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如何选择适合机箱机柜加工的材料?
[2024-12-31]


机箱机柜加工材料的选择需要综合考虑多个因素,以下是一些关键要点:

一、机械性能

强度和硬度

对于需要承受较大外力或较重设备安装的机箱机柜,如服务器机柜,应选择强度和硬度较高的材料。例如,冷轧钢板是常用的材料之一,它经过冷轧工艺处理,具有良好的强度和硬度,能够承受较高的压力和冲击力,防止机柜变形。一般来说,优质的冷轧钢板屈服强度可以达到 200 - 500MPa,满足大多数机箱机柜的结构需求。

对于一些对重量有严格限制,但又需要一定强度的场合,如便携机箱,可以考虑使用铝合金材料。铝合金具有较高的强度 - 重量比,在保证一定机械强度的同时,能够有效减轻机箱重量。例如,6061 铝合金抗拉强度可达 310MPa 左右,其重量仅为钢材的三分之一左右。

韧性和抗疲劳性

在机箱机柜可能受到频繁振动或反复应力作用的情况下,材料的韧性和抗疲劳性就显得尤为重要。例如,在工业控制机箱中,设备的运行可能会产生振动,或者机箱可能会频繁地移动和搬运。此时,选择具有良好韧性的材料,如不锈钢,能够有效防止材料在长期振动或应力作用下出现裂纹或断裂。不锈钢的韧性指标(如冲击韧性)通常较高,能够承受较大的能量冲击而不发生脆性断裂。

对于一些户外机箱机柜,还需要考虑材料在复杂环境下的抗疲劳性能。例如,在经受风吹、日晒、雨淋等自然因素的长期作用后,材料应能保持其机械性能。一些特殊的复合材料,如玻璃纤维增强塑料(FRP),在抗疲劳方面表现出色,能够在恶劣的户外环境中长时间使用。

二、电气性能

导电性和屏蔽性

如果机箱机柜用于电子设备,并且需要良好的电磁屏蔽效果,如计算机机箱或通信设备机柜,材料的导电性和屏蔽性是关键因素。金属材料通常具有较好的导电性,能够有效地屏蔽外界电磁干扰(EMI),同时也能防止内部设备产生的电磁辐射泄漏。例如,纯铜是一种优良的导电材料,其电导率高,能够提供出色的电磁屏蔽效果。但由于成本和重量等因素,在实际机箱机柜加工中,更多地是使用镀锡钢板或镀锌钢板。这些钢板表面的金属涂层不仅可以提高材料的耐腐蚀性,还能增强其导电性和电磁屏蔽性能。

对于一些对电磁兼容性(EMC)要求极高的场合,还可以采用多层屏蔽材料。例如,在机箱内部使用金属屏蔽网,再结合金属外壳,形成多层屏蔽结构,以达到更好的电磁屏蔽效果。

绝缘性

在机箱机柜内部某些需要电气绝缘的部位,如电路板安装区域,材料的绝缘性至关重要。塑料材料是常用的绝缘材料之一,如 ABS 塑料(丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物)。ABS 塑料具有良好的绝缘性能,其体积电阻率可高达 10^13 - 10^15Ω・cm,能够有效防止电路短路。此外,它还具有易加工、外观美观等优点,适用于机箱机柜的内部结构件和外壳装饰部分。

三、化学性能

耐腐蚀性

机箱机柜在不同的环境中使用,可能会接触到各种化学物质,如在化工车间的机箱机柜可能会接触到酸碱等腐蚀性化学品,在海边的户外机箱机柜可能会受到盐雾的侵蚀。因此,材料的耐腐蚀性是需要重点考虑的因素。对于这种情况,不锈钢是一种理想的选择。例如,304 不锈钢含有铬(Cr)和镍(Ni)等合金元素,能够在表面形成一层致密的钝化膜,有效抵抗氧化和腐蚀。在盐雾试验中,304 不锈钢能够在较长时间内保持良好的外观和性能。

对于一些预算有限的情况,也可以采用表面处理来提高材料的耐腐蚀性。例如,对普通钢板进行镀锌、喷塑等处理。镀锌钢板表面的锌层可以通过牺牲阳极的方式保护基体钢材,延长机箱机柜的使用寿命;喷塑处理则可以在材料表面形成一层耐腐蚀的塑料涂层。

耐候性

对于户外机箱机柜,材料的耐候性直接影响其使用寿命。除了耐腐蚀性外,还需要考虑材料在紫外线照射、温度变化、湿度变化等自然因素作用下的性能变化。例如,聚碳酸酯(PC)材料具有良好的耐候性,它能够在户外长期暴露的情况下,抵抗紫外线的降解作用,保持材料的强度和外观。一些高质量的 PC 材料制成的机箱机柜外壳,在户外使用多年后,仍能保持良好的透明度和机械性能。

四、加工性能

切割和成型性能

机箱机柜加工通常需要进行切割、折弯、冲压等操作。材料应易于切割和成型,以提高加工效率和质量。例如,冷轧钢板具有良好的切割和折弯性能,通过数控切割机和折弯机可以方便地将其加工成各种形状的机箱机柜部件。其良好的延展性使得在折弯过程中不易出现裂纹,能够保证机箱机柜的结构完整性。

对于一些复杂形状的机箱机柜,如具有曲面造型的产品,热塑性塑料材料可能是更好的选择。例如,通过注塑成型工艺,可以将塑料材料加工成各种复杂的形状。像 ABS 塑料的流动性好,能够填充模具的各个角落,生产出形状精确、外观精美的机箱机柜部件。

焊接和连接性能

在机箱机柜的装配过程中,材料的焊接和连接性能也很重要。对于金属材料,如钢板,焊接是常用的连接方式。一些低碳钢材料焊接性能良好,通过弧焊、点焊等焊接方法可以方便地将各个部件连接在一起。焊接后,材料的强度和密封性能够满足机箱机柜的要求。

对于一些不易焊接的材料,或者在需要快速装配的情况下,可以采用机械连接方式。例如,使用螺栓、螺母、铆钉等连接件。塑料材料可以通过热熔焊接、超声焊接等特殊焊接方法进行连接,也可以采用卡扣、螺丝等机械连接方式进行装配。

五、成本因素

材料成本

不同材料的成本差异较大。一般来说,钢材的成本相对较低,如普通冷轧钢板价格相对较为亲民,适合大规模生产的机箱机柜。而一些高性能材料,如钛合金,虽然具有优异的性能,但成本极高,除非在对性能有特殊要求的高端应用场景,如航空航天领域的机箱机柜,否则很少使用。

塑料材料的成本也因种类而异。常见的 ABS 塑料成本适中,而一些特种工程塑料成本较高。在选择材料时,需要根据机箱机柜的具体用途和预算来综合考虑材料成本。

加工成本

材料的加工难度和加工工艺要求也会影响加工成本。例如,一些高强度合金钢虽然性能好,但加工难度大,需要使用特殊的加工设备和工艺,加工成本较高。而易于加工的材料,如普通钢板和塑料,可以通过常规的加工设备进行加工,加工成本相对较低。此外,材料的可回收性也会影响成本,可回收材料在一定程度上可以降低机箱机柜的生命周期成本。


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