Quelles sont les principales considérations de conception pour les châssis et les armoires électriques des équipementiers ?

Pour les ingénieurs et les développeurs de produits, le passage d'un schéma de circuit imprimé à un boîtier physique exige un changement de perspective : passer de l'électronique à la mécanique. Ce guide analyse les paramètres d'ingénierie critiques que vous devez définir avant de commencer. Production de tôlerie.

1. Conformité dimensionnelle et norme « U »

Pour la conception des châssis OEM, le respect strict de la norme EIA-310-D est impératif. Un châssis trop large d'1 mm ne s'adaptera pas aux rails ; un châssis trop haut bloquera l'équipement adjacent.

La contrainte de hauteur verticale

L'unité de rack standard (U) mesure 1,75 pouce (44,45 mm). Cependant, la hauteur réelle du châssis doit être légèrement inférieure pour permettre un dégagement suffisant.

[Source des données : Spécifications de la norme EIA-310-D.]

Note technique : Lors de la conception d'un châssis 1U, la hauteur des composants internes constitue le principal facteur limitant. Il est impératif de tenir compte de l'épaisseur du métal (généralement 1,0 mm ou 1,2 mm pour l'acier) et de la hauteur des entretoises. Souvent, l'espace vertical interne utilisable est alors inférieur à 40 mm.

2. Intégrité structurelle : Prévention de l'affaissement et de la torsion

Un problème courant des armoires de commande industrielles et des grandes unités est l'affaissement de la structure. Lorsqu'un châssis est monté par ses pattes avant (en porte-à-faux) ou même sur des rails de glissement, la gravité exerce un couple important sur le métal.

Choix des matériaux pour la rigidité

Bien que l'aluminium (5052) soit léger, son module d'élasticité est inférieur à celui de l'acier. Pour les coffrets de plus de 400 mm de large contenant des transformateurs ou des alimentations électriques lourds, envisagez les stratégies de renforcement suivantes :

1. Brides repliées : Ne jamais laisser un bord brut à plat. Le repliage du bord à 90 degrés crée un effet de poutre qui augmente la rigidité d’un facteur 10.
2. Gaufrage/Nervures : Si vous utilisez un matériau plus fin pour gagner du poids, l'ajout de nervures estampées sur de grands panneaux plats empêche le « gauchissement » (oscillation) et ajoute de la rigidité.
3. Construction des angles : Pour les armoires robustes, le soudage par points des angles offre une résistance supérieure aux rivets ou aux vis, bien qu’il augmente le coût. Fabrication de tôlerie sur mesure.

3. Stratégie de gestion thermique et de flux d'air

La chaleur est la principale cause de panne électronique. La conception du boîtier détermine le flux d'air.

Flux d'air pour montage en rack

La norme pour les environnements de rack est le refroidissement de l'avant vers l'arrière.

• Admission d'air : Ventilateurs à haute pression statique à l'avant.
• Échappement : Sorties d'air à l'arrière.
• À éviter : la ventilation latérale dans les configurations en rack, car les serveurs adjacents bloqueront le flux d’air ou feront recirculer l’air chaud.

Flux d'air du caisson

Pour les armoires industrielles autonomes, la stratégie dépend de l'environnement ambiant :

Simulation CFD : Pour les configurations à haute densité, l’exécution d’une simulation de dynamique des fluides numérique (CFD) avant la découpe du métal peut identifier les « points chauds » où le flux d’air stagne derrière de gros composants comme des condensateurs ou des cartes filles.

4. Exigences de blindage EMI/EMC

Si votre appareil fonctionne à des fréquences élevées ou est déployé dans des environnements électriquement perturbés (comme à proximité de variateurs de fréquence), le boîtier doit faire office de cage de Faraday.

Pour assurer un blindage efficace, la continuité électrique doit être maintenue sur toutes les surfaces métalliques en contact.

• Masquage : Le revêtement en poudre est isolant. Il est impératif de masquer les zones autour des trous de vis et des brides d’accouplement afin de garantir un contact métal sur métal.
• Finitions conductrices : L'utilisation de la conversion au chromate (alodine) sur l'aluminium ou du zingage sur l'acier permet la conductivité tout en assurant une résistance à la corrosion.
• Joints : Pour les espaces supérieurs à 1/20ème de la longueur d'onde de la fréquence d'interférence, utilisez des doigts en cuivre-béryllium (BeCu) ou des joints en tissu conducteur pour sceller la couture.

5. Conception pour la fabrication (DFM) afin de maîtriser les coûts

Le boîtier le plus coûteux est celui qui entrave le processus de fabrication. Optimiser sa conception pour la production en usine peut réduire les coûts unitaires de 15 à 30 %.

Cohérence des rayons de courbure

Dans le Processus de fabrication de tôlesChaque changement d'outil prend du temps. Concevez tous les pliages avec le même rayon intérieur (par exemple, en standardisant à 1,5 mm ou 3,0 mm selon l'épaisseur du matériau). Cela permet à l'opérateur de la presse plieuse de former la pièce entière sans changer d'outillage.

Proximité du trou

Évitez de placer des trous ou des découpes trop près d'une ligne de pliage.

• Règle générale : La distance entre le bord du trou et la ligne de pliage doit être au moins égale à 2,5 fois l'épaisseur du matériau.
• Conséquence : les trous placés trop près les uns des autres se déformeront (deviendront ovales) lors du processus de pliage, ce qui entraînera un mauvais alignement des vis.

6. Accessibilité et facteurs humains

L'expérience de l'utilisateur final est souvent définie par la facilité de maintenance.

• Couvercles sans outil : des vis à oreilles ou des mécanismes de verrouillage permettent un accès interne rapide sans avoir à chercher un tournevis.
• Arêtes de sécurité : Toutes les arêtes de coupe internes doivent être ébavurées. Le risque qu’un technicien se coupe la main sur un passage de câble tranchant est engagé.
• Gestion des câbles : Dans les armoires de commande industrielles, prévoyez des points d’ancrage ou des goulottes intégrés. Une armoire encombrée restreint la circulation de l’air et rend le dépannage impossible.

7. Finition de surface et durabilité

La finition remplit deux fonctions : esthétique et protection.

• Revêtement en poudre : la référence en matière de durabilité. Il offre une couche épaisse et résistante aux rayures, mais ajoute de l’épaisseur (environ 0,076 à 0,127 mm). Il faut tenir compte de cette épaisseur supplémentaire dans les assemblages à tolérances serrées.
• Peinture liquide : rarement utilisée de nos jours en raison des réglementations environnementales sur les COV et de sa moindre durabilité, mais nécessaire pour la correspondance de couleurs spécifiques ou les exigences CARC de qualité militaire.
• Anodisation : Spécifique à l’aluminium. Elle s’intègre à la surface du métal et ne modifie pas significativement les dimensions, ce qui la rend idéale pour les dissipateurs thermiques de précision ou les panneaux avant.

Liste de contrôle pour votre prochaine demande de devis

Avant de soumettre vos fichiers de conception pour obtenir un devis, assurez-vous que les variables suivantes sont définies dans votre dossier de dessin :

1. Alliage et trempe du matériau : (par exemple, Al 5052-H32 contre l'acier CRS 1018).
2. Spécifications de finition : (ex. : « Revêtement en poudre noir texturé, RAL 9005 »).
3. Installation du matériel : Précisez quels écrous ou goujons PEM doivent être enfoncés.
4. Exigences de soudage : Préciser si les soudures doivent être meulées ou laissées telles quelles.

L'équilibre entre ces considérations garantit que votre boîtier n'est pas simplement une boîte métallique, mais un composant de précision qui apporte une valeur ajoutée à votre système électronique.