Notkun verkfræðiplasts við þyngdarminnkun rafeindabúnaðar

2022-11-15

1. Inngangur


  Radar electronic products are developing rapidly. In addition to their more and more functions and more advanced performance, their deadweight is becoming lighter and smaller. At this stage, military equipment mainly uses composite materials. The mechanical properties of the composite materials are excellent. The overall weight reduction can be achieved through structural optimization design or the use of low-density metal materials (such as aluminum alloy and magnesium alloy materials). However, for some small electronic equipment, the margin for structural optimization is limited. Considering the material itself, the replacement of engineering plastics with good performance and low density can also realize the lightweight of products.


  Þéttleiki flestra verkfræðiplastefna er minni en 2 g/cm3. Í samanburði við álvörur sem eru mikið notaðar í dag er hægt að minnka gæði vöru um 50% með því að nota verkfræðilegar plastvörur til að vinna líkön með sömu uppbyggingu. Fleiri og fleiri tegundir af verkfræðiplasti hafa fundist og sum verkfræðiplast hafa framúrskarandi frammistöðu. Þess vegna hafa rannsóknir á beitingu og stækkun verkfræðiplasts smám saman aukist. Þessi grein fjallar um notkun verkfræðilegs plasts í ratsjárvörur og notar lágþéttleika verkfræðiplasts til að ná fram léttum vörum.


2. Notkunargreining rafeindabúnaðar verkfræði plasti


  Byggingarhönnun rafeindabúnaðar bætir aðallega getu allrar vörunnar til að laga sig að ýmsum vinnuumhverfi frá eftirfarandi fjórum þáttum. Nauðsynlegt er að greina hagkvæmni þess að skipta sumum málmefnum út fyrir verkfræðilegt plast byggt á uppbyggingu og virkni rafeindabúnaðar.


  a) Rafeindahylkið er aðallega notað til að setja upp ýmsa rafmagnsíhluti og veita áreiðanlega vélrænni uppbyggingu styrk og stífleika til að tryggja eðlilega notkun allrar vörunnar. Vélrænni eiginleikar verkfræðiplasts eru mismunandi vegna mismunandi mótunaraðferða og samsetningar, en þeir hafa yfirleitt mikinn styrk. Hægt er að velja efnin í samræmi við sérstakar notkunarkröfur. Og álblendi (2.7 × 103 kg/m3), magnesíumblendi (1.8 × 103 kg/m3), flest verkfræðiplast (1.2 × 103 kg/m3) hefur meiri sérstaka stífleika. Þess vegna er mikilvæg leið til að draga úr þyngd mannvirkja að skipta um málmefni fyrir verkfræðilegt plastefni.


  b) Byggingarhlutir geta bætt hitaleiðnigetu rafbúnaðar, stjórnað hitahækkun íhluta innan leyfilegra marka eða tryggt að íhlutir í búnaðinum þoli hitalost skyndilegra hitabreytinga. Hitaleiðni, hitaþol og varmaþensla verkfræðiplasts eru talsvert frábrugðin málmefnum. Rekstrarhitastig almenns rafeindabúnaðar er − 20 ° C 〜+85 ° C. Algengustu verkfræðiplastefnin er hægt að nota, til dæmis er hitauppstreymi aflögunar hitastigs pólýkarbónats +127 ° C.


  Fyrir rafeindabúnað er hitaleiðni mikilvæg. Varmaleiðni flestra verkfræðiplastefna er lág, yfirleitt 0.14 〜 0.34 W/(m · K). Sem stendur eru ýmsar rannsóknir á hitaleiðni verkfræðiplasts til að mynda samsett efni með mikilli hitaleiðni með því að nota miðil með mikilli hitaleiðni. Þrátt fyrir að hitaleiðni samsettsins hafi verið bætt hundruð sinnum, allt að 20 〜 35 W/(m · K), er enn stórt bil samanborið við hefðbundin málmhitaleiðniefni (120 〜 250 W/(m · K)). Þess vegna ætti ekki að nota verkfræðiplast sem hitaleiðni- og varmaflutningshluta fyrir samþættan ratsjá rafeindabúnað með miklum þéttleika.


  c) Rafeindahlífin bætir getu alls búnaðarins til að standast erfiðar aðstæður með burðarvirkishönnun og á við um ýmsar erfiðar umhverfisaðstæður. Flest verkfræðiplast hefur góða tæringarþol gegn sýru, basa, salti og öðrum miðlum og rafefnafræðileg frammistaða þeirra er betri en málmefna.


  d) Gera skal byggingarhönnunarráðstafanir fyrir rafeindabúnað til að lágmarka rafsegultruflanir frá ytra umhverfi til innra búnaðar og draga úr rafsegulleka innri búnaðar út í ytra umhverfi. Vegna krafna um rafsegulvörn er undirvagnsskelin almennt úr málmefnum til að tryggja samfellu skeljar og veita innra rafsegulhlífarumhverfi. Flest verkfræðiplast eru fjölliðaefni og léleg leiðni þeirra er aðalástæðan sem takmarkar notkun þeirra í rafeindabúnaði. Að úða leiðandi málningu á ytra yfirborð verkfræðiplasts til að yfirborð þess hafi ákveðna leiðni getur gegnt hlutverki að verja málmhlíf.


  Það má sjá af greiningunni að verkfræðiplast getur komið í stað sumra efna í burðarhlutum rafeindabúnaðar og náð rafsegulvörn með því að húða leiðandi húð á innri vegg þess og draga þannig úr þyngd búnaðar.


3. Val á verkfræðiplasti


a) Vinnslutækni


  Efniseiginleikar mismunandi verkfræðiplasts eru mismunandi og samsvarandi vinnslutækni er einnig mismunandi. Nauðsynlegt er að velja viðeigandi vinnslu- og framleiðsluaðferðir í samræmi við markefnin, til að gefa fullkomið spil í eiginleika efna. Algeng vinnslutækni er sýnd í töflu 1.


  Það má sjá af töflu 1 að í ofangreindum mótunarferlum krefjast flestar ferlar mót og flókin vinnsluverkfæri. Þess vegna eru litlar lotur af vörum með flókna uppbyggingu á ratsjárhönnun og þróunarstigi ekki tilvalin vinnsluaðferðir.


  NC vinnsla tilheyrir hefðbundinni vinnslu, sem hægt er að nota til að búa til einfalda hluti. Fyrir flóknar mannvirki er hægt að nota 3D prentunartækni til að gera sér grein fyrir framleiðslu á einum eða litlum lotu burðarhluta með því að blanda saman tölulegri stjórnvinnslu og 3D prentun.


  Tafla 1 Algeng vinnsluferli

Myndunarferli

mold

þrýstingur

hitastig

Þjöppun mótun

Þrýstingur í mótinu

Upphitun í mold

Injection molding

Þrýstingur í mótinu

Upphitun í tækinu

steypu

/

/

Dýfa, húða og móta

/

Upphitun í mold

3D prenttækni

Nr

Stútþrýstingur

Stútahitun

CNC machining

Nr

Verkfæraþrýstingur

/


  b) Efniseiginleikar

Vinnsluaðferð þrívíddarprentunar krefst vals á samsvarandi prentunarefni. Þegar efni eru valin fyrir rafeindavörur skal velja efni með miðlungs og mikla vélrænni eiginleika og háhitaþol yfir 3 ℃. Valin efni eru pólýkarbónat (PC), nylon (PA blað), akrýlonítríl bútadíen stýren samfjölliða (ABS) og pólýeter eter ketón (PEEK). Sjá töflu 2 fyrir sérstakar frammistöðubreytur.


Tafla 2 Efnisafköst færibreytur

Frammistaða

PC

ABS

PEEK

PA

Hámarks togstyrkur/MPa

57.0

32.0

93.5

48.0

Toglenging við brot/%

4.80

7.00

7.45

18.00

Hámarks beygjustyrkur/MPa

69

60

145

50

Hitaaflögun hitastig/° C

138

96

147

100

Varmaþenslustuðull( × 10−5)/◦C−1

3.800

8.820

5.314

3.600

Þéttleiki/(g · cm − 3)

1.20

1.04

1.28

1.00

Nylon 6 lak


  Fyrir þrívíddarprentun er kostnaður við mismunandi efni mismunandi. PEEK með bestu frammistöðu er með hæsta verðið, en PC, ABS og PA eru með hóflegt verð. Frá sjónarhóli efnisframmistöðu og hagkvæmni geta PC og PA efni ekki aðeins tryggt styrk heldur einnig viðhaldið stöðugleika við háan hita. Þau eru efni sem uppfylla grunnnotkun ratsjáriðnaðarins og eru ódýr. Þau eru hentug fyrir litla lotur og ýmiss konar vinnslu varahluta.


4. Þyngdarminnkun hönnun iðnaðar mótunarhylkis

  

  Sem flytjanlegur búnaður er upprunalega hönnunarefnið í iðnaðarmótunarhylki 6063 ál. Öll vélin er þung, sem er ekki stuðlað að rekstur og notkun starfsmanna. Þess vegna er þörf á þyngdarminnkun hönnunar.


a) Uppbygging undirvagns


  Undirvagninn samþykkir 3U lokaða kælileiðnihönnun, sem er aðallega samsett af efri og neðri kæliplötum, fram- og afturplötum, skilrúmum, hliðarplötum og viftufestingarplötum. Hitinn er fluttur frá kælistýriplötunni til efri og neðri kæliplötunnar og síðan er hitinn losaður með efri loftkælingu í gegnum kælitönn efri og neðri kæliplötur undirvagnsins. Lokað uppbygging er mynduð inni í hulstrinu til að tryggja umhverfisaðlögunarhæfni og rafsegulvörn allrar vélarinnar.


b) Þyngdarminnkun hönnun


  Fyrir hitaleiðni þurfa efri og neðri kæliplötur undirvagnsins enn að vera úr málmefnum með góða hitaleiðni. Í samanburði við 6063 röð álblöndu upprunalega undirvagnsins er kalda platan úr magnesíumblendi með mikilli hitaleiðni. Hlutarnir sem eftir eru (eins og framhliðin, hliðarspjaldið og önnur ekki varmaflutningsvirki) eru aðallega notaðir til að mynda girðingu undirvagnsins og sumir rafmagnshlutar geta verið settir upp á sama tíma. Hægt er að nota verkfræðiplast með lægri þéttleika. Að þessu sinni eru PC og PA efni notuð til að skipta um þau.


  Aðrir burðarhlutar undirvagnsins eru, fyrir utan hitaleiðnibygginguna, úr verkfræðiplasti. Til að tryggja rafsegulvörn undirvagnsins skal bera leiðandi málningu á innra yfirborð burðarhlutanna. Silfurmauk eða nikkelleiðandi málning er valin sem úðaefni fyrir innra yfirborð burðarhlutanna.

PC eða PA efni hafa framúrskarandi vinnsluárangur. Eftir prentun er hægt að eftirvinnslu ýmissa uppsetningarviðmóta hluta (svo sem snittari holur, stálvírþráður, osfrv.) til að tryggja nákvæmni samsetningar undirvagnsins. Prentaða varan er sýnd á mynd 3.


pa blað


  Að lokum er þráðavinnsluprófið framkvæmt. Fyrir 3D prentun burðarhluta, vegna takmörkunar á vinnslukerfi, er mikið af eyðum inni og eftirvinnsla stálvírþráðarhylsan mun falla af og sprunga eftir uppsetningu, eins og sýnt er á mynd 4. Til að leysa þetta vandamál , NC vinnsluaðferð sniða er notuð til að búa til hluta með þræði. Fyrir þennan búnað er plötunum á báðum hliðum skipt út fyrir snið PA fyrir beina vinnslu og stálvírinnlegg sett upp. Með líkamlegri sannprófun er snittari ermi settur þétt upp án þess að detta af.


c) Vélræn greining


  Hlutarnir sem skipt er um eru framhlið, hlífðarplata að aftan, hliðarplata, viftufestingarplata og klofinn rammi. Áhrifathugun er aðallega gerð fyrir eiginleika lélegrar sveigjanleika efna. Útreikningsskilyrðið er að þyngdarhröðunin í X-stefnu og Y-stefnu sé 9 g í sömu röð og þyngdarhröðun í Z-stefnu er 14 g og tíminn er 11 ms.


  Af niðurstöðum vélrænni uppgerðarinnar má sjá að hámarksálagið er 8.42 MPa eftir að undirvagninn er hlaðinn höggálagi í þrjár áttir og efnisstyrkurinn er 1.5 sinnum öryggisstuðullinn, sem er minni en styrkur nælonefnis. 32 MPa, uppfyllir notkunarkröfur.


d) Hitagreining


  Undirvagninn inniheldur aðallega fimm borð, með heildarorkunotkun 60.2 W. Varmahönnunarvísitalan er hámarks umhverfishiti 55 ° C, hitastig rafeindatækja er lægra en 85 ° C og hliðarveggshitastig undirvagn er lægri en 75 ° C. Hámarkshiti hliðarveggs undirvagnsins er 71.4 ° C, og hámarkshiti borðhluta er 82 ° C, sem birtist á geymsluborðinu og uppfyllir hönnunarkröfur.


e) Samantekt


  Helsta hitaleiðniefni undirvagnsins er magnesíumblendi með mikilli hitaleiðni í stað upprunalegu álefnisins. Restin af burðarhlutunum er breytt í verkfræðiplast Nylon 6 sheett, og er massi hvers hlutar reiknaður, eins og sýnt er í töflu 4. Á þeirri forsendu að uppfylla allar vísbendingar minnkar heildarþyngd undirvagnsbyggingarinnar um 45.3%, sem sýnir að þyngdarminnkun áhrif verkfræðiplasts og létts magnesíums álfelgur er mjög augljóst. Allur ramminn vegur um 2 kg, uppfyllir lyftiþörf starfsfólks og sparar gæðavísitölu burðarpallsins.


efni

Heildarmassi/g

Kostnaður/júan

ál

3691

20000

Magnesíum álfelgur

2461

25100

PA

1931

14000


  Frá sjónarhóli aflfræði og varmafræði var gerð uppgerð og tilraun á málinu sem leysti af hólmi PC efni og PA efni. Leiðandi málningin samþykkir silfurlíma, sem tryggir ekki aðeins rafsegulvörn undirvagnsins, heldur bætir einnig þriggja sönnunarframmistöðu uppbyggingarinnar.


  Fyrir plastvörur er einnig nauðsynlegt að prófa ljósöldrunareiginleika þeirra með léttöldrunartilraunum til að sannreyna endingartíma efna þeirra undir mismunandi litrófum.


5. Niðurstaða


  Verkfræðiplast er mikið notað á borgaralegum sviðum eins og rafeindatækjum, bifreiðum og byggingum vegna framúrskarandi alhliða eiginleika þeirra. Með stöðugri smæðun rafeindabúnaðar hefur verkfræðiplast víðtækar horfur á sviði her rafeindabúnaðar. Fyrir rafeindabúnað af gerðinni hylki er hægt að nota verkfræðiplast á viðeigandi stöðum til að skipta um málmefni, til að bæta aflnýtni alls kerfisins og hámarka og einfalda framleiðslu- og samsetningarferli mikilvægra hluta.


  Við beitingu verkfræðiplasts er nauðsynlegt að skilja að fullu eðlisfræðilega, efnafræðilega, vélræna og aðra eiginleika efna og sameina með þroskaðri húðun og framleiðsluaðferðum til að framkvæma skilvirka þyngdarminnkun hagræðingarhönnun. Fyrir vörur í stöku og litlum lotu er þrívíddarprentunarkostnaður lágur. Hins vegar, vegna mótunarreglunnar, er erfitt að fá burðarhluti með þéttum efnum sem líkjast málmi, sem hafa innri svitahola og staðbundinn burðarstyrkur er ófullnægjandi; Fyrir mikið magn af vörum getur sprautumótun tryggt myndun gæða þéttra burðarhluta. Þess vegna er nauðsynlegt að sameina kostnaðar- og frammistöðuþætti þegar beitt er verkfræðiplasti og íhuga vinnsluaðferðir ítarlega.


Senda