Involucri in lamiera: progettazione, selezione dei materiali e produzione

Involucro in lamiera

Le custodie in lamiera sono contenitori metallici realizzati su misura per alloggiare dispositivi elettrici ed elettronici. Proteggono i componenti interni dalle condizioni ambientali e dai danni fisici. Di conseguenza, le custodie sono fondamentali anche dal punto di vista estetico.

formatura dei metalli, lavorazione meccanica, saldatura e altro realizzazione di lamiere su misura I processi vengono applicati alla lamiera grezza per darle la forma e la dimensione desiderate di un involucro. Ma prima di tutto, è necessario un progetto dell'involucro e strategie di produzione basate su tale progetto.

Questo articolo tratterà la progettazione di un involucro in lamiera, la selezione dei materiali e le regole di progettazione. 

Iniziamo. 

Spiegazione del contenitore in lamiera

Contenitore in lamiera finita

Un involucro in lamiera è definito come un alloggiamento protettivo per qualsiasi tipo di dispositivo, apparecchiatura o sistema, che è fabbricato con servizi di fabbricazione di lamiereL'involucro protegge i componenti assemblati da urti fisici, umidità, polvere e interferenze elettromagnetiche (EMI). Inoltre, un involucro metallico è rifinito con un rivestimento estetico o una placcatura per migliorare l'aspetto del prodotto. 

Per la realizzazione degli involucri vengono utilizzati principalmente fogli di alluminio, acciaio inossidabile e acciaio dolce. Le operazioni di formatura, come piegatura, punzonatura, scanalatura e intaglio, vengono impiegate per dare forma alle lamiere piane, che vengono poi unite tra loro tramite viti e saldature. 

È possibile osservare l'utilizzo di contenitori in diversi settori, tra cui quello elettrico, elettronico, dei macchinari industriali, automobilistico, delle telecomunicazioni e molti altri. 

Quali sono le esigenze delle custodie in lamiera? 

Le custodie in lamiera sono importanti per la durata, la sicurezza e l'affidabilità complessive del prodotto/sistema. Offrono protezione dagli agenti atmosferici, facilitano la movimentazione e prolungano la vita utile dei componenti racchiusi al loro interno. 

Analizziamo la questione stilando un elenco di priorità. 

• Durata della vita più lunga: Gli involucri realizzati con materiali resistenti resistono alla corrosione, all'usura e all'abrasione, anche in condizioni difficili, proteggendo così il prodotto per un lungo periodo. 
• Protezione da interferenze elettromagnetiche e radiofrequenze: Gli involucri metallici riducono al minimo le emissioni elettromagnetiche e proteggono i componenti sensibili dalle interferenze a radiofrequenza (RFI) esterne, garantendo prestazioni stabili. 
• Dissipazione di calore: Grazie alle loro proprietà termiche, gli involucri in alluminio e rame sono ideali per un efficiente trasferimento di calore dal sistema all'ambiente circostante. 
• Riduzione dei costi: Gli involucri in materiale termoindurente, composito o di altro tipo in genere costano di più rispetto a quelli in lamiera metallica.
• Finitura superficiale: Le superfici metalliche sono compatibili con l'anodizzazione, la placcatura e la verniciatura a polvere, il che offre flessibilità per la realizzazione di custodie in lamiera personalizzate con numerose opzioni di finitura. 

Selezione dei materiali per involucri in lamiera 

Materiali per la custodia

La scelta del materiale giusto per l'involucro è fondamentale per la formabilità, la complessità del design, il rapporto costi-benefici e le prestazioni desiderate. Pertanto, è necessario considerare i diversi fattori nella scelta del materiale per l'involucro più adatto alle proprie applicazioni.

Alcune considerazioni sono:

• Resistenza meccanica (trazione, compressione, taglio)
• Durezza
• Resistenza alla Corrosione
• Proprietà termali 
• saldabilità
• limiti del rapporto forza-peso
• Disponibilità e costo dei materiali

Successivamente, la tabella seguente illustra le opzioni di materiale per gli involucri in lamiera.

Per saperne di più:

• Fabbricazione di lamiere in alluminio
• Fabbricazione di lamiere HVAC

Come progettare un contenitore in lamiera? 

Progettazione della custodia

La progettazione di un contenitore in lamiera richiede l'identificazione dei requisiti finali, la scelta delle dimensioni, della forma e della finitura appropriate, nonché la considerazione di diversi fattori chiave. 

Esaminiamo le varie fasi coinvolte nel processo progettazione della lamiera di un recinto.

Identificare i requisiti di progettazione 

Innanzitutto, identificare i requisiti funzionali, prestazionali, estetici e dimensionali in base all'applicazione finale dell'involucro. Definire le condizioni operative, i requisiti di montaggio, l'esposizione ambientale e altri fattori rilevanti. 

• Fine usoDefinire dove verrà utilizzato l'involucro, ad esempio per apparecchiature/sistemi meccanici, elettrici, elettronici o di altro tipo. 
• Condizione di funzionamento: Definire le sollecitazioni meccaniche, le vibrazioni, il calore, l'umidità o altre condizioni operative desiderate. 
• Montaggio richiesto: Determinare l'opzione di montaggio, ad esempio a parete, su un tavolo o altro tipo di supporto. 
• Proprietà dei materiali: Definire la resistenza, il limite di peso, la conduttività, la protezione dalla corrosione e le altre proprietà del materiale richieste per l'applicazione. 
• Dimensionamento: In base alle dimensioni dei componenti da racchiudere, definire l'altezza, la larghezza e la posizione di fori, fessure, ecc. 

Spessore del foglio 

Scegliere lo spessore della lamiera più adatto per l'involucro in base al rapporto resistenza/peso desiderato, alla durabilità, alla dimensione dei fori e all'integrità strutturale. Il processo di selezione dipende interamente dai requisiti di utilizzo finale. 

È possibile fare riferimento al grafico di calibro di lamiera durante la scelta dello spessore.

 Calibro per lamiera

Nella tabella dati sopra riportata, lo spessore della lamiera dei diversi materiali è indicato in pollici in base alla dimensione del calibro. 

Seleziona la geometria dell'involucro

Le geometrie più comuni utilizzate nella progettazione di contenitori sono quelle a L, a F, a U, a cestello metallico quadrato e a scatola pieghevole. Tuttavia, è possibile personalizzare la forma in base alle esigenze specifiche. 

• Forma a F: Semplice e facile da realizzare, utilizzato per PCB, connettori, ecc. 
• Scatola pieghevole: Si realizza mediante molteplici piegature e la perforazione di piccoli fori e aperture di ventilazione nella lamiera. 
• Forma a L: Più semplice della forma a F e adatta ad applicazioni che richiedono un accesso frequente ai componenti interni. 
• A forma di U: Consiste in una base robusta con lamine laterali, che ricordano la forma di una U.  

Completa le dimensioni 

La definizione delle dimensioni non si limita a stabilire le dimensioni di un contenitore e la posizione dei suoi componenti, ma è fondamentale anche per la progettazione per la producibilità (DFM) e per un assemblaggio accurato. Pertanto, è necessario definire dimensioni e tolleranze tenendo conto di fattibilità, adattabilità, funzionalità e prestazioni.

Decidete quindi le seguenti dimensioni.

1. Dimensioni del pannello piano necessario per costruire il contenitore.
2. Dimensioni di elementi quali raggio di curvatura, diametri dei fori, dimensioni delle aperture e loro posizioni. 
3. Spaziatura tra gli elementi e loro allineamento. 

Scegli una finitura superficiale 

Selezionare la finitura superficiale per l'involucro in base all'ambiente di applicazione, all'importanza estetica e al tipo di lamiera. Le opzioni di finitura compatibili sono anodizzazione, placcatura, zincatura e verniciatura a polvere.

Disegnare il progetto utilizzando un software CAD.

In base ai requisiti identificati e alle dimensioni definitive, redigere il progetto utilizzando software di progettazione come AutoCAD, CATIA e SolidWorks. 

La sezione successiva illustrerà in dettaglio le regole/considerazioni fondamentali per la progettazione di involucri in lamiera.

Considerazioni per la progettazione di involucri in lamiera

Analizziamo le considerazioni progettuali relative agli involucri in lamiera. 

Scegliere il raggio di curvatura costante 

Il raggio di curvatura si riferisce al "raggio di curvatura formato dalla piegatura", che influisce sull'integrità strutturale degli involucri. Pertanto, è necessario scegliere il raggio di curvatura corretto e renderlo costante. Ecco alcune regole relative al raggio di curvatura:

1. Raggio di curvatura interno (R) ≥ spessore del foglio (t) 
2. Lunghezza minima della flangia (L) ≥ 3 a 4 volte lo spessore del foglio (t) 
3. Distanza tra le pieghe (D) ≥ 2.5 x spessore della lamiera (t) 

La larghezza o la strettezza di una curva che si può ottenere dipende dalla lunghezza e dallo spessore della flangia. Un ampio raggio di curvatura con flange corte può causare la rottura del materiale.

Considera il metodo di assemblaggio

La maggior parte dei contenitori per componenti elettronici in lamiera viene realizzata assemblando più componenti in lamiera. Pertanto, è importante scegliere una tecnica di assemblaggio e tenerne conto nella progettazione. Ad esempio, se si utilizzano dadi e bulloni, è necessario allineare i fori di giunzione tra le parti. 

I metodi più comuni per l'assemblaggio di involucri in lamiera sono la saldatura, il fissaggio con viti e il fissaggio con dadi e bulloni.

Spazio libero e vestibilità 

Considerare la posizione e l'allineamento degli elementi di accoppiamento rispetto al raggio di curvatura dei componenti in lamiera. Assicurarsi che l'utensile abbia accesso ai dispositivi di fissaggio, che i dispositivi di fissaggio e i fori siano allineati e che la posizione dei fori di passaggio sia corretta. In questo modo, i componenti dell'assemblaggio si adatteranno perfettamente. 

Pannelli di accesso

In particolare, macchinari di grandi dimensioni e quadri elettrici richiedono un accesso frequente ai componenti interni per la manutenzione. Per questo motivo, è necessario prevedere un pannello di accesso nella progettazione, ad esempio uno con cerniere. 

Ventilazione per un'efficiente dissipazione del calore

Se i componenti interni tendono a generare molto calore, è necessario ottimizzare la progettazione dell'involucro per una dissipazione termica efficiente. Elementi come fessure, prese d'aria e canali possono essere integrati nel progetto nelle posizioni appropriate. È fondamentale scegliere strategicamente la posizione, la forma e le dimensioni di questi elementi di ventilazione. 

Se hai dubbi sulla fattibilità del progetto che hai preparato, puoi consultare un produttore esperto come Boda Tech per l'ottimizzazione. 

Inoltre, la scelta del materiale influisce anche sulla velocità di dissipazione del calore dell'involucro. Ad esempio, le lamiere in lega di alluminio trasferiscono il calore rapidamente ed evitano l'accumulo.

Fasi di produzione di contenitori metallici 

Produzione di custodie 

Una volta definito il progetto dell'involucro, la fase successiva prevede la sua realizzazione, che richiede una pianificazione strategica dei processi di formatura del metallo per dare forma alla lamiera grezza. 

Analizziamo le fasi di produzione di un contenitore metallico. 

Taglio della lamiera

In primo luogo, lamiera tagliata su misura Tagliare la lamiera grezza commerciale nella dimensione piana desiderata e fissarla al sistema di alimentazione della macchina formatrice. A tale scopo si possono utilizzare il taglio laser, la cesoia e altre tecniche idonee.

Definire i metodi di formatura e la loro sequenza.

In base alle caratteristiche del progetto (come piegature, fori, stiramenti, ecc.), scegli un metodo di formatura del metallo. Valuta se una semplice piegatura è sufficiente per ottenere la forma desiderata o se è necessaria una stampatura progressiva del metallo. Di conseguenza, decidi la sequenza delle operazioni di formatura e l'ordine in cui eseguirle.

Configurazione e attrezzaggio della macchina 

Realizza stampi, punzoni, dispositivi di fissaggio o altri utensili necessari per dare forma all'involucro. Per scarpe complesse, potrebbe essere necessario un utensile personalizzato, mentre un semplice involucro metallico per dispositivi elettronici può essere realizzato con metodi di piegatura standard a V, a U o di altro tipo. 

Processo di formatura della lamiera

Assicurarsi del corretto allineamento tra la matrice, il punzone e il foglio di lavoro. Quindi, avviare il processo di formatura. È necessario un programma CNC se si utilizzano piegatura, stampaggio o altri metodi simili a controllo numerico. 

Industrie che utilizzano involucri in lamiera

Industrie come quella elettrica ed elettronica, delle telecomunicazioni, energetica, automobilistica, medica e degli elettrodomestici utilizzano involucri in lamiera per alloggiare dispositivi, sistemi o componenti. 

Di seguito, l'elenco illustra alcuni esempi di applicazioni in diversi settori. 

• Elettronica: Chassis per server, pannelli per montaggio a rack, armadi per switch e alloggiamenti per router.
• Automazione industriale: Armadi di controllo, custodie per motori, scatole di derivazione e unità di distribuzione dell'energia. 
• Elettrodomestici: Involucri per forni a microonde, alloggiamenti per pannelli di controllo di lavatrici/asciugatrici e involucri per unità HVAC.
• Settore automobilistico: Alloggiamenti per centraline elettroniche, coperchi per batterie e alloggiamenti per condotti di climatizzazione. 
• Medico: Contenitori per strumenti diagnostici, armadi sterilizzabili, alloggiamenti per pompe per infusione e scatole per strumenti da laboratorio.

Riassumendo

Abbiamo discusso vari aspetti relativi alle custodie in lamiera, tra cui la selezione dei materiali e le linee guida di progettazione. In conclusione, è necessario identificare i requisiti finali dell'applicazione prevista, scegliere il materiale giusto e seguire diverse regole di progettazione per garantire la producibilità e l'integrità strutturale. 

Avete già pronto il vostro contenitore in lamiera, ma non sapete come ottimizzarlo per ottenere prestazioni migliori e semplificarne la fabbricazione? ContattaciI nostri ingegneri possono guidarvi in ​​ogni minimo dettaglio. 

FAQ

Quali sono i vantaggi dell'utilizzo dell'alluminio anziché dell'acciaio inossidabile per le custodie? 

L'utilizzo dell'alluminio al posto dell'acciaio inossidabile offre vantaggi quali leggerezza, buona formabilità, migliore dissipazione del calore e protezione dalla corrosione. 

Perché la ventilazione è importante nella progettazione di involucri in lamiera? 

Una corretta ventilazione è fondamentale per la dissipazione del calore e per prevenire il surriscaldamento e il guasto dei componenti. Una progettazione inadeguata delle prese d'aria nell'involucro compromette l'affidabilità, la sicurezza termica, i tempi di inattività del sistema e la sua durata. 

Come si progetta una custodia in lamiera?

Gli involucri in lamiera vengono progettati con strumenti CAD, tenendo conto di raggi di curvatura, dimensioni di tagli e fori, accoppiamenti, tenuta, caratteristiche di assemblaggio e finitura. Allo stesso tempo, la fattibilità produttiva è fondamentale durante la progettazione di un involucro.