便攜式可搬移箱技術(shù)淺談

張偉梁，吳 輝，石小富

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所，江蘇 南京 210007）

1 研究背景

為應(yīng)對(duì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)機(jī)動(dòng)靈活、快速反應(yīng)的要求，指揮自動(dòng)化系統(tǒng)已從地面固定指揮所模式向機(jī)動(dòng)式模式快速發(fā)展，便攜式可搬移箱因其可快速架設(shè)/撤收、隨遇入網(wǎng)的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境適應(yīng)能力而得到推廣[1]。便攜式可搬移箱是一種用來安裝和保護(hù)電子設(shè)備的移動(dòng)載體，具有結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)備集成度高、質(zhì)量輕巧、攜行方便、便于搬運(yùn)等特點(diǎn)[2-4]。

目前，國(guó)內(nèi)外便攜式可搬移箱的材料和生產(chǎn)制造技術(shù)主要包括：①采用PP 塑料或ABS 塑料滾塑成型；②采用碳纖維復(fù)合材料真空導(dǎo)流或模壓加工成型；③采用金屬材料折彎焊接成型。受制于PP 塑料、ABS塑料耐候性差，不適用于野外露天環(huán)境，碳纖維復(fù)合材料可搬移箱生產(chǎn)周期長(zhǎng)、效率低、成本高等原因，目前便攜式可搬移箱使用最廣泛的制造技術(shù)仍為金屬材料折彎焊接成型[5]。

本文主要介紹金屬材料便攜式可搬移箱的結(jié)構(gòu)組成、主要結(jié)構(gòu)組成部分的材料選擇、生產(chǎn)制造技術(shù)以及便攜式可搬移箱生產(chǎn)制造新技術(shù)等方面內(nèi)容。

2 便攜式可搬移箱的結(jié)構(gòu)組成

便攜式可搬移箱主體結(jié)構(gòu)包括箱體、蓋板、堆疊塊、把手、彈簧減震器、骨架等，如圖1 所示。堆疊塊用于可搬移箱體縱向堆放時(shí)不同箱體之間定位及緊固；把手用于作戰(zhàn)使用人員快速便捷搬運(yùn)箱體；彈簧減震器用于將骨架與箱體進(jìn)行連接，同時(shí)對(duì)骨架內(nèi)設(shè)備進(jìn)行減震；骨架用于承載便攜式可搬移箱內(nèi)設(shè)備、插箱等，主體結(jié)構(gòu)包括立柱、縱梁、橫梁、角板及導(dǎo)軌等，其中立柱、縱梁、橫梁、角板形成骨架主體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌與骨架主體結(jié)構(gòu)相連。

圖1 便攜式可搬移箱主體結(jié)構(gòu)組成

3 便攜式可搬移箱的制造技術(shù)

3.1 箱體的制造技術(shù)

箱體采用金屬板材折彎焊接成型。考慮到輕量化及生產(chǎn)工藝性，材料一般選擇5A05、5A02 鋁合金。5A05、5A02 鋁合金是鋁鎂系鋁合金，具有強(qiáng)度中等，延展性、焊接性及耐腐蝕性能良好的特點(diǎn)[6]。

箱體為封閉四面體結(jié)構(gòu)，通過沖壓或一次折彎焊接無法加工成型，需要對(duì)箱體進(jìn)行鈑金拆分。箱體的一般生產(chǎn)流程如下：鈑金拆分→數(shù)沖→折彎→焊接→TOX 圓點(diǎn)鉚接→涂覆。

鈑金拆分是將設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行鈑金平板展開，形成可二維加工的圖紙。可搬移箱體為封閉四面體結(jié)構(gòu)，需要將其拆分成2 部分，如圖2 所示。在進(jìn)行鈑金拆分時(shí)，拆分部位要考慮箱體的整體美觀性及防雨性能等要求，拆分點(diǎn)一般選在箱體的下表面。

圖2 便攜式可搬移箱箱體的鈑金拆分

數(shù)沖加工主要是通過數(shù)控沖床沖裁可二維加工圖紙的各特征。為提高箱體的局部強(qiáng)度及剛度，箱體設(shè)計(jì)時(shí)一般會(huì)在主要平面上設(shè)置加強(qiáng)筋。加強(qiáng)筋通過數(shù)控沖床沖壓成型，在沖壓過程中，要嚴(yán)格控制加強(qiáng)筋的有效高度，避免有效高度過大導(dǎo)致板材整體變形量大，增加后續(xù)校形難度；避免有效高度過小失去強(qiáng)度、剛度加強(qiáng)的意義。根據(jù)筆者多年的經(jīng)驗(yàn)，厚度2 mm的板材一般可將加強(qiáng)筋有效高度控制在5 mm 左右。

折彎加工是通過數(shù)控折彎?rùn)C(jī)對(duì)鈑金展開料施加壓力，將平面類板材形成立體形狀的過程。便攜式可搬移箱的箱體折彎前需要根據(jù)板材厚度選擇合適的折彎模具，在折彎過程中遵從由內(nèi)到外的原則進(jìn)行折彎。

便攜式可搬移箱箱體的焊接方法選用鎢極氬弧焊，焊接電源選用交流焊接電源。當(dāng)電極處于電流正半波時(shí)，質(zhì)量較大的正離子撞擊工件表面的氧化膜，對(duì)焊件熔化表面進(jìn)行清理（陰極清理）；而當(dāng)電極處于電流負(fù)半周時(shí)，電極產(chǎn)熱量降低，鎢電極得到冷卻。焊絲選用ER5356 鋁鎂合金焊絲，ER5356 鋁鎂合金焊絲耐腐蝕、強(qiáng)度高、通用性大，在鋁合金薄板焊接中使用廣泛。在焊接過程中需要注意由于鋁合金線膨脹系數(shù)大于等于22×10-6K-1，焊接時(shí)焊件的變形趨勢(shì)較大，必須采取預(yù)防焊接變形的措施。便攜式可搬移箱箱體在焊接過程中，為減小變形，在焊前需采用仿形法制作與可搬移箱兩端通孔形狀相符的工裝進(jìn)行支撐固定，減小焊接過程中的收縮變形。

可搬移箱體的制造過程中，減少焊縫長(zhǎng)度，進(jìn)而降低箱體的焊接變形量。在箱體制造技術(shù)選擇時(shí)，箱體口沿處采用焊接成型，箱體拆分拼接處采用TOX 圓點(diǎn)鉚接成型，如圖3 所示。TOX 圓點(diǎn)鉚接是一種無鉚釘自沖壓鉚接技術(shù)，通過使用圓形凸模將需要連接的材料壓入凹模腔，隨著沖擊力的繼續(xù)增大，凸模端的材料被擠壓并向外擴(kuò)散到凹模端材料內(nèi)，形成可靠接頭[7]。為確保拆分邊的鉚接強(qiáng)度，需要嚴(yán)格控制鉚接點(diǎn)間距以及鉚接后鉚接點(diǎn)處的底厚。根據(jù)筆者多年經(jīng)驗(yàn)，鉚接點(diǎn)間距需控制在100 mm 左右，鉚接點(diǎn)處底厚需要控制在0.5 mm 左右。

圖3 便攜式可搬移箱體的TOX 鉚接

箱體成型后進(jìn)行涂覆處理，涂覆一般選擇氧化后噴塑。噴塑前采用高溫膠代替常規(guī)密封膠、膩?zhàn)拥葘?duì)箱體進(jìn)行密封粘接、找平，避免高溫下箱體表面產(chǎn)生魚眼和鼓包等現(xiàn)象[8]。

3.2 蓋板的制造技術(shù)

便攜式可搬移箱蓋板材料與箱體所選用材料相同，常選用5A05、5A02 鋁合金。生產(chǎn)制造技術(shù)與箱體類似，主要生產(chǎn)制造工序如下：鈑金拆分→數(shù)沖→沖→折彎→焊接→涂覆。

與箱體不同的是蓋板增加了沖工序，沖工序的主要加工內(nèi)容為沖鎖孔臺(tái)階（俗稱引苞）。沖鎖孔臺(tái)階的目的是降低鎖安裝面，避免鎖安裝后凸出蓋板表面妨礙箱體之間的拼接。沖鎖孔臺(tái)階需要設(shè)計(jì)專用模具，通過沖床沖壓加工成型。

3.3 骨架的制造技術(shù)

便攜式可搬移箱骨架采用組合式框架結(jié)構(gòu)，包括橫梁、立柱、縱梁、壓鑄角部連接件等。為實(shí)現(xiàn)組合化、系列化，橫梁、立柱、縱梁等皆采用型材制作，型材原材料選用6063-T5 鋁合金。

鋁型材和壓鑄角部連接件經(jīng)化學(xué)氧化處理，色澤美觀大方，防腐性能優(yōu)良。

橫梁、立柱、縱梁等通過壓鑄角部連接件螺接成整體。立柱、橫梁與角部連接件過盈配合連接，同時(shí)通過螺釘進(jìn)行加固。

為方便后續(xù)設(shè)備安裝，后面板與骨架的連接固定需要在骨架上預(yù)制螺紋孔。考慮到鋁螺紋在多次、頻繁拆裝時(shí)易產(chǎn)生爛牙、螺紋松動(dòng)等隱患，在骨架預(yù)制螺紋處安裝鋼絲螺套。鋼絲螺套是一種新型的連接緊固技術(shù)，可有效改善連接條件，提高螺紋的強(qiáng)度及耐磨性，提高連接的可靠性[9]。

3.4 便攜式可搬移箱的裝配

便攜式可搬移箱的裝配包括了箱體裝配、骨架與箱體的緊固裝配、設(shè)備裝配、箱體蓋板與箱體裝配等。

箱體裝配包括堆疊塊的安裝、把手的安裝、密封條的安裝等。堆疊塊、把手等與箱體進(jìn)行裝配時(shí)，結(jié)合面及安裝螺釘需要帶密封膠，提高箱體整體的防水性能。密封條安裝在箱體口沿上，密封條上預(yù)留安裝接口，與箱體口沿緊密配合。

骨架與箱體緊固裝配主要是通過彈簧減震器將骨架與箱體連接成整體。箱體上焊接有內(nèi)螺紋螺柱，骨架上預(yù)留有彈簧減震器安裝孔。彈簧減震器安裝時(shí)螺釘處需要帶螺紋膠，進(jìn)一步提高螺釘安裝處的放松性能。

設(shè)備裝配主要是設(shè)備與骨架的安裝。設(shè)備兩側(cè)通過固定彎角或?qū)к壈惭b在箱體上，設(shè)備面板預(yù)留緊固孔或安裝有松不脫螺釘，設(shè)備通過面板與骨架可靠緊固。設(shè)備之間互聯(lián)線纜通過走線板進(jìn)行綁扎，防止線纜隨意晃動(dòng)損壞連接器接頭。

所有裝配工作完成后通過旋鎖將箱體蓋板與箱體進(jìn)行鎖緊固定。

4 便攜式可搬移箱的生產(chǎn)制造新技術(shù)

4.1 便攜式可搬移箱的溫控技術(shù)

便攜式可搬移箱作為軍用設(shè)備載體，使用環(huán)境復(fù)雜多變，包括低溫、高溫等惡劣環(huán)境。而現(xiàn)有便攜式可搬移箱多僅能提供設(shè)備安裝基礎(chǔ)條件，無法提供優(yōu)良的環(huán)境保障條件以確保設(shè)備在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。近年來，有科研工作者通過在可搬移箱體內(nèi)粘貼保溫材料、增加輔助調(diào)溫裝置等實(shí)現(xiàn)可搬移箱內(nèi)溫度可控[10-11]，滿足在高溫、低溫等極端環(huán)境下箱體內(nèi)設(shè)備的正常使用。

4.2 便攜式可搬移箱的輕量化技術(shù)

便攜式可搬移箱作為便攜式載體，輕量化是最重要的技術(shù)指標(biāo)。輕量化技術(shù)包括骨架的輕量化、箱體的輕量化、配件的輕量化。骨架輕量化目前主要技術(shù)方向?yàn)槭褂面V合金型材、碳纖維復(fù)合材料型材代替鋁合金型材，但推廣使用亟需解決鎂合金加工工藝要求高、鎂合金耐腐蝕性能差的問題；箱體輕量化主要技術(shù)方向?yàn)槭褂锰祭w維復(fù)合材料制作箱體；配件輕量化主要技術(shù)方向?yàn)槭褂媚猃垑K、ABS 塑料等低密度非金屬材料代替原有金屬材料制作把手、堆疊塊等配件，降低產(chǎn)品質(zhì)量。

4.3 碳纖維便攜式可搬移箱的高效低成本生產(chǎn)技術(shù)

碳纖維復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、高剛度等特點(diǎn)，采用碳纖維復(fù)合材料制作便攜式可搬移箱，與同類型的鋁合金材質(zhì)可搬移箱相比可減重20%[1]。但碳纖維復(fù)合材料成本高、生產(chǎn)效率低。為降低碳纖維便攜式可搬移箱的原材料成本，目前的主要技術(shù)方向?yàn)橥ㄟ^箱體的不等厚設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)碳纖維、玻璃纖維以及輕質(zhì)泡沫的混合鋪層，降低單位體積內(nèi)碳纖維的使用比例；為提高便攜式可搬移箱的生產(chǎn)效率，目前的主要技術(shù)方向?yàn)椴捎妙A(yù)浸料復(fù)合材料進(jìn)行鋪層進(jìn)而減少鋪層時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

4.4 便攜式可搬移箱的組合裝配技術(shù)

便攜式可搬移箱在固定指揮所應(yīng)用最為廣泛，隨著應(yīng)用需求的增多，便攜式可搬移箱單體僅能提供設(shè)備裝載及運(yùn)輸功能已無法滿足需求。便攜式可搬移箱需要與折疊臺(tái)面、折疊椅、可抽拉翻轉(zhuǎn)式顯示器等進(jìn)行功能組合，形成組合式操作臺(tái)面、顯控臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架等功能組合體，進(jìn)一步拓展便攜式可搬移箱功能及應(yīng)用范圍。

5 結(jié)語

文中詳細(xì)介紹了便攜式可搬移箱的主要結(jié)構(gòu)組成，箱體、蓋板、骨架等主要組成部分的材料選擇及生產(chǎn)制造技術(shù)。針對(duì)便攜式可搬移箱制造中易出現(xiàn)質(zhì)量問題的過程進(jìn)行了詳細(xì)描述。同時(shí)，針對(duì)近年來出現(xiàn)的便攜式可搬移箱溫控技術(shù)、輕量化技術(shù)、碳纖維便攜式可搬移箱的高效低成本生產(chǎn)技術(shù)及可搬移箱的組合裝配技術(shù)等新技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。