Как сделать корпус механизма

Обновлено: 05.07.2024

Многие из тех, кто читает мои статьи, а так же мои подписчики, наверное, так же как и я, любят мастерить своими руками. Иногда бывает просто необходимо что то собрать или спаять, но многое из этого так и остаётся в незавершённом виде. Самоделка работает? – работает. А корпус к ней сделаем в другой раз.

Сегодня я с Вами поделюсь, как в таких случаях поступаю я.

У меня, как и у многих из Вас, помимо работы, есть ещё и хобби. Это электроника и столярка. Конечно, я в этих отраслях только любитель, но если я этим занимаюсь, то стараюсь всё делать с душой.

Здесь приведён список всех механизмов из Industrial Craft 2 Experimental и их классификация. Список снабжён ссылками на русскую и английскую вики. Этот список поможет вам изучить IC2 более детально.

Осторожно: некоторые ссылки ведут на внешку.

Все механизмы разделены на три группы:

Источники энергии

Потребители энергии

Преобразователи энергии

Виды энергии

В Industrial Craft 2 Experimental существует три вида энергии:

Электрическая (обычное бытовое электричество, измеряется в Energy Units, eU)

Тепловая (одна из сторон механизма считается "горячей", измеряется в Heat Units, hU)

Кинетическая (энергия вращения, например, шестерёнок, измеряется в Kinetic Units, kU)

Электрическую энергию можно передать с одного механизма на другой c помощью проводов , но чтобы передать кинетическую и тепловую энергию нужно совмещать стороны блоков-механизмов. Тепловая сторона у всех механизмов обозначается в виде оранжевого квадратика , а кинетическая - в виде чёрного круга.

Вот тут хорошая статья про электрическую энергию на русской вики.

У каждого радиолюбителя, который погружается в мир электроники, рано или поздно возникает желание оформить свои электронные поделки в красивые корпуса. При этом возникает проблема выбора. Обычно их размеры очень ограничены, а качество оставляет желать лучшего. Корпуса же хорошего качества стоят очень дорого. Поэтому у меня появилась мысль, а почему бы не начать делать качественные корпуса своими руками.

Порывшись в интернете, к большому сожалению, не нашёл ничего толкового. Все мануалы сводились к тому, что если у вас есть лазерный резак, сделать элегантные коробки из плексигласа не составит большого труда.

Но так как у меня, как и у большинства читателей, нет лазерного резака, принял решение разработать технологию изготовления самодельных корпусов, используя для этого доступные ручные инструменты.

Они получились не такими уже и элегантными, как если бы я использовал лазерный резак, но зато достаточно крепкими.

Обломки плексигласа (оргстекла) любой толщина. Использовал 3 мм и 5 мм;

Прежде всего, нужно определить размеры изготавливаемого корпуса (в моём случае 10 х 6,35 х 6,35 см).

Разметим плексиглас в соответствии со схемой.

В качестве направляющей будем использовать старое ножовочное полотно. Резак должен идти перпендикулярно поверхности оргстекла. Процарапаем (прорезаем) примерно половину от общей толщины. Затем доломываем его осторожным движением. Зачистим край среза наждачной бумагой или надфилем.

Вырежем все шесть сторон. Лучше сделать их немного больше, уменьшить их мы всегда успеем.

Отшлифуем заготовки. Они должны быть с прямыми углами и перпендикулярными сторонами.

Из-за того, что не учёл толщину оргстекла, торцевые стеночки получились меньшего размера.

Примечание: во избежание трудностей при монтаже, учитывайте толщину материала.

Независимо от того, насколько сильно вы будете стараться, у вас все равно не будет идеальных кромок. Поэтому хорошенько обработаем края, сделав их, как можно более ровными.

В случае, если клей попадёт на внешние поверхности, придётся приложить достаточно усилий, чтобы сошлифовать остатки клеевого состава.

Для того, чтобы закрепить крышку на корпусе необходимо изготовить опоры. Возьмём кусок толстого оргстекла, вырежем четыре кубика, а затем отшлифуем их края. Вклеим их ниже уровня верхней кромки, чтобы она располагалась заподлицо со сторонами короба. Установим крышку, просверлим четыре отверстия, а затем вкрутим в них шурупы.

БлагоДарю вас за просмотр и искренне надеюсь, что эта статья поможет вам при изготовлении собственных поделок. МозгоЧины, а какие вы корпуса используете для своих электронных самоделок?

Многие пользователи Protocase являются настоящими специалистами в своей области, но не всегда обладают знаниями в сфере дизайна или производства изделий из металлов. Но разработка оптимального дизайна для корпуса, который будет отражать вашу задумку и требования, — задача серьезная. Поэтому последнее десятилетие мы создавали информационный ресурс, содержащий наши знания о листовом металле и основах дизайна корпусов из него. Мы надеемся, что они помогут вам начать работу и сэкономить время, избежав многократных переделок в дальнейшем.

Эта статья освещает пять ключевых элементов разработки: подбор металла, гибка металла, самозажимной крепёж, сварка и отделка.

Выбор металла

При разработке корпуса в первую очередь необходимо подобрать тип материала и его толщину. Среди основных материалов, использующихся для корпусов РЭА, — алюминий, нержавеющая сталь, углеродистая сталь (оцинкованная и холодного проката) и медь. Ниже приведено описание характеристик каждого из этих металлов.

— легковесный коррозионностойкий металл, отлично подходящий для корпусов и изделий из листового металла. Может быть обработан порошковым покрытием или оставлен без покрытия, с шлифовкой или без неё. При необходимости электрического контакта алюминий хроматируют. Также алюминий можно анодировать - этот процесс создаст твердое и прочное оксидное покрытие.

В ряде случаев алюминий может иметь коэффициент жёсткости ниже, чем сталь; вероятно, может потребоваться большая толщина корпуса для особых случаев.

Наиболее распространенные сплавы:
1. Алюминий 5052 — идеально подходит для корпусов и деталей из листового металла, поскольку может изгибаться на малый радиус без образования изломов. Он прост в сварке и обработке.
2. Алюминий 6061 — легко обрабатывается, но более склонен к образованию изломов при сгибании на малый радиус.

— как и алюминий, широко применяется при изготовлении корпусов. Отличается хорошей комбинацией цены и прочности, а также долговечностью при условии применения порошкового покрытия и использования изделия в помещении. Однако сама по себе такая сталь не обладает стойкостью к коррозии; если это свойство важно, необходимо использовать алюминий, нержавеющую или оцинкованную сталь.

— обладает прочностью и жёсткостью стали холодного проката, но при этом устойчива к образованию коррозии благодаря содержанию хрома и никеля. Поставляется с порошковым покрытием, непокрашенной или отшлифованной, что придаёт ей зачищенный вид.

— низкоуглеродистая сталь с защитным покрытием из цинка, полученным при помощи гальванизации (предотвращающей отшелушивание). Такое покрытие препятствует образованию коррозии при использовании изделия во влажных помещениях. Хотя устойчивость к коррозии при этом не столь высока, как у алюминия и нержавеющей стали.

— мягкий, гибкий и ковкий металл с высокой степенью тепло- и электропроводности. Как правило, используется при создании шин, но может применяться и для изготовления корпусов. Работая с этим металлом, затягивайте крепления с осторожностью, поскольку мягкая медь деформируется при чрезмерном усилии. Оптимальным выходом будет использование самозажимных крепежей.

Заказные отверстия

Металлические корпуса часто имеют вырезы разнообразных форм и размеров. Как правило, это отверстия для разъёмов, дисплеев, переключателей и т.п. Также это могут быть вырезы нестандартной формы и назначения, включая логотипы, бренды или названия изделий, а также нестандартные вентиляционные отверстия, комбинирующие эстетическую форму и функциональность.

Гибка металла и радиус изгиба

Корпуса и изделия из листового металла гнутся листоштамповочным прессом или гибочной машиной. Как правило, металл не может быть согнут под идеальным прямым углом и чаще всего имеется небольшой радиус, как видно на рисунке ниже.

Использование различных инструментов и методик позволяет добиться разного угла изгиба. Проектируя корпус, вы контролируете этот параметр заданием радиуса изгиба — это радиус внутренней поверхности изгиба (внешний радиус — это сумма внутреннего радиуса и толщины металла).

Ключевые факторы подбора угла изгиба:

Функциональные соображения: вам неизвестен размер плоской части для зажимов, компонентов или вырезов до момента чёткого подбора радиуса изгиба.
Эстетические соображения: к примеру, дизайн в ретростиле зачастую подразумевает больший радиус для более округлого внешнего вида.

Учитывайте эти соображения при выборе радиуса изгиба.

Необходимо уделить особое внимание пересечению двух линий изгиба (т.е. углу) корпуса. В частности, необходимо удалить избыток материала для предотвращения создания препятствий между углами; это называется "высвобождением угла" ("срезанием угла" в CAD-системах).

Как правило, вырезы должны находиться на определенном минимальном расстоянии от углов изгиба во избежание развальцовки или растяжения отверстия. Это расстояние определяется типом материала, его толщиной и инструментом, используемым для изгиба, а также значением радиуса. Какое бы минимальное значение изгиба вы ни подобрали, убедитесь в том, что отверстия находятся минимум на таком же расстоянии от места изгиба. Например, при использовании нержавеющей стали 14 калибра и стремлении к минимальному изгибу в .275" вырезы должны находится не ближе, чем .275", к месту изгиба.

При необходимости размещения отверстия близко к месту изгиба детали нужно обсуждать с производством. Существует возможность вырубки выреза в области изгиба, что позволит сохранить требуемую форму отверстия:

От идеи до серийного производства: подробно об этапах разработки и о технологиях производства корпусов — факты, примеры из практики, фото. Если вам нужен корпус для прибора, обязательно прочитайте.

Вы почти наверняка можете спроектировать корпус для своего устройства самостоятельно. Главное — хорошо представлять себе весь цикл, от идеи до производства. Разработка корпуса — процесс, разбитый на несколько обязательных этапов. Это даже обсуждать не буду: проверено много раз.

А для сомневающихся в своих силах скажу сразу — вы точно сможете разобраться во всём этом: программное обеспечение шагнуло далеко вперёд, и сейчас не нужно тратить несколько лет, чтобы поставить себе на стол первый прототип корпуса. Вот схема, по которой мы пойдём:

У меня в работе есть тест, который позволяет отсеять горе-инноваторов-компилянтов. Я прошу прислать описание их идеи с формальными (численными) характеристиками. Например, идея такая-то, прибор функционировать должен столько-то и вот так-то, себестоимость примерно вот такая.

Если продукт — чистый компилянт (к чайнику прикрутим вайфай + облачный сервис с блокчейном), то описания, как правило, нет и не будет: человек, скорее всего, ленится, ему надо, чтобы его выслушали, с его слов задачу описали.

Именно поэтому нужно сформулировать всё, что мы хотим воплотить, и описать в документе. Даже если понятно, что это всё ещё поменяется 30 раз, да. Поэтому переходим к п.1.1.

Начнём с пяти главных вопросов:

1. Для чего вам нужен корпус — что вы с ним будете делать? Использовать дома, создадите прототип для инвестора или станете продавать прибор?

Ответ на этот вопрос сразу подскажет, до какой стадии готовности нужно проектировать корпус. Ведь есть технологии, которые прощают ошибки при разработке (например 3D-печать), а есть те, которые могут погубить проект (пресс-формы, об этом далее).

2. Какой тираж у вашего устройства планируется в первый год? Я понимаю, что часто чёткого ответа на этот вопрос может не быть, но хотя бы предположите. Одно устройство? Десятки, сотни или тысячи?

От ответа зависит выбор технологии производства, что сильно влияет на бюджет проекта. Подробнее об этом в заметке о том, как оценить корпус. А вот примеры цен на производство корпусов с разными размерами и тиражами, изготовленных по различным технологиям.

3. Насколько для корпуса важен дизайн? Все мы любим красивые и удобные вещи. Но так ли важен дизайн для начала реализации проекта? Подробнее об этом вот в этой заметке (часть 1, часть 2).

4. В каких условиях будет работать прибор или устройство? В обычных, при комнатной температуре? А если на улице под снегом?

5. Кто ваши конкуренты? Если вы на этот вопрос ответили, что конкурентов нет, то тут что-то не так: вы либо поленились искать, либо в принципе неправильно оцениваете реальную потребность вашего клиента и то, как её решает ваш продукт (темы немного касаюсь здесь). Ответы на все эти вопросы лягут в основу технического задания.

Очень важный пункт. О максимальной себестоимости изделия поначалу мало кто думает. Чем быстрее будет она понятна (хотя бы на уровне начинка + корпус), тем скорее проект завершится и тем меньше будет блужданий и итераций. Если данных совсем нет, можно глянуть на конкурентов.

Берём средневзвешенного прямого конкурента, смотрим продажную цену его продукта, делим её на три части: себестоимость + маркетинг + маржа. Вот в этой планке себестоимости нам и придется крутиться. И подчеркну — неважно, насколько эта оценка точна, главное — порядок затрат на одно изделие, который потом окажет влияние на всё: какой тираж лучше планировать, какие компоненты использовать и насколько велики будут стартовые затраты.

Хозяйке на заметку: даже если вы выпускаете изделие тиражом меньше, чем у конкурентов, получить цену ниже, чем у них, не получится. Те стартовые затраты, которые они уже несколько лет отбивают, вам только предстоят.

Эскизирование (оно же ручные наброски) позволяет представить, как будет выглядеть будущий корпус. Сейчас вы скажете: зачем это нужно? Всё же и так будет понятно. Не совсем верно. Опыт показывает, что визуализация проекта важна потому, что мы все по-разному видим одни и те же вещи. Если вам нужно, чтобы другие разработчики увидели будущий корпус прибора так же, как и вы, нарисуйте его — так, как сможете.

Можно просто начать делать наброски одного элемента — и сразу становится понятно, в ту сторону идёшь или нет:

Набрасывать можно на салфетке или листе А4; по дороге домой в метро, в кафе, на коленке — да где угодно. Повторюсь, качество не имеет значения.

Лучше сделать скриншот изображения своей электронной платы и попытаться поверх получившейся картинки набросать то, как вы видите корпус. Здесь качество тоже не сильно важно: главное, чтобы человек, которому вы это продемонстрируете, представил, что именно вы хотели показать, и чтобы были правильно поняты:

Пропорции.
Из каких деталей корпус будет состоять.
То, где находятся органы управления и индикации прибора.
Материалы, из которых сделаны детали.

Имеет смысл проверить результат на ком-нибудь, кто делает проект вместе с вами. Например, покажите рисунок программисту, который сидит за соседним столом, и спросите его, как он понял идею (и понял ли вообще).

Если вы хотя бы немного владеете САПР, пропускайте этот этап. Если нет, то совет один: начните использовать САПР :) (но не AutoCAD — это не то). Ниже привожу свой собственный список нужного софта — со ссылками на официальные сайты разработчиков. На этапе разработки модели можно использовать самые простые и даже бесплатные программы. Ведь задача этапа относительно проста — всего лишь представить будущий корпус в реальных габаритах и пропорциях.

Настоятельно рекомендую проектировать дизайн сразу в инженерном софте (ищите ниже таблицу) — сэкономите себе пачку нервов и ведро крови. Никаких полигональных 3ds Max и аналогов. На крайний случай можно использовать поверхностные моделлеры (Rhino, Alias studio) — и то в умелых руках.

Этот пункт можно бы пропустить вообще — визуализация (рендеринг модели с фотореалистичными материалами), по моему наблюдению, исчезает из проектов в своём чистом виде.

Это происходит потому, что результат (красивые картинки) потерял свою значимость для реального процесса разработки изделий. Он нужен только для отделов рекламы — чтобы менеджеры смогли показать картинки инвесторам, партнёрам и начальству.

Но если вам всё же придется показывать свой проект кому-то, то встроенных в САПР визуализаторов будет более чем достаточно. Если нет, проще обратиться к фрилансерам и поручить эту задачу им — есть масса ПО, которое делает красивые картинки буквально на лету (гуглите keyshot, например). На рендерах имеет смысл показывать степень глянцевости (матовости) поверхности и цвета:

Отлично, внешний вид примерно определён, теперь давайте займёмся инжинирингом будущего корпуса и начнём проработку его конструкции. Здесь уже придётся освоить новую программу — систему автоматизированного проектирования или САПР (CAD).

Таких программ несколько десятков, все разные и предназначены для разной аудитории и решения разных задач. Поэтому я составил список тех, которые подходят большинству. Сразу отмечу, что искать бесплатные версии вам нужно самостоятельно, но они есть в свободном доступе, просто имеют ограничения либо предназначены для некоммерческого использования.

Строим вокруг платы корпус, начиная от основных примитивов и самых больших размеров и постепенно детализируя.

Нужно соблюдать несколько основных правил:

Не должно быть пересекающихся деталей.
Вы должны представить, как корпус должен собираться, а все детали — выниматься друг из друга.
Надо стремиться к равнотолщинности — все стенки корпуса должны быть примерно одинаковой толщины, например 1,5 мм.

Более подробно про проектирование корпуса из пластика можно почитать здесь.

Подробности про тираж и его расчёт читайте тут.

А сейчас давайте ограничим свои хотелки парой десятков корпусов. Такой тираж идеально подходит под технологию литья полиуретана в силиконовые формы (детали изготавливаются из материала, который идентичен обычной пластмассе). Но сначала сделаем наше изделие более технологичным. Нам нужно, чтобы корпус можно было достать из силиконовой формы (оснастки), а значит, все стенки формы должны быть под небольшим наклоном (уклонами), буквально 3° по вертикали:

Пакет конструкторской документации — это единый пакет файлов, который должен максимально подробно описать для производства ваш корпус и все его составляющие. Внутри будут (кроме трёхмерных моделей из предыдущего раздела) подетальные и сборочные чертежи, спецификации (список деталей с их параметрами), документ о себестоимости производства по этой документации.

Все чертежи делаются, как правило, в той же САПР, в которой вы и разрабатывали модели, но я всё же рекомендую передавать их на подготовку специалистам с соответствующим опытом: можно здорово обжечься, не заметив ошибку в оформлении или не дав нужной информации на чертеже.

Не раз слышал, что чертежи всё меньше используются в проектной работе. Но это не совсем так — чертёж не заменить ничем. Штука в том, что чертёж описывает то, что в модели описать нельзя: допуски, точность производства, материалы, способы сопряжения зависимых деталей и много чего ещё — по стандартам оформления конструкторской документации. Если не по стандартам, то у разных предприятий будут разночтения документации, а значит, количество проблем при производстве может вырасти многократно.

Тоже важная составляющая пакета конструкторской документации. Это описание всех деталей, количества, материала, из которого корпус изготавливается, цена (если компонент покупается) и любая другая важная информация — всё в виде единой таблички, которая заполняется в самом конце разработки и дополняет собой пакет с чертежами и моделью.

Она же коммерческое предложение, она же квотейшн, она же оффер:

А если есть красная печать, так вообще хорошо:

Фактически наш корпус разработан, но это пока ещё картинка на мониторе, 3D-модель. Опыт показывает, что в любой 3D-модели есть ряд недостатков, которые в виртуальной среде разработки просто невозможно вычислить. Для выявления и устранения проблем нужна физическая модель — прототип корпуса. Давайте им и займёмся.

Вопрос резонный: технологий уже несколько десятков, и каждая из них имеет свои плюсы и минусы. Поэтому давайте определимся: что мы хотим от прототипа?

Конечно, собрать устройство и посмотреть, как оно будет выглядеть — то есть закрыть вопрос собираемости. Заодно проверить, выглядит ли устройство так, как ожидалось.
Хотелось бы потестировать устройство в жизни, потаскать в кармане, выставить на улицу под снег или окунуть в реальную лужу, чтобы проверить герметичность.
Показать инвестору, клиенту, на выставке — решить вопросы маркетинга, бизнес-задачу и так далее.

Для прототипа первого поколения (или макета) лучше выбрать самую дешёвую технологию — печать пластиковой нитью, или FDM. Если кратко, то корпус будет печататься из пластиковой нити послойно снизу вверх, вот как-то так:

Принтеры, печатающие пластиковой нитью или по технологии FDM, есть сейчас везде. Cтоит всё это недорого (пара тысяч рублей за корпус, цены здесь и далее условные). Иногда даже целесообразно купить принтер и делать макеты сразу во время разработки, но это даёт экономию только по времени.

Если же средства позволяют, то лучше заказать более качественную печать по технологиям SLA или SLS (тут уже стоимость будет от 10 тысяч рублей). О том, как правильно выбрать технологию производства для корпуса, я отчитался здесь. И чтобы два раза не вставать, вот моё видео про случаи, когда 3D-печать бесполезна (и о том, почему она бесполезна):

Фрезеровка пластика и металла — из пластиковой болванки фрезеруется нужный корпус или деталь, которая мало отличается от серийного изделия. Такой корпус будет стоить от 30 тысяч рублей.

По итогам прототипирования вы сразу увидите, где есть проблемы в конструкции и дизайне корпуса. Поэтому следующим этапом станет возврат на предыдущую стадию и внесение правки в модель. И так — несколько раз, в зависимости от вашей аккуратности и наличия опыта.

Специалисты обходятся парой поколений прототипов и переходят дальше, новичкам нужно больше — иногда доходит даже до десятков. Почему прототипирование важно? Чем больше прототипов будет изготовлено, тем больше проблем будет выявлено, а значит, конечный продукт будет максимально продуманным.

Давайте разберёмся, как всё это организовать.

Любое производство начинается с подготовки к нему. Посмотрим, как это делается (не забудьте, что наш условный тираж — два десятка корпусов). В качестве технологии производства возьмём литьё полиуретана в силиконовую форму.

Поиск производства не отличается от выбора любого другого подрядчика. За исключением бюджета — большому заводу абсолютно неинтересно заниматься маленьким заказом. В этом случае нужно либо проявлять настойчивость, либо сразу отсеивать тех, кто на контакт не идёт.

Алгоритм следующий: ищем предприятия, использующие при производстве ту технологию, которая нам нужна, прикрепляем к заявке нашу модель в универсальном формате .step (или .iges), пишем на завод письмо, где указываем тираж, требования (цвет, жёсткость корпуса, наличие на нём надписей) и отправляем его всем, кого нашли.

Ждём откликов. Производства, которые откликнутся на ваше письмо, обязательно будут задавать вам уточняющие вопросы. Отвечайте на них подробно.

Как я писал раньше, мы сейчас ограничимся простым примером — литьём полиуретана в силиконовые формы. Другие технологии сложнее. Когда контракт заключён и оплачена его авансовая часть, завод начинает изготавливать формы для производства.

Количество изменений и степень изменений угадать сложно, гарантий тоже добиться нереально, нужно просто проявлять здравый смысл и обсуждать правки со специалистами завода.

И это ровно то, ради чего и делается тестовая партия — пользователи скажут вам такие вещи, до которых дойти самостоятельно не получится. Условно мы предполагаем, что прибор будет использоваться вот так-то, но у реального пользователя сценарий выйдет совсем другим; а каким — об этом вы даже можете и не догадываться.

Для наглядности — пример. Спустя пару лет после выхода изделия в серию выяснилось, что пользователи вынуждены регулярно открывать корпус устройства. А конструкция креплений и защёлок была сделана в расчёте на обратный сценарий — повесили и забыли.

А если бы была изготовлена тестовая партия и решения принимались с оглядкой на тестирование не только прототипа, но и этой партии, то до появления проблемы дело бы вообще не дошло. Но тестовой партии не было, и пользователи до сих пор ломают корпус (подробнее).

Обязательно надо не только слушать то, что говорят (потому что все врут и недоговаривают), но и пытаться понять, о чём молчат (например, многое становится понятно по осмотру образцов, если видишь сколы на корпусе, царапины от отвёртки, пережатые винты и так далее).

Всё это даёт тонну информации, которая расскажет о проблемах монтажа и эргономики гораздо лучше самого пользователя — он, может, ничего и не скажет, так как посчитает, что это несущественно для проекта: так, ерунда, подумаешь, немного неудобно было подлезть отвёрткой или долго не мог попасть в шляпку винта, потому что её видно плохо.

Всё собранное таким путём, включая даже, казалось бы, мелкие вещи, надо тщательно собирать в единый документ, определять важность каждой выявленной проблемы или проблемки и вносить нужные изменения в документацию и в модели.

Однако если вы хорошо поработали с ошибками на предыдущих этапах, то с производством проблем не будет. И конечно, многое зависит от той технологии, которую вы выбирали под производство своего корпуса: каждая имеет разную стоимость, подход и особенности.

Читайте также: