树莓派铝合金壳体：设计与加工基础

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  要点速览
• 2
  树莓派铝合金壳体实际要承担什么
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  壁厚、支撑柱与公差链
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  壳体如何把 SoC 的热量导出
• 5
  接口开孔、螺柱与装配
• 6
  表面处理及其成本
• 7
  CNC、压铸还是钣金：如何选择
• 8
  壳体工艺对比

树莓派铝合金壳体不是装饰外壳。它要把 85 × 56 mm 的板卡固定在确定位置，保证每个连接器都能插到，并把负载下接近 80 °C 的芯片热量导出。任何一项做错，壳体本身就成了问题。

板卡本身有两个安装孔，孔距 58 × 49 mm，接口集中分布在两条边上。任何壳体都必须尊重这一几何关系。铝合金在 1.5–3 mm 壁厚下就能提供刚度，塑料不加加强筋和额外体积做不到。

我们用 6061-T6 加工这些壳体，或用 ADC12 压铸。两者都适合阳极氧化。选择通常取决于数量，以及接口开口需要多少后续加工。

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  板卡配合PCB 边缘留间隙，通常每边 0.3–0.5 mm。
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  支撑柱高度足以容纳底面最高元件加焊点。
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  接口可达开孔对准连接器中心线，而不是板卡外形。

先算公差链，再看图纸。树莓派 4 的板厚约 1.6 mm，安装孔为金属化孔。支撑柱矮 0.1 mm，拧紧螺钉时板卡会变形。支撑柱高 0.1 mm，接口组在开孔中就会偏高。

加工壳体时，支撑柱高度控制在 ±0.05 mm，孔位控制在 ±0.05 mm。这样公差链里还留有板卡差异、螺钉就位和涂层厚度的余量。如果壳体做阳极氧化，每个表面要在间隙数值上加 10–25 μm。

常见错误是按最高连接器的顶部来设计盖板间隙。microSD 卡和摄像头排线都超出这个包络。测量实际装配，或预留 1.5 mm 顶部空间并开排线槽。

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  支撑柱高度加工件 ±0.05 mm。
• 2
  孔位相对壳体基准 ±0.05 mm。
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  涂层余量每个阳极氧化表面加 10–25 μm。
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  顶部空间最高连接器或线缆上方 1.5 mm。

当芯片到金属之间有真实路径时，铝合金壳体才能当散热器用。空气间隙会切断这条路径。1.0–1.5 mm 的导热垫压缩约 30 %，既能接触又不会给板卡施加应力。

壁厚不如接触面积重要。SoC 正下方 2 mm 底板，效果优于壳体远侧 4 mm 壁。如果壳体有盖板，用加工止口或螺柱把盖板与主体连起来，让热量有去处。

散热槽有帮助，但主要是在板卡上方带动空气。它们替代不了传导路径。被动散热、负载 60–70 % 时，带导热垫的金属壳体通常比同一块板卡装在密封塑料盒里低 10–15 °C。

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  导热垫厚 1.0–1.5 mm，压缩约 30 %。
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  接触面积至少覆盖 SoC 封装完整底面。
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  盖板连接用加工止口或螺柱，不用松动的卡扣。

接口开孔最容易让壳体显得廉价。USB、以太网和 HDMI 连接器高度略有差异，开口要避开线缆的塑料包胶，而不只是金属外壳。连接器本体周围加 0.5–1.0 mm。

开孔位置相对安装基准控制在 ±0.10 mm。这个精度足以让标准线缆插入时不刮伤，又足够宽松以控制成本。内侧边缘倒角 0.3–0.5 mm，避免连接器卡住。

螺柱需要足够的螺纹深度。铝合金上 M2.5 安全啮合 4–5 mm，M3 为 5–6 mm。不要在 1.5 mm 壁上直接攻丝而不加螺柱，第二次装配螺纹就会滑牙。

如果壳体经常拆开，用螺纹嵌件或压装螺母。单件成本更高，但反复维护时比直接在铝上攻丝耐用得多。

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  开孔间隙连接器本体周围 0.5–1.0 mm。
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  M2.5 啮合铝合金中螺纹深度 4–5 mm。
• 3
  边缘倒角内侧面 0.3–0.5 mm。
• 4
  维护可达盖板经常拆开时用螺纹嵌件。

阳极氧化是这类壳体的默认工艺。透明阳极氧化保留机加工质感，硬质氧化提升边缘耐磨性。两者都会增加厚度，若需电气导通，需对螺柱和接地触点做遮蔽处理。

粉末喷涂颜色选择更多，能遮盖刀痕。但会增加 60–100 μm，足以让紧凑的端口开孔闭合。若设计留 0.5 mm 间隙，粉末喷涂可行；若只有 0.2 mm，应改用阳极氧化。

阳极氧化前喷砂可得到均匀哑光表面。拉丝会留下可见纹路，且更早显现使用痕迹。对于放在桌面上的壳体，喷砂加透明阳极氧化是低风险选择。

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  透明阳极氧化保留机加工质感，增加 10–25 μm。
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  硬质氧化边缘耐磨更好，需遮蔽接地点。
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  粉末喷涂增加 60–100 μm，需核对开孔间隙。
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  喷砂阳极氧化前获得均匀哑光表面。

原型和小批量首选 CNC。铣削 6061-T6 壳体在关键特征上可达 ±0.005 mm，无模具费用，改动只需修改程序。首件交期短，因为无需开模。

当产量足以摊薄模具成本时改用压铸。ADC12 流动性好，可填充薄壁，单件成本下降。代价是拔模斜度、分型线，以及端口开孔和螺柱处少量后加工。

钣金适合平板折弯壳体，电路板置于托盘上。批量成本低，但不增加折弯难以保证刚性。对于端口对位要求严的 Raspberry Pi 壳体，通常 CNC 或压铸更合适。

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  CNC1 至 500 件，无模具，公差紧。
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  压铸5,000 件以上，单件成本更低。
• 3
  钣金平板托盘设计，批量成本低。