Sheet Metal Enclosure

Nozioni di base sulla progettazione di involucri in lamiera e relativi suggerimenti

La custodia in lamiera è una custodia realizzata con materiali in lamiera. È una scelta popolare per l'alloggiamento di componenti elettronici e la protezione di componenti interni e può essere utilizzato come involucri di pannelli, scatole elettriche industriali, involucri di cavi e involucri di cablaggio. Possono anche essere trovati nei depositi di prodotti chimici, nelle macchine per la pressione sanguigna e persino negli armadietti per proteggere i farmaci. L'involucro in lamiera ha le caratteristiche di leggerezza, elevata resistenza, buona conduttività elettrica, basso costo, riduzione delle emissioni e resistenza agli ambienti industriali difficili. 

Sulla base di queste caratteristiche, la progettazione di custodie in lamiera è la scelta ideale per ingegneri e progettisti quando creano custodie robuste e funzionali. Una corretta progettazione dell'involucro garantisce che il design complessivo soddisfi le richieste del mercato e dei clienti fornendo al contempo un'esperienza user positiva.

Perché la custodia in lamiera è così importante?

Non è facile sopravvalutare l'importanza degli involucri in lamiera per i progettisti industriali. I loro vari vantaggi rendono la lamiera la scelta ideale per gli involucri di molte applicazioni elettroniche e industriali. Ecco alcuni motivi per cui le custodie in lamiera sono importanti:

Durata: La lamiera può resistere agli urti, agli agenti atmosferici e ad altre condizioni ambientali. Ad esempio, le custodie in lamiera proteggono i componenti sensibili da altri componenti della macchina, dal contatto umano, da contaminanti esterni, sbalzi di temperatura, elettricità e vibrazioni. Ciò lo rende ideale per proteggere componenti elettronici e componenti sensibili.

Personalizzazione: La lamiera è generalmente semplice da fabbricare. Con un po' di attenzione, gli involucri in lamiera possono essere progettati praticamente in qualsiasi forma e dimensione. Ciò consente di adattare le custodie esattamente alle esigenze dell'applicazione. Con la piegatura e la saldatura della lamiera sono possibili forme 3D complesse. 

Conduttività elettrica: Le custodie in lamiera offrono il vantaggio della conduttività elettrica, rendendole essenziali per le applicazioni EMI (interferenze elettromagnetiche), la riduzione delle emissioni, la difesa dal rumore esterno e la resistenza in ambienti difficili.

Schermatura elettromagnetica: Gli involucri in lamiera adeguatamente messi a terra forniscono un'eccellente schermatura elettromagnetica per evitare che le interferenze incidano sui circuiti. Questo è importante per molti device elettronici.

Versatilità: Le custodie in lamiera sono utilizzate in un'ampia gamma di applicazioni. Possono proteggere componenti elettrici, esporre oggetti da collezione e persino contenere fluidi su un veicolo. Proteggono interruttori, pannelli di controllo, contattori e interruttori automatici, impedendo loro di esplodere se l'unità entra in contatto con l'acqua piovana.

Dissipazione di calore: La lamiera è un ottimo conduttore di calore. Gli involucri realizzati con metalli come l'alluminio possono dissipare in modo efficiente il calore generato dai componenti attraverso la conduzione, contribuendo a prevenire il surriscaldamento.

Estetica: Le custodie in lamiera consentono design industriali accattivanti. È possibile aggiungere finiture in metallo, vernici, loghi e altri elementi decorativi per personalizzare l'aspetto.

Efficacia dei costi: La lamiera è leggera, facilmente reperibile e conveniente, il che la rende una scelta popolare per la fabbricazione di involucri. Sebbene i costi dei materiali siano più elevati, la fabbricazione di involucri in lamiera è spesso più economica rispetto a tecniche come lo stampaggio della plastica per la produzione di involucri in metallo. volumi di produzione medio-bassi

sheet metal enclosure design

Comprendere i requisiti di progettazione del prodotto 

In qualsiasi processo di progettazione, è fondamentale comprendere le esigenze estetiche e funzionali del prodotto. Il design ingegnoso si traduce in un prodotto eccellente. Bisogna tenere conto di numerosi fattori:

Requisiti dimensionali: Considera, tra le altre cose, se la custodia deve essere leggera o pesante, nonché gli standard di dimensioni e peso.

Condizioni di lavoro: Le circostanze di lavoro comprendono l'acquarproofing, la temperatura operativa, la resistenza alla corrosione, i requisiti di resistenza alle vibrazioni, le caratteristiche antiossidanti, gli standard industriali o alimentari, la capacità di carico massima, ecc.

Specifiche dei componenti: Determinare i componenti che possono essere alloggiati all'interno dell'armadio, inclusa la loro altezza, dimensione, posizione dei connettori e ulteriori dettagli rilevanti.

Requisiti di montaggio: Determinare le scelte di montaggio appropriate, come il montaggio a parete, il montaggio su palo, l'installazione su tavolo, ecc.

Esigenze estetiche: Considera eventuali aspetti estetici o elementi di design desiderabili.

Trattamento della superficie: Selezionare la voce desiderata finitura superficialesia lucida che opaca.

Tecnica di fissaggio: Determinare la tecnica di fissaggio adeguata, come l'utilizzo di viti o bulloni, e la forza operativa necessaria e la forza massima. Considera anche i perni o i perni con dadi per rivetti pressati.

Logo: Identificare se la custodia necessita che il logo sia serigrafato o inciso laser.

Conferma del colore: Conferma il colore necessario in base al numero di colore Pantone o RAL.

Scegli il materiale per la progettazione dell'involucro in lamiera 

Dopo aver conosciuto i requisiti di progettazione del prodotto, il passo successivo è scegliere il metallo più adatto alle tue esigenze. Scegliere metalli in grado di resistere alla corrosione e all’usura è molto importante. Di seguito viene fornita una descrizione delle caratteristiche distintive di ciascun metallo per aiutarti a prendere una decisione informata.

Alluminio 

L'alluminio è un materiale ideale per involucri e componenti in lamiera grazie alla sua leggerezza e resistenza alla corrosione. L'alluminio può essere verniciato a polvere. Può anche essere lasciato grezzo come metallo nudo o finitura granulata. Se è necessario il contatto elettrico, è necessaria la filmatura chimica (rivestimento cromato). Inoltre, l'alluminio può essere anodizzato per ottenere un rivestimento protettivo di ossido duro e duraturo.

L'alluminio ha una rigidità inferiore rispetto all'acciaio in determinate condizioni. Tuttavia, le principali leghe di alluminio utilizzate per le custodie in lamiera sono due. L'alluminio 5052 e l'alluminio 6061. L'alluminio 5052 è ideale per le custodie e i componenti in lamiera grazie alla sua buona saldabilità, lavorabilità e assenza di crepe quando viene piegato a raggio stretto. Anche se il 6061 L'alluminio è semplice da lavorareSi rompe più facilmente quando viene piegato a raggi stretti.

Aluminum enclosure

CRCA

L'acciaio ricotto laminato a freddo è abbreviato in CRCA. È una buona scelta per involucri e parti interne. Generalmente, l’acciaio ricotto laminato a freddo non è naturalmente resistente alla corrosione. Tuttavia, rivestito con un rivestimento a polvere, fornisce un'eccellente combinazione di costo e rigidità e ha una durata a lungo termine nelle applicazioni per interni. 

Acciaio inossidabile

L'acciaio inossidabile possiede l'elevata rigidità e resistenza dell'acciaio ricotto laminato a freddo, ma il suo contenuto di cromo e nichel lo rende eccezionalmente resistente alla corrosione. L'acciaio inossidabile può essere verniciato a polvere o lasciato non rivestito come il metallo nudo. Il suo stato di finitura granulosa può conferire l'aspetto spazzolato desiderabile. Inoltre, l'acciaio inossidabile offre una resistenza alla trazione maggiore rispetto all'alluminio ed è adatto per applicazioni ad alto impatto in involucri in lamiera. 

Galvannea

Galvanneal è un tipo di acciaio a basso tenore di carbonio sottoposto a rivestimento di zinco e successiva ricottura. La ricottura ha lo scopo di garantire che lo zinco si leghi per diffusione nel substrato. Di conseguenza, non si sfalderà durante la formatura o la piegatura. Galvanneal è il materiale ideale quando la custodia metallica viene utilizzata in condizioni di umidità. A seconda del tipo di rivestimento superiore, è anche resistente alla corrosione. Pertanto, viene utilizzato principalmente in prodotti esposti a fluidi.

Rame

Il rame è un ottimo metallo, anche se raramente viene impiegato nella costruzione di involucri in lamiera. Il rame è morbido, flessibile e duttile. Inoltre, ha una conduttività termica ed elettrica molto elevata. Ciò rende il rame ideale per applicazioni elettriche ed elettroniche. Alcuni involucri sono realizzati in rame perché è troppo fragile per sopportare un peso elevato. Il rame è utilizzato al meglio per sbarre collettrici e altre applicazioni simili. A causa della morbidezza di questo metallo, il serraggio degli elementi di fissaggio nei fori filettati deve essere eseguito con cautela e, ove possibile, devono essere utilizzati elementi di fissaggio autoaggancianti. 

Se ancora non riesci a decidere quale metallo ti serve, puoi prendere in considerazione le seguenti proprietà.

  • Conducibilità termica ed elettrica
  • Saldabilità e lavorabilità
  • Resistenza alla trazione
  • Resistenza alla corrosione
  • Resistenza all'usura
  • Vincoli di peso dell'involucro dell'elettronica
  • Processo di assemblaggio
  • Costo

copper enclosure

Seleziona forme di involucri in lamiera

Un'altra scelta fondamentale che un progettista meccanico deve fare quando progetta un involucro in lamiera è la forma dell'involucro. Nella progettazione della lamiera vengono spesso utilizzate quattro forme diverse. L'utilizzo di queste forme può creare involucri utili, economici ed esteticamente sorprendenti.

Forma di scatola piegata

Questa è la classica forma a scatola a quattro lati con coperchio. Grazie al suo design insolito, la forma di questa custodia consente un service più semplice e ulteriori possibilità di montaggio. 

Forma a F 

Le custodie in lamiera a forma di F sono comunemente utilizzate per alloggiare circuiti stampati con due connessioni su lati opposti. Questa forma di custodia è semplice da progettare e produrre velocemente.

A forma di U

Le scatole a forma di U, come le scatole a forma di F, sono semplici da creare. In genere hanno basi robuste e sono facilmente accessibili per la manutenzione. Gli involucri in lamiera a forma di U sono più comunemente utilizzati per alloggiare circuiti stampati con connettori su un lato. Consentono un facile accesso durante service o manutenzione.

Forma a L

È facile capire come realizzare un recinto a forma di L. Oltre ad essere semplice da capire, offre anche un facile utilizzo. Gli involucri in lamiera a forma di L spesso ospitano circuiti stampati con un solo connettore.

Determinare lo spessore e lo spessore della lamiera

Lo spessore del materiale utilizzato è una considerazione importante quando si crea qualcosa in lamiera. Lo spessore del materiale influenza la resistenza, la rigidità, il peso, la lunghezza della flangia e le dimensioni del punzone dell'involucro. Il materiale più spesso può offrire maggiore resistenza e rigidità, ma richiede considerazioni su peso e costi. 

Una delle decisioni più impegnative per un progettista che non ha familiarità con la lamiera è determinare quale calibro utilizzare, poiché sulla carta appaiono tutti uguali finché non si acquisisce esperienza. In questo caso, una migliore conoscenza degli spessori della lamiera ti aiuterà a scegliere.

sheet metal gauge chart 1

Design ritaglio personalizzato

Alcuni involucri personalizzati potrebbero richiedere ritagli. Si tratta spesso di ritagli funzionali per connettori, display, interruttori, ecc. Esistono molti design di ritagli unici, come loghi aziendali, marchi o nomi di prodotti, nonché creatività intorno ai ritagli di ventilazione, che combinano forma e funzione.

Tolleranze dimensionali

Per gli involucri in lamiera sono necessari ritagli e pieghe. Considerare quanto segue quando si determinano le tolleranze dimensionali:

1. Lasciare la tolleranza più ampia possibile per garantire la flessibilità dell'utensileria.

  • Evitare uno spazio ristretto attorno ai componenti I/O e ripiegarli se non necessario.
  • Fornire tolleranze simmetriche per tutti i giochi, se possibile.
  • Nei tuoi disegni CAD, evidenzia le dimensioni e le tolleranze vitali.
  • Ricorda che i fattori di margine di piega differiranno a seconda del produttore.

2. Considera la facilità con cui sarà possibile creare i ritagli necessari.

  • Ci sono forme o fori formati?
  • È consentito avere piccole sbavature o segni di "rosicchiamento" all'interno della forma?

3. Evitare la distorsione.

  • Esaminare le dimensioni del ritaglio e la spaziatura. Quando i ritagli sono troppo ravvicinati, potrebbe verificarsi una distorsione.
  • Assicurarsi che il margine di piegatura non distorca i fori vicino alla piega o al bordo.

Considera gli elementi di fissaggio autoaggancianti

Gli elementi di fissaggio autoaggancianti sono costituiti da dadi filettati, prigionieri, distanziatori e altre parti simili che stabiliscono punti di fissaggio sicuri quando inseriti nella lamiera. Mentre i dadi possono ospitare viti, i perni vengono utilizzati per il montaggio dei connettori ed è possibile inserire distanziatori per facilitare il montaggio dei circuiti stampati. 

Mantenere un raggio di curvatura coerente

È necessario mantenere un raggio di curvatura costante. I raggi di curvatura dovrebbero sempre riassumere lo spessore del contenuto nella progettazione di un involucro in lamiera. Il raggio di curvatura corrisponde alla larghezza del prodotto. In questo modo si evitano fratture e problemi di circolazione delle sostanze.

Si consiglia di mantenere una flangia ad una lunghezza minima pari a circa tre o quattro volte lo spessore del materiale. Tieni presente che alcuni metalli sono resistenti alla flessione. Di conseguenza, una comprensione approfondita della composizione chimica e dello stato superficiale del metallo ti consentirà di valutarne la flessibilità.

Prima di scegliere i raggi di curvatura è fondamentale considerare i requisiti funzionali ed estetici della custodia. Il software CAD ti aiuterà a calcolare digitalmente la tolleranza di piegatura del tuo metallo.

keep Bend Radius of metal

Selezionare Operazioni di finitura

Sono disponibili diversi metodi di finitura della lamiera. Ognuno di essi ha caratteristiche distinte. Alcuni di questi metodi saranno discussi più avanti.

Verniciatura a polvere 

Il rivestimento in polvere è una forma di polvere termoplastica secca. Si è fuso e legato alle parti in un forno dopo essere stato applicato elettrostaticamente. Il rivestimento in polvere è accessibile in molti colori, livelli di lucentezza e trame. Offre una finitura di qualità economica ed eccezionalmente durevole. Un ulteriore vantaggio della verniciatura a polvere è la disponibilità di numerose texture. Ad esempio, le superfici sandtex (ruvide) sono eccellenti per mascherare le fingerprints, rendendole ideali per gli involucri elettronici.

Anodizzazione

L'anodizzazione è una tecnica elettrochimica utilizzata per preparare la superficie dei metalli non ferrosi, in particolare dell'alluminio, per renderla più dura e meno soggetta alla corrosione. Poiché la superficie anodizzata diventa parte integrante del metallo, non si sbuccerà, non si spezzerà, non si sfalderà o non si usurerà se utilizzato regolarmente.

anodizing

Stampa digitale e serigrafia

Le tecniche di finitura come la stampa digitale e la serigrafia conferiranno al tuo progetto un aspetto e una sensazione professionali. Entrambi i processi di stampa consentono di etichettare correttamente l'involucro, la parte o il componente per identificare connettori, interruttori, porte e altri componenti. La stampa digitale è ottima anche per la grafica come i loghi e le opere d'arte corporate. I pannelli piatti, le parti e gli involucri assemblati possono essere tutti stampati digitalmente o serigrafati.

Rivestimento di conversione cromato

Il rivestimento di conversione chimica è noto anche come rivestimento chimico o rivestimento cromato. Questo tipo di finitura facilita la passivazione dei metalli mediante il metodo del bagno ad immersione. Quando il cromato viene applicato su un substrato metallico, produce una superficie resistente alla corrosione e durevole con conduttività elettrica stabile.

Placcatura in stagno

La stagnatura è un semplice processo di immersione per depositare lo stagno puro sul rame. La stagnatura è comunemente utilizzata per migliorare la resistenza alla corrosione, la conduttività elettrica e la saldabilità. 

Placcatura al nichel

Questo processo di placcatura prevede il rivestimento della superficie metallica con un sottile strato di nichel. Fornisce un mix ideale di resistenza alla corrosione e all'usura. Aumenta anche la funzionalità, la luminosità e l'attrattiva della tua parte. Puoi utilizzare la nichelatura per i tuoi sottofondi se desideri caratteristiche di adesione elevate per altri strati.

Pittura

Spruzzare sottili strati di vernice sulla superficie metallica è ciò che comporta la finitura della verniciatura. Migliora l'aspetto generale del tuo armadio in lamiera. Inoltre, può aiutare ad aumentare il riconoscimento del marchio del cliente.

Finiture in metallo nudo 

Esistono tre tipi fondamentali di finiture in metallo nudo disponibili per alluminio e acciaio inossidabile:

Nessuna finitura – La parte sbavata non presenta ulteriori rifiniture e potrebbe presentare piccoli graffi o segni di turbolenza. Sebbene economica, la sua utilità è limitata alle parti funzionali non destinate all'esposizione pubblica.

Finitura burattata – Questo processo crea una finitura liscia e non direzionale mediante burattatura in un mezzo abrasivo. Questo è simile al vetro smerigliato.

Finitura granulosa – Al pezzo viene conferita una particolare direzione lineare della fibra mediante spazzolatura successiva alla sbavatura.

Portare avanti prototipi e test di convalida

Con le idee di progettazione di involucri in lamiera presentate sopra, avrai un'idea praticabile. Il passo successivo è modificare il progetto originale realizzando prototipi e test di validazione per soddisfare le richieste del cliente e aumentare l'efficienza produttiva.

La prototipazione è il modo più rapido ed efficace per farlo. Il tuo progetto verrà testato in un ambiente di produzione reale. Tuttavia, i clienti potrebbero essere insoddisfatti del prototipo che hai creato per loro.

Questo è il motivo per cui abbiamo bisogno di test di convalida. Decide se produrre prodotti su larga scala o tornare al processo di progettazione. I test di validazione possono essere eseguiti utilizzando il prodotto o eseguendo test di base nel mondo reale. Potresti scoprire aree che necessitano di essere aggiornate o migliorate.

Riepilogo

Le custodie in lamiera sono un tipo comune di involucro protettivo utilizzato in molti settori per racchiudere componenti elettronici e sistemi di controllo. Quando si progettano involucri in lamiera, gli ingegneri devono considerare diversi fattori per garantire funzionalità, sicurezza e producibilità adeguate. Le considerazioni principali includono selezione del materialemetodi di fissaggio, accessibilità, requisiti di ventilazione e raffreddamento, resistenza alla corrosione, conformità agli standard ed estetica.

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Domande frequenti

Lo spessore della lamiera viene scelto in funzione della sua destinazione d'uso e del prodotto che si intende realizzare. I prodotti in lamiera più comuni tendono ad essere realizzati con lamiera di spessore 1,2 mm per le applicazioni generiche. 

È possibile perforare o fresare fori rotondi o rettangolari. Le feritoie consentono il flusso d'aria impedendo l'ingresso diretto dell'acqua. Il metallo perforato fornisce anche la ventilazione.

Quando si seleziona la lamiera per la progettazione dell'involucro, è necessario valutare attentamente fattori quali robustezza del materiale, resistenza alla corrosione e formabilità per garantire la compatibilità con i requisiti dell'applicazione.

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