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南京胡連金屬制品有限公司簡介
總經理致辭
公司名稱: 南京胡連金屬制品有限公司
公司地址: 南京浦口區橋林工業集中區68-8號
郵政編碼: 211800
熱線電話: +86.02558310188
傳真號碼: +86.02558310288
電子信箱: hulian@nj-hulian.com

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            機箱選擇方案

            南京胡連金屬制品有限公司 sen-long.cn 發表時間:〖2010-10-26〗  瀏覽次數:3759

              機箱是安裝和保護電子設備內部各種電路單元、元器件及機械零部件的重要結構,對于消除各種復雜環境對設備的干擾,保證設備安全、穩定、可靠地工作,提高設備的使用效率、壽命,以及增強設備安裝、維修的方便等起著非常重要的作用。機箱作為電子設備一個重要的基礎結構,其設計也是整個電子設備結構設計的重要內容之一,現已成為實現電子設備技術指標的重要環節。隨著科學技術的飛速發展,電子設備的種類越來越多,為滿足不同類電子設備的需要,機箱的種類也是越來越多,形狀越來越復雜,機箱設計的要求越來越多,如創新,實用,美觀,經濟等。為此,設計人員應轉變設計思路,從過去單一的功能性結構設計轉變為結構設計與造型設計、模塊化設計等同步設計的新思路。軍用電子設備的使用環境較民品更為多樣、復雜、惡劣,其機箱設計則更為重要、困難,這也是從事軍用電子設備結構設計的設計師所面臨并要加強研究的課題。
            一、機箱設計準則
            1.確保設備技術指標的實現
                設計機箱時,應根據設備的使用環境,綜合考慮設備內部的電磁干擾和熱問題,以及外部的機械、電磁、電氣和氣候等因素的影響,以確保設備電性能的穩定性,并使機箱具有足夠的強度、剛度,以確保設備機電連接的可靠性以及設備的防振沖能力,同時采取相應措施,確保設備各項技術指標的實現和可靠性要求。
            2.具有良好的結構工藝性
                所謂結構工藝性好就是能優質、高產、低成本地進行設備的生產,包括加工、裝配、調試、維修等。結構與工藝密切相關,結構不同則所采用的工藝也不相同。設計機箱時,應根據設備的使用要求綜合考慮當時的生產水平,包括加工設備、人員、工藝方法以及檢驗手段、方法等,使設計的機箱符合當時的生產實際,并具有良好的裝配工藝,從而確保設備質量。
            3.便于裝配、操作、維修
                為了充分發揮電子設備的效能,設計的機箱應便于操作使用,并符合使用者的心理和生理特點,同時結構上力求最簡,便于裝配、拆卸,使設備可達性、維修性好,另外,設計的機箱應確保操作人員的使用安全,如避免銳邊、棱角、采用漏電保護裝置等。
            4.標準化、模塊化
                機箱設計時,應盡可能地滿足標準化、模塊化要求,并采用模塊化設計方法,所有尺寸均采用標準尺寸系列,并符合公差配合標準及有關通用標準,以確保設備機箱的互換性,這樣,在研制類似設備或設備改型時,可以少改動甚至不改動設備的機箱尺寸即可完成新研或改型設備的機箱設計。
            5.小型化
                所謂小型化就是盡可能地減小設備體積和重量。機箱的小型化不僅在設備的使用性能上有重大意義,在經濟上也具有重要價值,因而在設計機箱時應予以重視。
            6.外形美觀
                設備的外形不僅關系到操作者的感官要求,而且關系到設備的銷售。設計機箱時,應將工程設計與造型設計相結合,充分利用造型設計的手法,對機箱外形精心設計,以使設備外形美觀。
                綜上所述,確保設備技術指標的實現和便于裝配、操作、維修的準則體現了機箱設計的實用性要求,具有良好的結構工藝性體現了機箱設計的經濟性要求,標準化、模塊化和小型化既體現了機箱設計的創新要求又體現了經濟性要求,造型設計則體現了機箱設計的美觀要求。
            二、機箱結構設計
                電子設備的機箱種類很多,其結構形式取決于設備用途、使用環境和復雜程度,目前,常用的有鈑金結構機箱、鋁型材結構機箱、鑄造結構機箱、焊接結構機箱、塑料機箱等5種。
            1.鈑金結構機箱
              鈑金結構主要利用彎曲工藝,將型材、板材彎曲成一定角度形成一定形狀而成。彎曲是利用材料的塑性進行加工的一種工藝方法。設計鈑金結構機箱時,要注意以下幾個問題:
                ⑴ 彎曲圓角半徑,這里的圓角半徑是指內緣半徑。圓角半徑過小容易引發裂紋,圓角半徑過大容易引起回彈現象,而使設計的彎曲圓角和半徑尺寸得不到保證。不同的材料有不同的最小彎曲半徑,設計的半徑要以此為依據。對形狀近于對稱的機箱,兩邊的圓角半徑盡量一致,以免彎曲時板料因受力不均而滑動。有時為了裝配需要,機箱會帶有翻邊,此時,應采用具有一定半徑的彎邊代替過急的折角;
                ⑵ 回彈現象,回彈又叫回跳。由于彎曲過程包括塑性與彈性變形兩個過程,因此,回彈現象是不可避免的。設計時,應制定合理的彎曲公差,太嚴的公差只能靠整形工序予以保證,或者用加強筋來抑制回彈,予以定形,或者通過改進模具結構來減弱回彈;
                ⑶ 彎曲形狀。機箱形狀與尺寸應盡量對稱,這樣,可以防止彎曲過程中因受力不均勻、坯料發生滑移而影響彎曲精度,而且模具的壽命也長;
                ⑷ 單邊彎曲高度尺寸。鈑金結構中,單邊彎曲能起到加強筋的作用,有時甚至能安裝電子元器件,單邊彎曲高度值問題常常為設計人員所忽視。在彎曲圓角半徑確定的前提下,其單邊彎曲高度值有一極限值,過小則在普通折彎機上無法實現,必須設計專用模具,從而增加加工成本。通常最小單邊彎曲高度為最小彎曲半徑加兩倍材料厚度;
                ⑸ 設計定位孔。為保證機箱在彎曲時不會移動,常須開設定位孔,因此,機箱設計時要充分考慮定位孔,并為其留好位置;
                ⑹ 尺寸標注及公差的合理標注。機箱中的有些位置尺寸標注不當往往會影響到機箱彎曲后的質量,通常以機箱彎曲成型后的開放邊為基準來標注相關位置尺寸。尺寸公差也是值得注意的問題,公差等級過高則增加成本,甚至無法實現,過小則影響設備的整機裝配。具體的公差精度要視設備結構的復雜程度而定。
                鈑金結構機箱尺寸變化靈活,便于標準化、系列化,而且加工、組裝簡單,但機箱的尺寸精度較差,而且機箱外形不易做到美觀,因而,這種機箱主要用于單件多品種電子設備中。
            2.鋁型材結構機箱
                鋁型材結構機箱就是利用各種截面形狀的鋁型材彎曲成機箱的圍框,在圍框外面覆以鋁板(可以采用沖裁、彎曲或機加工制成),借助鉚釘或螺釘連接組裝成的機箱。鋁型材結構機箱主要采用彎曲工藝,其設計中的注意事項參見鈑金結構機箱設計。
                這種機箱結構簡單,變化靈活,內部結構易于處理,并且具有足夠的強度和較好的剛度,加工工藝簡單,生產周期短,而且機箱外形容易實現美觀要求,故廣泛用于新產品的研制和批量生產,目前主要用于民用電子設備以及軍用電子儀器、儀表中。
                隨著型材技術的不斷發展,出現了多種鋁型板,設計人員可充分利用鋁型板,借助于鉚釘、螺釘直接組裝成型板結構機箱。這種機箱具有結構新穎、美觀、剛強度高、加工量少、裝配方便等特點。
            3.鑄造結構機箱
                所謂鑄造,就是將液體金屬澆注到具有與零件形狀相適應的鑄型腔體中,冷卻后獲得零件或毛坯的方法。由于軍用環境的特殊性,軍用電子設備通常需要有“三防”功能,設備必須采用密封機箱,此時,可采用鑄造結構或焊接結構機箱。鑄造工藝可制成形狀復雜且結構不對稱的機箱。隨著精密鑄造技術的迅速發展,鑄造精度能達到IT10~IT11級,表面粗糙度可達Ra6.3~0.8μm。設計鑄造結構機箱應注意以下幾個問題:
                ⑴ 結構最優化。鑄件的優點在于允許零件具有復雜的形狀,這種復雜形狀可能是為了外形美觀,為了合理利用材料,為了滿足機箱的強度、剛度,或是為了設備的裝配需要,設計人員應充分利用鑄件的這一特點,在機箱的實用(滿足性能)、美觀、經濟三者之間尋求最佳的平衡點,力求使設計的機箱結構最優化;
                ⑵ 箱體壁厚的確定。從節約材料、減輕設備重量的角度考慮,機箱壁越薄越好,從鑄造工藝性考慮,薄壁結構鑄造難度大,成本高。機箱壁太厚則流動性差,且容易形成氣泡、縮孔等鑄造缺陷,成本也高。因而,在決定機箱壁厚時,要從箱體大小、結構形式、鑄造方法、材料、加工成本等多角度綜合考慮。
                ⑶ 機箱各連接處的過渡設計。機箱兩個表面的連接處是鑄造機箱結構設計的重點。在兩個表面連接處,鑄造金屬不均勻的聚積會導致機箱內部不均勻的冷卻,它是縮孔、縮松、內應力、裂紋等鑄造缺陷產生的根源。因此,機箱的任何兩個平面之間都應避免尖角相連,而應采用圓角過渡,而且盡可能用同一圓角。當兩個平面壁厚相差很大,而又難以避免時,應設計坡度圓角過渡區,或設計加強筋來加強等;
                ⑷ 角部的圓角度確定。機箱各角部的合適圓角度是鑄造結構的基本特征,圓角過小,容易產生內應力,并導致裂紋。圓角過大,則角部積聚的金屬較多,容易引起縮孔等缺陷。通常取兩連接壁厚算術平均值的0.2~0.4倍;
                ⑸ 壁與壁間的連接圓角的確定。如果兩壁厚相同,則內圓角取壁厚的1/6~1/3,如果兩壁厚相差不大,則內圓角取兩壁厚平均值的1/6~1/3;
                ⑹ 筋的設計。有時為了機箱的強度、剛度需要,需要設計加強筋,有時甚至利用加強筋來安裝零件、元器件等。但是,在機箱外緣和拐角處不能設計加強筋,否則會產生局部應力而使金屬破壞,產生裂紋。筋的厚度通常取壁厚的0.7~0.9,筋的高度要小于5倍壁厚;
                ⑺ 結構斜度。為便于起模,在機箱上垂直于分型面的不加工表面要設計有一定的斜度,這一斜度就叫結構斜度,結構斜度要在零件圖上標注。值得注意的是:結構斜度與拔模斜度是有區別的,拔模斜度是鑄造工藝斜度,不能混淆;
                ⑻ 結構設計要考慮型芯因素。機箱的結構設計,要盡量做到少用甚至不用型芯。如果必須要用型芯,應采取相應措施,以便牢固地支持型芯,以保證澆鑄時型芯的穩定性,還要注意能方便地清除型芯。 
                鑄造結構機箱具有生產率高、剛度、強度高、成本低等特點,由于是整體機箱,可能會給設備維修帶來不便,而且機箱外形還需要二次加工才能完成,故通常用于小批量生產。當設備批量很大時,可采用壓鑄工藝方法,壓鑄結構機箱具有鑄造結構機箱的所有優點,比鑄造結構機箱組織致密,其防水性能、尺寸精度進一步提高,機箱外形一次成型,而且可以滿足機箱的各種造型需要,這種機箱需要專用設備,而且加工復雜,一次性投資比較大。
            4.焊接結構機箱
                焊接就是利用加熱或加壓等手段,使分離的金屬材料牢固地連接在一起的一種工藝方法。設計焊接結構機箱時首先要考慮以下幾個問題:
                ⑴材料的焊接性。焊接性是指在一定的焊接工藝方法、工藝參數及結構形式條件下,獲得優質焊接接頭的難易程度。眾所周知,并非所有的材料都可以焊接,可焊接材料中也并非都有很好的焊接性能,因而,在滿足設備使用性能要求的前提下,應選用焊接性較好的材料。 當然,可焊接性能,與所采用的焊接方法是密切相關的;
                ⑵結構剛度。合理布置箱體各焊接零件的相互位置,以保證箱體焊接的結構剛度;
                ⑶應力集中。焊接結構截面變化大、過渡區較急陡、園角小,如果設計不當,會引起應力集中,從而導致結構破損和早期失效。
                基于以上認識,設計焊接結構機箱時,在選好所用材料后,應著重考慮解決以下幾個問題:
                ⑴ 合理選擇焊接接頭,這是設計焊接結構首先需要確定的問題。焊接接頭通常有以下幾種:I型、Y型、U型、V型、雙Y型、雙U型、雙V型以及鎖邊坡口等幾種,具體的接頭形式應視所用材料及具體結構而定。我們在設計某通信設備機箱時主要采用了V型坡口;
                ⑵ 盡量減少焊縫金屬的填充量。填充量少,成本低,箱體受焊接過程影響;
                ⑶ 合理布置焊縫。焊縫布置合理,則可減少熱變形和熱應力,防止局部過熱,從而保證焊接質量。設計焊縫時,應盡量設計為對稱布置。值得注意的是,焊縫的布置應便于在焊接前采用點焊的辦法,將整個機箱先連成一體,而且,焊縫的位置要便于施焊,否則影響焊接質量;
                ⑷ 盡量避免和減少應力集中。由于焊縫本身是應力集中源,因此,焊接件在動載荷情況下特別容易在焊縫處產生裂紋。設計時,應盡量采用等厚度板料焊接,或加工成等厚度焊接的過渡區,我們在設計某通信設備機箱時,就是采用了這種方法,從而保證了整個機箱的焊接質量和尺寸精度;
                ⑸ 加工區域內盡量不布置焊縫,因為先焊后加工,會削弱焊縫強度,而且加工面的質量也得不到保證;
                ⑹ 焊縫應避免過分集中或交叉,焊縫的數量要盡量少。
                焊接結構機箱具有強度、剛度高、加工不需要特殊設備、加工技術難度較低、防水性能好、成本低(相對于壓鑄結構機箱而言)等特點,這種機箱適用于新品研制以及批量生產。
            5.塑料機箱
                塑料機箱是利用工程塑料通過注塑或壓塑成形而制成的機箱,所采用的工程塑料主要有:ABS、聚丙烯、聚碳酸酯、結構泡沫塑料等。由于工程塑料具有尺寸穩定、表面光澤好、比強度、比剛度高、質量輕、易加工成型、生產效率高、耐腐蝕、成本低等諸多優點,使得塑料機箱很快在電子設備中得到了廣泛應用。事實上,上世紀70年代國外許多民用、軍用電子設備就采用了工程塑料機箱。在國內,塑料機箱主要用于民用電子設備,而在軍用電子設備中的應用還不多見。值得一提的是,塑料機箱能滿足設備的各種造型設計要求,而且保持性好,能滿足人們日益提高的審美要求。塑料機箱一般用于中小型、大批量的電子設備的生產。設計塑料機箱時應注意解決以下幾個問題:
                ⑴ 機箱壁厚的確定,壁厚取決于機箱的使用要求,即強度、剛度、結構、重量、電氣性能、尺寸穩定性以及裝配等各項要求,最常用的壁厚為2~3mm,大型機箱的壁厚也可大于6mm;
                ⑵ 機箱壁厚應盡可能均勻一致,防止在成型過程中由于不均勻的凝固與收縮,在厚壁處易產生氣泡和收縮變形,在急劇過渡處因收縮應力而引起裂紋;
                ⑶ 機箱內外表面相連及拐角處應用圓角過渡,如為尖角,則會產生應力集中,而影響到機箱的強度和質量,而且不便于脫模;
                ⑷ 機箱上的孔應盡可能設計在不易削弱機箱強度的地方,除相鄰孔之間以及孔到邊緣之間保留適當的距離,還應盡可能使有孔的部分壁厚厚一些,以防止孔眼處安裝零件而破裂。
                機箱上的凸出部分盡量設計在機箱的拐角處,而且凸出部分的高度不要超過孔徑的2倍,并要有足夠的傾斜角以便脫模。過高的凸出部分會關住氣體,使這部分的強度和密度減;
                ⑸ 要設計合理的加強筋,以加強機箱的強度和剛度,防止翹曲。合理采用加強筋,還可減小壁厚,節省材料;
                ⑹ 要考慮機箱的脫模斜度,斜度的大小與塑料的性能、收縮率以及機箱的厚度、形狀有關,通常取15′~1°。
                隨著材料科學研究的不斷深入,有一些工程塑料在強度、剛度方面已接近甚至超過金屬,如果進一步提高工程塑料的機械穩定性、物理穩定性和化學穩定性,用工程塑料替代金屬材料作為電子設備的結構件是電子設備發展的必然趨勢。
            三、機箱的模塊化、小型化設計
                模塊化設計作為一種新的設計理論、方法,在國外已廣泛應用于各類電子設備的研制與生產中。電子設備機械結構的模塊化首先是設備機箱的模塊化,設計機箱時應認真貫徹并執行模塊化設計的有關準則、要求和步驟,加強對機箱模塊的研究設計工作,使電子設備的機箱標準化、模塊化、系列化。采用模塊化機箱能大大縮短研制周期,提高設計質量,從而為電子設備的新研及改型研制創造有利條件。
                電子設備的小型化、輕型化、薄型化、迷你化一直是人們追求的目標,對于軍用電子設備來說,其體積越小、重量越輕,其機動作戰的能力越強,戰場生存能力也就越強,而且設備的小型化極有利于設備的現場級維修、基層級維修。電子設備的小型化首先要解決機箱的小型化問題。設計機箱時,把小型化設計與結構設計、模塊化設計結合起來,并貫徹于整個設計的全過程,使設計的機箱既滿足整機要求,又滿足模塊化和小型化要求。
            四、機箱的造型設計
                隨著時代的進步,人們對電子設備的質量要求已不僅是內在質量,現在又提出外觀質量(包括產品的形態、色彩、裝飾等)和使用質量(即產品的顯示、操作的宜人性)要求,外觀質量和使用質量就是造型設計需要解決的課題,造型設計可提高現代電子設備美學質量和市場競爭力,從而增加設備的附加值。電子設備造型設計的核心是設備機箱的造型設計,設計機箱時,充分利用美學原理和造型設計的手法,將造型設計融合到機箱結構設計中,使設計的機箱在滿足整機要求的同時,其外形線條流暢,表面色彩柔和,機箱各尺寸比例協調,具有時代感,而且面板布局合理,美觀大方,操作方便、舒服。
                機箱作為電子設備一個重要的基礎結構,其設計質量的好壞直接影響到設備的質量。本文討論的只是本人從事電子設備結構設計的一點經驗,是初步的,不一定全面。隨著科學技術的不斷發展和材料科學研究的不斷深入,電子設備機箱設計的內容和要求也會越來越多,設計人員應及時更新設計觀念,采用新技術、新材料、新工藝、新手段來指導具體的機箱設計,以滿足電子設備的發展需求。


               

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