Thiết kế vỏ chống nước trong sản xuất sản phẩm
Mặc dù nước là sự sống, nhưng việc có nước xung quanh một số sản phẩm, đặc biệt là các sản phẩm điện tử, là điều mà các nhà sản xuất không hề muốn chút nào. Môi trường trực tiếp của nhiều sản phẩm đòi hỏi sản phẩm phải có độ chắc chắn và khả năng chống thấm nước. Do đó, bạn có thể thấy các nhà sản xuất sử dụng các thiết kế vỏ chống thấm nước trong quy trình sản xuất sản phẩm của họ.
Thiết kế vỏ chống thấm nước đi kèm với sự hiểu biết về nhiều thứ. Là một người không chuyên hoặc người mới bắt đầu trong lĩnh vực này, bạn nên biết về các hệ thống xếp hạng, cách chế tạo vỏ chống thấm nước và các vật liệu cần thiết. Bài viết này sẽ giới thiệu đến các bạn các yếu tố đó.
Cấp bậc chống nước được phân chia như thế nào?
Hệ thống đánh giá là một thuật ngữ đánh giá nhiều sản phẩm điện tử dựa trên độ chắc chắn của chúng. Liên quan đến điều này, lý tưởng nhất là phân chia chúng dựa trên khả năng chống thấm nước của chúng. Sử dụng các đặc tính chống thấm nước là một thuật ngữ tiếp thị sản phẩm đơn giản. Ví dụ, không thể biết sản phẩm có thể chịu được nước ở mức độ nào khi ngâm dưới nước. Tuy nhiên, với một hệ thống xếp hạng, bạn có thể biết về mức độ của các thuộc tính đó. Hai hệ thống xếp hạng phổ biến mà chúng ta sẽ thảo luận là hệ thống xếp hạng IP và NEMA.
Hệ thống xếp hạng IP
Những người sử dụng các sản phẩm điện tử sẽ quen thuộc với hệ thống xếp hạng IP . Rất có thể đã nhìn thấy một dòng chữ trên thiết bị điện tử nào đó với IPxx. Dòng chữ này là những gì các nhà sản xuất sử dụng để đánh giá xem thiết kế chống nước của sản phẩm điện tử có hiệu quả hay không và mức độ hiệu quả của nó.
Xếp hạng IP là viết tắt của xếp hạng Ingress Protection (IP), và từ ví dụ trên, nó có hai chữ cái, “IP” và hai chữ số, ví dụ: IP67. Số đầu tiên thể hiện khả năng bảo vệ chống lại các vật thể như bụi bẩn. Số thứ hai cho thấy khả năng bảo vệ chống lại môi trường chất lỏng.
Xếp hạng IP càng cao, thiết kế chống nước càng tốt. Ví dụ: một sản phẩm có xếp hạng IP32 có khả năng bảo vệ kém hơn khi so sánh với cùng một sản phẩm có xếp hạng IP67.
Hệ thống đánh giá NEMA
NEMA là từ viết tắt của National Electrical Manufacturer Association và hệ thống xếp hạng của nó cũng cho biết mức độ bảo vệ khỏi chất lỏng của một sản phẩm. Không giống như hệ thống xếp hạng IP, hệ thống xếp hạng NEMA chủ yếu dành cho các sản phẩm công nghiệp. Hệ thống xếp hạng IP ước tính mức độ bảo vệ của một sản phẩm khỏi nước và các thông số vật lý khác như bụi. Tuy nhiên, hệ thống xếp hạng NEMA đi xa hơn một chút vì nó liên quan đến việc tiếp xúc với các thông số như băng, chất ăn mòn, dầu.
Trước khi sử dụng hệ thống xếp hạng NEMA, bạn nên biết những điều sau:
- Sản phẩm dùng trong nhà hay ngoài trời.
- Yếu tố tiếp xúc.
- Có dùng nước để làm sạch không.
- Liệu có khả năng tiếp xúc với chất ăn mòn, dầu và chất làm mát hay không.
Hệ thống đánh giá NEMA có thể được sử dụng trong nhà và ngoài trời. Để sử dụng trong nhà, chúng ta có xếp hạng từ 1-13, cho thấy mức độ bảo vệ khỏi bụi và sốc điện tăng lên, tức là chỉ số càng cao thì khả năng bảo vệ càng tốt. Để sử dụng ngoài trời, chúng ta có NEMA 3, 3R và 3S. NEMA 4 được sử dụng cho các sản phẩm được sử dụng trong các điều kiện như nước áp suất cao.
Thiết kế phớt chống thấm nước
Sử dụng thiết kế phớt chống nước đồng nghĩa với việc biết được nhiều cách khác nhau để thực hiện nó. Dưới đây là một số cách bạn có thể tạo ra một loại phớt kín nước.
Gioăng tròn (O-rings)
O-rings rất quan trọng trong thiết kế phớt nước và cũng để sửa chữa mọi thứ. Chúng rất phổ biến, điều đó cho thấy chúng được sử dụng rộng rãi. Chúng có một hình dạng nhưng có nhiều kích cỡ khác nhau. Một gioăng chữ O có hai chỉ số biểu thị đường kính trong và đường kính ngoài của nó (hoặc đường kính trong và đường kính tiết diện). O-rings rất dễ lắp đặt và chúng có hai loại tĩnh và động (Static O-rings và Dynamic O-rings)
- Gioăng tròn tĩnh
Nếu thiết kế phớt chống nước của bạn dành cho các sản phẩm hình tròn, thì việc sử dụng gioăng chữ O tĩnh là lý tưởng nhất. Các gioăng tĩnh là các vòng đệm được sử dụng để làm kín giữa hai bộ phận không di chuyển với nhau. Do đó, không có chuyển động trên bề mặt phớt.
- Gioăng tròn động
Các gioăng chữ O động, không giống như các loại tĩnh, nó dùng để làm kín giữa hai bộ phận có sự di chuyển tương đối với nhau. Do đó, gioăng cần được bôi trơn nhiều hơn. Vật liệu chế tạo nó cũng phải cứng hơn vật liệu được sử dụng để sản xuất gioăng chữ O tĩnh.
- Sự khác biệt chính giữa các O-ring tĩnh và động
Hiểu được việc sử dụng các vòng đệm tĩnh hoặc động đồng nghĩa với việc biết được sự khác biệt của chúng. Dưới đây là những khác biệt chính giúp bạn tạo ra một gioăng O-ring kín nước khi sử dụng hai loại vòng đệm này.
- Do O-rings động chuyển động liên tục nên vật liệu được sử dụng trong sản xuất phải cứng hơn.
- Gioăng O-ring động phải có bề mặt hoàn thiện và không có đặc tính mài mòn. Nếu chúng có bề mặt dễ bị mài mòn, sẽ dẫn đến hao mòn khi có chuyển động. Tuy nhiên, điều này không liên quan đến O-ring tĩnh vì nó không có sự di chuyển.
- O-rings động cần được bảo trì nhiều hơn so với O-rings tĩnh.
- Mặc dù cả hai loại gioăng chữ O này cần được bôi trơn, nhưng các O-rings động nên được bôi trơn nhiều hơn.
Tấm đệm (Gasket)
Thường là sự kết hợp của các loại vật liệu, tấm đệm Gasket được thiết kế để đưa vào hai bộ phận ghép cố định hoặc hai mặt bích. Nó có thể được sử dụng cùng hoặc không cùng với các loại chất bịt kín khác. Chức năng của Gasket là để làm kín, ngăn chặn sự rò rỉ của chất dẫn (khí dẫn) truyền ra bên ngoài hoặc chất lỏng (chất khí) lọt vào bên trong sản phẩm. Tấm đệm Gasket được sử dụng trong nhiều môi trường khác nhau.
Một tấm đệm sẽ lý tưởng cho các bề mặt phức tạp có nhiều lỗ hổng, giúp nó có phần vượt trội hơn so với gioăng tròn O-ring. Tuy nhiên, bạn cần phải xem xét các yếu tố như độ nén, độ dày và dung sai của các khớp nối để sử dụng chúng.
Nút bấm (Button)
Các nút được sử dụng trong các phím định hướng, bộ kích hoạt, công tắc bảng điều khiển và chúng là cách chống nước lý tưởng cho những bộ phận điện tử. Tùy thuộc vào những gì chúng được sử dụng, các nút có thể được làm bằng các vật liệu khác nhau. Ví dụ, đối với thiết kế nút chống thấm áp suất thấp, nút cao su đúc được sử dụng để làm vật bịt kín. Tuy nhiên, đối với thiết kế chống nước áp suất cao, nút có thể được làm bằng vật liệu cứng hơn.
Có nhiều thiết kế nút chống thấm nước và chúng thường được sử dụng cùng với các gioăng chữ O động. Tuy nhiên tốt nhất là sử dụng chúng một cách thận trọng vì nhiều vòng đệm có thể dẫn đến hỏng nút.
Lựa chọn vật liệu
Biết và chọn đúng vật liệu đi kèm với việc hiểu các yếu tố cần thiết mà bạn nên xem xét trước khi chọn vật liệu. Điều này sẽ được nói trong hai phần dưới đây, một phần nói về các yếu tố hỗ trợ lựa chọn, trong khi phần còn lại sẽ nói về các vật liệu phổ biến mà bạn có thể sử dụng.
Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn vật liệu
- Giai đoạn phát triển
Giai đoạn phát triển xác định vật liệu bạn sử dụng. Trong giai đoạn phát triển nguyên mẫu, một vật liệu cấp thấp, rẻ tiền có thể được sử dụng để có được sự phù hợp với chức năng và thẩm mỹ. Bạn sẽ không phải lo lắng nhiều về hiệu quả của việc chống nước bởi vì bằng các thử nghiệm, bạn có thể dễ dàng biết được các lỗi, từ đó mà bạn có thể tìm được vật liệu phù hợp khi hoàn thiện.
- Thiết kế và ứng dụng
Thiết kế và ứng dụng thực tế của sản phẩm sẽ quyết định loại vật liệu bạn sử dụng. Chẳng hạn vỏ bọc sản phẩm được dùng trong môi trường áp suất cao sẽ cần loại vật liệu có độ bền cao hơn, chịu áp suất tốt hơn.
- Độ bền và môi trường
Độ bền có mối quan hệ với môi trường mà vật liệu sẽ được sử dụng. Đối với những môi trường yêu cầu độ bền cao, nên sử dụng vật liệu vỏ chống nước bằng kim loại. Việc lựa chọn vật liệu cũng phụ thuộc vào việc vật liệu sẽ được sử dụng ngoài trời hay trong nhà.
Vật liệu phổ biến được sử dụng cho vỏ chống nước
Dựa trên các yếu tố được giải thích ở trên, hai loại vật liệu chính được sử dụng trong thiết kế vỏ ngoài của sản phẩm là nhựa và kim loại.
Nhựa
Nhựa là một lựa chọn linh hoạt hơn làm vật liệu vỏ bọc vì chúng có ít yêu cầu. Chúng cũng có khả năng chống ăn mòn và được sử dụng ở những nơi vật liệu kim loại có thể gặp vấn đề. Tuy nhiên, chúng không bền lắm khi so sánh với vỏ kim loại.
Kim loại
Các vật liệu vỏ chống thấm nước bằng kim loại phổ biến là thép, nhôm và thép không gỉ.
- Thép
Vật liệu thép được sử dụng khi sản phẩm được dùng trong môi trường có ít xu hướng bị ăn mòn. Thép chắc chắn, bền bỉ nên có thể sử dụng làm vỏ có khả năng chống chầy xước, móp méo. Trong điều kiện có khả năng bị ăn mòn cao, thép không phải là vật liệu lý tưởng vì nó trở nên dễ bị ảnh hưởng hơn khi bề mặt bị hư hại.
- Nhôm
Nhôm là vỏ bọc tốt hơn cho những người đang tìm kiếm sự ổn định trong nước mặn. Nó có khả năng chống ăn mòn và có các thuộc tính vật lý tốt hơn. Ví dụ, nó có trọng lượng nhẹ. Tuy nhiên, nó không lý tưởng cho môi trường có chứa kiềm mạnh vì nó dễ dàng phản ứng với nó.
- Thép không gỉ
Thép không gỉ là lý tưởng cho tình huống tương tự được thấy trong thép. Tuy nhiên, nó phù hợp hơn với môi trường có khả năng bị ăn mòn cao, chẳng hạn như nước mặn. Chúng là lớp vỏ chống thấm nước bền nhất, điều này là hiển nhiên vì chúng có thể tồn tại lâu hơn các vật liệu khác.
Kết luận
Thiết kế vỏ chống thấm nước là cần thiết cho những sản phẩm yêu cầu đặc tính chống thấm nước. Hy vọng qua bài viết này, bạn sẽ hiểu hơn về hệ thống xếp hạng chống nước, thiết kế các loại phớt chống nước và giúp ích bạn trong việc thiết kế, chế tạo các sản phẩm cần chống nước.
