1、金属材质的强度与韧性
强度要求:
工控机箱加工时工控机箱需要具备较高的强度,以保护内部的电子元件免受外界的物理冲击和压力。一般采用高强度的金属材料,如铝合金、钢板等。以钢板为例,优质的冷轧钢板是常见的选择,其屈服强度通常在 200 - 500MPa 之间,能够承受一定程度的碰撞和挤压而不变形。例如,在工业环境中,机箱可能会受到叉车搬运时的碰撞或者其他设备的挤压,高强度的材料可以确保机箱内部的电路板、电源等元件的安全。
韧性需求:除了强度,韧性也是重要的特性。良好的韧性使机箱材料在受到冲击时能够吸收能量,避免出现脆性断裂。铝合金在这方面表现出色,它具有较好的韧性,能够在复杂多变的工业环境中有效抵抗突发的冲击力。例如,在一些可能发生振动的工作场景下,如安装在行驶车辆上的工控机箱,韧性好的机箱材料可以防止因长时间振动而产生裂纹。
2、金属材质的导电性与电磁屏蔽性
导电性作用:工控机箱的金属材质良好的导电性有助于静电的释放。在电子设备运行过程中,静电的积累可能会对电子元件造成损害。例如,当机箱表面带有静电时,通过机箱良好的导电性可以将静电迅速传导到大地,避免静电放电对内部敏感的芯片、电路板等造成干扰或损坏。
电磁屏蔽效能:电磁屏蔽是工控机箱的关键功能之一。由于工业环境中存在各种电磁干扰源,如电机、变压器、高频通信设备等,机箱需要有效地屏蔽外界的电磁干扰,同时防止内部电子设备产生的电磁信号向外泄漏。金属材料本身就具有一定的电磁屏蔽性能,例如钢板对电磁信号有较好的屏蔽效果。为了达到更好的屏蔽效能,机箱的接缝处通常会采用特殊的设计,如电磁密封衬垫,以减少电磁泄漏的缝隙。一些高端的工控机箱材料,其电磁屏蔽效能在 100kHz - 1GHz 的频率范围内可以达到 60 - 80dB 左右。
3、金属材质的导热性与散热性
导热性原理:工控机箱内部的电子元件在工作过程中会产生热量,机箱材料的导热性对于热量的传导至关重要。金属材料一般具有良好的导热性,例如铝的热导率约为 237W/(m・K),铜的热导率更高,约为 398W/(m・K)。机箱的外壳可以作为一个散热通道,将内部元件产生的热量传导出去。在机箱设计中,会利用金属的导热性,将发热量大的元件(如 CPU 散热器、电源等)安装在机箱导热性较好的部位,以便热量能够迅速散发。
散热设计配合:除了依靠材料本身的导热性,机箱还需要有良好的散热设计与之配合。例如,机箱上会开设散热孔、安装散热风扇等。散热孔的大小、数量和分布位置需要根据机箱内部的发热情况和空气对流原理进行设计。一般来说,散热孔的总面积占机箱表面积的 10% - 20% 左右,能够保证足够的空气流通,实现良好的散热效果。
4、金属材质的耐腐蚀性
腐蚀环境因素:工控机箱在许多工业环境中可能会接触到各种腐蚀性物质,如酸雾、盐雾、潮湿的空气等。在化工、海洋工程等领域的应用场景中,机箱面临的腐蚀风险更高。例如,在海边的工业设施中,空气中含有大量的盐分,盐雾会对机箱表面造成腐蚀。
耐腐蚀措施与材料选择:为了应对腐蚀问题,机箱材料通常会经过表面处理。对于钢板机箱,可以采用镀锌、镀铬等表面处理工艺,这些金属涂层能够在机箱表面形成一层保护膜,防止钢材与外界腐蚀性物质接触。铝合金机箱本身具有一定的耐腐蚀性,其表面的氧化膜能够起到防护作用。一些特殊的耐腐蚀铝合金,如铝 - 镁合金,在含有氯离子的环境中也能表现出较好的抗腐蚀性能。在选择机箱材料时,需要根据具体的使用环境和耐腐蚀要求来确定。
5、塑料材质的特性及应用(如果有)
绝缘性与轻便性:部分工控机箱可能会采用塑料材质作为外壳的一部分,或者用于内部的一些隔离结构。塑料具有良好的绝缘性,可以有效地防止短路和漏电现象。例如,在一些对电气安全要求较高的场合,如医疗设备中的工控机箱,塑料的绝缘性可以避免操作人员触电。同时,塑料材质比较轻便,便于机箱的安装和搬运,尤其适用于一些对重量有严格限制的应用场景,如航空航天领域的小型工控设备。
成型性与成本优势:塑料的成型性非常好,可以通过注塑等工艺制作成各种复杂的形状和结构,满足机箱多样化的设计需求。而且,塑料材料的成本相对较低,在一些对机箱性能要求不是特别高的场合,使用塑料可以降低生产成本。但是,塑料的强度、导热性和电磁屏蔽性等方面通常不如金属材料,因此在应用时需要根据实际需求进行权衡。