Consideraciones clave de diseño y opciones de personalización para tus cajas de chapa metálica
¿Qué es lo primero que ven tus clientes cuando ven tus productos? No es lo que hay dentro. Probablemente sea el recinto, y esa primera impresión dice mucho sobre cómo quieres que perciban tu producto por los clientes. Un recinto estéticamente agradable ayuda mucho a decir que has pensado mucho en cómo se verá el producto en el espacio de tu cliente.
Pero los terrarios no son solo un deleite visual. Los recintos son funcionales. Son como un exoesqueleto resistente que protege todo lo vital en su interior (como la electrónica de precisión), evitando que el polvo, la suciedad y la humedad corrosiva se infiltren en los espacios interiores. Pueden proporcionar una estructura que coloque las piezas de forma segura en lugares estratégicos y proporciona la ventilación tan necesaria. Algunos incluyen elementos internos que pueden mantener los componentes del ensamblaje en su lugar.
Una consideración antes de empezar a diseñar una caja es fijarse bien en lo que debe entrar. Nadie quiere una caja gigante con un pequeño número de componentes. Del mismo modo, meter componentes en un espacio pequeño puede parecer desordenado y, dependiendo de tus necesidades de ventilación, incluso causar problemas de refrigeración. Un poco de reflexión te dará el tamaño perfecto para la casa.
A continuación, piensa en las opciones de fabricación. Si miras a tu alrededor, verás que casi todos los productos de electrónica de consumo, medicina o aeroespacial usan chapa metálica para las carcasas. Es fácil entender por qué. Las cajas de chapa metálica pueden fabricarse rápidamente (a veces en tan solo 3 días), de forma económica y con un aspecto que puede ir desde lo rústico hasta lo muy acabado. Por eso también la chapa metálica es una elección ideal durante la explosión creativa de ideas inherente al prototipado.
Consideraciones de diseño para cajas de chapa metálica
El diseño para chapa metálica es bastante diferente al diseño para otros procesos de fabricación. Por un lado, empiezas de una losa plana de metal que debe doblarse, perforar o cortar con láser en formas muy específicas. Recuerda siempre esa idea de la lámina única y cómo las curvas en una zona pueden tener un efecto profundo en la fabricabilidad y, en última instancia, en el éxito de la carcasa. Aquí tienes algunas cosas a tener en cuenta al diseñar cajas de chapa metálica.
Forma y ajuste
Uno de los factores más complicados del proceso de prototipado es asegurarse de que tu diseño encaje y pueda ser ensamblado. Pequeños errores, como olvidar un orificio de holgura para que las herramientas accedan a un cierre o diseñar componentes para que encajen cara a cara en una esquina doblada, pueden añadir un coste y tiempo considerables a tu proyecto, ya que tienes que volver a la fase de diseño para corregir estos errores y remanufacturar la siguiente revisión.
El acceso a las herramientas es importante porque, en última instancia, una colección de piezas independientes no te sirve de nada si no pueden ensamblarse en su forma final. Si no puedes meter un destornillador en una esquina para apretar los sujetadores durante el montaje, no vas a avanzar mucho hacia un producto final. Además de colocar una herramienta en un lugar estrecho, es imprescindible que tu diseño incluya un agujero en ambos componentes para fijarlos. En un entorno acelerado, este es un error fácil de cometer y hace que una iteración se detenga por completo.
Muchos diseñadores que no están familiarizados con la chapa metálica olvidarán que las esquinas formadas tendrán un radio. Los ingenieros han diseñado piezas que se acoplan cara a cara y, cuando el diseño se convierte en chapa y se añade un radio de curvatura— 0.030 dentro. ( 0.76 mm) El radio de flexión interior es lo más común: los componentes que se acoplan se encuentran con una interferencia en la región de curvatura. Una buena práctica es añadir radios de curvatura interiores a tus piezas mientras las diseñas y planificar los componentes de acoplamiento para que se unan y fijen antes de la región de curvatura.
Canales en U
Estos son exactamente lo que su nombre indica: canales en forma de U hechos de chapa metálica que pueden proporcionar algo tan simple como una ranura por la que el cableado electrónico puede pasar con seguridad. También pueden usarse como soporte sólido para elementos arquitectónicos o como soporte para sujetar elementos de un conjunto. Una regla respecto a los canales en U es que la relación entre ancho y altura no debe superar 2 : 1 .
Permisos de ventilación
Las cajas para electrónica se calientan. La mejor manera de mitigar esa acumulación de calor es mediante la ventilación, ya sea que el flujo de aire se fuerza mediante ventiladores o de forma natural con áreas abiertas que permitan que el calor escape por convección. La necesidad de ventilación tiene efectos significativos en el diseño y la fabricabilidad. Las perforaciones o persianas en tu diseño crean un espacio abierto que permite la circulación de aire mientras evitan la entrada de herramientas y dedos durante la manipulación y uso. Existen algunas opciones y alternativas que puedes considerar al diseñar la ventilación.
Los patrones de perforación son una forma elegante de añadir flujo de aire a tu carcasa. Son un patrón de orificios, normalmente redondos o hexagonales, que están escalonados y dimensionados de forma que logran un porcentaje de área abierta que determina la cantidad de flujo. Esto es ideal para áreas pequeñas de flujo de aire, ya que, una vez que empiezas a perforar o aplicar láser en una gran área perforada, suele añadirse una cantidad significativa de distorsión a la lámina. Sin embargo, si debes incorporar un patrón de perforación grande, hay dos formas de minimizar o eliminar la distorsión de la lámina.
- Considera una lámina de material perforado soldada en tu carcasa. El material perorado es material perforado que ha sido aplanado por el molino o el fabricante. Este método incluye un poco de soldadura y añade el coste de material extra, pero prácticamente elimina el problema de deformación.
- Utiliza el menor porcentaje de espacio abierto posible que se adapte a tus necesidades de flujo de aire. Este método puede no eliminar la posibilidad de distorsión, pero sí la minimizará mucho.
Radio de curvatura
La chapa metálica se dobla usando un freno de presión que utiliza mucho peso para doblar los materiales elegidos. Un punzón, que parece una punta puntiaguda, funciona junto con un troquel. El punzón baja sobre la pieza metálica, que se sitúa sobre el troquel, y luego se deforma por el peso que se aplica al ser presionado contra el troquel. La curvatura nunca es un ángulo perfecto y nítido. En cambio, la combinación de punzón/matriz añade una ligera curvatura llamada radio de curvatura, tanto en el interior como en el exterior del material. Puedes elegir el tamaño del radio de curvatura en tus diseños, pero debes compensar esto en tus diseños. Por ejemplo, si quieres que un componente encaje en esa curva, ajusta el radio de curvatura externo del componente al radio de curvatura interno del chasis para asegurar un buen ajuste. Ten en cuenta que los radios externos están inextricablemente ligados al material que se está doblando y su grosor.
Consideraciones de formabilidad
Esto vuelve a la premisa básica de la fabricación de chapa metálica. Estás doblando una sola lámina de metal. Por ejemplo, mientras que la parte superior de una caja de cartón está hecha de una sola lámina de cartón, tiene material cortado en cada zona de las esquinas para facilitar la flexión de las solapas. Sin eso, la tapa no funcionará como se espera. O digamos que quieres crear una brida en tu pieza de trabajo. Primero, tendrás que cortar el material de la brida en una forma flexible, pero si intentas doblarlo en este punto, probablemente deformarás el metal circundante. Para evitar eso, añades alivio de flexión, que no es más que un leve corte en la zona de la brida donde se une con el resto de la pieza. Con eso en su lugar, la flexión será exitosa, evitando la deformación de la zona principal de la pieza.
En resumen: Si diseñas tu pieza de chapa metálica como un objeto sólido, es importante que nos envíes una lima CAD que parezca doblada pero que muestre dónde deben ir las curvas para garantizar la fabricabilidad.
Materiales para cajas de chapa metálica
Estos tres materiales son los más elegidos para las cajas de chapa metálica. Aquí tienes un resumen rápido de cada uno:
Aluminio
Su metal ligero pero resistente se utiliza muy comúnmente en prototipos de cajas e incluso en piezas de uso final. Disponible en tres tipos ( 5062 – H32 , 6061 – T651/T6 y 5754 ), es fácil de moldear, tiene gran resistencia a la corrosión y es muy soldable. El postprocesado puede añadir una estética agradable más allá del ya atractivo aluminio en bruto.
Acero inoxidable 304 / 304 L, 316 / 316 L
Dos opciones populares adicionales para los carcasas. El acero inoxidable no es difícil de moldear ni soldar, y es resistente, resistente a la corrosión y duradero, aunque es mejor evitar ambientes de agua salada con 304 . Además de todo eso, tiene un aspecto estupendo.
Acero
Disponibles como acero CR bajo carbono 1008 y como acero galvanizado laminado en frío pre-chapado, estos materiales son opciones rentables adecuadas para soldar, conformado y son duraderos y resistentes. Ten en cuenta que el 1008 CR no está recubierto, por lo que es muy susceptible a la corrosión, a diferencia del acero galvanizado y galvaneado. Para prototipos, 1008 funcionará bien, pero para otras aplicaciones es mejor recubrirlo con zinc o polvo para protección.
Operaciones secundarias para recintos
Asamblea
El ensamblaje es crucial en la fabricación de chapa metálica porque une los componentes individuales en un producto completo y funcional. Determina la calidad final, la precisión dimensional y la integridad estructural del producto, asegurando que todas las piezas encajen correctamente y cumplan su función prevista. Por tanto, las técnicas adecuadas de montaje, como la soldadura, el remachado o la fijación, son esenciales para crear un elemento final duradero y fiable que cumpla con las especificaciones de diseño.
Hardware
Se utilizan sujetadores de paneles y otros tipos de herrajes PEM ® para reforzar piezas o proporcionar roscas para el montaje. Una cosa a tener en cuenta aquí es que, dependiendo del tipo de recubrimiento que reciba la pieza tras la fabricación, así como del tipo de material del que esté hecha, el inserto puede necesitar instalarse antes o después de cualquier operación de postprocesado. Esta es una área en la que definitivamente deberías consultarnos antes de pulsar el botón de “aceptar”.
Enmascaramiento
El enmascaramiento se realiza normalmente para asegurar una buena ubicación de tierra para tus aparatos electrónicos. Sin embargo, es importante recordar que si enmascaras un acabado, el material subyacente quedará desnudo. Puede ser lo mejor para ti aplicar un acabado conductor como cromato (en aluminio) antes del acabado aislante, como el recubrimiento en polvo.
Marcado de piezas
El marcado de piezas puede hacerse con tinta epoxi y plantilla usando una fuente de plantilla, o con diversos métodos de marcado láser. El grabado, que elimina material para crear una marca profunda y permanente, el marcado, que transforma la superficie para producir una marca blanca o negra, y finalmente el grabado, que ablata una pequeña cantidad de chapado para producir una marca blanca.
Soldadura
La soldadura permite crear una gran variedad de diseños que no pueden lograrse con una sola lámina. Las principales preocupaciones sobre la soldadura son la deformación y los requisitos de estanqueidad a la luz o fluidos.
Nota: si tu diseño requiere soldaduras ligeras o herméticas, lo mejor es buscar soldadores especializados que puedan lograrlo y comprobarlo. En XHX Metal , ofrecemos soldadura y pruebas de presión especializadas para cajas críticas de manejo de fluidos.
Si tu diseño tiene una gran cantidad de soldadura, hay una preocupación real de que la pieza se deforme por el calor necesario. Esto es especialmente un problema con grosores de material menores a 0.062 pulgadas. ( 1.57 mm). En su lugar, considera la soldadura por puntos. Esto suele ser 1 dentro. ( 25.4 mm) de soldadura cada 3 de pulgadas. ( 76.2 mm) pero ese tamaño y paso se pueden ajustar para lograr la mínima soldadura que produzca la resistencia que requiere tu diseño.
Acabados superficiales para cajas personalizadas
Grabado láser
Como su nombre indica, puedes usar láseres de alta potencia para inscribir información en tus piezas de chapa metálica. Esta es una forma de incorporar logotipos, números de pieza y otras ideas de forma clara en tus componentes.
Pintura húmeda
Tras aplicar una capa de imprimación para mejorar la adhesión, se aplica un recubrimiento líquido del color que tú elijas, proporcionando un acabado atractivo.
Recubrimiento en polvo
En este proceso, el pigmento en polvo se rocía sobre una superficie cargada electrostáticamente a la que se adhiere. Tras un viaje al horno, el polvo se convierte en un recubrimiento resistente similar a una cerámica que queda muy bien y protege el metal.
Serizado
Casi cualquier imagen o texto básico puede imprimirse en una pieza de chapa metálica. Aunque no es un recubrimiento protector, la serigrafía permite imprimir instrucciones de usuario, logotipos y más, para proporcionar piezas más completas que puedan incluir tu marca.
Chapado y recubrimiento
Estos te permiten crear una capa protectora en tu chapa metálica que también puede dar resultados estéticos.
Distribución del recinto
Define la huella total del recinto, las holguras internas y la relación entre paneles, puertas, cubiertas y componentes instalados.
Puertas y paneles desmontables
Identifica puntos de acceso, paneles extraíbles, bisagras, pestillos y requisitos de servicio para que esas características puedan considerarse durante la revisión de los dibujos.
Aberturas de entrada por cable
Muestra las ubicaciones de entrada de cables, los recortes y los detalles de montaje relacionados en los planos. Incluye cualquier requisito dimensional o de espacio que afecte a la integración.
Patrones de ventilación
Especifica aberturas de ventilación, patrones de perforación, persianas u otras características relacionadas con el flujo de aire requeridas por el diseño del producto.
Características de montaje
Documentar agujeros de montaje, raíles internos, soportes, insertos y otras características utilizadas para instalar componentes eléctricos o electrónicos.
Consideraciones sobre flexión y ensamblaje
Dejar espacio para bridas conformadas, curvas, soldaduras, herrajes y acceso al ensamblaje. Una revisión de Diseño para la Manufacturabilidad puede ayudar a identificar ajustes prácticos antes de la producción.
Preparándose para un presupuesto
Incluye los últimos dibujos, los materiales y los requisitos de acabado, la cantidad estimada y cualquier nota de montaje o inspección al solicitar un presupuesto.
¿Listo para optimizar el diseño de tu terrario? Consulta con XHX Metal Ingenieros
