1554 系列外壳进行大量改造。（图片源：Hammond Manufacturing）

这些改造大多需要对外壳进行加工，以确保孔洞、开孔和安装点的尺寸和排列正确无误。

为避免昂贵和耗时的返工，有必要获取改造后的外壳样品，以验证是否准确贴合。此外，获得样品还可以找到改造机会，以简化产品组装和维护，从而改进整体设计。

避免材料问题和质量控制的必要性

机加工也会导致材料问题。对于塑料外壳，过大的轧机进给量会使塑料熔化，导致变形和应力开裂。与模具冷却剂反应也会导致断裂。

金属外壳也会造成麻烦，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，小开口或复杂的开口尤其具有挑战性。机加工也会影响某些材料（如压铸铝）的孔隙率。压入螺柱等硬件以及加工不善留下的锋利边缘和毛刺还会造成其他损坏。

这些因素会影响外壳的 IP 防护等级，破坏其结构完整性。这些加工缺陷可能很难被发现，因此拥有严格的质量控制流程至关重要。

喷漆、丝网印刷和其他表面处理

外壳的外观很重要。简洁的视觉设计有助于用户定位、识别和使用系统的功能。例如，专为仪器仪表设计的 1553T 保护套。这款保护套采用丝网印刷图形，可显示用户控件的功能（图 4）。

图 4：用于手持式仪器的 1553T 保护套满足了用户友好型图形的需求。（图片源：Hammond Manufacturing）

吸引人的设计甚至可以更进一步，这有助于维护品牌形象，从竞争产品中脱颖而出。对于设计人员来说，从具有理想观感的外壳开始设计是非常重要的。

有些外壳产品专为满足当前审美趋势而设计，如图 5 中所示的 1557 系列外壳。这些外壳的圆角和圆面非常吸引人。这些外壳产品在保持传统设计的耐用性和 IP 防护等级的同时，还拥有了现代风格的外观。

图 5：1557 系列保护套采用具有现代感的圆形外观，对审美敏感的客户更具吸引力。（图片源：Hammond Manufacturing）

图 5 还显示了外表面处理的重要作用。采用粉末喷涂、阳极氧化和其他表面处理技术可使外壳光鲜亮丽，同时保护外壳免受紫外线辐射、腐蚀性化学品和其他不利环境的危害。丝网印刷可以带来更吸引眼球的视觉效果，增加关于系统功能和使用的重要信息。

但是，如果表面处理不当，就会影响外壳的外观和性能。如错位或颜色不正确等丝网印刷错误会损害品牌声誉。油漆起泡和剥落会使产品失去吸引力，降低销量。如果涂层具有保护作用，那么表面涂层缺陷也会使系统受损。

与机加工一样，严格的质量控制和早期获得样件对于避免这些问题和实现项目目标至关重要。

选择风险最低的外壳改造策略

鉴于随之而来的风险，工程师面临的挑战是如何以最佳方式进行改造。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少必要的工具，则执行力不足。

另一种方法是购买标准外壳，然后将其送至二级供应商处进行改造。这种方法的风险包括：

• 传达设计规范的挑战
• 可能需要多次改造
• 长期拖延成品的接收

为了避免这些问题，工程师现在可以选择由制造商直接改造外壳。这种方法的主要好处是，制造商已经知道其外壳的全部规格、如何更改以及如何测试结果，从而确保产品质量。这种方法为工程师提供了更多可预测的结果，并缩短了上市时间。

如何选择外壳制造商

制造商的能力、要求和流程各不相同，因此必须首先对候选制造商进行评估，选择其产品能满足各项目需求的制造商。第一步是确保制造商能在规定的时间内完成订单尺寸。例如，Hammond 改造产品的典型最小订货量 (MOQ) 仅为 25 件，只需几周就能完成许多订单。

下一步是核实制造商是否能够完成所需的修改。例如，Hammond 可以完成以下工作：

• 钻孔、开孔、攻丝、攻牙和穿孔
• 压入式硬件，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，确保制造商采用严格的质量控制标准并能在生产前提供样品也至关重要。以下 Hammond 遵循的工艺就说明了这一点：

• 为确保外壳结构符合制造规范，公司会在开工前提供审批图纸和所需的图样以供审查。
• 一旦获得批准，Hammond 就将开始制造并仔细测试单件样品，以确定是否存在缺陷。
• 然后，公司收到样件进行检查和测试。如果设计需要调整，Hammond 可以在一夜之间制作出包含所需改动的新样品。只有在样品获得批准后，才能开始全面生产。

Hammond 还采取了其他几个步骤来确保质量。例如，所有需要开孔和切口的喷漆外壳在喷漆前都要进行改造，以确保切口周围的边缘处能覆盖一层符合工厂质量标准的油漆。

如何与外壳制造商合作以优化设计

直接与外壳制造商合作为优化设计提供了机会。对于任何一个项目，都有许多外壳结构可供选择。咨询制造商有助于设计人员缩小外壳选项的搜索范围，并迅速确定理想的解决方案。

此外，还应了解制造商需要哪些信息。如 Hammond 等有些制造商可以接受简单如草图的文件，而其他制造商则要求具体的格式。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。

制造商还可以提供简化长期合作的方法。例如，Hammond 为每个定制外都壳分配唯一的零件编号，以便日后可以订购更多设计相同的产品。

结束语

除了为电子系统提供物理保护外，外壳还能增强用户体验和安全性，使产品与众不同，并强化品牌。借助外壳制造商的专业知识，设计人员可以应对定制化挑战，并成功平衡功能要求、美学、成本和上市时间。