Applicazione di plastica ingegneria in a riduzione di pesu di l'equipaggiu elettronicu

1. I MUVRINI

  Radar i prudutti elettronichi si sviluppanu rapidamente. In più di e so funzioni di più in più è di prestazioni più avanzate, u so pesu mortu hè diventatu più liggeru è più chjucu. In questu stadiu, l'equipaggiu militare usa principalmente materiali compositi. E proprietà meccaniche di i materiali compositi sò eccellenti. A riduzzione generale di u pesu pò esse ottenuta per mezu di u disignu di ottimisazione strutturale o l'usu di materiali metallici di bassa densità (cum'è l'alia d'aluminiu è i materiali in lega di magnesiu). In ogni casu, per qualchì equipamentu elettronicu chjucu, u marghjenu per l'ottimisazione strutturale hè limitatu. In cunsiderà u materiale stessu, a rimpiazzamentu di i plastichi di l'ingegneria cù un bonu rendimentu è una densità bassa pò ancu rializà a ligerezza di i prudutti.

  A densità di a maiò parte di i plastichi di l'ingegneria hè menu di 2 g/cm3. In cunfrontu cù i prudutti d'aluminiu largamente utilizati oghje, a qualità di i prudutti pò esse ridutta di 50% usendu prudutti di plastica ingegneria per processà mudelli cù a listessa struttura. Sempre più tippi di plastica ingegneria sò stati truvati, è certi plastichi di ingegneria anu un rendimentu eccellente. Per quessa, a ricerca nantu à l'applicazione è l'espansione di i plastichi di l'ingegneria hà gradualmente aumentatu. Stu documentu esplora l'applicazione di plastica ingegneria in i prudutti di radar, è usa a bassa densità di plastica ingegneria per ottene prudutti ligeri.

2. Analisi di l'applicazioni di l'equipaggiu elettronicu plastica ingegneria

  U disignu strutturale di l'apparecchi elettronici migliurà principalmente a capacità di tuttu u pruduttu per adattà à diversi ambienti di travagliu da i seguenti quattru aspetti. Hè necessariu analizà a fattibilità di rimpiazzà certi materiali metallici cù plastica ingegneria basatu annantu à a struttura è a funzione di l'equipaggiu elettronicu.

  a) U casu elettronicu hè principalmente utilizatu per installà diversi cumpunenti elettrici è furnisce forza è rigidità di struttura meccanica affidabile per assicurà u funziunamentu normale di tuttu u pruduttu. E proprietà meccaniche di i plastichi di l'ingegneria sò diffirenti per via di i so diversi metudi di furmazione è cumpusizioni, ma in generale anu una forza alta. I materiali ponu esse selezziunati secondu i bisogni specifichi di l'usu. E lega d'aluminiu (2.7 × 103 kg / m3), lega di magnesiu (1.8 × 103 kg / m3), a maiò parte di plastica ingegneria (1.2 × 103 kg / m3) hà una rigidità specifica più alta. Per quessa, rimpiazzà i materiali metallici cù plastica ingegneria hè un modu impurtante per riduce u pesu di strutture.

  b) I membri strutturali ponu migliurà a capacità di dissipazione di u calore di l'equipaggiu elettricu, cuntrullà l'aumentu di a temperatura di i cumpunenti in a gamma permessa o assicurà chì i cumpunenti in l'equipaggiu ponu resistà à u scossa termica di cambiamenti bruschi di temperatura. A conduttività termale, a resistenza à u calore è l'espansione termale di i plastichi di l'ingegneria sò assai diffirenti da quelli di i materiali metallici. A temperatura di u funziunamentu di l'equipaggiu elettronicu generale hè - 20 ° C 〜 + 85 ° C. I plastichi di l'ingegneria più cumuni pò esse appiicati, per esempiu, a temperatura di deformazione termale di policarbonate hè + 127 ° C.

  Per l'equipaggiu elettronicu, a conduttività termale hè critica. A conduttività termale di a maiò parte di i plastichi di l'ingegneria hè bassa, in generale 0.14 〜 0.34 W / (m · K). Attualmente, diverse ricerche nantu à a conduttività termale di i plastichi di l'ingegneria sò di furmà materiali compositi cù una alta conduttività termale dopendu un mediu di alta conduttività termale. Ancu s'è a cunduttività termale di u compostu hè stata migliurata centinaia di volte, finu à 20 〜 35 W / (m · K), ci hè sempre un grande gap cumparatu cù i materiali tradiziunali di dissipazione di calore di metalli (120 〜 250 W / (m · ). K)). Dunque, per l'equipaggiu elettronicu di radar integratu d'alta densità, i plastichi di l'ingegneria ùn deve micca esse usatu cum'è cumpunenti di cunduzzione di calore è di trasferimentu di calore.

  c) U casu elettronicu migliurà a capacità di l'equipaggiu tutale per resiste à l'ambiente duru attraversu u disignu strutturale, è hè applicabile à diverse cundizioni ambientali estremi. A maiò parte di i plastichi di l'ingegneria anu una bona resistenza à a corrosione à l'acidu, l'alkali, u sali è altri media, è a so prestazione elettrochimica hè superiore à quella di i materiali metallici.

  d) E misure di cuncepimentu strutturale devenu esse prese per l'equipaggiu elettronicu per minimizzà l'interferenza elettromagnetica da l'ambiente esternu à l'equipaggiu internu è riduce a fuga elettromagnetica di l'equipaggiu internu à l'ambiente esternu. A causa di i requisiti di schermatura elettromagnetica, a cunchiglia di u chassis hè generalmente fatta di materiali metallici per assicurà a continuità di a cunchiglia è furnisce un ambiente di schermu elettromagneticu internu. A maiò parte di i plastichi di l'ingegneria sò materiali polimeri, è a so poca conductività hè u mutivu principale chì limita u so usu in l'equipaggiu elettronicu. Spraying paint conductive nantu à a superficia esterna di plastica ingegneria per fà chì a so superficia hà una certa conduttività pò ghjucà u rolu di scudo metallicu schermu.

  Pò esse vistu da l'analisi chì i plastichi di l'ingegneria ponu rimpiazzà certi materiali di parti portanti strutturali di l'apparecchi elettronici, è ottene un effettu di schermatura elettromagnetica rivendundu un revestimentu conduttivu in u so muru internu, riducendu cusì u pesu di l'equipaggiu.

3. Selezzione di plastica ingegneria

a) Tecnulugia di trasfurmazioni

  E caratteristiche materiali di e diverse plastiche di ingegneria sò diverse, è e tecnulugia di trasfurmazioni currispundenti sò ancu diverse. Hè necessariu di selezziunà i metudi di trasfurmazioni è di fabricazione adattati in cunfurmità cù i materiali di destinazione, per dà u ghjocu pienu à e proprietà di i materiali. A tecnulugia di trasfurmazioni cumuni hè mostrata in a Tabella 1.

  Pò esse vistu da a Tabella 1 chì in i prucessi di mudificazione sopra, a maiò parte di i prucessi necessitanu moldi è strumenti di trasfurmazioni cumplessi. Dunque, i picculi lotti di prudutti cù strutture cumplessi in u stadiu di cuncepimentu è di sviluppu di radar ùn sò micca metudi di trasfurmazioni ideali.

  A machining NC appartene à a machining tradiziunale, chì pò esse usata per fà pezzi simplici. Per strutture cumplessi, a tecnulugia di stampa 3D pò esse aduprata per rializà a produzzione di un pezzu unicu o chjucu di parti strutturali per mezu di a cumminazione di u processu di cuntrollu numericu è di stampa 3D.

  Tabella 1 Prucessi di trasfurmazioni cumuni

  b) Proprietà materiale

U metudu di trasfurmazioni di a stampa 3D richiede a selezzione di materiali di stampa currispondenti. Quandu sceglite i materiali per i prudutti elettronici, i materiali cù proprietà meccaniche di forza media è alta è resistenza à a temperatura alta sopra 80 ℃ seranu selezziunati. I materiali selezziunati sò policarbonate (PC), nylon (foglia PA), copolymer di acrilonitrile butadiene stirene (ABS) è polietherether cetone (PEEK). Vede a Tabella 2 per i paràmetri di rendiment specifichi.

Table 2 Material Performance Parameters

  Per a stampa 3D, i costi di diversi materiali sò diffirenti. PEEK cù u megliu rendimentu hà u prezzu più altu, mentri PC, ABS è PA anu prezzi moderati. Da a perspettiva di u rendimentu di u materiale è di l'ecunumia, i materiali PC è PA ponu micca solu assicurà a forza, ma ancu mantene a stabilità à alte temperature. Sò materiali chì risponde à i bisogni basi di l'usu di l'industria radar, è sò boni. Sò adattati per i picculi lotti è varii tipi di pezzi di rimpiazzamentu di trasfurmazioni.

4. Disegnu di riduzzione di pesu di un casu di mudificazione industriale

  Cum'è un equipamentu portatile, u materiale di cuncepimentu originale di un casu di moldura industriale hè in lega d'aluminiu 6063. A macchina sana hè pisanti, chì ùn hè micca favurevule à l'operazione è l'usu di u persunale. Per quessa, u disignu di riduzzione di pesu hè necessariu.

a) Struttura di u chassis

  U chassis adopta un disignu di cunduzzione di rinfrescante chjusu 3U, chì hè principalmente cumpostu di piastre di raffreddamentu superiore è inferiore, pannelli frontali è posteriori, cornici di partizioni, piastre laterali è piastre di muntatura di fan. U calore hè trasmessu da a piastra di guida di rinfrescante à i platti di rinfrescamentu superiore è inferiore, è dopu u calore hè scaricatu da u rinfrescante di l'aria secundaria à traversu i denti di rinfrescante di i platti di rinfrescamentu superiore è inferiore di u chassis. Una struttura chjusa hè formata à l'internu di u casu per assicurà l'adattabilità ambientale è a prestazione di schermatura elettromagnetica di tutta a macchina.

b) Disegnu di riduzzione di pesu

  Per a dissipazione di u calore, i platti di rinfrescamentu superiore è inferjuri di u chassis anu da sempre esse fatti di materiali metallici cù una bona conductività termale. In cunfrontu cù a serie 6063 in lega d'aluminiu di u chassis originale, a piastra fredda hè fatta di lega di magnesiu cù alta conduttività termica. E parti rimanenti (cum'è u pannellu frontale, u pannellu laterale è altre strutture di trasferimentu di calore) sò principarmenti usati per furmà l'involucro di u chassis, è alcune parti elettriche ponu esse installate à u stessu tempu. I plastichi di l'ingegneria cù densità più bassa ponu esse utilizati. Sta volta, i materiali PC è PA sò usati per rimpiazzà.

  Fora di a struttura di cunduzzione di calore, altri membri strutturali di u chassis sò fatti di plastica ingegneria. Per assicurà a prestazione di schermatura elettromagnetica di u chassis, a pintura conduttiva deve esse applicata nantu à a superficia interna di i membri strutturali. A pasta d'argentu o a pintura conduttiva di nichel hè sceltu cum'è materiale di spraying per a superficia interna di i membri strutturali.

I materiali di PC o PA anu un rendimentu di trasfurmazioni eccellenti. Dopu a stampa, diverse interfacce di stallazione di e parti (cum'è i fori filettati, i fori di inserimentu di filu d'acciaio, etc.) ponu esse post-processati per assicurà a precisione di l'assemblea di u chassis. U pruduttu stampatu hè mostratu in a Figura 3.

  Infine, a prova di trasfurmazioni di filu hè realizata. Per i pezzi strutturali di stampa 3D, per via di a limitazione di u mecanismu di trasfurmazioni, ci sò assai spazii in l'internu, è a manica di filu di filu d'acciaio post-trasformatu cascarà è cracke dopu a stallazione, cum'è mostra in Figura 4. Per risolve stu prublema. , U metudu di machining NC di profili hè utilizatu per fà pezzi cù filamenti. Per questu equipamentu, i platti in i dui lati sò rimpiazzati cù profili PA per u prucessu direttu, è l'inserzioni di filu d'acciaio sò stallati. Attraversu a verificazione fisica, a manica filettata hè stallata strettamente senza cascà.

c) Analisi meccanica

  I pezzi rimpiazzati sò u pannellu frontale, a piastra di copertura posteriore, a piastra laterale, a piastra di montaggio di u fan è u quadru split. U cuntrollu di l'impattu hè principalmente realizatu per e caratteristiche di duttilità povira di materiali. A cundizione di calculu hè chì l'accelerazione di gravità in direzzione X è direzione Y hè 9 g rispettivamente, è l'accelerazione di gravità in direzzione Z hè 14 g, è u tempu hè 11 ms.

  Da i risultati di simulazione meccanica, si pò vede chì u stress massimu hè 8.42 MPa dopu chì u chassis hè carricu cù carica d'impattu in trè direzzione, è a forza di materiale hè 1.5 volte di u fattore di sicurezza, chì hè menu di a forza di u materiale di nylon. 32 MPa, risponde à i requisiti di usu.

d) Analisi termale

  U chassis cuntene principarmenti cinque schede, cù un cunsumu di energia tutale di 60.2 W. L'indici di cuncepimentu termale hè a temperatura massima di l'ambienti di 55 ° C, a temperatura di a cunchiglia di i dispositi elettronici hè più bassu di 85 ° C, è a temperatura di u muru laterale. u chassis hè più bassu di 75 ° C. A temperatura massima di u muru laterale di u chassis hè 71.4 ° C, è a temperatura massima di i cumpunenti di u bordu hè di 82 ° C, chì appare nantu à a tavola di almacenamiento è risponde à i bisogni di u disignu.

e) riassuntu

  U principale materiale di dissipazione di u calore di u chassis hè una lega di magnesiu cù una alta conductività termale invece di u materiale di lega d'aluminiu originale. U restu di e parti strutturali sò cambiati in plastica ingegneria Nylon 6 sheet, è a massa di ogni parte hè calculata, cum'è mostra in a Tabella 4. In u premiu di scuntrà tutti l'indicatori, u pesu tutale di a struttura di u chassis hè ridutta da 45.3%, chì mostra chì l'effettu di riduzzione di pesu di plastica ingegneria è magnesiu ligeru. a lega hè assai evidenti. U quadru tutale pesa circa 2 kg, risponde à i bisogni di elevazione di u persunale, è salvu l'indice di qualità di a piattaforma di trasportu.

  Da u puntu di vista di a meccanica è a termodinamica, a simulazione è l'esperimentu di u casu chì sustituì u materiale PC è u materiale PA sò stati realizati. A vernice conduttiva adopta pasta d'argentu, chì ùn solu assicura u rendiment di schermatura elettromagnetica di u chassis, ma ancu migliurà a prestazione di prova di trè di a struttura.

  Per i prudutti di plastica, hè ancu necessariu di pruvà e so caratteristiche di anziane di luce per mezu di esperimenti di anziane di luce per verificà a vita di serviziu di i so materiali sottu spettri diffirenti.

5. cunchiusioni

  I plastichi di l'ingegneria sò largamente usati in i campi civili cum'è l'apparecchi elettronici, l'automobile è l'edificazioni per via di e so eccellenti proprietà cumpletive. Cù a miniaturizazione cuntinua di l'equipaggiu elettronicu, i plastichi di l'ingegneria anu ampi prospettivi in ​​u campu di l'equipaggiu elettronicu militari. Per l'equipaggiu elettronicu di u casu, i plastichi di l'ingegneria ponu esse aduprati in pusizioni adattati per rimpiazzà i materiali metallici, per migliurà l'efficienza di u putere di tuttu u sistema, è ottimisate è simplificà u prucessu di fabricazione è assemblea di parti impurtanti.

  In l'appiecazione di plastica ingegneria, hè necessariu di capiscenu cumplettamente e proprietà fisiche, chimiche, meccaniche è altre di i materiali, è cumminate cù metudi di rivestimentu è di fabricazione più maturi per realizà un disignu di ottimisazione di riduzione di pesu efficace. Per i prudutti di un pezzu è di picculi batch, i costi di stampa 3D sò bassi. In ogni casu, per via di u principiu di furmazione, hè difficiule d'ottene parti strutturali cù materiali densi simili à u metallu, chì anu pori internu è a forza strutturale lucale hè insufficiente; Per grandi quantità di prudutti, l'injection molding pò assicurà a furmazione di parti strutturali strette di qualità. Dunque, quandu si applicanu plastichi di l'ingegneria, hè necessariu unisce i fatturi di costu è di prestazione è cunsiderà in modu cumpletu i metudi di trasfurmazioni.