Вода и мусор могут повредить наружное и промышленное оборудование. Даже небольшая утечка может нанести вред электронике, сократить срок службы и привести к сбоям в реальной эксплуатации. Именно поэтому конструкция герметичных корпусов играет важную роль в надежности продукции.
Многие разработчики стремятся получить класс защиты IP или NEMA. Например, корпус со степенью защиты IP67 должен блокировать всю пыль и оставаться герметичным в течение 30 минут под водой глубиной 1 метр. В этом руководстве рассмотрены основные идеи, которые помогут вам создать корпуса, сохраняющие герметичность в реальных условиях эксплуатации.
Установление требований к защите
Внутренние помещения часто выглядят безопасными, но все же они создают проблемы для корпусов. Пыль может проникать через крошечные щели. Теплое оборудование может вызвать образование влаги внутри корпуса. Легкая вибрация от расположенных рядом машин может постепенно ослабить винты и крепления.
Использование на открытом воздухе увеличивает нагрузку. Дождь может ударить по корпусу с разных сторон. Ветер может загнать воду в швы, которые выглядят герметичными. Солнечный свет нагревает металл днем. Ночью более холодный воздух сжимает его. Это расширение и сжатие снижает давление на прокладку и создает небольшие отверстия. Вода может попасть внутрь даже при отсутствии прямых осадков.
Прибрежные и промышленные районы создают дополнительные риски. Соленые брызги оставляют кристаллы, которые ускоряют коррозию. На заводах корпуса подвергаются воздействию масла, топлива и химического тумана. Пластмасса может ослабнуть под воздействием сильного ультрафиолета. Металлы могут потерять прочность в кислотном воздухе. Вибрация, удары и неаккуратное обращение могут привести к смещению петель и ослаблению фурнитуры. Эти изменения нарушают герметичность и повышают вероятность протечек.
Выбор целевого рейтинга (IP или NEMA)
Вы можете избежать многих проблем, выбрав рейтинг, соответствующий реальным условиям. Рейтинг, который выглядит приемлемым на диаграмме, может оказаться неудачным в полевых условиях, если он не учитывает реальные опасности, связанные с продуктом.
Степень защиты IP показывает две вещи: насколько хорошо корпус защищает от пыли и насколько хорошо он защищает от воды.
- Класс защиты IP54 предотвращает попадание пыли и брызг света.
- Класс защиты IP65 не пропускает пыль и большинство видов дождя или мойки.
- Класс защиты IP66 позволяет работать с сильными струями воды.
- Класс защиты IP67 позволяет выдерживать кратковременное погружение в воду.
- Класс защиты IP68 обеспечивает более глубокое или длительное погружение в воду, в зависимости от пределов испытаний.
Номинальные значения NEMA идут дальше. Они охватывают пыль и воду, а также учитывают коррозию.
- NEMA 3R подходит для использования под дождем на открытом воздухе.
- NEMA 4 защищает от попадания воды из шлангов.
- NEMA 4X обеспечивает коррозионную стойкость для морских и химических зон.
- NEMA 6 и 6P допускают кратковременное погружение в воду.
Выбор материала для водо- и мусоростойких корпусов
Выбор материала влияет на то, как корпус справляется с водой, пылью, теплом и длительным использованием. Наглядное сравнение поможет вам выбрать надежный вариант еще до разработки уплотнений или соединений.
Металлические опции
Металл обеспечивает надежную защиту в суровых условиях. Он хорошо переносит удары и вибрацию и сохраняет поверхности плоскими для хорошей герметизации.
- Нержавеющая сталь обладает высочайшей коррозионной стойкостью. Она хорошо подходит для использования в прибрежных районах, наружных энергосистемах и оборудовании для пищевой промышленности. Она остается стабильной в жару и холод. Кроме того, после сварки поверхность фланцев остается ровной. Основные недостатки - вес и более высокая стоимость.
- Алюминий - это более легкий выбор. Он противостоит коррозии лучше, чем обычная сталь, и хорошо воспринимает покрытия. Он подходит для установки на столбах, крышек машин и телекоммуникационных корпусов. Его прочность ниже, чем у стали, поэтому большие панели могут нуждаться в дополнительной опоре.
- Оцинкованная сталь обеспечивает сбалансированную производительность. Цинковый слой замедляет появление ржавчины и хорошо подходит для умеренного использования на открытом воздухе. Она стоит дешевле, чем нержавеющая сталь. Она недолговечна в соляном тумане или химической среде, поскольку цинковый слой со временем стирается.
Варианты без металла
Неметаллические материалы помогают, когда ключевыми факторами являются вес, стоимость или сложность формы. Пластмассы позволяют создавать сложные формы с меньшим количеством швов, что снижает количество путей утечки.
- ABS прост в формовке и имеет низкую стоимость. Он подходит для использования внутри помещений. На открытом воздухе он становится хрупким, так как ультрафиолет разрушает его.
- Поликарбонат (PC) отлично подходит для использования на улице. Он выдерживает удары и сохраняет прочность при нагревании. Он хорошо подходит для корпусов осветительных приборов, датчиков и крышек приборов.
- Нейлон (PA) устойчив к химическим веществам и истиранию. Он впитывает влагу, которая может изменить его размер и снизить точность посадки, если не контролировать этот процесс.
- Композитные материалы обладают высокой жесткостью и устойчивостью к коррозии. Они хорошо подходят для наружных коммуникационных коробок и морских корпусов.
Обработка поверхности и покрытия
Покрытия защищают материалы корпуса от воды, пыли, ультрафиолета и химикатов. Они увеличивают срок службы и обеспечивают стабильность уплотнительных поверхностей.
- Порошковое покрытие образует толстый и ровный слой. Он защищает сталь и алюминий от коррозии. Он также уменьшает шероховатость поверхности, что способствует лучшему уплотнению прокладки. Толстый слой покрытия может образовываться на краях, поэтому герметизация этих мест требует тщательного контроля.
- Анодирование Очень хорошо подходит для алюминия. Он создает твердую поверхность, устойчивую к коррозии и ультрафиолету. Он предотвращает образование точечных пятен на открытом воздухе и обеспечивает стабильную основу для приклеивания прокладок.
- Покрытие Такие методы, как цинк, никель и хром, придают стали дополнительную защиту. Цинк помогает противостоять влаге. Никель и хром обеспечивают более высокую устойчивость в промышленных или химических зонах.
Стратегии структурного проектирования для предотвращения проникновения
Хорошая структура помогает блокировать воду и мусор. Форма и расположение корпуса определяют движение воды и поведение зазоров.
Минимизация путей проникновения
Вы можете снизить риск протечек, уменьшив количество швов, стыков и небольших сопряжений. Каждая добавленная деталь создает новый зазор. Эти зазоры позволяют воде проникать внутрь под действием капиллярного эффекта или давления ветра.
Большие сплошные поверхности не пропускают мусор и дождь. Простые панели дают воде меньше мест для скопления. Каждый изгиб или стык должен иметь четкое назначение. Такой подход делает наружные конструкции более стабильными.
Перекрывающие крышки обеспечивают защиту без сложных уплотнений. Одна панель выступает за другую и образует естественный экран. Вода уходит от стыка, а не направляется к нему.
Отверстия, обращенные вниз, хорошо работают на открытом воздухе. Вентиляционные отверстия, водостоки и кабельные вводы должны быть направлены вниз, чтобы дождь не попадал прямо внутрь. Эта простая схема предотвращает большинство случаев забрызгивания.
Управление потоком воды вокруг корпуса
Вы можете направлять движение воды по поверхности. Хороший поток воды уменьшает скопление и попадание брызг.
Наклонные поверхности способствуют движению воды. Даже небольшой угол помогает воде стекать, прежде чем она создаст давление или попадет в небольшие щели. Плоские поверхности часто становятся причиной проблем, поскольку вода может задерживаться на них в течение длительного времени.
Дренажные каналы отводят воду от мест уплотнения. Небольшой канал или желобок помогает сохранить поверхность сухой. Эти каналы также уменьшают скрытую влажность от конденсата.
Экранированные отверстия блокируют дождь, нагоняемый ветром. Небольшая крышка над вентиляционным отверстием снижает силу поступающей воды. Этот экран помогает сохранить внутренние детали сухими.
Обеспечение жесткости и стабильности размеров
Жесткий корпус обеспечивает плоскую форму уплотнительных фланцев. Плоские фланцы создают равномерное давление на прокладку. Неровные участки приводят к образованию зон низкого давления, в которые может попасть вода.
Гибка, сваркаСварка и механическая обработка могут изменить форму панели. Тепло при сварке тянет металл внутрь. Острые изгибы скручивают лист. Обработка тонких участков снижает жесткость. Эти изменения снижают стабильность уплотнения.
Вы можете контролировать искажения, используя правильные радиусы изгиба. Большие радиусы снижают напряжение и делают фланцы более плоскими. На большие панели, которые могут прогибаться под нагрузкой, можно добавить усиливающие ребра. Эти ребра помогут корпусу оставаться стабильным при сборке и в реальных условиях эксплуатации.
Дизайн уплотнений: Сердце защиты от воды и мусора
Надежное уплотнение занимает центральное место в любом защищенном корпусе. Приведенные ниже рекомендации помогут вам выбрать и сконструировать уплотнение, которое выдержит реальные нагрузки.
Выбор правильного метода герметизации
Различные методы уплотнения лучше работают с корпусами разной формы, давления и условий окружающей среды. Вы должны выбрать метод, который подходит для корпуса, а не пытаться заставить одно уплотнение решать все проблемы.
- Прокладки хорошо подходят для плоских дверей и больших панелей. Они хорошо переносят вибрацию и просты в замене. Они не требуют тщательной обработки.
- Уплотнительные кольца создают более плотное уплотнение. Они располагаются внутри обработанных канавок. Они лучше всего подходят для круглых или точных крышек, где площадь контакта мала, но давление велико.
- Пенопластовые уплотнители подходят для легких чехлов. Они легко сжимаются и не требуют прочных защелок или винтов. Они стоят дешевле, но могут быстрее изнашиваться в суровых внешних условиях.
- Формованные уплотнения соответствуют сложным формам без открытых стыков. Они стоят дороже, но обеспечивают надежную защиту при высоких значениях IP и частом использовании вне помещений.
Принципы проектирования прокладок и уплотнительных колец
Правильная компрессия - основа любого хорошего уплотнения. Слишком слабое сжатие приводит к образованию щелей. Слишком сильное сжатие повреждает уплотнение. Стабильный диапазон обеспечивает стабильную производительность в течение многих лет.
Плоские уплотнительные поверхности очень важны. Шероховатые или неровные поверхности создают пути для утечек. Панели должны оставаться плоскими после сгибания или сварки. Чистый фланец снижает риск поломки.
Конструкция канавки определяет поведение уплотнительного кольца. Канавка должна соответствовать размеру уплотнительного кольца и удерживать его на месте во время сборки. Слишком большое пространство позволяет кольцу прокручиваться. Слишком малое пространство зажимает его и сокращает срок службы.
Расстояние между крепежами влияет на сжатие. Крепежи должны располагаться достаточно близко, чтобы давление было равномерным. Большие зазоры между винтами создают зоны низкого давления, в которые может попасть вода. Простой и равномерный рисунок помогает избежать этого.
Выбирайте материал прокладки в зависимости от окружающей обстановки.
- EPDM выдерживает воздействие воды и ультрафиолета.
- Силикон остается гибким в жару и холод.
- Неопрен хорошо сочетается с маслами.
- Витон устойчив к воздействию сильных химических веществ.
Типичные места утечки и способы их устранения
Чаще всего протечки начинаются на движущихся частях или в местах расположения фурнитуры. Эти места требуют особого ухода.
Петли
Петли могут смещаться при движении двери. Это смещение уменьшает сжатие со стороны петель. Приподнятые кромки или формованные прокладки помогают сохранить непрерывное уплотнение. Усиленные пластины петель удерживают дверь на одной линии.
Крепежи
Винты создают небольшие пути для воды вдоль резьбы. Уплотнительные шайбы блокируют эти пути. Также помогают накидные крепежи со встроенными прокладками. Сварные шпильки устраняют сквозные отверстия и устраняют пути утечки.
Кабельные вводы
При натяжении кабели смещаются, что приводит к образованию щелей. Кабельные вводы сжимаются вокруг кабеля и препятствуют проникновению воды. Направленные вниз вводы предотвращают попадание дождя по кабелю в корпус.
Двери доступа
Большие двери могут прогибаться под нагрузкой. Этот изгиб нарушает сжатие уплотнителя. Чтобы сохранить стабильность линии уплотнения, можно добавить ребра жесткости, более прочные защелки или двойные уплотнения.
Факторы производства и сборки
Прочные конструкции все равно могут выйти из строя при отсутствии надлежащих методов производства. Сварка, изгиб и сборка влияют на то, насколько герметичен корпус.
Качество сварных швов и гибки
Сварка изменяет форму металла. При остывании тепло втягивает панель внутрь. Это движение изгибает уплотнительный фланец и снижает давление на прокладку. Даже небольшое искривление создает зоны низкого давления, которые пропускают воду. Снизить этот риск можно с помощью контролируемой последовательности сварки и правильного крепления.
Сплошной сварной шов устраняет множество путей утечки, но он должен оставаться чистым. Грязь, ржавчина или масло могут привести к образованию точечных отверстий или микротрещин. Эти крошечные отверстия позволяют воде проникать внутрь под давлением. Они также задерживают влагу и вызывают коррозию внутри шва.
Изгиб также влияет на уплотнительные поверхности. Резкие изгибы создают нагрузку на металл и деформируют близлежащие участки. Изношенные штампы или несоответствующая оснастка создают разные углы изгиба в производственных партиях. Эти изменения перекашивают уплотнительный фланец, и прокладка больше не сидит ровно.
Последовательность сборки
Сборка контролирует конечное давление уплотнения. Даже самая лучшая прокладка выйдет из строя, если сжатие будет неравномерным.
Момент затяжки крепежа должен оставаться в заданном диапазоне. Слишком малый момент затяжки создает неплотности. Слишком большой момент сминает прокладку и уменьшает ее отскок. Когда отскок уменьшается, прокладка не может хорошо уплотняться после изменения температуры. Инструменты для измерения крутящего момента или предварительно настроенные драйверы помогают поддерживать постоянное давление.
Установка прокладок должна быть повторяемой. Растянутая прокладка теряет свою форму. Скрученная прокладка образует небольшие каналы. Прокладка, установленная вне своего паза, оставляет зазоры по углам. Быстрая визуальная проверка позволяет убедиться, что прокладка сидит ровно и равномерно повторяет канал.
Компрессия должна совпадать в разных партиях. Когда каждый прибор выполняет одни и те же действия, прокладка каждый раз сжимается одинаково. Это дает предсказуемые результаты при тестировании IP и реальном использовании.
Осмотр и проверка на герметичность
Испытания подтверждают соответствие корпуса заданному номиналу. Каждый метод имитирует реальные условия, с которыми может столкнуться изделие на открытом воздухе или в промышленных помещениях.
При испытаниях IP используются пылевые камеры или распыление воды. Тесты на пыль проверяют, проходят ли мелкие частицы через уплотнение. Испытания водой проверяют, как корпус справляется с дождем, туманом и давлением. Эти тесты показывают, остается ли уплотнение стабильным при многократных нагрузках.
При испытаниях на погружение корпус помещается под воду на определенную глубину и на определенное время. Эти испытания важны для конструкций со степенью защиты IP67 и IP68. Даже небольшие пузырьки показывают места утечки. Эти неисправности помогают выявить слабые углы, низкое сжатие или деформированные фланцы.
Испытания струей воды под давлением имитируют условия мойки. Вода под высоким давлением попадает на корпус под разными углами. Это испытание показывает, выдерживают ли крепежные элементы, петли и дверцы доступа сильные брызги. Оно помогает подтвердить, что давление уплотнения сохраняется даже под нагрузкой.
Заключение
Создание надежного корпуса начинается с четкого определения целей защиты. Каждый этап проектирования основывается на предыдущем. Окружающая среда задает требования. Материал обеспечивает прочность основания. Конструкция контролирует движение воды. Уплотнение образует барьер. Фурнитура обеспечивает сжатие. Этапы производства обеспечивают стабильность формы.
Высокий рейтинг IP на бумаге не гарантирует долговременной защиты. Реальная производительность зависит от плоских панелей, стабильного сжатия прокладок, надежной фурнитуры и последовательной сборки. Если вы проектируете устройство с расчетом на длительную эксплуатацию, вы сокращаете количество отказов, обращений в сервисную службу и простоев.
Если вам нужна помощь в пересмотре дизайна корпуса, Вы можете поделиться своими чертежами или требованиями. Вы можете получить рекомендации по выбору прокладок, материалов, расположению фланцев, контролю сварных швов и планированию испытаний IP. Короткий обзор может предотвратить многие проблемы с уплотнениями до начала производства.
Часто задаваемые вопросы
Какая степень защиты IP подходит для наружных корпусов?
IP65 или IP66 подходит для дождя, пыли и брызг, наносимых ветром. IP67 или IP68 лучше использовать, если корпус может столкнуться со стоячей водой или кратковременным погружением в воду.
Какие материалы противостоят коррозии в прибрежных районах?
Хорошо зарекомендовали себя нержавеющая сталь и обработанный алюминий. Устойчивые к ультрафиолету пластики и композиты также подходят для небольших нагрузок. Порошковое покрытие и анодирование повышают долговременную стойкость.
Как часто следует заменять прокладки?
Прокладки можно проверять во время планового обслуживания. Заменяйте их, если они сплющиваются, трескаются или теряют отскок. При сильном нагреве или химическом воздействии может потребоваться более частая замена.
Может ли корпус из листового металла соответствовать классу защиты IP67?
Да. Вам необходимы плоские уплотнительные фланцы, стабильное сжатие прокладки, герметичные крепления или приваренные шпильки, а также последовательная сборка. Все небольшие зазоры должны быть устранены, чтобы пройти испытания на погружение в воду.
Привет, я Кевин Ли
Последние 10 лет я занимался различными формами изготовления листового металла и делился здесь интересными идеями из своего опыта работы в различных мастерских.
Связаться
Кевин Ли
У меня более десяти лет профессионального опыта в производстве листового металла, специализирующегося на лазерной резке, гибке, сварке и методах обработки поверхности. Как технический директор Shengen, я стремлюсь решать сложные производственные задачи и внедрять инновации и качество в каждом проекте.
