對於氣密性檢測來說，好的密封成功了一半。

無（wú）論您是否正在製造下一個突破性的電子產品，防水外殼都應用於所有類（lèi）型的行業，從油田開采到iphoness手機（jī），我們即將探索必要的設計方麵，以確保永遠不會破壞您一千美元的昂貴手機。

專業術語“防水”。當您設計智能手機外殼以防止雨水損壞（huài）幾百美元的手機時，您的（de）要求與設計用於監控深海鑽探設備（bèi）的電子外殼略有不同。但是（shì）是不是如何“防（fáng）水”就（jiù）足夠了？

我們不（bú）是第一個提出這（zhè）個問題的人。防水外殼多年（nián）來一直是必需品（pǐn），我們可以探索（suǒ）許多經（jīng）過驗證的優秀設計元素，因此您的設計就是從第（dì）一個原型開始。讓（ràng）我們慢慢（màn）深入（rù）。這裏（lǐ）我（wǒ）們探討（tǎo）的更多的是如何讓好的（de）密封實現較好的氣密性。

國際保護（IP）標識係統

這種評估電子（zǐ）外殼的係統（tǒng）也被稱（chēng）為“入口保護”標記係統（tǒng），通過提供（gòng）必須在不同層次（cì）上（shàng）通過的（de）真實測試，賦予（yǔ）術語“防水（shuǐ）”真正的意義。該係（xì）統在IP之後有兩個不相關的數（shù）字：第一個（gè）數字表示防塵等級（jí），而第二個數字（zì）表示防護等級的防（fáng）水等級。

如果你隻想指出防水等級，可（kě）以使用“x”代替第一（yī）個數字，僅表示第二個（例如：IPx7意味著我們知道它有多防水，但不知道，也可能不知道真的關心，關於灰塵（chén））。在箱（xiāng）子和外殼上你會看到的（de）最常見的標記是IP67和IP68，但所有標記都值得探索。

IP6x意味著它具有防塵功能，並且不會有（yǒu）灰塵顆粒進入內（nèi）部（bù）。雖然這可能很重要，但大多數工業和消費者使用將更關注（zhù）防水等級。防水當然不是（shì）防水（shuǐ）設計，但一旦密封（fēng）防止噴水，大多數人會認為它們可以防（fáng）塵。

對於大多（duō）數應用，被認為是“防水”的最低等（děng）級是IPx4。這描（miáo）述了許多（duō）舊（jiù）款手（shǒu）表，這意味（wèi）著內部部件將在水濺後繼續工作，但更多的水將是一個問題。

IPx5是一個不錯的升級，如果你從任何（hé）角度用水噴灑你的外殼，內部部件保持工作，但在這個水平，噴霧很輕（剛剛（gāng）超過4磅/平方英寸，流量相對較低）。盡管如此，對於“防雨”外（wài）殼（ké）來說，這是一個很好的水平，並（bìng）且很多電話外殼來（lái）自（zì）工廠，這是一個基本的滿足程度。

在IPx6，測試變得有趣;你需要在101.3kpa的壓力下用100升/分鍾的噴射器噴射外殼（ké）幾（jǐ）分鍾。大多數消費（fèi）電子產品都無法解決這個問題，如果可以的話，設計（jì）師們就會吹噓他們的“IP等級”產品。

一個層次需要沉水：讓（ràng）外殼沉入一米水中30分鍾。這是一個破壞性的測試。如果這是您的（de）產品泄漏了，最終你得到廢品。這就是氣密性檢測（cè）。

一個有意思的現象：僅僅因為你的外殼可以承受一米深的水的靜壓並不意味著它可以承受來自IPx6的水射流氣密性測試，如（rú）果設計（jì）需要抵抗強力（lì）噴射，那麽兩（liǎng）者都必（bì）須測試，。

在這裏，我們想到令人印象深刻的手機外殼。IPx8等級意味著您的外殼能夠承受長期浸入某（mǒu）些指定深度的水，對於（yú）專業創（chuàng）新而言，深度為60米（mǐ）。在這（zhè）個深度，外殼保證在6bar（87psi）的壓（yā）力下保持氣密封，令（lìng）人難以置信！

任（rèn）何高於這（zhè）個（gè）水平的東西都會進入深奧的專業設計，但即（jí）使在這（zhè）個水平上，也不（bú）難想象標準的密封機製會失敗。那麽，既（jì）然您已經知道（dào）了什（shí）麽級別，那麽如（rú）何（hé）創建能夠承受這些測試的密封？

設計實際密（mì）封的密封件

雖然（rán）有幾乎無數種不同類型的（de）密封件，但最常（cháng）見的三種（zhǒng）是麵墊片，靜態（tài）O形圈密封件（jiàn）和動態O形圈密封件。我將簡要介紹這些內容，但（dàn）如果您想（xiǎng）深入了解O形圈設計的深度，O形圈手冊是關於這一主題的最好和最無聊的！但O型圈的一大優（yōu）點（diǎn）是它們是（shì）一項眾（zhòng）所周知（zhī）的技術，這些在50年內（nèi）沒有改變，所以他（tā）們肯定會保（bǎo）證你的設計防水。

O形圈有（yǒu）多種尺寸，但（dàn）隻有一（yī）種形（xíng）狀

靜態O形（xíng）密封圈（quān）

這些代表了一種理想的場景：你試圖密封的連接（jiē）或（huò）多或少是圓形（xíng）的（並且肯定是凸起的），並且兩個配合部分將永遠保持在一起，或（huò）至少大部分時間是這樣的。靜態O型圈是一個很好的選擇。

O形圈有（yǒu）各種尺寸，用“破折號”表示。-短劃線編號是ASTM標識，表示標準尺寸。通常，最後兩個（gè）數字越大，O形環I.D.越大（內徑）。而較大的第一個數字表示較（jiào）大的橫截麵直徑。

當使（shǐ）用O形圈作為密封設計的一部分時（shí），您需要設計一個O形圈可以放（fàng）置的凹槽。最棒的是凹（āo）槽設計基本保持不變，無論是密封（fēng）兩個麵，一個（gè）螺紋，還是一個圓孔中的方形釘。對於設計，您隻需要考慮（lǜ）ID/IP（圓形密封的（de）內徑;非圓形密封形狀的內部周長），O形圈的伸長百分比，橫截麵直徑（也稱為o）環（huán）寬度）和擠壓百分比。

第一步：看看I.D密封，或計算I.P，如果你的形狀不（bú）圓（yuán），這將是四個（gè）直邊的總和，加上角半徑的四個和弦的長度。將這些添加在一起，你就有（yǒu）了神奇的數字。隻記得你正在尋找內部周邊，所以這是凹槽的內部這個過程可以是迭（dié）代（dài）的，所以你最終可能會用不同的橫（héng）截麵直（zhí）徑計算幾次。

獲得（dé）ID/IP後，請查看ASTM圖表以查找具有類似（sì）ID但更小的O形圈選項。這是拉（lā）伸百分比的來源，對於靜（jìng）態密封，您需要O形圈ID比凹槽ID小約1-5％。這使得O形（xíng）圈緊密貼（tiē）合密封表麵，並防止其在外部壓力下移動太多。請注意：如果您正在設計內部壓力，則（zé）需要（yào）考慮外徑-即密封麵。

切記保持凹槽（cáo）的橫截麵積大於O形（xíng）圈

凹槽的寬度取決於O形圈的橫截麵（miàn）直（zhí）徑，該直（zhí）徑（jìng）基於您要密封的表（biǎo）麵（miàn）的估計變化。顯然，如果你計劃在密封的表麵上允許+/-0.010“的公差，那麽0.010”的O形圈將難以密封其中的一些間隙（xì）。同樣，如果你有高公差加工零件，那麽得到一個（gè）1/4“厚的O形圈（quān）將（jiāng）是過度的。但（dàn）是，一旦確定了O形圈寬度，就可以計算出凹槽的寬度。這是基於O形圈體積，並使用（yòng）凹槽和O形（xíng）圈的橫（héng）截麵積計算。為了形（xíng）成（chéng）密封，你需要壓縮O形圈，你需要計劃O形（xíng）圈（quān）的10％-40％壓（yā）縮（也稱為擠壓），並確保最大的（de）交叉O形環的截（jié）麵積（包括（kuò）公差的變化）總是小於槽的最小（xiǎo）橫截麵積。

厭倦了運行數字，你知道，工程？好消息-我們差不多完成了，你將能夠比X檔更緊密地封住這個外殼。

動態活塞密（mì）封（fēng）的理想情況？

動（dòng）態O形圈密封

顯然，擁有動態密封並不意味著您可以在水下打開外殼。但是，很多時候部件需要在暴露在雨中或海底時移動。那麽，您如何確保容器保持（chí）防水和密封性？

好消（xiāo）息：它就像靜態密封，但壓縮程度更低，潤滑更多。所有規（guī）則和百分（fèn）比都適用，除了對於動態密封，您（nín）隻需要10％-30％的壓縮。

並非（fēi）所有墊片都很密封

墊（diàn）片設計

關於外殼防水設計，這可能是一篇文章。或者一本書。甚至是（shì）一個小型圖書館。但今天，我們隻關注防水墊圈-因此我們可（kě）以拋棄（qì）內燃（rán）機和極端高壓密封所（suǒ）需（xū）的一切。

即（jí）使在這裏也有很多材料，但我們會在一瞬間縮小（xiǎo）所有這些內容;讓我先說一下：像O型圈一樣棒（bàng），你為什麽要用墊圈？現在我已經從我的係統中得（dé）到了這個，我可以承認，墊圈在一個領域表現優（yōu）異：真正複雜的（de）麵對（duì）麵密封（fēng），特別是有多個腔體。

同樣，與O形圈（quān）一樣，您需要根（gēn）據（通常）兩個配合麵的公差（chà）來考慮應用（yòng）所需的壓（yā）縮和厚度。然而，墊片設計（jì）的好處在於墊圈通常（cháng）是（shì）定製的，因此不需（xū）要在桌麵上查（chá）看標準尺寸的迭代運行計算。這是定（dìng）製設計！

但是，有了這些選擇，責任就來了。當用螺栓固定在一起時，表麵會在螺栓之間翹曲，因此請考慮（lǜ）如何將安裝硬件放在一起以使經線保持足夠小，以便仍然與您指定的墊圈厚度密封。基本上，如果在四個角上將兩個部件連接在一起，則中心區域將比角部更（gèng）遠。如果間隙大於墊圈的厚度，則外（wài）殼會泄漏，不能通過氣密性檢測。同樣，如果墊圈太硬並且不允許兩個表麵的粗糙度（dù），則（zé）外殼會泄漏（lòu）-因此（cǐ）墊圈材料足夠柔軟以允許一（yī）些加（jiā）工痕跡，除非您指定光滑的表麵（miàn）。

關於壓縮時的蠕（rú）變（biàn）

使用橡膠密封件時遇到的一個常見問題是蠕（rú）變。對此（cǐ）的主要解決方案是仔細選擇材料（liào）-自太空時代開始以來開發的（de）許多類似橡膠的（de）材料都集中在這個問題上。這裏的另一個考慮因素是材料的硬度。這兩（liǎng）個問題都與找到合適的材料有關，我（wǒ）建議在（zài）選擇之前對（duì）其進行大量研究（jiū），可以查詢材料指南。

按鈕

對於大（dà）多數消費類應用和許多工（gōng）業應用（yòng），電（diàn）子產品將具有某種接口，需要允許接口。按鈕是最常見的方法。

對（duì）於低壓應用，一（yī）個簡單的選擇是模製橡膠按鈕，密封到外殼。這些便（biàn）宜且簡單，本文中（zhōng）有關一般按鈕（niǔ）設（shè）計的更（gèng）多細節。

另一個選擇是使用硬質材料的按鈕，如不鏽鋼，使（shǐ）用動態O形（xíng）密封圈穿過外殼。這（zhè）種按鈕通常出現在重型應（yīng）用中，例如海底外殼，高壓可以激活軟橡膠（jiāo）按鈕，或者（zhě）在堅硬的化合物使橡膠按鈕可能（néng）失效的地方。

類似地，幾乎任何類型（xíng）的開關的設計，從滑動開（kāi）關到旋（xuán）鈕（niǔ），都可以設計到殼體中，使用動態O形環密封的計算。但請記住（zhù）：密封越多，密封越多（duō），密（mì）封失效。謹慎使（shǐ）用。

按鈕動態O形環，其允（yǔn）許在高達（dá）60米防水

原型建議

在開始設（shè）計外殼時，在測（cè）試設計的實際（jì）防水能力之前，較低分（fèn）辨率（lǜ）的材料非常適合於獲得合身，功能和美觀。3D打印PLA是第一個看到外殼外觀的好方法（fǎ），3D打印ABS和尼龍等材料可以測試零件界麵。如果您決定使用定製墊圈，請（qǐng）嚐試使用印刷橡膠般的第一個原型。

但是，不要將電（diàn）子設備放在其中一個外殼中並將其扔進（jìn）遊泳池-您（nín）需要使（shǐ）用高分辨率材料來密封O形圈或墊圈，為此（cǐ），您需（xū）要（yào）一種材料如剛性不透明材料，ABS或透明高性能塑料。這些材料打印精度高，因此您可以獲得高質量的密封性（xìng）。

對於超高壓密封，在深水測試設計之前，您需要（yào）更進一步，使用CNC加工（gōng）原型來確保控製表麵（miàn）質量。傳統（tǒng）上這是一個非常（cháng）昂貴（guì）且漫長的過程，好消息是（shì）目前已有廠商可以具備製造能力，降低了成本，同時仍然為（wéi）您提供了（le）這些類型氣密性測（cè）試所需的高質量。

也許您的下一個（gè）設計項目是太空的密封（fēng）性設（shè）計任務，或者隻是要求（qiú）在暴雨期間（或從一杯咖啡中保（bǎo）持電（diàn）子設備安全），但這都是一個簡單的問題，隻要規劃您的涉及，檢查幾個數字，以（yǐ）確定您（nín）的O形圈的大小（xiǎo），並（bìng）為您的項目選擇正確的按鈕（niǔ）樣式。然（rán）後（hòu），您，您的團（tuán）隊，最重要（yào）的是，您的老板，可以輕鬆休息，因為您知（zhī）道您的外殼（ké）是完（wán）全防水（shuǐ）的，達到氣密性（xìng）檢測儀檢測（cè）的要求。

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