4.1.5. Конструкционные материалы.

Конструкционный материал должен удовлетворять заданными механическими и физическими свойствами, обладать легкостью в обработке, коррозионной стойкостью, иметь максимальное отношение прочности к массе, низкой стоимостью и пр.

Как сказано ранее, основой любого модуля ЭА является несущая конструкция (НК), обеспечивающая его конструктивную целостность и защиту от механических воздействий. В зависимости от сложности НК выполняется в виде одиночной детали либо составной, включающей несколько деталей, объединённых между собой разъёмными или неразъёмными соединениями.

Основное назначение конструкционных материалов - нести нагрузку, передавать усилия, скреплять, удерживать, предохранять от разрушений. Задача конструктора - выбрать из доступных материалов такие, которые в наилучшей степени удовлетворяют конструктивным требованиям. От правильного выбора материалов зависит качество разрабатываемой конструкции. Рекомендуемые конструкционные материалы: сталь (10, 20, 45), алюминиевые сплавы (АЛ2, АЛ9, АМц, Д16), магниевые сплавы (МА2-1, МА5, МА8), бронза БрБ2, медь М3, титановый сплав ВТ1, пресс-материалы (АГ-4, ДСВ-2-Р-2М), полиамид П-68, пенопласт ППУ-3 и др.

В несущих конструкциях ЭА следует применять качественную конструкционную сталь, обладающую большой прочностью, пластичностью и сопротивляемостью к ударам.

Стали 10 и 20 хорошо штампуются, свариваются. Из них изготавливают мелкие детали простой формы : оси, валики, ручки, гайки, шпильки, втулки, лицевые панели.

Замена стали алюминиевыми и магниевыми сплавами приводит к снижению массы конструкции. Прочность магниевых сплавов несколько ниже, чем алюминиевых, но они могут быть использованы при проектировании облегченных конструкций. Алюминиевые сплавы АЛ2 и АЛ9 являются литейными, имеют низкую температуру плавления и отличные литейные свойства. Сплавы алюминиевые с марганцем АМЦ и с магнием АМГ являются деформируемыми, обладают хорошей пластичностью, свариваемостью и неплохо противостоят коррозии. Упрочняемый обработкой алюминиевый сплав Д16 имеет высокие механические характеристики, хорошо обрабатывается, противостоит коррозии, но имеет невысокую пластичность (штамповка из дюралюминия возможна только в горячем состоянии). Алюминий и его сплавы применяют для корпусных деталей, теплоотводов, экранов, кожухов.

В современной технике медь и ее сплавы привлекают к себе внимание высокой электро- и теплопроводностью, пластичностью, вязкостью, легко поддаются пайке и штамповке. В конструкциях могут использоваться в качестве экранов, кожухов, токопроводящих пластин, монтажных лепестков.

Неметаллические материалы по сравнению с металлическими обладают худшей прочностью, жесткостью, меньшей ударной вязкостью (в 100...400 раз меньше стали), более высокими коэффициентами линейного расширения (в 5...20 раз большей, чем у стали). Однако, несмотря на некоторое ухудшение основных параметров, неметаллические материалы успешно применяются в конструкциях ЭА.

Материалы ДСВ и АГ-4 имеют высокие механические и электроизоляционные свойства и применяются для изготовления точных деталей (направляющих, плат соединительных, кронштейнов) со сложной конфигурацией, арматурой, резьбой.

Полиамид П-68 имеет высокую прочность, большую теплостойкость, высокую устойчивость к истиранию, малый коэффициент трения. Следует помнить, что ниже 0⁰С полиамид становится жестким и при старении меняет размеры.

Минимизация массы – важнейшее условие конструирования переносной, возимой, бортовой, а так же стационарной аппаратуры. При этом снижаются габариты, расходы материалов, затраты на производство и эксплуатацию, уменьшается себестоимость изделий.

В микроминиатюрной аппаратуре масса несущих конструкций достигает 70% от общей массы. Основной путь к снижению массы изделий – облегчение несущих конструкций при одновременном обеспечении ими требований прочности и жесткости. Для этого необходимо:

из нескольких возможных вариантов конструкций выделять решения, позволяющие получать минимум массы конструкции;

выбирать материалы деталей с учетом удельной прочности и жесткости, используя легкие сплавы и неметаллы;

придавать деталям расчетную прочность в каждом сечении;

вводить отверстия, выемки, проточки, удаляя из деталей материал, не несущий нагрузку;

вводить ребра жесткости, отбортовки, выдавки.