鋁型材在軍用電子設備結(jié)構(gòu)中的應用研究

李云，于新

(中船重工第七一六研究所，江蘇 連云港 222061)

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鋁型材在軍用電子設備結(jié)構(gòu)中的應用研究

李云，于新

(中船重工第七一六研究所，江蘇 連云港 222061)

摘要：敘述了鋁型材在材料、生產(chǎn)、加工等方面的特性，通過對其在軍用電子設備結(jié)構(gòu)中的應用研究分析，得出了在軍用電子設備中使用鋁型材可以顯著減輕產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：鋁型材；電子設備；應用

0前言

近年來鋁型材在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應用，除了最常見的門窗外，其他還有如火車的車體結(jié)構(gòu)、地鐵的屏蔽門、電腦CPU的散熱片、醫(yī)療器械的框架等。如何在軍用電子設備中合理的使用鋁型材，發(fā)揮其強度高、比重低及截面形狀多樣性等自身優(yōu)勢，是軍用電子設備結(jié)構(gòu)設計中刻不容緩的任務。

1鋁型材概述

1.1鋁型材的定義

鋁型材是將鋁錠等原材料熔融后，注入已設計好的專用模具內(nèi)，在擠壓機提供的強大壓力作用下，按一定的速度，將材料從模腔中擠出，從而獲得所需形狀、尺寸以及和成品氧化上色具有一定力學性能的一種材料。

1.2鋁型材的優(yōu)點

1) 密度小質(zhì)量輕，強度高：密度僅為2.70g/cm3，是銅或鐵的1/3。鋁型材一般為空心結(jié)構(gòu)，其單位面積單位長度的質(zhì)量的密度不到2.0g/cm3。

2) 生產(chǎn)、加工過程容易，節(jié)約成本：一些機加工很難甚至無法完成的零件，設計者只需按使用要求設計一個合適的截面形狀，通過生產(chǎn)模具擠壓出鋁型材即可實現(xiàn)。另外，在已有的截面形狀內(nèi)選擇鋁型材，只需設計、切斷、鉆孔、聯(lián)結(jié)即可完成加工生產(chǎn)過程，可節(jié)省大量材料和生產(chǎn)加工時間，尤其是在存在問題需要修改設計時，比使用傳統(tǒng)材料可節(jié)省幾倍的時間。

3) 裝配精度高。材料可重復使用。由于制作過程沒有經(jīng)歷熱焊接，材料無變形，所以裝配精度高，而且各部件可很方便地拆卸，所有材料和附件都可重復使用。

4) 美觀：鋁型材表面通過涂覆處理技術(shù)后外觀可更具現(xiàn)代感，其中，陽極氧化鍍膜工藝比現(xiàn)有的各種涂覆方法更加穩(wěn)定，不易劃傷。

2鋁型材在電子設備結(jié)構(gòu)中的應用

在目前的電子設備中，鋁型材主要可應用于電子設備的框架或骨架。有的機構(gòu)為實現(xiàn)某一預定功能而通常的加工方法很難或者無法做到時，也會采用鋁型材。因此，除了充分地了解材料的性能，設計者還必須考慮到鋁型材為實現(xiàn)預定功能所需要的每一個形狀上和尺寸上的細節(jié)，考慮到鋁型材之間安裝或者組合的方式，這樣才能設計出最合理、最可靠、最經(jīng)濟的截面形狀。

2.1鋁型材在電子設備框架或骨架中的應用

與傳統(tǒng)的鑄件相比，電子設備的框架或骨架使用鋁型材可以大幅度減輕質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。電子設備的框架或骨架一般為多種不同的鋁型材或者多根同種鋁型材組合而成，而鋁型材的組合方法與鋁型材的截面形狀相輔相成。下面通過實例來說明鋁型材框架或骨架通常用的截面形狀、組合方式以及各自的特點。

圖1所示截面形狀是中心對稱，它是一個中心有圓孔，四周有內(nèi)寬外窄凹槽的正方形。該截面形狀加工的鋁型材常用來組合電子設備骨架，它的中空及凹槽設計不但顯著降低了它的質(zhì)量，而且內(nèi)寬外窄的設計使骨架之間的連接變得十分方便。傳統(tǒng)的電子設備骨架鑄造或者鋼板折彎加工而成，而用此型材組合的骨架在強度上與傳統(tǒng)的方法差別不大，而質(zhì)量僅為其1/3。規(guī)則的截面形狀使鋁型材之間的連接件基本通用，因此利用此截面的鋁型材組合骨架十分方便，只需將該鋁型材切割成合適長度，然后通過連接件組合裝配即可。

圖1　骨架用鋁型材截面形狀

該截面的鋁型材的組合方法為支架連接式，如圖2所示。具體方法為將L形支架的兩個面通過螺釘分別固定在需要連接的兩根鋁型材的凹槽處。根據(jù)需要可以選擇內(nèi)置L形支架或者外置L形支架，它們分別在空間利用率和設備剛度上占據(jù)優(yōu)勢，圖2所示的是連接方法采用的是外置L形支架。

圖2　骨架組合——支架連接式

該截面的鋁型材組合的骨架具備質(zhì)量輕、強度好、材料利用率高、加工裝配簡單等優(yōu)點。

圖3　框架用鋁型材截面形狀

圖3所示截面形狀中，中部有一空腔，右側(cè)下方朝右及左側(cè)上方朝上均有一梯形臺階。該截面形狀加工的鋁型材常用來組合電子設備外形框架，它的空腔用來定位橡膠角件，它的梯形臺階用來安裝外表面面板。

該截面的鋁型材的組合方法為角件定位、面板連接式，即通過橡膠角件定位，利用面板的張力將各鋁型材固定，如圖4所示。具體方法為先將橡膠角件的3個方向逐一塞入鋁型材的空腔內(nèi)，然后再將面板通過螺釘固定在梯形臺階上，同時可以在鋁型材梯形臺階內(nèi)側(cè)安裝加強筋以加固。這類型材組合框架相對較為復雜，它需要設計截面空腔相應形狀的橡膠角件。

圖4　框架組合——角件定位、面板連接式

該截面的鋁型材組合的框架具有穩(wěn)定、輕便、美觀的特點，同時橡膠角件不僅能對整個設備起到減震緩沖的作用，而且能夠避免設備磨損，延長設備壽命。

2.2鋁型材在翻轉(zhuǎn)機構(gòu)中的應用

電子設備中，一些機構(gòu)為實現(xiàn)某一功能，往往需要加工一個或多個形狀相當復雜的零件，它具有加工難度大、裝配誤差不易控制、不美觀等方面的缺點。而在這種情況下，設計合適截面形狀的鋁型材成為最好的選擇。

圖5所示截面形狀右側(cè)上方為一個半圓，中間為一空腔，該截面形狀加工的鋁型材零件用于安裝一些要求常轉(zhuǎn)動的模塊，例如顯示器等，用傳統(tǒng)的方法加工該截面形狀的零件是相當困難的。它右側(cè)的半圓部分經(jīng)過加工形成相應的槽后用于安裝阻尼轉(zhuǎn)軸，同時，模塊所需要的線纜也通過該截面從一側(cè)穿至另一側(cè)。

圖5　安裝可翻轉(zhuǎn)模塊用鋁型材截面形狀

圖6所示的是兩個模塊如何通過該鋁型材加工成的零件實現(xiàn)轉(zhuǎn)動功能的。從圖中可以看出，非工作狀態(tài)時兩個模塊通過阻尼轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)合并，易于搬運，易于保護；工作狀態(tài)時翻轉(zhuǎn)展開，線纜位于內(nèi)部，美觀可靠，同時角度可調(diào)，方便舒適，不易疲勞。通過設計這種截面的鋁型材，成為某產(chǎn)品實現(xiàn)雙屏翻轉(zhuǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)。

圖6　安裝可翻轉(zhuǎn)模塊后工作示意圖

圖7所示截面形狀右側(cè)為一不封閉的弓形，左側(cè)為不規(guī)則的圓形。該截面形狀加工的鋁型材用來安裝設備上要求可翻轉(zhuǎn)同時可拆卸的模塊，例如鍵盤等。它的圓形部分用來安裝可伸縮的銷軸，而異型孔可以防止銷軸的隨意轉(zhuǎn)動，而將模塊安裝安裝在設備上后可將其與設備連接的線纜插拔接頭藏于右側(cè)的弓形部分而使之不干涉翻轉(zhuǎn)。

圖7　安裝可拆卸模塊用鋁型材截面形狀

圖8所示截面形狀為一面板上留有許多凹槽。傳統(tǒng)的加工方法加工此形狀的面板需要耗費大量的工時，在批量生產(chǎn)時可以選用鋁型材來實現(xiàn)這一結(jié)構(gòu)。該截面形狀加工的鋁型材一般用來安裝在設備的表面，它層次感的造型與常見的平板相比較能使電子設備給人一種柔和而不冰冷的感覺。

圖8設備表面造型用鋁型材截面形狀

2.3電子設備中應用鋁型材的實例

圖9所示的雙屏可攜帶工作臺的框架部分、副屏的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、鍵盤的連接機構(gòu)、上下表面面板等都由鋁型材加工而成，它具有輕便、可攜行；易安裝、易使用；副屏顯示器視角可任意調(diào)節(jié)，操作舒適；外表美觀，不易磨損等顯著優(yōu)點，而這些優(yōu)點正是通過鋁型材的結(jié)構(gòu)特性而實現(xiàn)的。

圖9　雙屏可攜行工作臺

3結(jié)語

鋁型材近年來迅猛發(fā)展，新型的鋁鎂、鋁鋰合金型材也已經(jīng)起步，合理運用這一材料，發(fā)揮它的優(yōu)點，提高產(chǎn)品的整體性能，是電子設備結(jié)構(gòu)發(fā)展道路上的必要選擇。

參考文獻:

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[3] 何冰強，等. UG NX 7.5工程建模與裝配[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2012.

Research on Application of Aluminum-extruded-profiles in Military Electronic Equipment

LI Yun, YU Xin

(The 716th Research Institute of CISC, Liangyungang 222061, China)

Abstract:This article introduces the material, production and prosess properties of aluminum-extruded-profiles in detail. Through the applied analysis of this material in the military electronic equipment, this paper comes to the conclusion that aluminum-extruded-profiles can be used in military electronic equipment to lighten product weight enormously, reduce product cost and shorten production cycle.

Keywords:aluminum-extruded-profiles; electrinic equipment; application

收稿日期：2014-11-29

中圖分類號：TG146.21

文獻標志碼：B

文章編號：1671-5276(2015)03-0068-03

作者簡介：李云(1983-)，男，湖南岳陽人，工程師，碩士，主要從事機電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計。