|
來源：Digikey 作者：Hammond Manufacturing 外殼有多種樣式、尺寸和形狀，但外殼材料往往才是采購新產(chǎn)品時的首要考慮因素，也可以說外殼材料是影響外殼性能的最大因素。常用材料的相關知識對于規(guī)劃、采購和維護電氣和電子組件至關重要。 一般來說，外殼材料可分為金屬材料和非金屬材料兩類。 非金屬材料 大部分非金屬外殼由塑料制成，通常為 ABS 或聚碳酸酯，但非金屬材料也包括玻璃纖維。 非金屬材料可透射頻 (RF) 波，是需要輕松收發(fā)信號的無線通信設備的理想之選。但這也是把雙刃劍，如果設備需要隔離電磁干擾 (EMI) 和射頻干擾 (RFI)，這一特性就會帶來不利影響。 ABS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 (ABS) 是一種低成本熱塑性塑料，易于加工和成型。ABS 是室內(nèi)用途的優(yōu)選塑料，雖然相對經(jīng)濟，但卻具有優(yōu)異的抗沖擊性、耐熱性和多功能性。通用 ABS (GPABS) 是最經(jīng)濟的類型，另外還有阻燃 ABS (FRABS)，其阻燃性能達到中高水平 (UL 94V-0)。 ABS 外殼通常為黑色、灰色或白色，但黃色、紅色和藍色等彩色外殼也不少見。ABS 易于加工和改造。遺憾的是，這種材料并不適合高強度用途，而且很難使 ABS 透明。 
圖 1：Hammond 的 1551MINI 系列 ABS 塑料外殼。由于 ABS 不可能完全透明，因此半透明或“磨砂”ABS 很常見。（圖片來源：Hammond Manufacturing） 聚碳酸酯 聚碳酸酯是塑料世界的明星。這種材料具有出色的抗沖擊性、較寬的工作溫度范圍和優(yōu)異的抗紫外線破壞能力，是許多室外、高沖擊和海洋應用的優(yōu)選塑料。抗紫外線聚碳酸酯可防止因日曬而褪色和變脆，而且天然透明。因此，聚碳酸酯經(jīng)常用于眼鏡片、賽車擋風玻璃以及高質(zhì)量外殼等產(chǎn)品。聚碳酸酯具有高阻燃等級。不出所料，聚碳酸酯的經(jīng)濟性不如 ABS，尤其是在項目初期，但從長遠來看，聚碳酸酯即使在惡劣的條件下也經(jīng)久耐用，這樣反而能夠節(jié)省成本。
圖 2：Hammond 的 1591T 系列透明聚碳酸酯塑料外殼。（圖片來源：Hammond Manufacturing） 玻璃纖維 玻璃纖維增強聚酯簡稱 FRP 或 GRP，由玻璃纖維增強聚酯塑料組成。與聚碳酸酯一樣，F(xiàn)RP 也適合室外使用，具有優(yōu)異的抗沖擊性和較寬的工作溫度范圍，甚至比聚碳酸酯還要寬。不過，F(xiàn)RP 可能會因紫外線照射而褪色。由于 FRP 的構成，其在切割時會使玻璃微粒分散，因此改造時需要專門的 PPE（個人防護用品）和工具。 聚碳酸酯和 FRP 都具有優(yōu)異的耐化學性，都非常適合在含鹽環(huán)境中使用。FRP 耐溶劑、稀酸和稀堿。聚碳酸酯對酸、某些溶劑和堿的耐受性也較好。選擇材料之前，務必要對具體的危害進行研究。
圖 3：玻璃纖維增強聚酯外殼，Hammond 零件編號 1590ZGRP084。（圖片來源：Hammond Manufacturing） 金屬材料 與非金屬材料相反，由金屬制成的外殼對 RFI 和 EMI 具有更好的屏蔽性。金屬與金屬之間的接觸對于完全屏蔽和接地至關重要，這是在外殼內(nèi)處理電氣設備時確保安全的必要過程。金屬材料一般可用于室外用途，并且具有優(yōu)異的抗沖擊性。 對于金屬而言，注意電化學腐蝕（也稱異種金屬腐蝕）非常重要。如果兩種不同的金屬相互接觸，“堿性”更強或更容易放棄電子的金屬將開始加速腐蝕，從而造成結構和外觀損傷。例如，用戶應注意不要在不銹鋼外殼上使用鍍鋅螺絲或鍍鋅鋼連接件。 鋁 鋁是一種有色金屬，雖然重量相對較輕，但卻很堅固。除了有鋁板、擠壓鋁和壓鑄鋁等各種形式外，鋁的特性也因使用的合金不同而不同。合金由基材（鋁）和其他金屬或元素組成。有些合金比其他合金更堅固，或更抗拉，或更能接受某些表面處理方式，等等。 鋁易于加工和成型，是成本最低的金屬外殼材料。 壓鑄鋁 壓鑄鋁外殼通過將熔融金屬倒入成型模具（也稱為型腔）來生產(chǎn)。壓鑄件最適合用于中小型外殼，而大型產(chǎn)品往往采用金屬板，而非鑄造金屬。這種工藝生產(chǎn)速度快，而且生產(chǎn)出的產(chǎn)品始終如一。壓鑄外殼以及注塑成型塑料外殼都有一個稱為脫模角的特性。盒壁必須略微向外傾斜，以便外殼能夠從鑄件上正確脫離。因此，壓鑄鋁外殼的壁會有幾度的傾斜。
圖 4：厚壁壓鑄鋁外殼，Hammond 零件編號 1590Z110。（圖片來源：Hammond Manufacturing） 擠壓鋁 擠壓也涉及熔融鋁和模具，但擠壓鋁不是填充型腔，而是強制穿過模具形成特定形狀，從而得到很長的擠壓件，然后再切割成不同尺寸。擠壓鋁外殼通常由擠壓管和金屬或塑料端蓋組成。擠壓可切割的大件管材對制造商有利，因為制造商可以保持管材庫存，并根據(jù)需要提供各種長度的外殼。 Hammond 提供的擠壓鋁外殼均經(jīng)過陽極氧化處理。陽極氧化是一種增加外殼氧化層厚度的工藝，可使表面更加耐用。陽極氧化可呈現(xiàn)各種顏色。有些鋁合金可以進行陽極氧化處理，有些則不行；而 Hammond 的擠壓外殼可以進行陽極氧化處理，壓鑄鋁外殼則不行，只能進行粉末噴涂。
圖 5：經(jīng)過藍色陽極氧化處理的擠壓鋁外殼（已組裝）。Hammond 零件編號 1455L1201BU。（圖片來源：Hammond Manufacturing）
圖 6：圖 5 中經(jīng)過藍色陽極氧化處理的擠壓鋁外殼的拆卸狀態(tài)。（圖片來源：Hammond Manufacturing） 鋁板 鋁板可以切割和折疊，以制作外殼和面板。擠壓件和模具受到工具特性和尺寸的限制，而折疊金屬板則與它們不同，可以制作出無數(shù)種外殼設計。鋁板，尤其是較薄的鋁板，不能承受特別大的重量，如果超重，鋁板可能會彎曲或翹曲。
圖 7：Hammond 的 1444 系列折疊鋁外殼內(nèi)部。（圖片來源：Hammond Manufacturing） 鋼 鋼是許多行業(yè)廣泛使用的可靠材料。鋼是一種鐵合金（由鐵與碳結合而成）。鋼板用于制造外殼和面板，根據(jù)不同的應用，有多種鋼材可供選擇。鋼比鋁重，其成本更高，尤其是不銹鋼。 軟鋼 軟鋼也稱為“低碳鋼”，其碳含量低于標準鋼，更易于成型和焊接。低碳鋼成本低，用途廣泛，但除非經(jīng)過表面處理，否則會因天氣影響而氧化。這就是軟鋼外殼采用粉末涂層表面處理而不銹鋼或鋁外殼則采用本色表面處理或較少表面處理的原因。天然軟鋼可用于內(nèi)部面板，因為它們不會暴露在自然環(huán)境中。
圖 8：經(jīng)過淺灰色粉末涂層表面處理的軟鋼外殼，Hammond 零件編號 ST12126LG。（圖片來源：Hammond Manufacturing） 鍍鋅鋼 鍍鋅鋼通過將鋼浸在鋅涂料中制成。這樣可以保護鋼的富鐵表面不被迅速腐蝕。鍍鋅鋼對于具有超強腐蝕性的化學品或海洋環(huán)境耐受性不佳。鍍鋅鋼是內(nèi)部面板和通用室內(nèi)商用外殼的常用材料。經(jīng)過粉末噴涂后，鍍鋅鋼可在室外光照條件下使用。 不銹鋼 不銹鋼是一種含鉻的鐵合金，具有耐腐蝕性。通過添加其他元素，可以制造出不同牌號的不銹鋼。不銹鋼不易生銹，無需進行表面處理。不銹鋼具有很強的耐酸性、耐堿性和耐溶劑性，在室外也有很好的表現(xiàn)，而且易于清潔，因此非常適合需要經(jīng)常沖洗外殼的衛(wèi)生環(huán)境，例如醫(yī)療或食品飲料應用場合。 最常見的兩種不銹鋼牌號為： · 304 - 這是最常見的不銹鋼牌號。 · 316 - 這是更專業(yè)的牌號，具有所有上述不銹鋼優(yōu)點，并且額外添加鉬元素，因此具有更強的耐腐蝕性。316 不銹鋼在海洋環(huán)境中表現(xiàn)出色。
圖 9：獨立式不銹鋼外殼，Hammond 零件編號 HN4FS726036SS。（圖片來源：Hammond Manufacturing） 評級和材料 外殼的評級和材料密切相關，因為 NEMA、UL 和 IP 等評級系統(tǒng)根據(jù)外殼在各種條件下的性能來評估外殼。 NEMA - NEMA 是工業(yè)和電氣外殼最常用的評級系統(tǒng)，NEMA 類型描述外殼是用于室內(nèi)還是室外、是否耐腐蝕以及如何抵御水和灰塵等危害。一些常見的 NEMA 類型包括： · 12 和 13 - 室內(nèi)使用，有一定的防塵和防滴水能力 · 3R - 室內(nèi)或室外使用，防塵、防潮濕天氣（雨、雨夾雪、雪） · 4 - 室內(nèi)或室外使用，具有優(yōu)異的防塵、防潮濕天氣、防濺水或防水管引水能力 · 4X - 與 4 類似，但耐腐蝕性增強
圖 10：Hammond 的 HYW 系列不銹鋼外殼的門上有一個藍色衛(wèi)生硅膠墊圈。（圖片來源：Hammond Manufacturing） 侵入防護 (IP) - IP 等級由國際電工委員會 (IEC) 確定。IP 是電子器件外殼領域的典型術語，但 IP 等級和 NEMA 等級之間存在交叉。IP 等級的第一位數(shù)字與防塵性有關，第二位數(shù)字與防水性有關。一些常見的 IP 等級包括： · IP54 - 防塵，防濺水 · IP65 - 最低防水等級，室外使用的最低建議等級，防塵，防噴水 · IP66 - 防塵，防強力噴水 · IP67 - 防塵，防暫時浸泡 · IP68 – 防塵，防長時間浸泡 UL 認證 - 通過 UL 認證的產(chǎn)品由獨立實驗室進行測試。認證外殼符合 UL 508A 所列標準。兩次測試之間不得進水；否則，產(chǎn)品將無法通過 UL 認證。諸如材料一致性、工廠工藝、抗紫外線性以及可燃性等級之類的其他因素也在考慮之列。UL 認證是性能、質(zhì)量和安全性的重要指標。
圖 11：UL 認證聚碳酸酯外殼內(nèi)部的 UL 標簽，Hammond 零件編號 1554C2GYCL。（圖片來源：Hammond Manufacturing） 結語 設計電氣或電子組件需要考慮很多因素，但希望這篇關于外殼材料和等級的概述文章能幫助您簡化外殼的選擇過程。 無論應用需要的是用于手持式開關的簡易塑料盒，還是必須在碼頭上抵御咸濕空氣的堅固不銹鋼柜，外殼無疑都是任何組件的重要組成部分。 |
