Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра: "Материаловедение в машиностроении"

Факультет: "Механико-технологический"

Расчетно-графическое задание

по курсу: "Научные основы выбора материала"

на тему: "Выбор и обоснование материала для корпуса ноутбука"

Выполнил: студент группы Маг-56,

Чучкова Л.В.

Преподаватель: Смирнов А.И.

Новосибирск - 2016

Введение

Ноутбук - одно из самых распространенных технологических устройств, используемых в мире на данный момент. В связи с этим, на его свойства и характеристики автоматически накладываются ряды условий и требований, которым они должны соответствовать.

Ноутбук - это переносной портативный персональный компьютер. Он должен быть компактным и легким для более удобного использования в дороге или просто вне дома. Но также он должен быть прочным и надежным, чтобы его компоненты не повредились при транспортировке устройства. Жаростойкость, коррозионностойкость, хорошие литейные свойства: все это - необходимые характеристики, которые должен содержать каждый корпус ноутбука, ведь именно от качества корпуса зависит и работоспособность, и срок службы всего устройства.

1. История

Создание ноутбука началось в 1968 году ученым биологом из Колорадского университета Аланом Кэй. Первый ноутбук, который планировал создать Алан назывался "Dynabook" (рис. 1). Он должен был иметь размер не более листа формата А 4, плоский дисплей, питание двух видов, подключение к сети и невысокую цену. Однако, в скором времени, он возглавил исследовательскую лабораторию Xerox, где изобрел лазерный принтер и технологию Ethernet вместе с Бобом Меткалфом, но создать свой ноутбук он так и не успел [1].

Первый реальный ноутбук был создан в 1979 году ученый Вильям Могридж, работающий в компании Grid Systems Corp. Ему удалось собрать ноутбук, хоть он и выглядел громоздко (рис. 2). Данное устройство было названо Grid Compass и создавалось специально для NASA, для работы программы под названием "космический челнок".

Рисунок 1 - Dynabook

Рисунок 2 - Grid Compass

Технические характеристики первого ноутбука поражали: объём памяти - 340 килобайт, сверхмощный процессор Intel® i80c86 с частотой 8МГц. Он имел графический дисплей и встроенный модем, принимавший информацию со скорость 1200 б/с. Весило это чудо техники всего 5 килограмм. Материалом корпуса являлся магниевый сплав, однако, как и любой компьютер в те времена, он был стационарным. Также, стоимость достигала 8000 долларов, но несмотря на это, его выпускали на протяжении 9 лет.

В 1981 году Адам Осборн создал ноутбук для бизнесменов и назвал его в честь себя Osborne 1. Данный ноутбук позволял работать в дороге, в поезде и самолете, так как имел аккумулятор. Из характеристик было следующее: процессор с тактовой частотой 4 МГц, оперативная память на 64 килобайта, два дисковода для дискет, три порта - Centronics, RS-232C и для подключения модема, дисплей 4,3 дюйма (рис. 3). Вес его составил 11 килограмм, а стоил 1795 долларов.

В этом же году, в 1981, был создан еще один ноутбук, выпускаемый компанией IBM под названием IBM PC (рис. 4). В скором времени ноутбуки начали создавать и другие компании типа Toshiba, Compaq и Apple. Все эти прототипы нынешнего ноутбука, компании, которые работали над созданиями и модернизациями, все ошибки и победы внесли существенный вклад в развитие нынешнего ноутбука, который привыкли видеть перед собой.

Рисунок 3 - Osborne 1

Рисунок 4 - IBM Convertible PC

2. Применяемые материалы

В современном мире, основным материалом являются смеси акрилонитрилбутадиенстирола и поликарбоната; сокращенно: ABS+PC или АБС/ПК [2].

Акрилонитрилбутадиенстирол или сокращенно АБС-пластик (рис. 5). Сочетание в нем сложных элементов обеспечивает эластичность и необходимую ударопрочность, что делает его востребованным для производства сложных формованных изделий. Он имеет желтоватый оттенок, легко окрашивается. Нетоксичный, долговечный, стойкий к щелочам и моющим средствам, влагостойкий, маслостойкий, кислотостойкий и теплостойкий (103 °C) материал. Так же у него широкий диапазон эксплуатационных температур (от -40 °C до +90 °C) [3].

Рисунок 5 - АБС-пластик

Поликарбонат - сложный полиэфир угольной кислоты [4]. Он не имеет запаха и вкуса, физиологически безвреден, устойчив к удару и хорошо окрашивается. При нагревании до высоких температур не меняет своих характеристик. Поликарбонат (ПК) обладает диэлектрическими свойствами, высокой жесткостью, устойчив к действию масел, спиртов. Даже при длительном нагревании изделия из поликарбоната не деформируются [4]. Стоек к световому старению и действию окислителей даже при нагреве до 120^оС [3].

Смесь данных пластиков отлично подходит для изготовления деталей методом точного литья. Они позволяют изготовить деталь почти любой формы, мелкие нюансы типа решетки воздуховода, защелки для скрепления и ножек для задней панели ноутбука (рис. 6). Также, смесь ABS+PC пластиков можно легко окрасить в другой цвет, заламинировать или применить бархатистое покрытие.

Одним из недостатков является соотношение плотности и жесткости: при равной жесткости, детали из смеси пластиков будут толще и тяжелее чем детали из другого материала.

Рисунок 6 - Задняя панель ноутбука, изготовленная из некрашеного ABS+PC

Чтобы облегчить вес ноутбука применяют армирование данной смеси пластиков стекло (GF - Glass Fiber), либо углеволокном (CF - Carbon Fiber). На рисунке 7 представлен ноутбук Lenovo у которого верхняя крышка была выполнена из пластика, армированного углеволокном.

Рисунок 7 - Верхняя крышка ноутбука, выполненная из PC+ABS-CF(20)

Были эксперименты и с полиамидами и их армированием. Выглядит полиамид достаточно грубо, но для выполнения задней панели подходит идеально. Также, в сравнении с магниевым сплавом, к примеру, сложностей с обработкой у полиамида не возникает. Но, о стоимости не стоит и говорить.

Были реализованы крышки корпусов и из карбона (смесь эпоксидной смолы с углетканью). Производство даже простых деталей несложной конфигурации являлось трудоемким и дорогостоящим, поэтому формирование точных деталей в нижний панели ноутбука было невозможно. Для решения этой проблемы в корпуса такого ноутбука к карбону добавляли рамку из вышеупомянутого пластика со всеми мелкими и точными деталями типа крепежей (рис. 8). Как итог: все получалось достаточно сложно и очень дорого, но корпус был практически невесомый и жесткий.

Рисунок 8 - Нижняя панель ноутбука, выполненная из карбона и пластиковых вставок

Одним из применяемых металлов является магний, а точнее магниевый сплав. Существует различные сплавы магния, но одним из часто применяемых в ноутбуках является магниевый сплав AZ91, который пригоден для литья под высоким давлением. Химический состав данного сплава представлен в таблице 1 [5].

Таблица 1 - Химический состав магниевого сплава AZ91

Магниевые сплавы отличаются высокой прочность и низкой плотностью (~1,8 г/см ³), а данный сплав почти не уступает пластикам по получению отливок различной конфигурации. Детали получаются грубее, в связи с чем их приходиться дорабатывать. Но доработка не является главной проблемой магниевого сплава. Твердость и стойкость к коррозии у магниевых сплавов очень низкая. Детали обязательно необходимо анодировать и покрывать внешнюю поверхность краской, иначе анодированная поверхность легко царапается. Краска служит не только декоративным покрытием, поэтому детали из магниевого сплава прокрашивает тщательно и толстым слоев в отличие от пластиков. В целом, корпуса из магниевого сплава получаются очень легкими, но не дешёвыми (рис. 9). ноутбук материал пластик сплав

Рисунок 9 - Ноутбук Toshiba dynabook V632 корпус которого выполнен из магниевого сплава

Следующий металл, а точнее сплав на основе этого металла является алюминий. В основном, корпуса из алюминиевого сплава использует фирма Apple, однако и другие фирмы реализовывали данную продукцию (рис. 10).

Рисунок 10 - Выточенный корпус ноутбука фирмы Apple из алюминиевого сплава

Одним из алюминиевых сплавов, которые применяют для изготовления корпуса ноутбука является AL6061. Состав сплава представлен в таблице 2 [6].

Из данного сплава выполняют велосипедные рамы (его можно варить), используют при производстве автомобилей и яхт. Главным недостатком является то, что сплав AL6061 не пригоден для литья, детали из него получают штамповкой, либо фрезерованием.

Таблица 2 - Состав алюминиевого сплава AL6061

Штамповка существенно ограничивает возможность получения деталей сложной конфигурации, а фрезерование является максимально дорогим, в сравнении с другими методами получения.

Также, существуют корпуса ноутбуков, выполненные из дерева (рис. 11). Однако такая конструкция выполняется сугубо на заказ и подходит больше для внешнего выделения от остальных.

Рисунок 11 - Корпус ноутбука, выполненный из дерева

Вывод

При сравнении пластика, магниевого и алюминиевого сплавов, можно сказать следующее: По своей стоимости, закупаемый материал практически не отличается, однако необходимая обработка сплавов из алюминия и магния существенно повышает стоимость товара.

У каждого материала имеются свои недостатки и достоинства в таких важных параметрах как толщина, вес, прочность и жесткость. На рисунке 12 представлено сравнение материалов по толщине и массе при равной жесткости и прочности.

Рисунок 12 - Сравнение различных материалов по толщине и массе при равной прочности и жесткости

Таким образом, в зависимости он ваших потребностей и требований, который вы предъявляете к своему персональному портативному переносному компьютеру зависит и выбор материала корпуса.

Список используемой литературы

1. Единое окно доступа к образовательным ресурсам: портал [Электронный ресурс]. // © Copyright 2016 - История создания ноутбока // - Режим доступа: http://antonkozlov.ru/istoriya/istoriya-sozdaniya-noutbuka.html. Дата обращения: 25.04.2016 г.

2. Единое окно доступа к образовательным ресурсам: портал [Электронный ресурс]. // 3DNews - Занимательное материаловедение: из чего делают ноутбуки и почему // - Режим доступа: www.3dnews.ru/m/#page_636331. Дата обращения: 22.02.2014 г.

3. Единое окно доступа к образовательным ресурсам: портал [Электронный ресурс]. // © "Контрольно-измерительные приборы и системы" ("КИПиС"), 2000-2014// - Режим доступа: www.kipis.ru. Дата обращения: 27.02.2014 г.

4. Конспект лекций по дисциплине "Новые материалы в металлургии" / Авт. Зборщик А.М. - Донецк: ГВУЗ "ДонНТУ" // раздел 15.4 // 2008. - 253 с.

5. Единое окно доступа к образовательным ресурсам: портал [Электронный ресурс]. // Справочник по цветным металллам/ - Режим доступа: http://libmetal.ru/mg/splavmg_lit.htm. Дата обращения: 26.04.2016 г.

6. Единое окно доступа к образовательным ресурсам: портал [Электронный ресурс]. // PROLIGHT / - Режим доступа: http://avtosvet.umi.ru/informaciya_i_stat_i/alyuminij_6061/. Дата обращения: 26.04.2016 г.

Размещено на Allbest.ru