新型鈑金機箱設計

甘雄濤 辛永峰

摘 要：一款電力保護機箱設計，通過巧妙的雙層蓋板和壓死邊、卡扣鎖緊等結構設計，精心的選材和表面處理方式，實現了機箱外觀、強度、生產效率、人性化、環境協調的統一，很好的滿足了用戶需求，達到了設計目標。

關鍵詞：卡扣；生產效率；可靠性；失效

Abstract：A power protection subrack design， Through clever double decking， structural design such as deadend and snaplocking， careful selection of materials and surface treatment methods， the unity of chassis appearance， strength， production efficiency， humanity， and environment coordination are achieved，Satisfy the user needs and achieve the design goals.

Key words：Buckle；Production efficiency；reliability；lose effectiveness

在當今的產品設計中，已經不僅僅是滿足用戶對產品使用性能的需求，還需要有產品外觀，產品與環境搭配協調，人性化設計，產品保養維護等方面設計提升，帶來產品品質的提升，進一步的滿足用戶需求，甚至是超出用戶預期，這樣的產品才能獲得用戶認可，在激烈的市場競爭中贏取先機。

一、產品選材

我們這次要設計的機箱是一款電力保護機箱，內部尺寸和外部尺寸都有要求，屬于工業產品，產品批量為中等批量，需要具有一定的通用性。根據產品的生產加工特點，及產品的使用環境，我們選用VCM板材作為產品的外露材料，板材的基材選用201不銹鋼材質，顏色為不銹鋼本色，采用細直紋拉絲紋路。內部材料采用普通201不銹鋼拉絲鋼板，與外部材料配合使用，達到整體色彩、材質協調統一。這樣的選材雖然在材料成本上有所增加，但是省掉了鋁材和普通鋼板所需的氧化或噴涂等表面處理環節，產品總體成本沒有提升，而且生產周期比鋁材或普通鋼板產品縮短，VCM板材光潔的外觀表面也給后期維護保養帶來便利。在如今全國上下都非常關注環保的大環境影響下，鋁氧化和鋼板表面噴涂行業的規模會得到控制和縮減，在產品設計時就避開表面處理這個環節，也為產品日后的順利生產打下良好基礎。

二、機箱框架設計

現在的產品設計中，為了滿足產品外觀造型的需求，也為了提高產品生產效率，降低生產成本，裝置設計的很多地方都用到了卡扣連接方式。但是在工業產品的設計中，卡扣設計的方式還是被非常謹慎的采用。一方面，卡扣連接強度有限，而且在反復的拆裝中容易失效、松動，另一方面，卡扣在振動環境的可靠性、固定強度可靠性方面，還是不如螺釘連接給人安全可靠的感覺。

在這款機箱的設計中，我們采用了連接螺釘加卡扣的連接方式，這樣既保證了產品的安全可靠性，同時能提升產品組裝生產效率，提升產品外觀造型靈活度。在內部結構框架及可拆裝更換的面板連接上，我們還是采用了螺釘連接的方式，保證產品連接強度和產品可靠性。

如圖1所示，機箱的側板在上下兩側向內折出一個料厚，作為與蓋板骨架連接和裝飾蓋板的卡扣連接處。側板的上下側設計有與蓋板骨架連接的沉頭螺釘螺釘孔，側板與蓋板骨架連接后，沉頭螺釘能夠被裝飾蓋板遮擋。側板上下側設計有與裝飾蓋板連接的卡扣缺口，卡扣缺口的上邊緣略微傾斜，裝飾蓋板裝入時有一定導正作用，卡入后有一定的過盈量，保證裝飾蓋板卡入后卡口也能完全被遮擋。側板的前后側都進行了壓死邊的設計，這樣的設計方式滿足了裝置尺寸要求，同時也增加了側板的強度，側板前后為光滑圓邊，防止銳利邊緣刮傷操作人員。

如圖2所示，機箱裝飾蓋板在兩側壓死邊，在壓死邊的內側厚度上設計有掛鉤卡扣，從蓋板的外側完全看不到任何痕跡。蓋板的卡扣上下邊略帶斜角，卡扣前端為圓弧設計，保證了卡扣卡入的順滑并且卡入牢固。蓋板的后端也是壓死邊設計，在內側厚度上設計有一個指甲蓋樣式的圓弧凸起，圓弧凸起的后端為撕裂面，在蓋板卡入后起到止退作用，防止蓋板松動。這樣的蓋板設計讓蓋板安裝時非常方便，只需要把卡口對準側板上對應的缺口，放下蓋板后向前推蓋板，蓋板推到預定位置后蓋板后端的圓弧凸起會下沉卡到后梁的預定位置，蓋板就不能向后退出了。拆卸蓋板時需要向上頂住蓋板后中部，使蓋板中部向上形成一定變形，蓋板上圓弧凸起脫離后梁預定位置，同時向后推蓋板，蓋板才能拆卸下來。蓋板后部的壓死邊設計，保證了在蓋板外部沒有任何的壓槽痕跡，同時壓死邊增加了蓋板強度，保證蓋板不會在振動等情況下變形導致蓋板向后脫出卡扣，提升了產品的可靠性。

圖3示是機箱內、外蓋板和側板組裝好后的效果。箱體框架內、外雙層蓋板的設計方式，使薄板設計的蓋板具有很高的強度，蓋板與側板緊固后的框架結構非常穩固，解決了通常這類機箱容易四邊形變形的問題。機箱的內側蓋板后部設計有幾個小的折彎，增加了蓋板和整個箱體的強度，形成了箱體的后梁。內蓋板后側設計有間距為5.08mm的模數孔，讓機箱成為通用機箱，機箱后側面板可以根據電氣設計需要，進行不同模數的組合，實現各種不同功能。

機箱的前面板采用塑料框架加鈑金襯板的設計方式，鈑金襯板可以根據不同的設計需求進行開孔，滿足不同裝置的設計要求。塑料面板與箱體框架的連接也采用卡扣連接的方式，在塑料面板的下部增加了緊固螺釘，保證了產品的外觀形式，同時能夠快速方便的拆裝，滿足產品后期維護時前門板能方便的拆卸需求。

三、機箱設計驗證

根據電力保護機箱的設計需求，把設計的機箱進行了力學仿真，機箱內部模擬6kg載荷，機箱能夠較好的滿足各方面的設計需求。通過一款典型裝置的實物試驗，對裝置的振動測試、碰撞測試及各項電氣性能試驗，也都能夠很好的滿足需求。這款機箱的上下蓋板沒有設計散熱孔，而且是雙層蓋板設計方式，使機箱的散熱性能受到了一定的限制，但是能夠滿足大多數二次保護機箱的散熱需求，能夠在電力保護機箱上有廣泛的應用。

四、結語

這款卡扣式鈑金機箱，通過雙層蓋板設計，使薄板機箱達到了很好的機械強度，穩固可靠；多處壓死邊的結構，把卡扣巧妙的設計在壓死邊結構上，讓機箱不僅安裝方便，而且機箱框架外部看不到一顆螺釘，達到很好的外觀效果；機箱的選材為不銹鋼板材，箱體外表面采用不銹鋼基材的VCM板材，不僅達到了很好的外觀效果，而且生產中省掉表面處理工序，生產效率高，生產周期縮短，體現了環保設計理念，后期產品外表面也很好維護；機箱上多處采用壓死邊和切圓角的結構形式，避免生產、安裝、使用過程中的操作人員劃傷，體現了人性化的設計；不銹鋼本色箱體，與現有常用的氧化本色鋁顏色接近，能夠很好的與周圍環境融合。總之，這款新型鈑金機箱通過巧妙的結構設計，精心選材，達到了箱體強度、外觀、環境協調、通用性、人性化的統一，很好的滿足了設計需求。

參考文獻：

[1]機械工業部北京電工綜合技術經濟研究所匯編.電氣設備機械結構專業標準總匯.北京：機械工業部北京電工綜合技術經濟研究所.

[2]GB/T 7261-2008繼電器及繼電器保護裝置基本實驗方法.

[3]GB/T 14537-93量度繼電器和保護裝置的沖擊與碰撞試驗.

作者簡介：甘雄濤（1975-），男，湖北天門人，工程師，現在許繼集團有限公司從事電力系統二次設備結構設計、工藝設計工作。