Revestimiento de chapa metálica: diseño, selección de materiales y fabricación.

Caja de chapa

Las cajas metálicas son contenedores metálicos a medida que se utilizan para alojar dispositivos eléctricos y electrónicos. Protegen los componentes internos de las inclemencias del tiempo y de los daños físicos. Por consiguiente, las cajas también son fundamentales para la estética.

Conformado de metales, mecanizado, soldadura y otros fabricación de chapa a medida Se aplican procesos a la chapa metálica en bruto para darle forma y convertirla en una carcasa del tamaño y la forma deseados. Pero, en primer lugar, se necesita un diseño de la carcasa y estrategias de fabricación basadas en ese diseño.

Este artículo tratará sobre el diseño de una carcasa de chapa metálica, la selección de materiales y las normas de diseño. 

Empecemos. 

Explicación de la estructura de chapa metálica

Revestimiento de chapa metálica terminado

Una carcasa de chapa metálica se define como una carcasa protectora para cualquier tipo de dispositivo, equipo o sistema, que se fabrica con servicios de fabricación de chapaLa carcasa protege las piezas ensambladas de impactos físicos, humedad, polvo e interferencias electromagnéticas (EMI). Además, la carcasa metálica cuenta con un acabado estético o un revestimiento que realza el atractivo del producto. 

Las láminas de aluminio, acero inoxidable y acero dulce son las opciones principales para la fabricación de las carcasas. Para dar forma a las láminas planas de metal, se utilizan operaciones de conformado como doblado, punzonado, ranurado y entallado, seguidas de la unión de las piezas individuales mediante tornillos y soldaduras. 

Se puede observar el uso de envolventes en los sectores eléctrico, electrónico, de maquinaria industrial, automotriz, de telecomunicaciones y muchos otros. 

¿Cuál es la importancia de los cerramientos de chapa metálica? 

Las carcasas de chapa metálica son importantes para la durabilidad, la seguridad y la fiabilidad generales del producto o sistema. Proporcionan protección contra factores ambientales, facilitan la manipulación y prolongan la vida útil de los componentes que contienen. 

Vamos a desglosar esto a través de una lista de prioridades. 

• Una vida más larga: Las carcasas fabricadas con materiales resistentes soportan la corrosión, el desgaste y la abrasión, incluso en condiciones adversas, protegiendo así el producto durante un período prolongado. 
• Protección contra interferencias electromagnéticas y de radiofrecuencia: Las carcasas metálicas minimizan las emisiones electromagnéticas y protegen los componentes sensibles de las interferencias de radiofrecuencia (RFI) externas, lo que garantiza un rendimiento estable. 
• Disipación de calor: Las carcasas de aluminio y cobre son adecuadas para una transferencia de calor eficiente del sistema al entorno debido a sus propiedades térmicas. 
• Reducción de costo: Las carcasas de termoplástico, material compuesto u otros materiales suelen costar más que las carcasas de chapa metálica.
• Acabado de la superficie: Las superficies metálicas son compatibles con el anodizado, el galvanizado y el recubrimiento en polvo, lo que proporciona flexibilidad para la fabricación de carcasas de chapa metálica personalizadas con numerosas opciones de acabado. 

Selección de materiales para cerramientos de chapa metálica 

Materiales de cerramiento

Seleccionar el material adecuado para la carcasa es fundamental para la conformabilidad, la complejidad del diseño, la rentabilidad y el rendimiento deseado. Por lo tanto, debe considerar los diferentes factores al elegir un material para la carcasa según sus aplicaciones.

Algunas consideraciones son:

• Resistencia mecánica (tracción, compresión, cizallamiento)
• Dureza
• Resistencia a la Corrosión:
• Propiedades termales 
• soldabilidad
• limitaciones de relación resistencia-peso
• Disponibilidad y costo de los materiales

A continuación, la tabla que se muestra a continuación describe las opciones de materiales para las carcasas de chapa metálica.

Leer más:

• Fabricación de chapa de aluminio
• Fabricación de chapa metálica para sistemas HVAC

¿Cómo diseñar una carcasa de chapa metálica? 

Diseño del recinto

El diseño de una carcasa de chapa metálica requiere identificar los requisitos finales, elegir las dimensiones, la forma y el acabado adecuados, además de tener en cuenta varios factores clave. 

Examinemos los distintos pasos involucrados en el diseño de chapa de un recinto.

Identificar los requisitos de diseño 

En primer lugar, identifique los requisitos funcionales, de rendimiento, estéticos y dimensionales en función de la aplicación final de la carcasa. Defina las condiciones de funcionamiento, los requisitos de montaje, la exposición ambiental y otros factores relevantes. 

• Uso final: Defina dónde se utilizará la carcasa, como por ejemplo para equipos/sistemas mecánicos, eléctricos, electrónicos u otros tipos de equipos. 
• Condición de uso: Defina las condiciones de funcionamiento deseadas, como la tensión mecánica, la vibración, el calor, la humedad u otras condiciones. 
• Montaje requerido: Determina la opción de montaje, como pared, mesa u otro tipo de soporte. 
• Propiedades materiales: Defina la resistencia, el límite de peso, la conductividad, la protección contra la corrosión y demás propiedades del material requeridas para la aplicación. 
• Dimensionamiento: En función del tamaño de los componentes que se van a alojar, defina la altura, el ancho y la posición de los orificios, ranuras, etc. 

Espesor de chapa 

Seleccione el espesor de chapa adecuado para la carcasa en función de la relación resistencia-peso deseada, la durabilidad, el tamaño del orificio y la integridad estructural. El proceso de selección depende completamente de los requisitos de uso final. 

Puedes consultar la tabla de calibre de chapa al elegir el grosor.

 Calibre de chapa

En la tabla de datos anterior, el espesor de la chapa metálica de diferentes materiales se indica en pulgadas, según el calibre. 

Seleccione la geometría del recinto.

Las geometrías más comunes en el diseño de cerramientos son la forma de L, la forma de F, la forma de U, la cesta metálica cuadrada y la caja plegada. Sin embargo, la forma se puede personalizar según las necesidades específicas. 

• Forma de F: Sencillo y fácil de fabricar, se utiliza para placas de circuito impreso, conectores, etc. 
• Caja plegada: Se fabrica mediante múltiples dobleces y perforaciones de pequeños agujeros y aberturas de ventilación en la chapa metálica. 
• Forma de L: Más sencillo que el de forma de F, y adecuado para aplicaciones que requieren acceso frecuente a componentes internos. 
• En forma de U: Consiste en una base resistente con láminas laterales que se asemejan a una U.  

Finalice las dimensiones 

El dimensionamiento no solo define el tamaño de una carcasa y la posición de sus componentes, sino que también es crucial para el diseño para la fabricación (DFM) y un ensamblaje preciso. Por lo tanto, finalice las dimensiones y tolerancias considerando la facilidad de fabricación, el ajuste, la funcionalidad y el rendimiento.

Entonces, decida las siguientes dimensiones.

1. Dimensiones de la lámina plana necesaria para construir el cerramiento.
2. Tamaño de elementos como el radio de curvatura, los diámetros de los agujeros, el tamaño del recorte y sus posiciones. 
3. Espacio entre elementos y su alineación. 

Elija un acabado de superficie 

Seleccione un acabado superficial para la carcasa en función del entorno de aplicación, la importancia estética y el tipo de chapa metálica. Las opciones de acabado compatibles son el anodizado, el recubrimiento, la galvanización y el recubrimiento en polvo.

Diseña el proyecto en un software CAD.

En función de los requisitos identificados y las dimensiones definitivas, elabore el diseño utilizando software informático como AutoCAD, CATIA y SolidWorks. 

La siguiente sección detallará las reglas y consideraciones fundamentales para el diseño de cerramientos de chapa metálica.

Consideraciones para el diseño de cerramientos de chapa metálica

Analicemos las consideraciones de diseño para las cajas de chapa metálica. 

Elija el radio de curvatura uniforme. 

El radio de curvatura se refiere al radio de curvatura formado por la flexión, que afecta la integridad estructural de los cerramientos. Por lo tanto, debe elegir el radio de curvatura adecuado y mantenerlo constante. A continuación, se presentan algunas reglas relacionadas con el radio de curvatura:

1. Radio de curvatura interior (R) ≥ espesor de la lámina (t) 
2. Longitud mínima de la brida (L) ≥ 3 a 4 veces el espesor de la lámina (t) 
3. Distancia entre dobleces (D) ≥ 2.5 veces el espesor de la lámina (t) 

El grado de apertura o cierre de la curva depende de la longitud y el grosor de la brida. Un radio de curvatura grande con bridas cortas puede provocar la fractura del material.

Considere el método de ensamblaje

La mayoría de las carcasas electrónicas de chapa metálica se fabrican ensamblando varios componentes de chapa. Por lo tanto, elija una técnica de ensamblaje y téngala en cuenta en su diseño. Por ejemplo, si utiliza tuercas y tornillos, deberá alinear los orificios de las piezas de unión. 

Los métodos habituales para el ensamblaje de carcasas de chapa metálica son la soldadura, la fijación con tornillos y la fijación con tuercas y pernos.

Liquidación y ajuste 

Considere la posición y alineación de las piezas de acoplamiento con respecto al radio de curvatura en los componentes de chapa metálica. Asegúrese del acceso de la herramienta a los sujetadores, la alineación de los sujetadores y los orificios, y la posición de los orificios de holgura. De esta manera, las piezas de ensamblaje encajarán a la perfección. 

Paneles de acceso

La maquinaria de gran tamaño y los gabinetes eléctricos requieren un acceso frecuente a los componentes internos para su mantenimiento. Por ello, es fundamental incluir un panel de acceso en el diseño, como uno con bisagras. 

Ventilación para una disipación de calor eficiente

Si los componentes internos tienden a generar calor, es necesario optimizar el diseño de la carcasa para una disipación térmica eficiente. Se pueden integrar ranuras, rejillas de ventilación y canales en el diseño, ubicándolos estratégicamente. Es fundamental elegir cuidadosamente la ubicación, la forma y el tamaño de estos elementos de ventilación. 

Si no está seguro de la viabilidad de fabricación del diseño que ha preparado, puede consultar con un fabricante experto como Boda para la optimización. 

Además, la selección de materiales también influye en la tasa de disipación de calor de la carcasa. Por ejemplo, las láminas de aleación de aluminio transfieren el calor rápidamente y evitan su acumulación.

Pasos para la fabricación de carcasas metálicas 

Fabricación de cerramientos 

Una vez que el diseño de la carcasa está listo, la siguiente etapa es su fabricación, que implica la planificación estratégica de los procesos de conformado de metales para dar forma a la hoja de trabajo en bruto. 

Analicemos los pasos para la fabricación de carcasas metálicas. 

Corte de chapa metálica

en primer lugar, chapa metálica cortada a medida Se cortan las piezas de chapa metálica en láminas planas del tamaño deseado y se fijan al sistema de alimentación de la máquina de conformado. Para ello se pueden utilizar técnicas como el corte por láser, el corte por cizalla y otras técnicas adecuadas.

Finalizar los métodos de conformado y su secuencia.

En función de las características del diseño (como dobleces, agujeros, estiramientos, etc.), elija un método de conformado de metal. Determine si basta con un simple doblado para obtener la forma deseada o si se requiere un estampado progresivo. En consecuencia, decida la secuencia de operaciones de conformado y el orden en que desea ejecutarlas.

Configuración de la máquina y herramientas 

Fabrica matrices, punzones, fijaciones u otras herramientas necesarias para dar forma a la carcasa. Para zapatas complejas, es posible que necesites herramientas personalizadas, mientras que una simple caja metálica para componentes electrónicos se puede fabricar con métodos de doblado estándar en V, U u otros. 

Proceso de conformado de chapa metálica

Asegúrese de que la matriz, el punzón de prensado y la hoja de trabajo estén correctamente alineados. A continuación, inicie el proceso de conformado. Si utiliza doblado, estampado u otros métodos similares mediante control numérico computarizado (CNC), necesitará un programa CNC. 

Industrias que utilizan gabinetes de chapa metálica

Industrias como la eléctrica y electrónica, las telecomunicaciones, la energía, la automoción, la medicina y los electrodomésticos utilizan carcasas de chapa metálica para alojar dispositivos, sistemas o componentes. 

A continuación, la siguiente lista describe ejemplos de aplicaciones en diversos sectores. 

• Electrónica: Chasis para servidores, paneles para montaje en rack, armarios para conmutadores y carcasas para enrutadores
• Automatización industrial: Armarios de control, envolventes de motores, cajas de conexiones y unidades de distribución de energía. 
• Electrodomésticos: Carcasas para microondas, carcasas para paneles de control de lavadoras/secadoras y carcasas para unidades de climatización.
• Automotor: Carcasas de la ECU, tapas de baterías y carcasas de conductos de climatización. 
• Médico: Cajas para instrumental de diagnóstico, armarios esterilizables, carcasas para bombas de infusión y cajas para instrumental de laboratorio.

Recapitulación

Hemos analizado diversos aspectos de las carcasas de chapa metálica, incluyendo la selección de materiales y las directrices de diseño. En conclusión, es fundamental identificar los requisitos finales de la aplicación prevista, elegir el material adecuado y seguir diversas normas de diseño para garantizar la facilidad de fabricación y la integridad estructural. 

¿Ya tienes lista tu carcasa de chapa metálica, pero no sabes cómo optimizarla para obtener un mejor rendimiento y facilitar su fabricación? ContáctanosNuestros ingenieros pueden guiarle a través de cada pequeño detalle. 

Preguntas Frecuentes

¿Cuáles son los beneficios de utilizar aluminio en lugar de acero inoxidable para los cerramientos? 

El uso de aluminio en lugar de acero inoxidable ofrece ventajas como ligereza, buena conformabilidad, mejor disipación del calor y protección contra la corrosión. 

¿Por qué es importante la ventilación en el diseño de cerramientos de chapa metálica? 

La ventilación es fundamental para la disipación del calor y para evitar el sobrecalentamiento y el fallo de los componentes. Un diseño inadecuado de la ventilación en la carcasa afecta a la fiabilidad, la seguridad térmica, el tiempo de inactividad del sistema y la durabilidad. 

¿Cómo se diseña un cerramiento de chapa?

Las carcasas de chapa metálica se diseñan con herramientas CAD, teniendo en cuenta radios de curvatura, tamaños de cortes y orificios, ajustes, sellado, características de ensamblaje y acabado. Asimismo, mantener la facilidad de fabricación es fundamental durante el diseño de una carcasa.