铝型材在军用电子设备结构中的应用研究

李云，于新

(中船重工第七一六研究所，江苏 连云港 222061)



铝型材在军用电子设备结构中的应用研究

李云，于新

(中船重工第七一六研究所，江苏 连云港 222061)

摘要：叙述了铝型材在材料、生产、加工等方面的特性，通过对其在军用电子设备结构中的应用研究分析，得出了在军用电子设备中使用铝型材可以显著减轻产品质量、降低产品成本、缩短产品生产周期的结论。

关键词：铝型材；电子设备；应用

0前言

近年来铝型材在各个领域得到了广泛的应用，除了最常见的门窗外，其他还有如火车的车体结构、地铁的屏蔽门、电脑CPU的散热片、医疗器械的框架等。如何在军用电子设备中合理的使用铝型材，发挥其强度高、比重低及截面形状多样性等自身优势，是军用电子设备结构设计中刻不容缓的任务。

1铝型材概述

1.1铝型材的定义

铝型材是将铝锭等原材料熔融后，注入已设计好的专用模具内，在挤压机提供的强大压力作用下，按一定的速度，将材料从模腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及和成品氧化上色具有一定力学性能的一种材料。

1.2铝型材的优点

1) 密度小质量轻，强度高：密度仅为2.70g/cm3，是铜或铁的1/3。铝型材一般为空心结构，其单位面积单位长度的质量的密度不到2.0g/cm3。

2) 生产、加工过程容易，节约成本：一些机加工很难甚至无法完成的零件，设计者只需按使用要求设计一个合适的截面形状，通过生产模具挤压出铝型材即可实现。另外，在已有的截面形状内选择铝型材，只需设计、切断、钻孔、联结即可完成加工生产过程，可节省大量材料和生产加工时间，尤其是在存在问题需要修改设计时，比使用传统材料可节省几倍的时间。

3) 装配精度高。材料可重复使用。由于制作过程没有经历热焊接，材料无变形，所以装配精度高，而且各部件可很方便地拆卸，所有材料和附件都可重复使用。

4) 美观：铝型材表面通过涂覆处理技术后外观可更具现代感，其中，阳极氧化镀膜工艺比现有的各种涂覆方法更加稳定，不易划伤。

2铝型材在电子设备结构中的应用

在目前的电子设备中，铝型材主要可应用于电子设备的框架或骨架。有的机构为实现某一预定功能而通常的加工方法很难或者无法做到时，也会采用铝型材。因此，除了充分地了解材料的性能，设计者还必须考虑到铝型材为实现预定功能所需要的每一个形状上和尺寸上的细节，考虑到铝型材之间安装或者组合的方式，这样才能设计出最合理、最可靠、最经济的截面形状。

2.1铝型材在电子设备框架或骨架中的应用

与传统的铸件相比，电子设备的框架或骨架使用铝型材可以大幅度减轻质量，缩短生产周期，降低生产成本。电子设备的框架或骨架一般为多种不同的铝型材或者多根同种铝型材组合而成，而铝型材的组合方法与铝型材的截面形状相辅相成。下面通过实例来说明铝型材框架或骨架通常用的截面形状、组合方式以及各自的特点。

图1所示截面形状是中心对称，它是一个中心有圆孔，四周有内宽外窄凹槽的正方形。该截面形状加工的铝型材常用来组合电子设备骨架，它的中空及凹槽设计不但显著降低了它的质量，而且内宽外窄的设计使骨架之间的连接变得十分方便。传统的电子设备骨架铸造或者钢板折弯加工而成，而用此型材组合的骨架在强度上与传统的方法差别不大，而质量仅为其1/3。规则的截面形状使铝型材之间的连接件基本通用，因此利用此截面的铝型材组合骨架十分方便，只需将该铝型材切割成合适长度，然后通过连接件组合装配即可。

图1　骨架用铝型材截面形状

该截面的铝型材的组合方法为支架连接式，如图2所示。具体方法为将L形支架的两个面通过螺钉分别固定在需要连接的两根铝型材的凹槽处。根据需要可以选择内置L形支架或者外置L形支架，它们分别在空间利用率和设备刚度上占据优势，图2所示的是连接方法采用的是外置L形支架。

图2　骨架组合——支架连接式

该截面的铝型材组合的骨架具备质量轻、强度好、材料利用率高、加工装配简单等优点。

图3　框架用铝型材截面形状

图3所示截面形状中，中部有一空腔，右侧下方朝右及左侧上方朝上均有一梯形台阶。该截面形状加工的铝型材常用来组合电子设备外形框架，它的空腔用来定位橡胶角件，它的梯形台阶用来安装外表面面板。

该截面的铝型材的组合方法为角件定位、面板连接式，即通过橡胶角件定位，利用面板的张力将各铝型材固定，如图4所示。具体方法为先将橡胶角件的3个方向逐一塞入铝型材的空腔内，然后再将面板通过螺钉固定在梯形台阶上，同时可以在铝型材梯形台阶内侧安装加强筋以加固。这类型材组合框架相对较为复杂，它需要设计截面空腔相应形状的橡胶角件。

图4　框架组合——角件定位、面板连接式

该截面的铝型材组合的框架具有稳定、轻便、美观的特点，同时橡胶角件不仅能对整个设备起到减震缓冲的作用，而且能够避免设备磨损，延长设备寿命。

2.2铝型材在翻转机构中的应用

电子设备中，一些机构为实现某一功能，往往需要加工一个或多个形状相当复杂的零件，它具有加工难度大、装配误差不易控制、不美观等方面的缺点。而在这种情况下，设计合适截面形状的铝型材成为最好的选择。

图5所示截面形状右侧上方为一个半圆，中间为一空腔，该截面形状加工的铝型材零件用于安装一些要求常转动的模块，例如显示器等，用传统的方法加工该截面形状的零件是相当困难的。它右侧的半圆部分经过加工形成相应的槽后用于安装阻尼转轴，同时，模块所需要的线缆也通过该截面从一侧穿至另一侧。

图5　安装可翻转模块用铝型材截面形状

图6所示的是两个模块如何通过该铝型材加工成的零件实现转动功能的。从图中可以看出，非工作状态时两个模块通过阻尼转轴翻转合并，易于搬运，易于保护；工作状态时翻转展开，线缆位于内部，美观可靠，同时角度可调，方便舒适，不易疲劳。通过设计这种截面的铝型材，成为某产品实现双屏翻转中的关键技术。

图6　安装可翻转模块后工作示意图

图7所示截面形状右侧为一不封闭的弓形，左侧为不规则的圆形。该截面形状加工的铝型材用来安装设备上要求可翻转同时可拆卸的模块，例如键盘等。它的圆形部分用来安装可伸缩的销轴，而异型孔可以防止销轴的随意转动，而将模块安装安装在设备上后可将其与设备连接的线缆插拔接头藏于右侧的弓形部分而使之不干涉翻转。

图7　安装可拆卸模块用铝型材截面形状

图8所示截面形状为一面板上留有许多凹槽。传统的加工方法加工此形状的面板需要耗费大量的工时，在批量生产时可以选用铝型材来实现这一结构。该截面形状加工的铝型材一般用来安装在设备的表面，它层次感的造型与常见的平板相比较能使电子设备给人一种柔和而不冰冷的感觉。

图8设备表面造型用铝型材截面形状

2.3电子设备中应用铝型材的实例

图9所示的双屏可携带工作台的框架部分、副屏的翻转机构、键盘的连接机构、上下表面面板等都由铝型材加工而成，它具有轻便、可携行；易安装、易使用；副屏显示器视角可任意调节，操作舒适；外表美观，不易磨损等显著优点，而这些优点正是通过铝型材的结构特性而实现的。

图9　双屏可携行工作台

3结语

铝型材近年来迅猛发展，新型的铝镁、铝锂合金型材也已经起步，合理运用这一材料，发挥它的优点，提高产品的整体性能，是电子设备结构发展道路上的必要选择。

参考文献:

[1] 濮良贵，等. 机械设计[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[2] 邱成悌，等. 电子设备结构设计原理[M]. 南京：东南大学出版社，2001.

[3] 何冰强，等. UG NX 7.5工程建模与装配[M]. 北京：电子工业出版社，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

中图分类号：TG146.21

文献标志码：B

文章编号：1671-5276(2015)03-0068-03

作者简介：李云(1983-)，男，湖南岳阳人，工程师，硕士，主要从事机电产品结构设计。