Diseño de cerramientos metálicos: Una guía para ingenieros preparada para la fabricación

Por qué las decisiones de diseño de cerramientos metálicos son importantes desde el principio

Una caja de chapa parece sencilla: seis paneles, algunas curvas, unos cuantos recortes. Pero las decisiones de diseño tomadas en la primera hora de trabajo CAD deciden si la caja cuesta $40 o $140 por unidad, si se envía en 5 días o 5 semanas y si los componentes electrónicos sobreviven a su primer ciclo térmico.

Los ingenieros que diseñan bien para chapa metálica comparten un hábito: piensan en la curva antes de dibujar la pared. Saben que una esquina interna de 90 grados necesita una muesca de alivio, que un agujero taladrado demasiado cerca de una curva se deformará y que las juntas EMI necesitan una superficie de asiento continua y plana. Esta guía explica en qué consisten esas decisiones.

Elija primero el material adecuado

El material determina el coste, el peso, la resistencia a la corrosión y el rendimiento EMI. La mayoría de las cajas se clasifican en una de estas cuatro familias:

El aluminio 5052 es el caballo de batalla para las cajas electrónicas: se dobla limpiamente, resiste la corrosión sin recubrimiento y pesa aproximadamente un tercio que el acero. Yicen dispone de existencias de 5052 y 6061, así como de toda la gama de aceros al carbono e inoxidables. lista de materiales para lo que está en stock activo.

Reglas de plegado de chapa que todo diseñador debe conocer

Cada pliegue de su modelo CAD se convierte en un pliegue real en una plegadora durante la producción. plegado de chapa. A la prensa plegadora no le importa lo que diga su modelo: le importa la física. Cinco reglas rigen casi todas las curvas que diseñe.

1. Radio mínimo de curvatura

El radio interno de una curva debe ser como mínimo igual al espesor del material. Para el aluminio 5052 de 1,5 mm, el radio interno mínimo de la curva es de 1,5 mm. Si se aprieta más, se agrieta el exterior de la curva.

2. Muescas de alivio de curvatura

Cuando una curva termina en parte de una cara, se necesita una muesca de alivio en cada extremo. Sin ella, el metal se desgarra en la transición del pliegue. La muesca debe tener al menos un grosor de material de ancho y ser ligeramente más profunda que el radio de curvatura.

3. Distancia entre agujeros

Los agujeros taladrados demasiado cerca de una curva se deforman durante el conformado. Mantenga el borde de cualquier orificio al menos a 2,5 veces el grosor del material de la línea de doblado. Para aluminio de 1,5 mm, esto significa un mínimo de 3,75 mm.

4. Permiso de curvatura y patrón plano

La chapa metálica se estira ligeramente cuando se dobla. Una curvatura de 90 grados en aluminio de 1,5 mm con un radio interno de 1,5 mm añade aproximadamente 0,5 mm a la longitud desarrollada. Los programas de CAD modernos lo calculan automáticamente, pero sólo si se ajusta correctamente el factor K. La mayoría de los fabricantes utilizan K = 0,5 mm. La mayoría de los fabricantes utilizan K = 0,33-0,45 en función del material.

5. Tolerancias de lengüetas y ranuras

Las lengüetas y ranuras de auto-localización aceleran el montaje, pero la ranura debe ser 0,1-0,15 mm mayor que la lengüeta de cada lado. Si se aprietan más, las piezas se atascan; si se aflojan, traquetean.

Diseño para blindaje EMI

La mayoría de los cerramientos de chapa protegen los componentes electrónicos de las interferencias electromagnéticas. El rendimiento frente a las interferencias electromagnéticas depende casi exclusivamente de tres factores: contacto metálico continuo en cada costura, juntas conductoras en los puntos en los que no se pueden soldar las costuras y conexiones a tierra entre paneles.

• Utilice bridas solapadas en las uniones en lugar de juntas a tope. Un solapamiento de 10-15 mm con junta conductora supera siempre a una junta a tope perfectamente plana.
• Especifique juntas de elastómero conductor en las interfaces de las tapas. Las juntas de goma simples sellan contra el agua, pero no hacen nada para EMI.
• Enmascare la pintura y el revestimiento en polvo de cualquier superficie que deba entrar en contacto eléctrico. Los recubrimientos son aislantes.
• Diseñe ranuras de ventilación más pequeñas que 1/20 de la longitud de onda que necesita bloquear. Para 1 GHz, esto significa ranuras de menos de 15 mm de longitud.

Clasificación IP y estrategia de sellado

La clasificación IP (Ingress Protection) define la resistencia de una caja al polvo y al agua. La mayoría de los productos electrónicos para exteriores tienen un grado de protección IP65 o IP66. La clasificación depende de la junta, el patrón de los tornillos y la planitud de la superficie de sellado.

Gestión térmica en el interior de armarios de chapa metálica

Una carcasa sellada atrapa el calor. Cada vatio disipado en el interior tiene que salir de alguna manera. Las cuatro estrategias habituales son la ventilación pasiva, la convección forzada, la conducción al chasis y los intercambiadores de calor. Elegir la equivocada acorta la vida útil de los componentes electrónicos en 30-60%.

• La ventilación pasiva funciona hasta unos 5 W por litro de volumen interno. Utiliza rejillas en caras opuestas para conseguir un flujo de aire con efecto chimenea.
• El aire forzado con ventilador gestiona entre 5 y 25 W por litro, pero necesita entradas filtradas si el recinto está en un entorno sucio.
• La refrigeración por conducción (atornillar los componentes calientes directamente a la pared de la caja) gestiona las altas densidades de potencia de forma silenciosa. La pared se convierte en un disipador de calor.
• Para las cajas estancas IP66+, utilice intercambiadores de calor o placas frías. Los ventiladores estándar destruyen la estanqueidad.

Lista de comprobación DFM antes de enviar el expediente

Ejecute esta lista de comprobación antes de presentar su diseño de cerramiento para presupuesto. Cada elemento omitido añade costes o plazos.

1. Todos los radios de curvatura son iguales o superiores al espesor del material
2. Muescas de alivio presentes en cada curva parcial
3. Todos los orificios tienen al menos 2,5 veces el grosor del material desde cualquier pliegue
4. El patrón plano se despliega sin solaparse (verifíquelo en CAD)
5. Costuras soldadas marcadas claramente con símbolos de soldadura
6. Dimensiones críticas toleradas - las demás se dejan a la tolerancia estándar de fabricación (±0,2 mm)
7. Se muestran las ranuras de la junta EMI en la cara de sellado
8. Los patrones de los orificios de montaje coinciden con los herrajes reales que sujetarán
9. Capa de polvo o anodizado áreas de enmascaramiento identificadas
10. El plano de montaje muestra el par de apriete y la compresión de la junta

Preguntas frecuentes sobre el diseño de armarios de chapa

¿Cuál es el material más barato para un cerramiento de chapa?

El acero laminado en frío es el más barato en pequeños volúmenes. El acero galvanizado tiene un precio similar, pero añade una resistencia básica a la corrosión. El aluminio 5052 cuesta más por kilogramo, pero es más rápido de fabricar y más ligero de transportar, lo que a menudo lo convierte en la opción más barata para armarios acabados.

¿Qué grosor debe tener la pared de una caja electrónica?

La mayoría de las cajas electrónicas tienen paredes de 1,0-2,0 mm de grosor. Las paredes más finas se flexionan y suenan con las vibraciones; las más gruesas añaden peso y coste sin beneficio alguno. El aluminio de 1,5 mm es la especificación más común para cajas electrónicas de hasta 400 mm de lado.

¿Puedo soldar una caja de chapa para IP67?

Sí, las soldaduras TIG continuas a lo largo de todas las costuras consiguen un IP67 fiable. La tapa y los pasamuros necesitan juntas. La soldadura por puntos por sí sola no sella: el agua encuentra los huecos.

¿Cuál es el radio de curvatura mínimo del aluminio de 1,5 mm?

El aluminio 5052 de 1,5 mm tiene un radio de curvatura interno mínimo de 1,5 mm (igual al grosor del material). Para el 6061-T6, que es más duro, aumente el mínimo a 2,0 mm para evitar grietas en el exterior de la curva.

¿Cuánto cuesta un cerramiento de chapa a medida?

Una caja de aluminio a medida de unos 200 x 200 x 100 mm con recortes y pintura en polvo suele costar $40-$120 por unidad en cantidades de 50-100, y baja a $25-$70 con 500 o más. El acero cuesta 15-25% menos en bruto, pero añade gastos de pintura.

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