公司结构件三防设计规范.docx
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1、公司管理文件结构件三防设计规范文件编号:发送:版本:抄送:保密等级:总页数:18发出部门:附件:无发布日期:D跨部门文件类SJ:主题词:三防设计、结构件口部门内编制人:责任人:审核:批淮:文件变更记录变更日期版本变更条款变更内容责任人文件分发清单分发部门/人数量签收人签收日期分发部门/人数量翁攵人签收日期1.目的为使公司设计的电子设备能够符合业界对于结构件三防技术的一般要求,特制订本规2.范围木规范规定了产品线产品需具备三防能力时的结构设计所要注意的要求。所有技术文件中材料选择、涂料涂覆、金属镀覆和化学处理表示方法应按本规范规定填写。3.定义三防:对“防湿热、防盐雾和防霉菌”的通俗称呼,其最终
2、目的是防止腐蚀。三防等级:产品工作环境分类和三防等级分类参照产品线产品三防技术等级指南。腐蚀:材料受环境介质的化学作用而发生性能卜降,状态改变,直至损坏变质。金属材料在潮湿大气中的腐蚀破坏是电子设备防腐蚀设计重点考虑的问题。非金属材料(主要指高分子材料)在一般大气环境中的老化(大气老化)是电子设备中常见的腐蚀现象.材料选择一公司产品线产品包含的结构件所用材料主要包括:冷轧钢板、铝合金板、电镀锌板、铝型材、铝合金压铸件、锌合金压铸件、塑胶件、铜合金等。I型结构件:指当设备处于工作状态时,零件表面直接暴露在自然环境中,并且会受到雨、冰雹、雪、日光照射和风沙的直接作用的结构件.II型结构件:指当设备
3、处于工作状态时,其零件表面不直接暴露在自然环境中,或不会受到雨、冰直、雪、口光照射和风沙的直接作用的结构件。涂料涂覆:金属、非金属制件表面涂覆,产品线产品结构件用到的涂料被分为两大类:油漆、塑料粉末(混合型)。金属镀覆和化学处理:金属和非金属制件上进行电镀、化学镀、化学处理和电化学处理。4.职费产品线各产品线整机研发部:根据结构件三防设计规范,结构工程师完成结构设计。供应法管理部:根据结构件三防设计规范,完成工艺指导文件;监督、执行设计发布的技术文件、确保外协厂严格按照我司技术规范作业、协助外协厂处理三防质量加工问题。5.工作程序5.1环境当公司产品处于复杂的自然环境因素下时,各种因素会影响箱
4、体内部的微环境和设备本身的性能及可靠性。在配置时,首先要考虑到环境因素,根据使用环境来确定整机布局及箱体材料等基本参数。5.1.1产品面临的环境因素产品线产品在生命周期内面临的自然环境因素可分为以下几类:D气候环境-温度、湿度、气压、太阳幅射、风、降水;2)机械活性物质-砂、漂浮尘、沉降尘:3)化学环境-盐雾、氯化氢、硫化氢、二氧化硫、臭氧等腐蚀性气体;4)生物环境-植物、动物:5)机械环境条件一一地震:6)电磁环境一一雷电;由于雷电的膨响更多是靠防雷器以及电路的保护,因此主要需要考虑前5种因素的作用。产品线产品在寿命周期内面临的工业环境和特殊使用环境(诱发环境)因素可分为以下几类;温度梯度、
5、加速度、高压、高强度噪声、瞬态冲击、电磁场、高能冲击、腐蚀性介质、周期振动、固体粉尘、随机振动。5.1.2各环境因素作用机理与设计关注点5.1.2.1温度温度变化会使电子器件的参数发生漂移(如表1)。高温时多数电子器件的失效率会增大、寿命也会降低;低温时,材料的物理特性发生变化。表1温度乂寸电子器件的影响环境因素环境条件作用机理高温北非、中东、印度等地区499,地频率稳定性变差;电子器件参数漂移;表温度70C低温高纬度或高海拔地区-46C密封器件易损坏;弹性部件强度降低;温度变化温度变化0.5*C/min绝缘材料老化设计关注点:系统中必须配置温度控制设备.通常采用散热片作为主要散热部件,与循环
6、凤机一起对系统内部的温度进行控制。对于低温环境,系统中须配置合适加热功率的加热器,加热功率的选择取决于产品的热容量和产品的隔热保温措施。箱体内部可以加配隔热棉5.1.2.2湿度绝对湿度较大(大于36gm3)时,容易引起器件绝缘和隔热特性变化,水汽可能会通过渗透作用进入密封绝缘器件的内部,最终导致其失效;而相对湿度较大(4、Ioo%)时,对于空心的或有密封或半密封外壳的结构,水汽可能会通过呼吸作用使其内部产生凝露。在我国南方的夏季和全球的热带雨林地区,恒定湿热情况会经常出现,而交变湿热情况经常会出现在早晚温差大的地区,或雨雾多、温度变化较快的山区。设计关注点:密闭式结构具备较好的湿气防护能力,但
7、成本较高;如果设计为非密闭式,应考虑配置必要的加热设备(如加热膜等),并通过监控单元对相对湿度进行控制。若凝露不可避免,须确保凝露不回流设备内部,对设备产生功能损毁。5.1.2.3太阳辐射在地面上或在高海拔地区使用时,太阳辐射的热效应、光化学效应,会对系统的性能产生影响(如表2),在强紫外光环境中,塑料和橡胶材料的老化速度会加快。表2太阳辐射对电子器件的影响环境因素环境条件作用机理太阳辐射热效应大于1180Wm2稳定性变差,参数漂移,寿命缩短,密封损坏光化学效应紫外线辐射塑胶材料老化,合成橡胶分解设计关注点:设计时应选择具有良好弹性、耐高低温、耐老化性能的橡胶材料,且老化后要易于更换。箱体中的
8、接缝处如果采用密封胶的形式密封,也要选用耐高温、耐老化材质,并避免塑料和橡胶材料直接暴露在太阳光下。可通过增加辐射换热的空间热阻和表面热阻来尽量减少太阳辐射对设备内的温度影响。空间热阻的增加可通过遮阳罩或双层箱体结构等来实现。表面热阻的增加可通过涂覆特定涂料,提高箱体外表面对红外线的反射能力来实现。5.1.2.4降水降水可以分为雨、雪、冰雹三种环境,如果进入到箱体内部,会直接导致电气设备失效,造成严重危害(如表3)。表3降水对电子器件的影响环境因素环境条件作用机理雨最大降水量10mmmin,雨滴直径3mm,雨滴降落速度6ms,吹雨,风速18m/s的暴雨渗入产品内部,腐蚀可能性增大,电气设备失效
9、雪最大积雪深度89cm,最大雪密度:200400kgm3结构破坏,融化雪水渗入产品内部,冰冻后无法打开冰雹密度800kgm3,最大宜径IOmm,质量471g,结构破坏降落速度52m/s,碰撞能量627J设计关注点:主要应该关注于箱体的防水设计,般应该考虑到箱体拼接处、门盖闭合处、线缆接口处、进出风口处等地方的防水设计。应注意密封条及密封胶的选择。产品线户外箱体防水一般按IP代码的外壳防护等级(IEC60529/GB4208)标准进行设计,耍求IPX5以上。5.1.2.5风自然界的风速可达60ms,台风、飓风吹袭时可能使产品晃动、摇摆、严重时甚至倾倒。在美国GR487标准中,就要求对于固定在墙上
10、或是柱子上使用的箱体,应该能够抗拒67ms的风速作用于箱体前面或是后面中间位置-半时产生的力矩。设计关注点:门盖必须设计防风装置.必要时可以为箱体设计和配置辅助的固定部件。5.1.2.6沙尘沙尘的定义为:尘:d150m.沙:d=150850Um。沙尘会导致过滤装置堵塞或者元件表面磨蚀,如果沙尘中的电解质含量较高,会使电气绝缘变差。在北方地区,春秋季风起的时候都会有沙尘伴随。沙尘浓度非常大时就是人们常说的沙尘暴。设计关注点:对于沙尘的防扩I如果产品只在国内销售,则可依据IP代码的外壳防护等级(IEC60529/GB4208)标准进行设计,一般室外箱体要求IP5X以上。但是需要指出,IP防护等级所
11、考虑的环境因素仅限于沙尘和水,因此按前述标准进行设计的户外系统不具有防爆的特性,相比较而言,美国NEMA250、UL508和加拿大CSACS22.2No.94等外壳防护标准中,对于安全(爆炸、着火等)、其它环境(雨雪、冰冻、纤维类尘、腐蚀物质、耐油浸等)有着更高的要求。5.1.2.7盐雾海岛的含盐大气的组成近似于天然海水的构成,这种盐雾腐蚀的环境对产品长期使用的可靠性会产生非常大的影响。盐雾对电子器件的影响如表4所示,同时还会导致箱体板材生锈等问题。产品的结构设计和加工工艺要考虑必要的防护措施。表4盐雾对电子器件的影响环境因素环境条件作用机理盐雾颗粒盐雾浓度一般在2m以下海洋上空5.00mgm
12、3沉降电路板上可能,造成短路失效,金日沉降量海岛和沿海地区890mg/(m2day)属部件受到腐蚀设计关注点:主要关注于防腐蚀设计,另外需要对户外箱体的版本进行规划,开发特别针对海岛环境的户外箱体。需要从散热形式、结构形式、表面处理及材质等方面全面考虑防腐性能提升。5.1.2.8腐蚀性气体大气中存在的腐蚀性气体可能的组成有CI2、H2S、No2、SO2等,其作用机理主要是与湿度、温度等因素综合发生作用,进而导致金属腐蚀以及塑料、橡胶材料的老化变形等.野外的白然环境中,空气中腐蚀性气体污染物含量很低,值得重点关注的是城市工业区和人口密集区域,那里一般气体污染物含量较高,有必要时可参考当地环保部门
13、发布的有关报告。设计关注点:主要关注于防腐蚀设计。产品设计时,如选择钢质材料,需进行多层防腐处理(例如热镀锌板加户外粉),如果选用铝合金材料,表面可采用阳极氧化加户外粉。5.1.2.9植物、动物植物影响主要体现在设备由于霉菌、真菌等的影响而发霉,影响外观,而如果绝缘材料(如线缆的绝缘层)成为菌类的生长基质,则会影响到产品的电气安全性能。野外的啮齿类小动物(老鼠等)进入机柜内部,也会对设备造成不可估量的损害。设计关注点:如果系统内部环境有稳定的温湿度控制,霉菌就很难生长。箱体外部的颜色应避免使用对野生动物有刺激性的色系,所有孔洞及线管等均应采取防止小动物进入内部的措施(例如防鼠袋、防火泥等)。5
14、.1.2.10地震地震的主要原因是大陆的断层错动。根据GB17740T999,将地震划分为12个烈度等级。此外需要注明的是,全国主要城市基本烈度为9度的有下关、西昌、东川等地,国际业务建议参考IEC60721-2-6或GR63、EN300019-1-3选取里氏震级大于7级。设计关注点:通过对系统进行静拉力测试,可以初步判断其结构强度能否满足有关震级的要求,通过扫频振动测试检查系统的共振点,可以发现产品结构上的薄弱环节,帮助改进柜体结构设计。5.1.3防腐蚀设计防腐蚀设计,主要集中在结构形式、基体材料和表面处理方法的选择上,进一步引中,还涉及到生产工艺方法、物流运输、包装防护、工程安装规范性等方
15、面。箱体外部百叶窗口撕裂处、棱边处、底座过线处等部位也应注意喷涂质量。5.2结构设计原则第一类措施是减轻损害的根源。如减小发热、振动,减少腐蚀介质的排出量或降低腐蚀介质的浓度等。第二类措施是隔离。如把发热源与设备工作部分隔开,把腐蚀介质与有关机械部件隔开,把产生噪声的振动源与发声部分隔开,把产生噪声的设备与人员隔开等。第三类措施是提高抗损坏能力。如加强散热措施,采用耐热、耐腐蚀性强的材料等。第四类措施是更换易损件。设计中考虑到某些在强烈受损部位工作的零部件首先损坏,但使它们易于更换,定期更换这些易损件,以保证整机正常工作。5.3结构设计常用技巧a)避免积水结构。平面转接处应向下平滑过渡,设备的
16、外罩应恰当地倾斜,使水流走。在可能积水或者留存湿气的空间,应开设排水孔和排气孔,并避免凹凸不平的平面等。而且还应考虑易于涂装和维修。b)结构形状应尽可能简单合理形状简单的结构件容易采取防腐蚀措施;而形状复杂的结构件,其面积必然增大,与介质的接触机会增多,死角、缝隙、接头处容易使水分积存和使腐蚀介质浓缩,而引起腐蚀。简单的构件还便于排除故障,有利于维修、保养和检查。以下对需注意地事项作详细说明:5.3.1避免尖角(特别是凸出的棱角)也要避免尖锐的凹角;可能的话,拐角处尽量做成流线性、且内角半径尽可能大(一般折弯半径不能低于0.5mm,厚度低于LOmm的薄板折弯半径不能低于0.3mm);可能时,应
17、规定加工精度、切口尖角度(或毛刺高度)、倒内圆角尺寸等。5.3.2避免凹凸不平的平面由于“拉丝或喷砂”都是使表面粗化而形成一定的装饰纹路,因此除非确实有装饰需要、否则不建议采用拉丝或“喷砂”处理;而且只允许在铝材、不锈钢材料表面应用。(目前装饰用的拉丝或喷砂表面粗糙度分别为:拉丝Ra为2.23.4口m;喷砂Ra为1.51.8mo)应规定预防划痕的措施;规定表面的不平度;规定在制造过程中避免产生深的加工刻痕(或选择适当的装配方法),以防止形成应力集中源。宁可采用简单的、致密的、光滑的表面,并具有理想的外形、布局和转角,而不采用复杂的不规则形状和粗糙表面。要求电镀光亮镀层作装饰的表面,应规定其表面
18、粗糙度Ra不大于0.8m05.3.3避免积水结构不应形成凹形,减少腐蚀机会。如:平面转接处应向下平滑:设备的外罩恰当地倾斜,使水流走;在可能积水和留存湿气的空间,应开设排水孔和排气孔。如图一、图二所示。好好圆角好好不好较好不好较好图一:转角均设计为圆角、避免尖角一JJ不好较好:二图二:凹槽设计开口、利于排水需要表面处理的零件应尽量避免盲孔。若不可避免,孔或槽的深度应尽可能在其宽度(或直径)的50%以内,宽度或直径应尽量大。5.3.途免会进水的缝隙在加工过程中或设备工作时会导致积水的缝隙应尽可能避免。在易积水、凝露、和渗水的结构部位,应避免窄缝;不能避免的部位,应通过改进几何形状、改进配合和表面
19、形状等措施,或加以密封涂覆,以防止腐蚀剂进入。如户外设备外壳的接合部位、处于户外的螺钉连接部位等。需要进行表面处理的结构件,应尽可能避免夹缝,除非能确保该夹缝不会进入溶液、或者结构上难以实现。如一些搭接点焊的结构应谨慎采用,尤其是需要电镀者。对于折弯180。的结构(俗称拍死边,如图三),只允许在镀锌钢板制作的零件上使用。图三拍死边的结构5.3.5注意防尘机柜、机箱空气入口处应考虑防尘措施,对防尘装置应规定定期除尘制度,防止虑尘器成为灰尘集散的污染源。整机结构中应考虑粉尘能被尽量排出,尽可能避免粉尘在设备内循环。5.3.6密封式设计及密封产品的应用我们在产品中应用密封结构的目的大多是防水,而且只
20、在户外产品上应用,因此不允许设计成气密式结构。这是因为气密设计一旦失效,腔内会由于日晒而增加压力,腔内气体逸出,当夜晚气温下降湿气会进入,周而复始,内部产生积水,形成100%蒸汽压使设备受潮失效。应在无水接触的部位考虑设计足够的通风孔,使腔体内、外压力平衡;或者增加除湿措施(例如利用空调的除湿功能);或者规定产品较短的使用寿命。当采用密封剂或密封垫的密封结构时,并不能达到彻底的密封,只能是一个受控制的泄漏、或是渗透率非常小和缓和的情况。密封结构中湿气可以凝结、有机气氛腐蚀将会更严重。这时所用的密封剂或密封垫应是防潮湿、无腐蚀性、抗霉菌、非吸湿性的柔和的材料,以补偿热膨胀和收缩。密封圈可选用永久
21、变形小的高抗撕硅胶无缝圈,不允许密封圈有接缝(允许接头进行熔焊式连接),不能采用橡胶板、垫密封。5.3.7注意有机气氛的影响当采用密封结构时必须注意有机气氛对金属及金属镀层的腐蚀。木材、塑料、橡胶、油漆、胶粘剂等非金属都会发出程度不同的对金属有腐蚀性的气体。5.3.8组合工序的安排带有螺纹连接、压合、搭接、抑接、点焊、单面焊接等组合件,因存在缝隙,原则上不允许进行电化学处理(电镀、阳极化);不同金属材料组合在-起的组件不能-起进行溶液处理。这些组合件应尽可能采用涂漆,或在电化学处理后进行组合。例如:需要点焊加强筋的门板可采用喷涂:搭接点焊在一起电镀的结构可以先分开电镀再采用抑接的方式:在要求压
22、抑不同材质的螺柱(螺母)时,不能同时进行电镀或乳化处理,如铝板或冷轧钢上有不锈钢螺旬时.5.3.9焊接需进行溶液处理时,焊接应采用对头焊。若是搭接焊,则应避免间断焊接,不采用不封闭的焊缝(即应将重置区封闭起来,使其不夹带溶液);焊接结构的设计应易于操作,以改善焊接质量。如图四所示。B.对头焊,好A.搭接焊,不好D.连续焊,好E.不好G.单面焊,不好F.较好H.双面焊,好图四:焊接方式5.3.10控制应力,避免应力腐蚀机械应力和残余应力是应力腐蚀破裂的必要条件之一,而产生应力腐蚀的有效应力是拉伸应力。暴露在腐蚀介质中的零部件应避免承受过大的机械应力和应力集中,或采取适当的工艺措施消除内应力。宁可
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