¿Cuáles son las consideraciones de diseño clave para chasis y gabinetes eléctricos OEM?

Para ingenieros y desarrolladores de productos, pasar de un diseño de PCB a una carcasa física requiere un cambio de mentalidad: de la electrónica a la mecánica. Esta guía analiza los parámetros de ingeniería críticos que debe definir antes de comenzar. Producción de chapa metálica.

1. Cumplimiento dimensional y el estándar "U"

Para el diseño de chasis OEM, el cumplimiento estricto de la norma EIA-310-D es innegociable. Un chasis 1 mm más ancho no encajará en los rieles; uno demasiado alto bloqueará los equipos adyacentes.

La restricción de altura vertical

La unidad de rack (U) estándar mide 44,45 mm (1,75 pulgadas). Sin embargo, la altura real del chasis debe ser ligeramente menor para dejar espacio libre.

[Fuente de datos: Especificaciones estándar EIA-310-D.]

Nota de ingeniería: Al diseñar un chasis 1U, la altura de los componentes internos es el mayor obstáculo. Debe tener en cuenta el grosor del metal (normalmente 1,0 mm o 1,2 mm para acero) y la altura de los separadores. A menudo, esto deja menos de 40 mm de espacio vertical interno utilizable.

2. Integridad estructural: prevención de pandeo y torsión

Una falla común en los gabinetes de control industriales y unidades de gran tamaño es el pandeo estructural. Cuando un chasis se monta por sus orejas frontales (en voladizo) o incluso sobre rieles deslizantes, la gravedad ejerce un torque significativo sobre el metal.

Selección de materiales para la rigidez

Si bien el aluminio (5052) es ligero, tiene un módulo de elasticidad menor que el acero. Para cajas de más de 400 mm de ancho que soporten transformadores o fuentes de alimentación pesadas, considere las siguientes estrategias de refuerzo:

1. Bridas plegadas: Nunca deje un borde sin rematar plano. Doblar el borde 90 grados crea un efecto de viga que multiplica por diez la rigidez.
2. Relieve/Costillas: Si se utiliza material de calibre más delgado para ahorrar peso, agregar nervaduras estampadas en los paneles planos grandes evita el efecto "aceite enlatado" (tambaleo) y agrega rigidez.
3. Construcción de esquinas: para gabinetes de alta resistencia, las esquinas soldadas por puntos brindan una resistencia superior en comparación con los remaches o tornillos, aunque aumenta el costo de Fabricación de chapa metálica a medida.

3. Gestión térmica y estrategia de flujo de aire

El calor es la principal causa de fallos electrónicos. El diseño de la carcasa determina la trayectoria del flujo de aire.

Flujo de aire para montaje en rack

El estándar para entornos de rack es refrigeración de adelante hacia atrás.

• Admisión: Ventiladores de alta presión estática en la parte delantera.
• Escape: Ventilaciones en la parte trasera.
• Evite: Ventilación lateral en diseños de montaje en rack, ya que los servidores adyacentes bloquearán el flujo de aire o recircularán el aire caliente.

Flujo de aire del gabinete

Para los gabinetes industriales independientes, la estrategia depende del entorno ambiental:

Simulación CFD: para diseños de alta densidad, ejecutar una simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD) antes de cortar el metal puede identificar "puntos calientes" donde el flujo de aire se estanca detrás de componentes grandes como capacitores o placas hijas.

4. Requisitos de blindaje EMI/EMC

Si su dispositivo opera a altas frecuencias o se implementa en entornos eléctricamente ruidosos (como cerca de VFD), el gabinete debe actuar como una jaula de Faraday.

Para lograr un blindaje efectivo, se debe mantener la continuidad eléctrica en todas las superficies metálicas en contacto.

• Enmascaramiento: El recubrimiento en polvo es un aislante. Debe especificar áreas de enmascaramiento alrededor de los orificios de los tornillos y las bridas de acoplamiento para garantizar el contacto metal con metal.
• Acabados conductores: el uso de conversión de cromato (Alodine) en aluminio o revestimiento de zinc en acero permite la conductividad al tiempo que proporciona resistencia a la corrosión.
• Juntas: Para espacios mayores a 1/20 de la longitud de onda de la frecuencia de interferencia, utilice dedos de cobre-berilio (BeCu) o juntas de tela conductora para sellar la costura.

5. Diseño para la fabricación (DFM) para controlar los costos

El gabinete más caro es aquel que dificulta el proceso de fabricación. Optimizar el diseño para la planta de producción puede reducir los costos unitarios entre un 15 % y un 30 %.

Consistencia de los radios de curvatura

En el Proceso de fabricación de chapa metálicaCada cambio de herramienta lleva tiempo. Diseñe todos los pliegues con el mismo radio interno (p. ej., estandarizándolos en 1,5 mm o 3,0 mm según el espesor del material). Esto permite al operador de la plegadora conformar la pieza completa sin cambiar las herramientas.

Proximidad del agujero

Evite colocar agujeros o recortes demasiado cerca de una línea de curvatura.

• Regla general: la distancia desde el borde del orificio hasta la línea de curvatura debe ser al menos 2,5 veces el espesor del material.
• Consecuencia: Los agujeros colocados demasiado cerca se deformarán (se convertirán en óvalos) durante el proceso de doblado, lo que provocará una desalineación del tornillo.

6. Accesibilidad y factores humanos

La experiencia del usuario final a menudo se define por la facilidad de mantenimiento.

• Tapas sin herramientas: Los tornillos de mariposa o los mecanismos de pestillo permiten un acceso interno rápido sin tener que buscar un destornillador.
• Bordes de seguridad: Todos los bordes internos cortados deben estar desbarbados. Un técnico que se corte la mano con un cable afilado es un riesgo.
• Gestión de cables: En los armarios de control industriales, se deben incluir puntos de amarre o canalizaciones integrados. Un armario desordenado restringe el flujo de aire e imposibilita la resolución de problemas.

7. Acabado superficial y durabilidad

El acabado tiene dos finalidades: estética y protección.

• Recubrimiento en polvo: El estándar de durabilidad. Ofrece una capa gruesa y resistente a los arañazos, pero añade dimensión (aprox. de 0,003" a 0,005"). Debe tener en cuenta este espesor adicional en ensamblajes con tolerancias ajustadas.
• Pintura húmeda: rara vez se utiliza actualmente debido a las regulaciones ambientales sobre COV y una menor durabilidad, pero es necesaria para la combinación de colores específicos o para requisitos CARC de grado militar.
• Anodizado: Específico para aluminio. Se integra con la superficie metálica y no altera significativamente las dimensiones, lo que lo hace ideal para disipadores de calor de precisión o paneles frontales.

Lista de verificación para su próxima solicitud de cotización

Antes de enviar sus archivos de diseño para una cotización, asegúrese de que estas variables estén definidas en su paquete de dibujo:

1. Aleación y temple del material: (por ejemplo, Al 5052-H32 frente a acero CRS 1018).
2. Especificación de acabado: (por ejemplo, "Capa de polvo negro texturizado, RAL 9005").
3. Instalación del hardware: detalle qué tuercas o pernos PEM deben presionarse.
4. Requisitos de soldadura: Defina si las soldaduras deben pulirse hasta quedar lisas o dejarse como están.

Equilibrar estas consideraciones garantiza que su gabinete no sea solo una caja de metal, sino un componente diseñado con precisión que agrega valor a su sistema electrónico.