Conception d'enceintes en tôle : Un guide pour les ingénieurs prêts pour la fabrication

Pourquoi les décisions relatives à la conception des boîtiers en tôle sont-elles importantes dès le début ?

Un boîtier en tôle semble simple : six panneaux, quelques plis, quelques découpes. Mais les choix de conception effectués au cours de la première heure de travail de CAO déterminent si le boîtier coûte $40 ou $140 par unité, s'il est expédié en 5 jours ou 5 semaines, et si les composants électroniques à l'intérieur survivent à leur premier cycle thermique.

Les ingénieurs qui conçoivent bien les tôles ont une habitude commune : ils pensent au pliage avant de dessiner la paroi. Ils savent qu'un angle interne à 90 degrés nécessite une encoche de décharge, qu'un trou percé trop près d'un coude se déformera et que les joints EMI ont besoin d'une surface d'appui continue et plate. Ce guide explique à quoi ressemblent ces décisions.

Choisir d'abord le bon matériau

Les matériaux déterminent le coût, le poids, la résistance à la corrosion et les performances EMI. La plupart des boîtiers sont classés dans l'une des quatre familles suivantes :

L'aluminium 5052 est le cheval de bataille des boîtiers électroniques : il se plie proprement, résiste à la corrosion sans revêtement et pèse environ un tiers de l'acier. Yicen stocke à la fois le 5052 et le 6061, ainsi que toute la gamme des aciers au carbone et des aciers inoxydables. liste des matériaux pour ce qui est du stock actif.

Règles de pliage de la tôle que tout concepteur doit connaître

Chaque pliage de votre modèle CAO devient un pliage réel sur une presse plieuse lors de l'utilisation de la machine. pliage de tôles. La presse plieuse ne se préoccupe pas de ce que dit votre modèle - elle s'intéresse à la physique. Cinq règles régissent la quasi-totalité des pliages que vous concevrez.

1. Rayon de courbure minimal

Le rayon interne d'un coude doit être au moins égal à l'épaisseur du matériau. Pour l'aluminium 5052 à 1,5 mm, le rayon de courbure interne minimum est de 1,5 mm. Il faut resserrer les fissures à l'extérieur du coude.

2. Encoches de soulagement de la courbure

Lorsqu'un pli se termine à mi-chemin d'une face, il faut prévoir une encoche de dégagement à chaque extrémité. Sans cela, le métal se déchire à la transition du pli. L'encoche doit être large d'au moins une épaisseur de matériau et légèrement plus profonde que le rayon de courbure.

3. Distance entre le trou et le coude

Les trous percés trop près d'un coude se déforment pendant le formage. Le bord de tout trou doit être éloigné de la ligne de pliage d'au moins 2,5 fois l'épaisseur du matériau. Pour de l'aluminium de 1,5 mm, cela signifie 3,75 mm au minimum.

4. Tolérance de pliage et motif plat

La tôle s'étire légèrement lorsqu'elle est pliée. Un pliage à 90 degrés dans de l'aluminium de 1,5 mm avec un rayon interne de 1,5 mm ajoute environ 0,5 mm à la longueur développée. Les logiciels de CAO modernes calculent cela automatiquement, mais seulement si vous définissez correctement le facteur K. La plupart des fabricants utilisent une valeur de K = 0,33. La plupart des fabricants utilisent K = 0,33-0,45 en fonction du matériau.

5. Tolérances sur les onglets et les fentes

Les languettes et les fentes autolocalisantes accélèrent l'assemblage, mais la fente doit être 0,1-0,15 mm plus grande que la languette de chaque côté. Plus l'écart est important, plus les pièces se bloquent ; plus l'écart est faible, plus les pièces s'entrechoquent.

Conception d'un blindage EMI

La plupart des boîtiers en tôle protègent l'électronique des interférences électromagnétiques. La performance EMI dépend presque entièrement de trois éléments : un contact métallique continu à chaque joint, des joints conducteurs là où les joints ne peuvent pas être soudés, et des chemins de mise à la terre collés entre les panneaux.

• Utilisez des brides qui se chevauchent au niveau des joints plutôt que des raccords bout à bout. Un chevauchement de 10 à 15 mm avec un joint conducteur vaut toujours mieux qu'un joint parfaitement plat.
• Spécifiez des joints en caoutchouc ou en élastomère conducteur aux interfaces des couvercles. Les joints en caoutchouc ordinaire assurent l'étanchéité à l'eau, mais n'ont aucune incidence sur les interférences électromagnétiques.
• Masquer la peinture et le revêtement en poudre de toute surface devant entrer en contact avec l'électricité. Les revêtements sont des isolants.
• Concevez des fentes de ventilation plus petites que 1/20 de la longueur d'onde que vous devez bloquer. Pour 1 GHz, cela signifie des fentes de moins de 15 mm de long.

Indices IP et stratégie d'étanchéité

Les indices IP (Ingress Protection) définissent la capacité d'un boîtier à résister à la poussière et à l'eau. La plupart des appareils électroniques destinés à l'extérieur visent l'indice IP65 ou IP66. L'indice obtenu dépend du joint d'étanchéité, du schéma de boulonnage et de la planéité de la surface d'étanchéité.

Gestion thermique à l'intérieur des armoires en tôle

Un boîtier fermé retient la chaleur. Chaque watt dissipé à l'intérieur doit sortir d'une manière ou d'une autre. Les quatre stratégies courantes sont la ventilation passive, la convection forcée, la conduction vers le châssis et les échangeurs de chaleur. Choisir la mauvaise stratégie réduit la durée de vie des composants électroniques de 30-60%.

• La ventilation passive fonctionne jusqu'à environ 5 W par litre de volume interne. Utilisez des lamelles sur des faces opposées pour obtenir un flux d'air par effet de pile.
• L'air forcé avec un ventilateur traite 5 à 25 W par litre mais nécessite des prises d'air filtrées si l'enceinte se trouve dans un environnement sale.
• Le refroidissement par conduction, qui consiste à boulonner les composants chauds directement sur la paroi de l'armoire, permet de gérer silencieusement des densités de puissance élevées. La paroi devient un dissipateur de chaleur.
• Pour les boîtiers étanches IP66+, utilisez des échangeurs de chaleur ou des plaques froides. Les ventilateurs standard détruisent le joint.

Liste de contrôle de la DFM avant l'envoi du dossier

Exécutez cette liste de contrôle avant de soumettre votre projet d'enceinte à un devis. Chaque élément omis entraîne une augmentation des coûts ou du calendrier.

1. Tous les rayons de courbure sont égaux ou supérieurs à l'épaisseur du matériau.
2. Des encoches de décharge sont présentes à chaque courbure partielle
3. Tous les trous ont une épaisseur d'au moins 2,5 fois l'épaisseur du matériau à partir de n'importe quelle courbure.
4. Le motif plat se déploie sans chevauchement (vérifier en CAO)
5. Les soudures sont clairement marquées par des symboles de soudure.
6. Les dimensions critiques sont tolérées - les autres sont laissées à la tolérance standard de l'usine (±0,2 mm).
7. Les rainures du joint EMI sont représentées sur la face d'étanchéité
8. Les modèles de trous de montage correspondent au matériel réel qu'ils accueilleront.
9. Peinture en poudre ou anodisation zones de masquage identifiées
10. Le plan d'assemblage indique le couple de serrage des fixations et la compression du joint.

Questions fréquemment posées sur la conception des enveloppes en tôle

Quel est le matériau le moins cher pour une enceinte en tôle ?

L'acier laminé à froid est le moins cher pour les petits volumes. Le prix de l'acier galvanisé est similaire, mais il ajoute une résistance de base à la corrosion. L'aluminium 5052 coûte plus cher au kilogramme, mais il est plus rapide à fabriquer et plus léger à expédier, ce qui en fait souvent le choix le plus économique pour les boîtiers finis.

Quelle doit être l'épaisseur de la paroi d'un boîtier électronique ?

La plupart des boîtiers électroniques utilisent des parois de 1,0 à 2,0 mm d'épaisseur. Les parois plus minces fléchissent et résonnent sous l'effet des vibrations ; les parois plus épaisses augmentent le poids et le coût sans aucun avantage. L'aluminium de 1,5 mm est la spécification la plus courante pour les boîtiers électroniques jusqu'à environ 400 mm de côté.

Puis-je souder un boîtier en tôle pour l'indice de protection IP67 ?

Oui, les soudures TIG continues le long de toutes les coutures permettent d'atteindre l'indice IP67 de manière fiable. Le couvercle et les éventuelles traversées ont toujours besoin de joints. Les soudures ne suffisent pas à assurer l'étanchéité - l'eau trouve les interstices.

Quel est le rayon de courbure minimum pour l'aluminium de 1,5 mm ?

L'aluminium 5052 de 1,5 mm a un rayon de courbure interne minimum de 1,5 mm (égal à l'épaisseur du matériau). Pour l'aluminium 6061-T6, qui est plus dur, le minimum doit être porté à 2,0 mm afin d'éviter les fissures à l'extérieur du coude.

Quel est le coût d'une enceinte en tôle sur mesure ?

Un boîtier en aluminium sur mesure d'environ 200 x 200 x 100 mm avec des découpes et un revêtement en poudre coûte généralement $40-$120 par unité pour des quantités de 50 à 100, et tombe à $25-$70 pour des quantités de plus de 500. Le coût de l'acier est inférieur de 15-25% au coût brut, mais il faut ajouter les frais de peinture.

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