close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2000-0036-0-01

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Санкт-Петербургский
государственный университет аэрокосмического приборостроения
В. А. Лопухин, Д. К. Шелест
ТЕХНОЛОГИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ
Технология производства деталей
электронной аппаратуры
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2000
ББК 32.844
Л77
УДК.621.396.6.002.2
Лопухин В. А., Шелест Д. К.
Л77 Технология и автоматизация производственных систем. Технология производства
деталей электронной аппаратуры: Учеб. пособие/ СПбГУАП. СПб., 2000. 68 с.; ил.
В пособии рассматриваются вопросы проектирования и технологии производства деталей электронной аппаратуры. Представлены вопросы организации
технологии и сравнительные технико-экономические оценки свойств деталей электронной аппаратуры.
Пособие предназначено для студентов дневной и вечерней форм обучения технологических и экономических специальностей, а также может быть использовано
при проведении курсового и дипломного проектирования.
Рецензенты:
кафедра микроэлектроники и технологии радиоэлектронной аппаратуры
Санкт-Петербургского го сударственного элект ротехниче ского университет а;
кандидат технических наук доцент А. С. Гурылев
Утверждено
редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Учебное издание
Лопухин Владимир Алексеевич
Шелест Дмитрий Константинович
ТЕХНОЛОГИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ
Технология производства деталей
электронной аппаратуры
Учебное пособие
Редактор А. В. Подчепаева
Компьютерная верстка А. Н. Колешко
Лицензия ЛР №020341 от 07.05.97. Сдано в набор 26.01.00. Подписано к печати 01.03.00.
Формат 60Ч84 1/16. Бумага тип. №3. Печать офсетная. Усл. печ. л. 4,2. Усл. кр.-отт. 4,3.
Уч. -изд. л. 4,4. Тираж 100 экз. Заказ №
Редакционно-издательский отдел
Сектор компьютерно-издательских технологий
Отдел оперативной полиграфии
СПбГУАП
190000, Санкт-Петербург, ул. Б. Морская, 67
©СПбГУАП, 2000
2
Введение
Основу конструктивной базы электронной аппаратуры (ЭА) составляют детали, качество которых во многом определяет качество выпускаемых изделий. Широкая область использования ЭА в производстве,
на транспорте и бытовой технике приводит к большому разнообразию
схемотехнических решений, элементной базы и конструкций.
Вследствие этого при производстве ЭА используется широкая номенклатура деталей и материалов с различными физико-химическими
свойствами: диэлектрики, полупроводники, металлы и их сплавы, пластмассы и др. Разнообразие деталей, материалов и требований к их обработке приводит к большому числу применяемых технологических процессов, как общих с другими отраслями промышленности (литье, обработка резанием, штамповка и др.), так и специфических (электроэрозионная, лазерная и другие виды обработок).
Основной отличительной чертой производства ЭА является высокая точность обработки миниатюрных деталей и интеграция: технологическая (использование групповых методов изготовления), конструктивная (объединение элементов на одной подложке), научно-техническая (использование последних достижений в области металлургии, химии, физики и т. д.).
Указанные выше особенности производства деталей ЭА требуют
внимательного изучения технико-экономических свойств, конструктивных особенностей изготавливаемых деталей и соответствующих технологических процессов.
Пособие написано в соответствии с программами курсов по технологии изделий радиоприборостроения для технологических специальностей, а также может быть использовано студентами экономических
специальностей при изучении курса «Системы технологий компьютерного производства», в курсовом и дипломном проектировании.
Данное пособие раскрывает основные вопросы технологии производства деталей ЭА, рассматривая общие принципы проектирования и
построения технологических процессов, основы повышения их эффективности как объектов управления.
3
1. ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ДЕТАЛЕЙ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ
1.1. Детали – основа конструктивной базы ЭА
Функциональные, производственные, эксплуатационные и экономические свойства ЭА определяют требования к свойствам входящих в
нее компонентов, а также к условиям их производства. По функциональному признаку все компоненты ЭА относят либо к схемотехническим, либо к конструктивным [1, 2]. Схемотехнические компоненты осуществляют преобразование сигналов, конструктивные – обеспечивают
механическую прочность и защиту от внешних воздействий. Однако в
ряде случаев такое разделение провести трудно или практически невозможно. Это относится к устройствам функциональной электроники, СВЧ
и ряду других.
Современная ЭА характеризуется большим разнообразием компонентов и, как следствие, широкой номенклатурой используемых материалов с различными физико-химическими свойствами. Основу конструктивной базы ЭА составляют детали.
Деталью называют изделие, изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций. Особенностями конструкторско-технологических свойств деталей являются следующие:
использование большого числа методов обработки материалов, общих с другими отраслями (машиностроение, приборостроение и др.), но
приспособленных для производства деталей ЭА;
применение методов интегральных технологий (полупроводниковой
и пленочной);
использование широкой номенклатуры материалов и оборудования;
мелкосерийность выпуска деталей и необходимость автоматизации
на основе гибких производственных систем (ГПС).
1.2. Основные понятия и
определения технологии производства деталей
Изготовление деталей осуществляется в условиях производсвенного процесса, представляющего совокупность всех действий работников, орудий труда и процессов, в результате которых материалы, по4
луфабрикаты и комплектующие изделия преобразуются в готовую продукцию. Часть производственного процесса, содержащую действия по
непосредственному изменению и последующему контролю детали, называют технологическим процессом (ТП) изготовления детали.
Проектирование деталей – это процесс принятия проектных решений по выбору материалов, разработке конструкции и технологического процесса с учетом всех взаимосвязей свойств проектируемой ЭА
с возможностями конструкций и технологий производства. Укрупненно
процесс проектирования представлен на рис. 1.
Технологический процесс делят на этапы, операции, переходы, установы, позиции.
Этапы технологического процесса – это группа операций, выполняемых последовательно и имеющих признак общности (например, подготовка под покрытие и т. д.).
Операция – это законченная часть ТП, выполняемая на одном рабочем месте.
Переход – часть операции, заключающаяся в обработке детали одним видом инструментов или технологической средой.
Установ – часть операции в несколько переходов, выполняемая при
неизменном закреплении заготовки.
Формирование требований к конструкции и свойствам детали,
исходя из ее функций и условий эксплуатации
Выбор материала детали. Разработка конструкции c учетом
стоимости производства и условий эксплуатации
Выбор методов обработки, обеспечивающих заданные требования
с учетом объема выпуска и возможностей предприятия
Выявление технических требований, методов обработки.
Уточнение марки материала
Корректировка конструкции и технологии производства детали
Рис. 1
5
Позиция – каждое из различных фиксированных положений неизменно
закрепленной заготовки.
Тип производства (массовое, серийное, единичное), в условиях которого реализуется ТП, характеризуется специализацией рабочих мест,
возможностью реализации методов обработки материалов. От характера производства зависит выбор заготовки, оборудования, оснастки.
Применительно к производственному подразделению (цеху, участку)
тип производства определяется коэффициентом закрепления операций Kзо = Н / Р , где Н – число различных операций, Р – число рабочих
мест. По ГОСТ 14.004: для массового производства – Kзо = 1; для крупносерийного производства – Kзо = 1–10; для среднесерийного производства – Kзо = 10–20; для мелкосерийного производства – Кзо = 20–40 (не
нормируется).
Качество детали – совокупность свойств в соответствии с назначением детали (записываются в ТУ).
Надежность – свойство детали выполнять заданные функции в течение требуемого промежутка времени. Частные показатели надежности: безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.
Безотказность – свойство изделия сохранять работоспособность
непрерывно в течение заданной наработки.
Долговечность – свойство изделия длительно сохранять работоспособность в заданных условиях эксплуатации с учетом возможных отказов и восстановлений до наступления предельного состояния.
Количественно оценивается техническим ресурсом или g-процентным
ресурсом, т. е. суммарным интервалом времени безотказной работы за
время эксплуатации до наступления предельного состояния.
Ремонтопригодность – свойство изделия, заключающееся в приспособленности его к техническому обслуживанию и ремонту.
Сохраняемость – свойство изделия сохранять свои эксплуатационные показатели в течение и после хранения и транспортирования.
Точность изготовления – степень приближения действительных значений параметров изделия к их заданному значению. Различают точность отдельной детали и партии деталей. В первом случае точность
оценивается отклонениями параметров, во втором – с помощью вероятностных характеристик: среднего арифметического значения (оценки
математического ожидания, дисперсии, среднеквадратического отклонения и поля рассеяния.
6
1.3. Технологичность деталей ЭА
Технологичной является такая конструкция детали, которая, отвечая
всем требованиям к качеству, обеспечивает в конкретных условиях производства оптимальные затраты времени, живого труда и материалов.
Оптимальность затрат следует из того, что в итоге необходимо получить технологичную конструкцию изделия в целом, а деталь является лишь одним из элементов конструкции.
В соответствиии с единой системой технологической подготовки производства (ЕСТПП) различают производственную и эксплуатационную
технологичность.
Производственная технологичность проявляется в сокращении
затрат и времени на конструкторскую и технологическую подготовку
производства, а также на изготовление изделия. Она достигается путем реализации следующих мероприятий:
стандартизации, унификации и группирования деталей по конструкторско-технологическим признакам;
снижения массы и ограничения номенклатуры применяемых материалов;
повышения повторяемости и заимствования деталей из других изделий;
применения унифицированных ТП и технологического оборудования
(ТО).
Эксплуатационная технологичность обеспечивает снижение стоимости и трудоемкости эксплуатации и ремонта ЭА.
Количественная оценка технологичности детали содержит два основных показателя.
1. Абсолютная производственная трудоемкость изготовления детали в нормо-часах.
2. Себестоимость изделия отражает заработную плату рабочих, стоимость материалов и топливно-энергетических ресурсов на производство и эксплуатацию изделия. Это наиболее общий показатель, и подсчитать его можно только после освоения производства и длительного
периода эксплуатации. Поэтому часто используют показатель – технологическую себестоимость.
Под технологической себестоимостью Ст понимается себестоимость
либо на этапе производства, либо эксплуатации, либо ремонта, либо варьируемая часть полной себестоимости.
7
1.4. Виды технологических процессов,
их качество и эффективность
Технологические процессы различают по ряду признаков: по методу разработки и применения (единичные, групповые и унифицированные типовые); по назначению (рабочие и перспективные); по степени детализации (маршрутные, операционные, маршрутно-операционные); по методу обработки материалов (ТП литья, электрохимической обработки и т.п.). Следует помнить, что для изготовления
одной детали, как правило, могут использоваться несколько методов
обработки и видов ТП.
Единичные ТП – это ТП изготовления конкретных деталей.
Унифицированные (групповые и типовые) ТП разрабатываются
для групп изделий, имеющих признаки общности. Разработке унифицированных ТП предшествует классификация изделий с последующим группированием.
Групповые ТП различают двух видов: дифференциально-групповые и интегрально-групповые. Первые разрабатываются для различных деталей, объединенных на время обработки в группу по общему
технологическому признаку (используемым методам, режимам, оснастке и т. д.). Они позволяют создавать специализированные рабочие места, применяемые для последовательной обработки деталей
партиями. При интегрально-групповом ТП каждое функциональное
изделие образуется не после сборки отдельно изготовленных деталей, а как интегральный результат обработки изделия.
Типовые ТП характеризуются единством содержания и последовательностью большинства технологических операций и переходов
для групп изделий с общими конструктивными признаками.
Рабочие ТП отражают современные возможности производства,
а перспективные – современные достижения, которые предстоит освоить на предприятии.
Маршрутный ТП предусматривает последовательность и содержание операций без указания переходов и режимов обработки. Используются в единичном и мелкосерийном производстве.
Операционный ТП дополняет маршрутный ТП указанием переходов и режимов обработки.
Маршрутно-операционный ТП содержит описание отдельных
операций без указания переходов и режимов.
8
Система показателей качества технологических процессов
1. Производительность ТП – количество деталей (изделий), изготовленных в единицу времени.
2. Технологическая себестоимость изготовления детали – переменная часть полной стоимости, зависящая от варианта ТП
Ст = См + Сз + Сцр,
где См – стоимость изготовления заготовки за вычетом стоимости реализованных отходов; Сз – основная и дополнительная заработная плата
производственных рабочих с начислениями на социальное страхование;
Сцр – цеховые расходы на амортизацию технологического оборудования (ТО), электроэнергию, помещения, инструменты, приспособления,
смазочные, охлаждающие и другие материалы.
3. Устойчивость ТП – свойство процесса возвращаться в исходный
или близкий к нему установившийся режим после всякого выхода из
него в результате какого-либо возмущающего воздействия.
4. Стабильность ТП – свойство процесса сохранять во времени точность признака качества изделия, например, постоянство во времени
среднего арифметического значения и среднеквадратического отклонения контролируемого параметра.
5. Условная годовая экономия
Эуг = (Стj – Стi) t ,
где Стj , Стi – технологическая себестоимость j, i-го вариантов ТП; N –
годовая программа выпуска.
6. Годовой экономический эффект
Эг = Эуг – Ен Кдоп ,
где Ен – нормативный коэффициент амортизационных отчислений; Кдоп –
дополнительные капитальные вложения в технологическое оборудование и производственные помещения.
7. Дополнительные характеристики:
материалоемкость Мд/Мз, где Мд – масса детали, Мз – масса заготовки;
невозвратимые потери (в воздух, канализацию и т. п.);
выход годных – Рвг = Nг / Nз, где Nг – число годных изделий на выходе ТП; Nз – объем партии запуска.
9
1.5. Этапы разработки ТП и
технологическая документация
В основе разработки ТП изготовления детали лежит ее чертеж и
технические условия. Чертежи выполняются в соответствии с ГОСТами или ЕСКД и должны давать полную информацию, необходимую для
разработки ТП. Необходимое количество изображений зависит от формы детали и должно давать полное представление о ее конструкции.
Изображаемая деталь должна быть расположена на чертеже применительно к основной операции ее изготовления. Правила указания размеров и шероховатостей поверхности устанавливают ГОСТы единой системы конструкторской документации (ЕСКД).
На чертежах деталей, как правило, указывают технические требования к детали, которые нельзя изобразить графически, дающие текстовые пояснения к материалу заготовки, термической обработке; размеры, предельные отклонения размеров, формы, расположению поверхностей; указания по их отделке, покрытию; зазоры; расположению отдельных элементов; требования к качеству изделия; условиям и методам испытаний; указания о маркировке и клеймении; правила транспортировки и хранения; ссылки на другие документы.
Разработка ТП включает в себя следующие этапы:
1) выбор вида ТП на базе унифицированных ТП;
2) выбор вида исходной заготовки или состояния исходного материала;
3) определение содержания операций, схем установки заготовок и
маршрута операций;
4) выбор или заказ ТО, оснастки и средств механизации (автоматизации);
5) назначение и расчет режимов обработки; нормирование переходов и операций; определение профессий и квалификации исполнителей;
6) расчет и проектирование производственных участков, планирование размещения ТО и разработка операций перемещения заготовок, изделий и отходов;
7) выбор внутрицеховых подъемно-транспортных средств;
8) оформление рабочей технологической документации на ТП.
При разработке ТП используют три вида информации:
базовую, содержащуюся в конструкторской документации на деталь
(рабочий чертеж и технические условия (ТУ));
руководящую (стандарты ЕСТПП и технологические инструкции
предприятия);
10
справочную (справочники, каталоги и описания унифицированных ТП
и ТО).
Разработка ТП на уровне операций подразумевает использование двух
противоположных тенденций.
Концентрация операций используется в единичном и мелкосерийном производствах на базе роботизированного универсального ТО с числовым программным управлением (ЧПУ), а в условиях массового производства – на базе автоматизированного специализированного ТО.
Дифференциация операций используется в крупносерийном и массовом производствах. В результате ее применения получают более простое ТО, однако возникают трудности переналадки при переходе к новому виду обрабатываемого изделия.
Общая схема ТП изготовления детали выполняется в виде структурной схемы последовательности операций.
После завершения разработки ТП в зависимости от стадии проектирования выполняется следующая техническая документация.
Маршрутная карта – документ, содержащий описание ТП изготовления изделия по всем операциям в технологической последовательности с указанием соответствующих данных по оборудованию, оснастке, материалам, трудовым и другим нормативам.
Операционная карта – документ, содержащий описание операций
по ТП с их расчленением по переходам и установкам.
Карта эскизов и схем – документ, содержащий графическую иллюстрацию ТП.
Спецификация технологических документов – перечень всех технологических документов, выпущенных на проектируемое изделие и его
составные части.
Технологическая инструкция – это документ, содержащий описание специфических приемов работы, методики контроля, использования
оборудования, а также физико-химических явлений, происходящих на
отдельных операциях.
К числу основных руководящих материалов при разработке ТП относятся:
каталожные данные об оборудовании;
нормали на инструменты и технологическую оснастку;
нормативы на припуски и операционные допуски;
нормативы для технико-экономических расчетов;
типовые ТП.
11
1.6. Методы повышения производительности ТП
При обработке деталей партиями штучное время изготовления детали можно выразить следующим соотношением:
tшт.д = tпз / Nп + tо + tв + tто + tоо + tп ,
где tпз – подготовительно-заключительное время на ознакомление с чертежом, подготовка и наладка оборудования, приспособлений и инструмента, установка и сдача приспособлений, сдача готовой продукции и
т.п.; Nп – объем партии деталей; tо – основное технологическое время; tв –
вспомогательное время на закрепление и снятие изделий, холостые ходы,
перемещения изделий в рабочую зону, управление ТО; tто – время технического обслуживания на смену инструмента, восстановление электролитов, удаление отходов и т.п.; tоо – время организационного обслуживания на подготовку рабочего места, включая уборку, чистку и смазку ТО; tп – время перерывов.
Для повышения производительности ТП необходимо сокращать все
основные составляющие штучного времени. Подготовительно-заключительное время сокращается путем использования ТО с ЧПУ, автоматизации подачи инструмента, приспособлений и заготовок. Основное
технологическое время можно сокращать путем использования прогрессивных ТП и современного высокопроизводительного ТО.
1.7. Экономические критерии выбора варианта ТП
Из технически равноценных вариантов ТП выбирают тот, у которого
сумма эксплуатационных и капитальных затрат, отнесенная к единице
продукции, минимальна. При этом учитываются только те слагаемые,
которые изменяются от варианта ТП.
Приведенные часовые затраты i-й операции (за 1 час)
Спзi = Сзi / М + Счзi + Ен (Коi + Кзi) ,
где Сзi – приведенная заработная плата операторов и наладчиков; М –
коэффициент одновременного обслуживания оборудования; Счзi – приведенные расходы по содержанию и эксплуатации ТО и производственных площадей (часовые); Ен – нормативный коэффициент амортизационных отчислений; Коi, Кзi – приведенные удельные часовые капитальные вложения в ТО и помещения.
Стоимость выполнения n операций
Со = См + Счзi t
12
шт.к.i
,
где См = k1 k2 k3 k4 k5 . (Cб/1000) Q – (Q–q) (Cотх/1000) – стоимость
заготовки; ki – коэффициенты, учитывающие точность, группу сложности, массу, марку материала и объем производства; Сб – стоимость материала за кг; Q – масса заготовки , г; q – масса готовой детали, г; Сотх –
стоимость реализуемых отходов, руб/кг.
1.8. Классификация технологических процессов
изготовления деталей ЭА
Выбор ТП изготовления деталей ЭА, как было показано выше, зависит от многих факторов, начиная от технических требований, предъявляемых к качеству деталей, исходя из условий эксплуатации и функционального назначения, и заканчивая организационными и технико-экономическими характеристиками конкретного производства. На рис. 2 приведена общая классификация ТП изготовления деталей ЭА.
ТП изготовления деталей ЭА
ТП литья
ТП обработки резанием
ТП порошковой металлургии
ТП обработки давлением
ТП выращивания кристаллов
из расплава
ТП электрофизической и
ТП легирования и
Рис. 2
ТП литья деталей из металлов и пластических масс являются наиболее эффективными в серийном и массовом производстве. Для единичного и мелкосерийного производства широко применяются ТП обработки материалов резанием – это процессы снятия стружки с заготовки
режущими инструментами с целью получения необходимой формы, точности размеров и чистоты поверхности детали.
Стремление специалистов повысить технологичность конструкций деталей привели к появлению новых прогрессивных ТП, позволяющих зна13
чительно повысить производительность обработки и снизить объемы
отходов. К таким процессам относят следующие ТП.
1. Технологические процессы обработки материалов давлением, основанные на использовании их пластических свойств, т. е. на их способности в определенных условиях принимать под действием внешних сил
остаточные деформации без нарушения целостности.
2. Технологические процессы порошковой металлургии, базирующиеся на изготовлении деталей из порошков металлов и различных окислов, путем их прессования и спекания
3. Электрофизические и электрохимические ТП обработки сверхтвердых и монокристаллических материалов, основывающиеся на химическом травлении, электролизе, испарении материалов электронными и лазерными лучами, обладающими высокой концентрацией энергии.
4. Технологические процессы выращивания кристаллов из расплава.
5. Технологические процессы легирования и поверхностного упрочнения, базирующиеся на явлениях диффузии различных материалов в
поверхностный слой обрабатываемой детали и различных видах термообработки.
Представленные ТП подробнее рассмотрены в следующих разделах.
14
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ЭА
2.1. Изготовление деталей методами литья
Литье – это процесс изготовления деталей заливкой расплавленного
материала в форму. Литейная форма представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным материалом формируется отливка.
Существующие методы литья отличаются способами изготовления
форм, способами и режимами заливки в них материалов. Классификация способов литья приведена в табл. 1.
Таблица 1
Классификация способов литья
Способ
литья
Конфигурация отливки
Толщина
стенок
Материал
Тип производства
В песчаные Крупногабаритформы
ные, сложные
4/12
Бронза, алюминиевые, Единичное,
магниевые сплавы,
мелкосечерные металлы
ри й н ое
В кокиль
2/8
Бронза, чугун, алюОт серийминиевые, магниевые ного до
сплавы
массового
Несложные
Под давле- Сложные
нием
0,5/4
Латуни, цинковые,
алюминиевые, магниевые сплавы
От серийного до
массового
По выплав Небольшие; сложляемым мо ные с лабиринтаделям
ми и полостями
0,5/5
Стали, медные, алю- От мелкосеминиевые, магниевые рийного до
сплавы
массового
В оболоч- Несложные
ковые фор- плоские
мы
2,5/9
Легированные стали,
чугун, цветные
сплавы
Серийное,
крупносери й н ое
Л и т ь е в п е с ч а н ы е ф о р м ы . Для получения отливок
корпусных и других крупногабаритных деталей ЭА, расплавленный металл заливают в формы, изготовленные из песчано-земляной массы (80–
90% песка, глина и другие компоненты), которые в свою очередь получают, используя разъемные деревянные модели, повторяющие кон15
фигурацию деталей. Метод характеризуется относительной простотой
производства, низким качеством поверхности деталей, значительными
искажениями геометрической формы вследствие коробления, наличием усадочных раковин и значительными припусками на последующую
механическую обработку.
Л и т ь е п о д д а в л е н и е м. Способ предполагает заливку
расплава в металлические формы многоразового использования, при значительном избыточном давлении, создаваемом специальными литьевыми машинами поршневого или компрессионного принципа действия.
Это наиболее совершенный способ литья, позволяющий получать непосредственно готовые детали или заготовки с минимальным объемом
операций последующей механической обработки. Основные недостатки:
пористость массы заготовки из-за высокой скорости заполнения формы.
Л и т ь е п о в ы п л а в л я е м ы м м о д е л я м . Используемые при
этом способе “безразъемные” формы обеспечивают получение отливок повышенной точности и сложности. Для получения формообразующей полости используют выплавляемые модели, изготавливаемые методом литьевого прессования из специальной модельной массы, имеющей низкую температуру плавления (воск, парафин, церезин, канифоль и
т. д.). Обычно используют многогнездовые формы, которые изготавливаются следующим образом.
Несколько выплавляемых моделей и отдельно изготовленная литниковая система соединяются в единый блок путем оплавления мест
соединения. Полученный модельный блок покрывают жаропрочной
пленкой, окуная в водный раствор жидкого стекла, содержащий каолин и графит, после чего присыпают мелким кварцевым песком и
сушат при комнатной температуре в течение нескольких часов. Такая операция повторяется 2–3 раза для получения слоя обмазки необходимой толщины. Затем модельный блок устанавливается в металлическую опоку, засыпается формовочной смесью и подвергается двухэтапной термической обработке. На первом этапе происходит выплавление модельной массы и сушка формовочной смеси, при
температуре 100–150 оС. На втором этапе происходит выпаривание
остатков модельной массы и оплавление слоя обмазки, при температуре 800–850 оС. Заливку расплава производят в предварительно
нагретую форму методом закрытого перелива, создавая небольшое
избыточное давление (4–5 атм) для лучшего заполнения формы.
16
Л и т ь е в о б о л о ч к о в ы е ф о р м ы . Для получения
оболочковой формы изготавливают разъемную металлическую модель, повторяющую конфигурацию детали с незначительными припусками. Каждую половину модели с элементами литниковой системы устанавливают на металлическом основании и покрывают смесью мелкого кварцевого песка с термореактивными компонентами.
Под действием температуры (до 250о С) термореактивные соединения оплавляются и, растекаясь по поверхности модели, склеивают
частицы песка, образуя пластичную оболочку. После остывания полуоболочки снимаются с модельной плиты и соединяются между
собой, образуя внутреннюю формообразующую полость. После этого форма устанавливается в металлической опоке, заполняемой формовочной смесью.
Л и т ь е в к о к и л ь (в металлические формы). Данный способ
литья предполагает свободную заливку расплава в металлические
формы многоразового использования, называемые кокилями. Для снижения термического удара при заливке кокили предварительно разогревают до температуры 250 °C с помощью встроенных или автономных нагревателей. Данный метод относится к прогрессивным,
так как имеет относительно высокую производительность, меньший
расход жидкого металла (на 20–30%) за счет более рациональной
литниковой системы. Основные недостатки: высокая стоимость формы и ограничение сложности формы отливки.
Кроме перечисленных существуют и другие методы формирования литых деталей. К ним относят ц е н т р о б е ж н о е л и т ь е,
реализуемое заливкой расплава во вращающуюся форму. Формообразование и кристаллизация массы отливки происходит под давлением центробежной силы, поэтому отливка получается беспористой и
без шлаковых включений. Л и т ь е н а м о р а ж и в а н и е м
применяется для изделий постоянного профиля путем вытягивания
из расплава через профилированное отверстие в поплавке. Затравка
изготавливается из того же материала, что и расплав.
Одни и те же детали можно получить различными способами литья.
В этом случае при выборе способа следует руководствоваться
экономическими соображениями. Ориентировочные сравнительные
характеристики способов литья в баллах приведены в табл. 2, где
“1” – самые высокие показатели; “5” – самые низкие показатели.
17
Таблица 2
Классификация способов литья
В песчан ые
формы
Под
давлением
Производительность
4
1
5
3
2
Рост экономичности с
увеличением партии
3
1
5
4
2
Выход годных
3
1
2
4
5
Стоимость остнастки
1
5
2
3
4
Продолжительность
освоения
1
5
3
4
2
Показатели
По выплав- В оболочляемым
ковые
моделям
формы
В
кокиль
В качестве литейных материалов используются пластмассы и металлические сплавы с улучшенными литейными свойствами: жидкотекучесть, минимальное газопоглощение, минимальная усадка, незначительные внутренние напряжения и т.п. Наиболее распространенными
являются: алюминиевые сплавы (силумины) – АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ9В,
АЛ11, АЛ28, АЛ32; магниевые сплавы – МЛ5, МЛ6; латуни – ЛС59-1Л,
ЛК80-3Л; цинковые сплавы – ЦАМ4, ЦАМ4-1; стали – практически весь
набор, но с индексом “Л”.
Технологические требования к конструкциям литых деталей
1. Проверка конфигурации детали методом световых теней (рис. 3).
Если при освещении формы отливки пучком параллельных лучей на плоскости разъема нет теневых участков, то литейная форма имеет один
разъем, обеспечивающий полную заполняемость и высокую точность
Рис. 3
18
(достижимую) изготовления. На отливке должно быть как можно меньше выступающих частей.
2. Равностенность обеспечивает равномерное охлаждение отливки,
равномерность усадки, отсутствие горячих трещин и раковин. Для сохранения необходимой прочности отливки ее усиливают ребрами жесткости высотой не более 5 S, толщиной 0,6–0,8 S и уклоном 10–36о,
где S – толщина стенки отливки.
3. Тонкостенность увеличивает скорость кристаллизации сплава, а с
ней и мелкозернистость структуры (см. минимальные и оптимальные
толщины для различных способов литья табл. 1).
4. Радиусы скруглений и плавные переходы в местах сопряжений
стенок позволяют избежать трещин из-за неравномерности кристаллизации. Острые кромки допускаются только в местах сопряжения (смыкания) литейной формы. Внутренний радиус скруглений берут равным
(S1+S2)/K, где S1, S2 – толщины сопрягаемых стенок; K – коэффициент,
зависящий от способа литья: для литья под давлением K = 8–12, для
остальных – K = 3–6.
5. Уклоны и конусность на поверхностях перпендикулярных плоскости разъема литейной формы обеспечивают легкость удаления отливки
или модели из формы (табл. 3). Величина уклона зависит от способа
литья и высоты поверхности в указанном направлении. В случае недопустимости уклонов по конструктивным соображениям их удаляют механической обработкой.
Таблица 3
Литейные уклоны моделей или форм
в зависимости от высоты поверхности
Высота
поверхности,
мм
Модели (уклоны в градусах)
Формы (уклоны в %)
Деревян- Металли- Выплав- Оболочная
ческая
ляемая
ковая
Д о 20
3
1, 5
0,33
0,75
20–50
1,5
1
0,25
0,5
50–100
1
0,75
0,17
0,5
100–200
0,45
0,5
–
0,33
Кокиль
Литье под давлением
Сталь –
2%
Сплавы
цветных
металлов
– 0,5–1%
Сталь – 1,7–2,5%;
Алюминиевые
сплавы – 0,5–1%;
Магниевые спла вы – 1%;
Медные сплавы –
1,5–3%;
Цинковые сплавы
0,5%
19
6. Отверстия и окна рекомендуется выполнять в процессе литья,
иначе при последующем сверлении и фрезеровании в утолщенных
местах вскрываются раковины. Для повышения точности в первом
случае оставляют припуск на механическую обработку. Стенки отливок по контуру отверстий и окон рекомендуется укреплять отбортовками.
7. Точность и шероховатость поверхностей отливок зависят от способов литья (табл. 4).
Таблица 4
Точность и качество поверхностей отливок
Способ литья
Точность размеров
Шероховатость, мкм
Rz
Ra
В песчаные формы
7–9 кл.
320–40
–
В кокиль
5–7 кл.
8–10
2,5–0,32
Литье под давлением
4–5 кл. (на класс ниже
точности формы)
8–10
2,5–0,32
В оболочковые формы
5 кл.
–
2,5–0,32
По выплавляемым моделям
5 кл.
–
2,5–1,25
Примечание: точность размеров 4 класса соответствует 11 квалитету, 5 класса – 12 квалитету.
2.2. Технологические процессы обработки
материалов резанием
Технологические процессы обработки деталей резанием предусматривают удаление материала заготовки в виде стружки (чешуйки) лезвийным или абразивным инструментом на металлорежущих станках. С
помощью обработки резанием изготавливают: корпуса, рамки, панели,
крепежные и центрирующие детали. Используют материалы: стали,
медные и алюминиевые сплавы, пластмассы, керамики и т. д.
Особенности технологических процессов обработки резанием: малая энергоемкость, большая производительность, широкий диапазон
реализуемой точности и шероховатости обрабатываемой поверхности,
простота и унифицированность инструментов, экологическая чистота.
20
Различают три основных вида резания:
1) разрезание – разделение материала на несколько частей посредством клинообразных инструментов, раздвигающих частицы материала (рис. 4,а);
2) срезывание – разделение материала на несколько частей посредством двух режущих лезвий, создающих в плоскости резания напряжения среза (рис. 4,б);
3) резание снятием стружки – отделение от обрабатываемого материала при помощи режущих инструментов более или менее значительных частей материала – стружки (рис. 4,в). Этот вид резания лежит в
основе механической обработки деталей.
б)
а)
в)
V
V
V
Рис. 4
Обработка деталей на металлорежущих станках выполняется в
результате того, что обрабатываемая заготовка и режущий инструмент совершают рабочие движения, при которых инструмент снимает стружку с одной или одновременно с нескольких поверхностей
заготовки. При этом получают наружные или внутренние циллиндрические, конические, плоские и фасонные поверхности.
Твердость режущего инструмента должна значительно превышать
твердость обрабатываемой детали, чтобы он мог врезаться в обрабатываемый материал и снимать стружку.
Рабочее движение, скорость которого больше остальных рабочих движений, принято называть главным движением, а скорость
этого движения –скоростью резания, остальные рабочие движения
называют подачей.
Скоростью резания V называют путь перемещения режущей
кромки инструмента относительно обрабатываемой детали в единицу времени.
21
Подачей S называется перемещение инструмента относительно заготовки, необходимое для снятия стружки.
В зависимости от направления подачи инструмента по отношению к
обрабатываемой поверхности различают п р о д о л ь н у ю Sпрод, п о п е р е ч н у ю Sпоп, к р у г о в у ю Sвр и т а н г е н ц и а л ь н у ю Sтанг
(касательную) подачи. Различают также подачи н е п р е р ы в н у ю и
п р е р ы в и с т у ю.
Методы обработки циллиндрических наружных
поверхностей вращения
Наиболее распространенные методы обработки циллиндрических
поверхностей перечислены ниже.
Токарная обработка осуществляется продольной подачей Sпрод резца
и поперечной подачей Sпоп по образующей циллиндрической поверхности детали, вращающейся со скоростью V (рис. 5,а).
а)
б)
Sпрод
V
V
.Sвр
Sпоп
Sпоп
Sтанг
г)
в)
V
Sвр
.
V
Sпоп
Рис. 5
22
Фрезерование – обработка поверхности вращения (с подачей
вращения Sвр) при помощи вращающейся (со скоростью V) фрезы,
имеющей ряд режущих зубьев, каждый из которых снимает стружку (рис. 5,б).
Шлифование осуществляется с помощью вращающегося шлифовального круга на шлифовальном станке. Шлифовальный круг, состоящий из большого количества абразивных зерен и связующего
вещества, совершает главное (вращательное) движение V и прерывистую поперечную подачу Sпоп. В результате снимается тонкий слой
материала детали c вращающейся подачей Sвр (рис. 5,в).
Наружное протягивание – метод обработки с помощью протяжки, имеющей зубья, высота которых постепенно возрастает. Главное (вращательное) движение V совершает обрабатываемая заготовка, а протяжка совершает движение тангенциальной подачи Sтанг
(рис. 5,г).
Методы обработки циллиндрических отверстий
Сверление выполняется режущим инструментом – сверлом. Сверло или обрабатываемая заготовка совершают главное движение V –
вращение, продольную подачу Sпр осуществляет также сверло или
заготовка (рис. 6,а).
Растачивание производится резцом внутри отверстия на токарном станке (рис. 6,б). При этом главное движение V осуществляет
заготовка, а продольную подачу могут осуществлять как резец, так
и заготовка.
Зенкерование – процесс обработки зенкером отверстия, предварительно полученного сверлением, отливкой или ковкой. Движения
те же, что и при сверлении (рис. 6,в).
Развертывание – обработка отверстия разверткой после сверления, растачивания или зенкерования (рис. 6,г).
Внутреннее шлифование осуществляется абразивным кругом
внутри отверстия; движения те же, что и при наружном шлифовании
(рис. 6,д).
Протягивание отверстий выполняется протяжкой, которая перемещается поступательно в направлении V; при этом каждый ее кольцевой зуб, имеющий диаметр больше диаметра предыдущего зуба,
снимает тонкий кольцеобразный слой материала (рис. 6,е).
23
а)
Sпр
б)
Sпр
V
Sпр.
V
V
в)
V
г)
V
Sпр
Sпр
д)
V
V
Sпр
Sпр
е)
S
.....................
. . .пр
..................
. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.................
V
Sпр
V
V
Рис. 6
Методы обработки плоскостей
Строгание выполняется при прямолинейном поступательно-возвратном движении резца или заготовки – V: это движение является главным.
После каждого двойного хода заготовка или резец перемещаются в направлении поперечной подачи Sпоп (рис. 7,а).
Фрезерование плоскостей циллиндрической (рис. 7,б) или торцевой
(рис. 7,в) фрезой осуществляется при главном (вращательном) движении фрезы V и продольной подаче заготовки Sпр.
24
Шлифование плоскостей абразивным кругом (рис. 7,г) осуществляется при главном (вращательном) движении круга V, продольной подаче заготовки Sпр, поперечной подаче круга Sпоп (или заготовки) и периодической вертикальной подаче круга.
а)
б)
Sпр
V
V
Sпр
V
Sпоп
в)
г)
Sпоп
Sпр
Sпр
V
8
Sпоп
Sпр
Sпр
Рис. 7
Методы обработки фасонных поверхностей
Обработка сложных фасонных поверхностей осуществляется комбинацией представленных выше методов токарной, фрезерной, сверлильной и шлифовальной обработки с переменными (по заданному закону)
поперечной и продольной подачами.
25
В ряде случаев изготавливают специальные по форме фрезы и резцы, позволяющие за один проход получать заданную форму поверхности изготавливаемой детали.
Точность, производительность и экономическая эффективность
технологических процессов изготовления деталей
на металлорежущих станках
В технологии производства деталей различают точность размеров
(допуски на чертежах), точность формы поверхностей и их взаимного
расположения. Допустимые отклонения формы и расположения поверхностей являются составляющей допуска на размеры поверхностей.
Шероховатость поверхности должна быть значительно меньше поля
допуска.
Основные характеристики качества обработок деталей резанием
приведены в табл. 5.
Завышение требований к точности и шероховатости поверхностей
деталей вызывает необоснованное удорожание изготовления деталей,
а экономическая целесообразность применения того или иного метода
обработки зависит от квалитета точности обработки. Для примера на
рис. 8 приведены ориентироваочные стоимости обработок в зависимости от квалитетов. Соответствие между квалитетом точности и шероховатостью поверхности можно ориентировачно определить из рис. 9.
С
Тонкое
шлифование
Предварительное
шлифование
Чистое
точение
6
7
8
9 10 11 12
Квалитеты
Рис. 8
26
Ra 0,0125
0,02
Ra 0,04
0,08
Ra 0,16
Ra 0,32
0,45
1,25
Ra
2,5
20
Rz
40
80
Rz
160
0,1 0,5 2,0 6,5 25 75 250
Допуск, мкм
Рис. 9
Таблица 5
Рекомендуемые характеристики качества методов
обработки деталей резанием
Характеристики качества обработки
Метод обработки деталей резанием
Квалитет
Ra, мкм
Глубина дефектного слоя, мкм
Точение и растачивание
черновое
чистовое
тонкое
11–14
10
7–8
4–40
5–25
0,32–0,63
20–120
20–30
5–10
Фрезерование и строгание
черновое
чистовое
тонкое
11–12
8–10
7– 9
10–20
1,25–5
0,63–1,25
50–100
20–50
10–30
Сверление
Зенкерование
12–13
11
5–20
5–10
25–70
25–40
Развертывание
однократное
двукратное
тонкое и ручное
10–11
8–9
5–7
1,25
1,25
0,63
15–25
5–10
3–5
Протягивание
внутреннее
наружное
8–11
8–10
2,5
1,25–5
15–25
10–50
Шлифование
предварительное
чистовое
тонкое
9
6–8
5–6
1,25–2,5
0,63–1,25
0,16–0,63
20
5–15
3–5
Полирование
Суперфиниш
Хонингование
Доводка (притирка)
–
–
–
4–5
0,63–1,25
0,16–0,63
0,04–0,32
0,01– 0,32
5–15
3–5
3–5
0–5
При назначении квалитета точности учитывают эксплуатационные
требования, возможности метода обработки и себестоимость изготовления детали.
В приборостроении применяют следующие квалитеты:
4, 5 – в особо точных соединениях с зазорами и натягами;
27
6, 7 – при повышенных требованиях к точности центрирования;
8 – для соединений средней точности с зазорами и натягами;
11, 12 – при низкой точности сборки.
При определении квалитета из технологических и экономических
соображений можно руководствоваться следующими рекомендациями:
IT5, 6 – прецизионное шлифование, хонингование, притирка, доводка,
алмазная обработка;
IT6, 7 – прецизионное точение, точное протягивание, предварительное хонингование;
IT7, 8 – тонкое точение, окончательное развертывание, обычное протягивание, чистовое шлифование;
IT8, 9 – грубое шлифование, предварительное развертывание, чистовое фрезерование;
IT10, 11 – черновое фрезерование, точение и строгание.
Рекомендуемые соотношения шероховатости поверхности в зависимости от допуска размера (Тр) и допуска формы (Тф) сведены в табл. 6.
Заданная точность достигается различными методами. В единичном
производстве используют метод пробных проходов. В серийном и массовом производствах используют метод автоматического получения размеров. Для этого используют специальные приспособления, обеспечивающие
одинаковость положения каждой детали из партии при обработке.
Слагаемые суммарной погрешности обработки называют первичными погрешностями. Основными факторами, вызывающими первичные погрешности являются:
погрешности установки заготовки в приспособлении;
упругие и тепловые деформации системы СПИД (станок, приспособление, инструмент, деталь);
геометрическая неточность станка;
погрешность настройки станка.
1. Погрешность установки при обработке деталей в партии проявляется
как сумма случайной и систематической погрешностей и состоит из погрешностей базирования, закрепления и неточности приспособления.
Погрешность базирования вызывается погрешностями изготовления
технологических установочных и измерительных баз. При этом технологические установочные базы прижимаются к поверхности детали, по
которым заготовка устанавливается в приспособление. Измерительные
базы – поверхности, от которых производятся измерения выполняемого
28
Таблица 6
Зависимость шероховатости обрабатываемой поверхности детали
от размеров и допусков размера и формы
Шероховатость поверхности, Ra, мкм
Тр
(Тф/Тр)%
Диапазоны размеров, мм
До 18
18–50
50–120
120–50
IT5
100
60
40
0,4
0,2
0,1
0,8
0,4
0,2
1,6
0,8
0,4
1,6
0,8
0,4
IT6
100
60
40
0,8
0,4
0,2
1,6
0,8
0,4
1,6
0,8
0,4
3,2
1,6
0,8
IT7
100
60
40
1,6
0,8
0,4
3,2
1,6
0,8
3,2
1,6
0,8
3,2
3,2
1,6
IT8
100
60
40
1,6
0,8
0,4
3,2
1,6
0,8
3,2
3,2
1,6
3,2
3,2
1,6
IT9
100–60
40
25
3,2
1,6
0,8
3,2
3,2
1,6
6,3
3,2
1,6
6,3
6,3
3,2
IT10
100–60
40
25
3,2
1,6
0,8
6,3
3,2
1,6
6,3
3,2
1,6
6,3
6,3
3,2
IT11
100–60
40
25
6,3
3,2
1,6
6,3
3,2
1,6
12,5
6,3
3,2
12,5
6,3
3,2
IT12
IT13
100–60
40
12,5
6,3
12,5
6,3
25
12,5
25
12,5
размера. При совмещении технологических и измерительных баз погрешность установки может равняться нулю. В качестве примера варианты технологического базирования детали (рис. 10,а) приведены на
рис. 10,б,в,г,д.
29
а)
Чертеж
б)
в)
А
д)
г)
Рис. 10
Погрешность закрепления – смещение заготовки относительно баз
(случайная).
Погрешность приспособления – систематическая погрешность изготовления (погрешность установки инструмента относительно технологических баз и износ технологических баз).
2. Погрешность системы СПИД вызывается непостоянством размеров заготовок, колебаниями механических свойств материалов, упругими силами отжатия. Последние зависят как от сил резания, так и от
жесткости системы СПИД (случайные погрешности). Тепловые деформации системы СПИД (детерминированные погрешности) существенны при обработке особо точных деталей. Для их компенсации используют смазочные жидкости, термостабилизацию и выдержки перед измерениями.
3. Геометрическая неточность станка характеризуется погрешностями взаимного расположения неподвижных и перемещающихся узлов,
погрешностями траекторий и взаимных движений (систематическая
погрешность), биения шпинделя.
4. Погрешность настройки. Настройка может производиться по эталону (менее трудоемко) или по партии деталей (систематическая погрешность). Погрешность инструмента (может быть систематической
или случайной): погрешность фасонного инструмента – систематическая, а погрешность смещения сверла или зенкера – случайна.
30
Операционная производительность
1
;
L tсм L
+
+ tв + tn?
nS nST
где: L – длина рабочего хода, мм; n – число оборотов шпинделя, об/мин;
S – подача, мм/об; tcм – время на смену инструмента, мин; Т – стойкость инструмента, мин; tв – вспомогательное время операции; tn? – время
организационного обслуживания и регламентные перерывы, отнесенные
к обработке одной детали. При интенсификации режимов, первое слагаемое уменьшается, второе растет, т. е. существует оптимум (максимум) производительности.
Экономическая эффективность обработки резанием оценивается
себестоимостью обработки без учета стоимости заготовки
Qоп =
Cор = C0прti;
где C0пр – часовые приведенные расходы по содержанию и эксплуатации оборудования и производственных площадей; ti – время обработки
i-й детали на данной операции.
Следует помнить, что себестоимость изготовления зависит от выбора оборудования степени его автоматизации и объема партии деталей. Качественные характеристики себестоимости в зависимости от
производительности и объема партии выпускаемых изделий приведены
на рис. 11.
Срез
Серийное
производство
2
1
!
Мелкосерийное
производство
3
10
Крупно-серийное
и массовое
производство
4
5
30
.
100 300 1000 3000 10000 3·104 Q шт/ч
Рис. 11
31
Здесь: 1 – обработка на универсальных станках, 2 – обработка на
специализированных станках, 3 – обработка на автоматизированных
линиях, 4 – обработка на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), 5 – обработка на роботизированных станках ЧПУ.
Технологические требования к конструкциям деталей,
изготавливаемых с помощью операций резания
Задание технологических требований при разработке конструкторской документации на изготовление деталей преследует следующие основные цели: снижение металлоемкости, трудоемкости и стоимости изготовления деталей при обеспечении заданного уровня качества. При
этом необходимо задавать общие требования для всех видов резания:
уменьшать протяженность обрабатываемых поверхностей (шире
использовать литые, прессованные и стандартные заготовки: уголок,
лист, швеллер, тавр, труба и т. п.);
предусматривать узкие поля допусков только в тех местах, где это
необходимо, оставляя 12–14 квалитеты на остальные размеры;
предусматривать удобные и надежные базирующие поверхности и
измерительные базы;
обеспечивать свободный выход режущего инструмента из зоны обработки (канавки для схода резьбы, отсутствие глухих отверстий и т. п.);
Требования к отдельным элементам поверхностей:
предусматривать радиусы сопряжения между перпендикулярными поверхностями в соответствии с видом режущего инструмента
(рис. 12,а);
вводить проточки, отдельные поверхности и фаски, облегчающие
процесс сборки (рис. 12,б);
вводить технологические базы (центровочные отверстия, технологические отверстия и т. п.) (рис. 12,в);
сокращать протяженности точных поверхностей: усекать шаровые
поверхности (рис. 12,г);
предусматривать диаметр отверстий в пазах, меньший ширины паза
(иначе края отверстий невозможно очистить) (рис. 12,д).
Особое значение имеет выбор конструкционного материала детали.
Хорошо обрабатываются практически все виды латуней. Стали для
лучшей обрабатываемости легируют серой, селеном, свинцом, марганцем, молибденом. В результате разработаны автоматные стали: А11,
А12, А20, А30, А35, А40Г, АС40, А40ХЕ, АС35Г2, АС45 и др. Твердые
32
дуралюминиевые сплавы Д1АТ, Д16Т и другие также хорошо обрабатываются с помощью операций резания.
а)
в)
R сопряжения
б)
г)
Проточки
Усечение шара
Фаски
д)
Рис. 12
Базирование – придание детали требуемого положения относительно выбранной системы координат. База – поверхность или сочетание
поверхностей, а также ось, точка, используемые для базирования.
При проектировании ТП выбирают технологические базы и разрабатывают схемы базирования.
Схема базирования – схема расположения опорных точек на технологических базах детали.
Для лишения детали шести степеней свободы необходимо иметь шесть
опорных точек. При этом схема базирования дополняется схемой закрепления – схемой расположения точек приложения сил закрепления.
2.3. Технологические процессы изготовления
деталей обработкой давлением
Обработкой давлением называют процессы переработки материалов в изделие, при которых исходная заготовка под действием давления
пластически деформируется и приобретает новые заданные формы и
размеры или заданные физические свойства поверхности.
К разновидностям обработки давлением относят прокатку, волочение, прессование, ковку, штамповку, чеканку и др.
Наиболее широко при изготовлении деталей ЭА используются методы листовой холодной штамповки (гибка, вытяжка, вырубка, пробивка,
33
правка) и объемная штамповка (выдавливание, осадка). В производстве ЭА листовой штамповкой изготавливают 85% деталей конструктивной базы (панели, платы, детали каркасов и корпусов, кожухи, экраны и т. д.).
Гибка – это процесс обработки давлением, в результате которого
достигается изменение кривизны поверхности плоских листовых и прямолинейных профильных заготовок .
Для гибки используют штампы с жесткой матрицей и пуансоном
(рис. 13,а) или эластичной матрицей и жестким пуансоном (рис. 13,б).
При гибке в жестком штампе матрица и пуансон имеют форму заготовки, которую она должна приобрести после гибки. В штампе с эластичной (полиуритановой или резиновой ) матрицей форму, которую необходимо придать заготовке имеет только пуансон.
а)
3
2
б)
1
3
2
1
Рис. 13
Технологичность деталей, получаемых гибкой
Радиус гибки изготавливаемых деталей должен соответствовать
свойствам материала и направлениям ориентации микроструктуры зерен материала. Наихудшие условия гибки возникают при параллельности линии сгиба направлению деформации зерен исходного материала
(направлению волокнистости микроструктуры материала). В этом случае минимальный радиус гибки составляет ( в долях толщины материала):
все сорта алюминия – 1,0;
алюминиевые сплавы (АМЦ, Д12, АМГ2, АМГ5, АВ, Д1А, Д16А,
Д16Б) – 2,4;
34
медь всех марок – 2,2;
латуни (Л63, Л68, Л80, Л85, Л90, ЛС59-1, Лмц58-2) – 1,3;
бронзы (БрКМц-3-1, БрОЦС-4-4-2,5, БрОФ6,5-0,25, БрОЦ4-3, БрАМц9-2, БрБ, БрА7, БрБНТ1,7, БрБНТ1,9) – 2,1;
стали (08кп, 08, Ст1кп, 08пс, 10кп, Ст2кп, Ст1пс, Ст1сп) – 1,0;
стали (15, 15кп, 15пс, Ст2пс, Ст2сп, 20кп, 20пс, 20, Ст3кп, Ст3пс,
Ст3сп) – 1,2;
стали (25, 25пс, 30, Ст4пс, Ст4сп) – 1,3;
стали (35, 40, Ст5пс, Ст5сп, 45, 50, Ст6сп, Ст6пс) – 1,8;
стали (55, 60, У7А, У8А, 60Г, 65Г) – 2,1;
стали (08Х18Н10Т, 10Х23Н18) – 4,2;
сталь 30ХГСА – 4,5.
Минимальная величина отгибаемых полочек для штампов с жесткой матрицей составляет – 2s, а для штампов с эластичной матрицей –
6–12s, где s – толщина листа исходной заготовки. Более короткую полочку получают последующей обрезкой.
Предельные отклонения размеров гнутых деталей (рис. 14) должны
соответствовать приведенным в табл. 7.
Таблица 7
Предельные отклонения размеров, выполняемых гибкой
Толщина материала, мм
До 1
1–1,5
1,5–2,0
2–3
l
Предельные отклонения размеров элементов детали
А
Н
l
Н7–Н11
Н11–Н13
Н11–Н13
Н13–Н14
Н11–Н13
Н11–Н13
Н13–Н14
Н14–Н15
h12–h14
h14–h15
h15–h16
–
s
а)
б)
A
r
Рис. 14
e
e
H
s
Рис. 15
35
При гибке деталей типа прямоугольных коробок в прямоугольной
высечке должна быть удалена вершина угла на расстояние, равное r + 1,5s = e (рис. 15).
Механическая доработка краев детали обязательна, так как при гибке
сечение заготовки сильно искажается.
Вытяжка – это процесс формообразования полых деталей коробчатой,цилиндрической и других форм из плоских листовых заготовок.
По характеру протекания процесса различают два способа вытяжки (рис. 16): без утонения стенок (рис. 16,а) и с утонением стенок (рис. 16,б).
a)
1
2
б)
3
3
4
1
4
Рис. 16
В первом случае зазор между пуасоном и матрицей делают равным
толщине листа заготовки. По мере движения пуансона заготовка втягивается в матрицу, увеличивается длина цилиндрической части и уменьшается диаметр плоского фланца заготовки. При втягивании заготовки
в матрицу возможно складкообразование материала. Для его предотвращения применяют прижим. Операция характеризуется коэффициентом вытяжки m = d/Dз, где Dз – диаметр заготовки, d – диаметр формируемой цилиндрической части.
При вытяжке с утонением стенок зазор между пуансоном и матрицей делается меньше толщины материала. В результате формуется изделие с толщиной дна, равной толщине листовой заготовки и более тонкими стенками. Операция характеризуется коэффициентом утонения
m=S/So, где So – толщина листовой заготовки, S – толщина стенки изделия .
Коэффициенты вытяжки и утонения зависят от механических свойств
материала, толщины листа, размеров и формы изделия и т. д. Их оптимальные значения устанавливаются практикой.
36
Технологичность деталей, получаемых вытяжкой
Основное требование к конструкции детали – наличие плавных сопряжений между стенками, а также между стенками и дном детали:
если s < 6 мм, то для цилиндров rn = 2–3s, rm = 2s, а для коробчатой
формы ry = 3s (рис. 17).
Прижим
а)
б)
s
Фланец (деталь)
rn
s
ry
Дно
rm
Рис. 17
При наличии отверстий на фланце детали их края не должны выходить на криволинейную поверхность фланца. Те же соображения
справедливы для отверстий, расположенных на дне детали. Чтобы
после обрезки торец детали оказался цилиндрическим, необходимо
предусматривать специальный поясок шириной 0,5 мм выше криволинейной поверхности фланца.
Предельные отклонения размеров деталей, изготавливаемых вытяжкой, сведены в табл. 8.
Таблица 8
Допустимые отклонения диаметра цилиндрических деталей или
ширины и длины деталей коробчатой формы
в зависимости от толщины заготовки
S, мм
?, мм
S, мм
?, мм
S, мм
?, мм
До 0,5
0,5–0,6
0,6–0,8
0,8–1,0
0,12 / –
0,15 / 0,2
0,2 / 0,25
0,25 / 0,3
1,0–1,2
1,2–1,5
1,5–2,0
2,0–2,5
0,3 / 0,35
0,35 / 0,4
0,4 / 0.5
0,45 / 0,6
2,5–3,0
3,0–4,0
4,0–5,0
5,0–6,0
0,5 / 0,7
0,6 / 0,7
0,6 / 0,8
0,8 / 1,0
Примечание: в числителе погрешность для размера менее 50 мм, в
знаменателе – для размера 50–100 мм.
37
Вырубка и пробивка относятся к раздельным операциям, выполняемым в штампах. Разделение материала осуществляется острыми кромками пуансона и матрицы (рис. 18). Обычно вырубку осуществляют
без прижима заготовки, прижим используют при чистой вырубке. Вырубку и пробивку производят в металлических и неметаллических материалах, толщиной 0,5–20 мм с поверхностью среза перпендикулярно
плоскости листа.
Объемной штамповкой называют группу технологических операций, в которых изменение формы и размеров заготовки достигается пластическим деформированием всей массы заготовки.
Процессы объемной штамповки отличаются высокими скоростями
деформирования и достаточно высокой точностью размеров и формы
изделий .
а)
1
б)
2
Z/2
1
2
3
3
Z/2
5
4
Рис. 18
Структура технологического процесса штампованных деталей включает: заготовительный этап, штамповку (формообразование), дополнительные обработки (механические, термические и т. п.).
На заготовительном этапе изготавливают плоские, объемные или
групповые заготовки.
Штамповка – формообразование детали осуществляют путем последовательно или одновременно реализуемых переходов или операций
штамповки.
Дополнительные обработки включают: механические обработки резанием для повышения точности элементов детали или отделения лиш38
него материала; термообработки (закалки, отжиг и пр.); нанесение покрытий.
Точность размеров штампованных деталей составляет 10–12 квалитет для обычных штампов; 6–9 квалитет для специальных штампов.
Следует помнить, чем тоньше лист заготовки, тем выше точность.
Погрешности наружных размеров плоских штампованных деталей в
зависимости от толщины исходного материала сведены в табл. 9, где в
числителе указаны погрешности обычных штампов, в знаменателе –
погрешности штампов повышенной точности.
Предельная производительность штамповки определяется быстродействием прессов. Для малых прессов – 1200–2000 ходов/мин, для крупных –
350 ходов/мин. При этом основными проблемами являются механизированная подача заготовок и удаление готовых изделий и отходов.
Таблица 9
Погрешности наружных размеров плоских штампованных деталей,
получаемых на вырубных штампах
Толщина материала, мм
0,2–0,5
0,5–1,0
1–2
2–4
4–6
Размеры , мм
Д о 10
10–50
0,08 / 0,025 0,1 / 0,03
0,12 / 0,03 0,16 / 0,014
0,18 / 0,04 0,22 / 0,06
0,24 / 0,06 0,28 / 0,08
0,3 / 0,1
0,35 / 0,12
50–150
150–300
0,14 / 0,05
0,22 / 0,06
0,3 / 0,08
0,4 / 0,1
0,5 / 0,15
0,2 / 0,08
0,3 / 0,1
0 , 5 / 0 , 12
0,7 / 0,15
1,0 / 0,2
При выполнении круглых отверстий с помошью пробивных штампов
погрешности диаметров и расстояний между центрами отверстий в плоских деталях сведены соответственно в табл. 10 и табл. 11.
Таблица 10
Погрешности диаметров круглых отверстий,
выполняемых на пробивных штампах
Толщина материала, мм
0,2–1
1–2
2–4
4–6
Диаметры отверстий, мм
До 10
10–50
50–150
0,05 / 0,02
0,06 / 0,03
0,08 / 0,04
0,1 / 0,06
0,08 / 0,04
0,1 / 0,06
0,12 / 0,08
0,15 / 0,01
0,12 / 0,08
0,16 / 0,1
0,2 / 0,12
0,25 / 0,15
39
Таблица 11
Погрешности расстояний между центрами отверстий
в плоских деталях выполняемых с помощью штамповки
Толщина материала, мм
До 1
1–2
2–4
4–6
Расстояние между центрами, мм
Д о 50
50–150
150–300
0,1 / 0,03
0,12 / 0,04
0,15 / 0,06
0,2 / 0,08
0,15 / 0,05
0,2 / 0,06
0,15 / 0,08
0,3 / 0,1
0,3 / 0,1
0,35 / 0,12
0,4 / 0,15
?В > 700 МПа
1,5 1,5 1,2
?В = 500–700 МПа 1,2 1,8 1,0
1,0 2,0 0,8
?В < 500 МПа
А2
Технологичность штампуемых деталей
Общие требования:
соответствие механических упругих свойств материала характеру
штампов;
минимальная толщина материала;
оптимальный раскрой заготовки;
10–12 квалитет точности размеров изготавливаемой детали;
использование групповых заготовок (листов, лент и т. д.).
Характеристики технологичности деталей, получаемых вырубкойпробивкой:
наименьшие размеры выступов или впадин плоских деталей (рис. 19) (в
долях толщины материала) в зависимости от твердости (табл. 12);
А1
А1
Таблица 12
А2
А3
Материал
А1 А2 А3
А1
Рис. 19
достижимые параметры шероховатости поверхности среза (табл. 13)
для заданной толщины материала листовой заготовки S ( при чистовой
обработке шероховатость снижается до Rz = 0,4–1,6 мкм;
Таблица 13
Шероховатость поверхности среза
40
S, мм
До 1
1–2
2–3
3–4
4–5
Rz, мкм
10–20
20–40
40–80
80–160
160–320
наименьшие радиусы сопряжений ( в долях толщины материала) внутреннего контура для угла ? ? 90о: металлы твердые – 1,0, металлы средней твердости – 0,65, металлы мягкие – 0,45; гетинакс – 1,6, текстолит
и стеклотекстолит – 1,2. Для наружного контура соответствующие радиусы на 15% меньше;
наименьшие пробиваемые отверстия ( без специальных направляющих) в долях толщины материала: сталь твердая – 1,5; сталь средней
твердости – 1,2; сталь мягкая – 1,0; латунь, медь – 0,8; алюминий, цинк
– 0,7; гетинакс – 0,6; текстолит, стеклотекстолит – 0,4;
наименьшее расстояние между пробиваемыми отверстиями и краями
отверстий и детали (в долях толщины материала) : металл с ?В ? 500 МПа – 1,6,
?В > 500 Мпа – 1,3; гетинакс – 1,5; текстолит – 1,2; стеклотекстолит – 1,5;
выбор конструкторских баз и простановку размеров следует выполнять так, чтобы максимальное число элементов детали можно было штамповать на стадии изготовления заготовки (до гибки, вытяжки и т. п.).
Выдавливание – это процесс формообразования тонкостенных полых
деталей истечением металла в зазор между пуансоном и матрицей.
Холодное выдавливание применяют при изготовлении тонкостенных
деталей коробчатой формы из металлов с хорошими пластическими
свойствами, например сплавов алюминия, меди и ее сплавов, никеля и
его сплавов, сплавов железа и стали. В отличие от вытяжки в качестве
заготовок для операции выдавливания используют толстые плоские пластины (рис. 20). В зависимости от направления истечения деформируемого металла относительно движения пуансона, различают три способа холодного выдавливания: прямой (рис. 20,а), обратный (рис. 20,б) и
комбинированный. При прямом выдавливании истечение металла осу-
а)
б)
Рис. 20
41
ществляется в направлении матрицы, при обратном – в направлении
пуансона; при комбинированном – в обоих направлениях. Допустимая
деформация металла зависит от его механических свойств, направления истечения.
Осадка выполняется штампами с плоскими или плоскими кольцевыми пуансоном и матрицей. В результате пластической деформации
уменьшается высота и увеличивается диаметр заготовки.
2.4. Изготовление деталей методами
порошковой металлургии
Порошковая металлургия – процесс изготовления изделий из порошков металлов, их окислов и смесей металлических и диэлектрических порошков. Методы технологии порошковой металлургии отличаются высокой экономической эффективностью благодаря практически
безотходному производству, высокой производительности, легкости автоматизации. Получаемые детали по механическим свойствам не уступают отливкам, а в некоторых случаях и превосходят их. В отдельных случаях эти методы являются единственно возможными (например, при использовании композиций материалов, которые не способны
оплавляться).
Методы порошковой металлургии применяются в производстве деталей ЭА для изготовления магнитопроводов, электрических деталей и
т. д. В качестве материала применяются порошки: серебро-вольфрам
(СВ-50, СВ-30), медь-вольфрам (МВ-20, МВ-60), серебро окись кадмия – для изготовления электрических контактов, железо (АПМЖ)
железо пропитанное латунью (АЖМЛ-20) и медью (АЖМ-20), латунь (ЛС59-1), хромистая сталь – в качестве конструкционных материалов; ферритовые материалы: железо-никель, альни, альнико – для изготовления магнитопроводов; твердые сплавы титана, вольфрама, кобальта и другие материалы.
Основным содержанием технологии порошковой металлургии являются процессы изготовления шихты, формообразования изделий, спекания и калибрования.
Технологический процесс приготовления шихты (исходной порошковой массы) заключается в получении порошка, отжиге, просеивании и
смешивании. Для получения порошка используют механические и физико-механические методы. К механическим относят следующие ме42
тоды: измельчение компактных металлов в шаровых или вихревых мельницах; распыление струи расплавленного металла газом или водой; сливание струи расплавленного металла в воду. Метод распыления применяют для образования порошков металлов с температурой плавления
до 1600 оС (Al, Pb, Zn, Fe и т. д. ). К физико-механическим относятся
методы восстановления из окислов металлов (W, Mo, Fe) газообразными восстановителями; электролиза с механическим снятием осевшего
на катоде металла и термической диссоциации карбонилов. Выбор способа формообразования зависит от вида заготовки детали и отражается на ее физических свойствах (табл. 14).
Таблица 14
Способы формообразования изделий
на основе порошковой металлургии
Способ
Изделие
Характеристика
одностороннее
Плоские (шестерни, кулачки,
контакты), цилиндрические
и призматические втулки
Неравномерная плотность заготовки по
высоте
двустороннее
С отношением высоты к ширине 1/3 и более
несколькими
пуансонами
С неравномерной толщиной
стенок в направлении прессования
гидростатическое
Простой формы, крупногабаритные
Прессование
Равномерная плотность заготовки
Прокатка
Сплошная лента или лист
Плотность заготовки
60–90 % плотности
компактного металла
Литье в пористые
формы
Пористые детали сложной
формы
Низкая плотность
Выдавливание
Постоянного профиля
(прутки, трубки)
43
Прессование осуществляют на гидравлических или кривошипных
прессах с прессующим и выталкивающим плунжерами. Физическая
сущность прессования порошка заключается в пластической деформации частиц, приводящей к холодной сварке их между собой.
Спекание представляет собой процесс термической обработки сформированных из шихты заготовок, который проводится с целью механического упрочнения. Механизм спекания обусловлен диффузией, миграцией вакансий, дислокацией пар из глубины массы к поверхности.
После операции прессования и спекания заготовки имеют 4–5-й классы точности размеров. Для повышения точности применяется операция калибровки, заключающаяся в классическом деформировании всей
массы заготовки способом осадки. Калибрование производят в штампах с применением прессов.
2.5. Электрофизические и электрохимические
методы обработки материалов
Электрохимическая размерная обработка заключается в удаления припуска с обрабатываемой поверхности на основе явления электролиза путем локального растворения металла (рис. 21). Продукты анодного растворения, образующиеся при электролизе, удаляются из рабочей зоны потоком электролита, прокачиваемого с высокой скоростью
(до 50 м/с) через межэлектродный зазор (0,02–0,5 мм).
К особенностям процесса относится отсутствие дефектного слоя на
обрабатываемой поверхности. В качестве электролита используются
водные растворы неорганических солей (NaCl, NaNO3), кислот и щелочей. Электрохимической обработке подвергают изделия из стали и ее
а)
1
+
б)
2
3
4
1
2
3
Рис. 21
44
+
сплавов, алюминия и его сплавов, титановых сплавов, молибдена, вольфрама, тантала и др. Электрод-инструмент изготавливают из металлов
с хорошей электропроводностью и высокой коррозийной стойкостью. Для
лучшей локализации процесса нерабочие участки электрода-инструмента изолируют.
В основе электроэрозионной обработки (рис. 22) лежат явления
электрической эрозии, состоящие в направленном разрушении (образовании лунки) одного из разрывных контактов при замыкании электрической цепи. Эта обработка применяется для изготовления деталей из
токопроводящих материалов сложной формы, особенно в опытном и
мелкосерийном производстве. Различают электроискровый и электроимпульсный способы обработки.
1
2
3
C
A
V
R
+
Рис. 22
При электроискровой обработке (см. рис. 22) в емкостном контуре накапливается энергия, которая затем выделяется в виде искрового
разряда в зазоре между электродами.
Величина зазора автоматически поддерживается такой, чтобы периодически осуществлялся разряд емкостного контура. Основная часть
энергии в зазоре выделяется в виде тепла, которое расплавляет и испаряет материал анода. Одновременно в диэлектрической жидкости, окружающей электроды, образуются ударные волны, механически способствующие разрушению поверхностного слоя.
Электроимпульсный метод отличается использованием генераторов импульсного тока постоянной частоты, длительности и амплитуды,
не зависящих от процессов, происходящих в разрядном промежутке.
Обработку деталей электроискровым методом ведут на специальных станках со специальным инструментом (проволочным катодом
диаметром 0,005–0,3 мм). Катод обычно изготавливают из вольфрама,
меди или латуни. На электроискровых станках выполняют следующие
45
виды обработки: прошивку отверстий и несквозных полостей, вырезку
изделий со сложным контуром, гравирование, изготовление сеток, масок и трафаретов для напыления микросхем.
Ультразвуковые методы обработки материалов основываются на
упругих колебаниях инструмента при воздействии на обрабатываемую
поверхность. В технологических операциях применяются упругие колебания инструментов с частотой 104–1010Гц. К параметрам, характеризующим колебания инструмента, относятся звуковое давление и плотность энергии звуковой волны, зависящие от частоты колебаний, амплитуды колебаний, плотности материала инструмента и скорости распространения продольных волн.
Физическая сущность процесса обработки упругими колебаниями
инструмента состоит в резании материала заготовки абразивными зернами, подаваемыми в зону обработки в виде суспензии. В технологическом оборудовании для ультразвуковой обработки (рис. 23) упругие
колебания передаются инструменту действием переменного магнитного поля на сердечник из магнитострикционного материала.
1
7
G
2
7
5
4
6
3
Рис. 23
При прохождении тока в обмотке сердечника образуется переменное магнитное поле, под действием которого сердечник удлиняется (эффект магнитострикции).
Для повышения амплитуды упругих колебаний инструмента применяют концентратор (конусообразный стержень) широким концом соеди46
ненный с сердечником, а узким – с инструментом. Частоту колебаний
согласуют с размерами сердечниками и концентратора. Упругие колебания передаются зернам абразива, которые взаимодействуя с материалом изделия, вызывают разрушение его поверхности.
Ультразвуковой метод применяют для следующих видов обработки
изделий из твердых и хрупких материалов: прошивания отверстий с точностью размеров не выше 2-го класса, прорезки открытых и закрытых
сквозных или несквозных прорезей.
Обработка лучом лазера. Лазером называют квантовые генераторы света, принцип действия которых основан на усилении светового потока, проходящего через газообразное или твердотельное вещество в
результате взаимодействия с атомами или молекулами вещества.
В зависимости от характера излучения выделяют лазеры с импульсным и непрерывным излучением. Лазеры являются источниками узконаправленного монохроматического когерентного излучения электромагнитных волн оптического диапазона (0,4–0,8 мкм).
При мощности 10–106 Вт плотность мощности в луче диаметром
1–100 мкм достигает 109–1029 Вт/см2 . Обработка материала ведется
за счет его испарения под действием энергии лазерного луча. Лазерное
излучение применяют в технологии производства ЭА для прошивки отверстий, резки материала, сварки.
Электронно-лучевая обработка изделий основывается на использовании кинетической энергии остросфокусированного пучка электронов. Плотность мощности, выделяемой электронным лучом при взаимодействии с материалом, достигает 109 Вт/см 2. Такая плотность энергии позволяет, например, нагреть слой вольфрама толщиной 8 мкм до
4000 К, при этом на расстоянии 1 мкм от места взаимодействия электронного пучка с материалом скорость электронов составляет 2/3 скорости света (при ускоряющей разности напряжений 150 кВ).
Электроны поглощаются слоем материала до 100 мкм. Происходит
превращение кинетической энергии электронов в тепловую и испарение
материала. Электронно-лучевой метод используется для изделий размерной прецизионной обработки из любых материалов, а также для
сварки.
Рекомендуется для прошивания отверстий диаметром более 5 мкм,
для прямолинейного и контурного фрезерования пазов и щелей шириной
более 5 мкм. Средняя точность обработки соответствует 3-му классу.
47
Погрешность размеров при контурной обработке не менее 5 мкм,
шероховатость составляет Ra= 0,16 мкм. Получение отверстий и пазов
меньшего размера этим методом невозможно ввиду аберрации электронного луча.
2.6. Технология производства печатных плат
Печатные платы представляют собой коммутационные детали из
листового изоляционного материала, на поверхности которого формируется совокупность проводников, образующих печатный монтаж схемы.
Изоляционное основание платы выполняется из гетинакса, текстолита
или стеклотекстолита, обладающих хорошими диэлектрическими и механическими свойствами. Наибольшее распространение получили фольгированные медью гетинаксы и текстолиты.
Печатные проводники представляют собой участки токопроводящего
покрытия, нанесенного на изоляционное основание и выполняются в большинстве случаев из меди. По конструкции печатные платы разделяют
на односторонние, двусторонние и многослойные.
О д н о с т о р о н н и е печатные платы имеют один изоляционный
слой, на одной стороне которого формируются печатные проводники.
Если печатные проводники расположены на обеих сторонах изоляционного о??нования, то такая плата называется д в у с т о р о н н е й.
Многослойная печатная плата состоит из нескольких печатных слоев с печатным монтажем, изолированных склеивающими прокладками.
Процесс изготовления печатной платы состоит из двух основных
операций:
создание защитного слоя, соответствующего изображению печатных проводников на фольгированном диэлектрическом основании (копированием изображения с негатива на светочувствительный слой – фоторезист или печатанием изображения защитной краской через сетчатый трафарет или с помощью офсетной формы);
создание токопроводящего слоя на изоляционном основании.
Широкое распространение получили три метода создания токопроводящего слоя: химический, электрохимический и комбинированный.
Химическим методом изготавливают печатные платы путем травления фольгированного диэлектрика. Последовательность основных
операций изготовления печатных плат показана на рис. 24.
48
В основу этого метода положено нанесение на медную фольгу позитивного рисунка печатных проводников из защитного слоя с последующим травлением незащищенной фольги травящими растворами. Для
получения рисунка схемы фотохимическим способом экспонирование
фоторезиста производят через фотошаблон-негатив. В массовом производстве печатных плат защитный слой создают сеткографическим
способом.
1
2
3
4
Рис. 24
В отличии от химического метода, вместо избирательного химического травления пробельных мест рисунка из сплошного слоя фольги,
электрохимическим методом (рис. 25) наносят металлический рисунок печатной платы на нефольгированное изоляционное основание.
Наиболее широкое распространение получило электролитическое
осаждение меди на химически осажденный подслой. Перед химическим меднением заготовку печатной платы с просверленными отвестиями подвергают абразивной обработке для повышения адгезии диэлектрика и осаждаемого слоя. Затем производят сенсибилизацию в растворе двухлористого олова и активизацию в растворе хлористого палладия,
после чего осуществляют химическое меднение всей поверхности печатной платы, включая отверстия, в растворе солей меди. Проводящий
подслой служит также проводником при последующем гальваническом
наращивании.
После этого на плату наносят защитное покрытие в места будущих
электроизоляционных зазоров (негатив рисунка) и производят электролитическое осаждение меди на места печатных проводников до толщины 50–70 мкм. При этом металлизируются и внутренние полости отверстий. После удаления защитного покрытия обнаженное под ним хими49
1
5
2
6
3
4
7
Рис. 25
чески осажденное тонкое (0,5–1 мкм) покрытие стравливают, полностью изолируя печатные проводники.
Комбинированный метод основан на комбинации представленных
выше технологических процессов, когда печатные платы изготавливаются из фольгированных диэлектриков вытравливанием рисунка химическим методом с металлизацией отверстий электрохимическим методом. Комбинированный метод имеет две разновидности выполнения
рисунка защитного слоя: негативный и позитивный. Если электрохимической металлизации отверстий предшествует химическое вытравливание печатных проводников, процесс называют негативным, так как
для этого, как правило, используют негативное изображение фотошаблона. Если же защитное покрытие печатного рисунка создают защитным металлом, после электрохимической металлизации отверстий, процесс называют позитивным, так как в качестве фотошаблона используют позитивное изображение печатных проводников.
Положение, форма и диаметры отверстий в основном определяются
присоединительными размерами комплектуемых деталей, устанавливаемых на печатных платах. Рекомендуемые размеры и параметры
отверстий приведены в табл. 15.
50
Выбор материала для изготовления печатной платы производится на
основе тщательного рассмотрения его механических и физических свойств
с учетом воздействия окружающей среды. Наиболее распространенные
материалы для печатных плат и их свойства приведены в табл. 16.
Таблица 15
Рекомендуемые размеры и параметры отверстий
Диаметр Диаметр Диаметр Диаметр Диаметр Диаметр Диаметр Диаметр
вывода отверстий зенковок контакт- вывода отверстий зенковок контактэлемента, в плате,
с двух- ной пло- элемента, в плате,
с двух ной пломм
мм
сторон,
щадки,
мм
мм
сторон, щадки,
мм
мм
мм
мм
0,5–0,6
0,7–0,8
0,9–1,0
1,2–1,3
0,8
1, 0
1, 3
1,5
1,1x70o
1,5x70o
1,8x70o
2,0x70o
2,2
2,5
3,0
3,5
1,3–1,5
1,8–2,0
2,0–2,2
2,4–2,6
1,8
2,2
2,5
2,8
2,2x70o
2,8x70o
3,0x70o
3,2x70o
Материалы для изготовления печатных плат
Плотность Вла- Удельное электtg?
?
без фоль- гопог- рическое сопроМарка
при при
лощеги
тивление
материала
f=1 f=1
ние,
?·10–3,
МГц МГц
,
О
м
·
м
?
,
О
м
?
кг / м 3
%
v
s
4,0
5,0
5,5
6,0
Таблица 16
Назначение
ГФ- 1- II
ГФ- 2- II
1,3–1,4
2,9
4,2·1011 6,5·1012 5,3 0,034 Бытовая РЭА
СФ- 1
СФ- 2
1,6–1,85
0,3
1,5·1012 3·1014
ФДМ- 1
ФДМ- 2
1,55–1,8
1,5
9·1011
1014
ФДМЭ- 1 1,55–1,8
ФДМЭ- 2
1,8
8·1012
3·1014
4,0
ФГ- 1
ФГ- 2
0,5
2·1012
2·1013
4,0 0,031 Однослойные и
многослойные гибкие печатные платы
1,23–2,0
5,2
0,02 Платы с повышенной влагоустойчивостью, теплостойкостью и стабильными диэлектрическими свойствами
4,7 0,024 Для многослойных
печатных плат
0,02 Для многослойных
печатных плат
51
3. ВИДЫ И СПОСОБЫ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
НА ДЕТАЛИ ЭА
3.1. Назначение и физико-химические
свойства покрытий
Покрытие – это слой одного или несколько слоев разных материалов, последовательно нанесенных на поверхность детали, для придания
поверхностному слою свойств, отличных от свойств основного материала, например электропроводности, электроизоляционных свойств, твердости, паяемости, износоустойчивости, антикоррозийных свойств, декоративности и т. д.
Покрытия наносят на металлы, керамику, пластмассы толщиной от
десятых долей до сотен микрометров. Выбор покрытия и его толщина
определяется материалом и назначением детали, особенностями технологии ее изготовления и условиями эксплуатации.
По своему назначению покрытия делятся на защитные, защитно-декоративные и специальные.
З а щ и т н ы е покрытия служат для защиты металлов от коррозии
(кадмиевые, цинковые, оловянные и оксидные покрытия). Металлическим деталям свойственна атмосферная коррозия под тонкой пленкой влаги
в присутствии кислорода, солей, щелочей и кислот. Степень коррозии
для наиболее распространенных металлов приведена в табл. 17, где 0 –
материал стоек в данной среде; 1 – медленно корродирует; 2 – корродирует; 3 – разрушается.
В табл. 17 выделены металлы, используемые в качестве покрытий.
Металлические покрытия могут быть анодными по отношению к
защищаемому металлу, при этом электродный потенциал покрытия
(табл. 18) является более отрицательным по сравнению с электродным
потенциалом защищаемого материала и, следовательно, при нарушении
покрытия оно должно разрушаться в первую очередь.
При катодном покрытии, наоборот электродный потенциал покрытия
является положительным по отношению к электродному потенциалу
защищаемого материала, и при его нарушении разрушениям в первую
очередь будет подвергаться защищаемый материал.
Металлические покрытия получают, главным образом, гальваническим путем из-за большой производительности и точности толщины пленки.
52
Таблица 17
Степень коррозии металлов в среде различных внешних воздействий
Металл
Влажный воздух без солей
Морская
вода
NaOH
H2SO4
HCl
HNO3
Cталь углеродистая
Сталь нержавеющая
Алюминий
Бронза оловянистая
Хром
Никель
Кадмий
Цинк
Медь
Латунь
Свинец
О л ов о
Серебро
Золото
Платина
2
0
1
1
0
0
0
0
2
2
0
0
0
0
0
2
0
2
1
0
0
0
2
2
2
1
0
0
0
0
0
0
3
2
0
0
2
3
1
2
3
3
0
0
0
3
2
3
3
1
3
3
3
3
3
1
3
1
0
0
3
2
3
3
3
3
3
3
3
3
2
3
1
0
0
3
2
1
3
0
3
3
3
3
3
3
3
3
0
0
Электродные потенциалы металлов
Металл
Таблица 18
Электродный потенциал
Металл
Электродный потенциал
Магний
–1,55
Свинец
–0,13
Алюминий
–1,30
Водород
0,00
Марганец
–1,10
Сурьма
0 , 10
Цинк
–0,76
Висмут
0,20
Хром
–0,56
Мышьяк
0,30
Железо
–0,44
Медь
0,34
Кадмий
–0 , 4 0
Родий
0,68
Кобальт
–0,26
Серебро
0,81
Никель
–0,25
Ртуть
0,86
О л ов о
–0,14
Золото
1, 5 0
53
Пористость анодных покрытий значительно меньше по сравнению с
катодными.
С другой стороны, контактная разность потенциалов покрытий и материалов определяет их совместимость. Характер взаимодействия различных сочетаний металлов в жестких условиях приведен в табл. 19.
Условные обозначения в табл. 19: 0 – коррозия отсутствует, 1 – коррозия слабая, 2 – значительная коррозия.
З а щ и т н о-д е к о р а т и в н ы е покрытия используются для
придания деталям декоративного вида с одновременной защитой от коррозии (медь-никель-хром, никель-хром, никель, золото, серебро и др.).
С п е ц и а л ь н ы е покрытия служат для придания деталям определенных (новых) физических свойств: твердости, отражательной способности,
паяемости, электропроводности с одновременной защитой от коррозии.
Таблица 19
Коррозийностойкость различных сочетаний металов
Номер
металла
Металл
Номер металла
1 2 3 4
5 6 7
8
9 10 11 12 13 14 15
1
Ag
Х 0 0 0 0 1 1 0 0 2
2
2
2
2
2
2
Au, Pt, Pd
0 Х 0 0 0 1 1 0 0 2
2
2
2
2
2
1 2
2
2
2
2
3
Сталь нержавеющая 0 0 Х 0 0 0 0 0 0
4
Cr
0 0 0 Х 1 0 1 0 0 2
2
2
2
2
2
5
Cu и сплавы
0 0 0 1 Х 0 1 0 1 2
2
2
2
2
2
6
Ni
1 1 0 0 0 Х 0 0 0 2
2
1 2
2
2
7
Sn, Sn- Pb
1 1 0 1 1 0 Х 0 1 2
1 0
1
1
2
8
Ti
0 0 0 0 0 0 0 Х 0 2
2
1 2
2
2
9
Сталь хромистая
0 0 0 0 1 0 1 0 Х 2
2
2
2
2
2
1 2
2
2
2
1 Х 0
1
1
2
10
Сталь углеродистая 2 2 1 2 2 2 2 2 2 Х
11
Cd
12
Оксид Al
2 2 2 2 2 1 0 1 2 2
0 Х 0
0
1
13
Al
2 2 2 2 2 2 1 2 2 2
1 0 Х
1
2
14
Zn
2 2 2 2 2 2 1 2 2 2
1 0
1 Х
1
15
Mg
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
2
54
2 2 2 2 2 2 1 2 2
1 2
1 Х
3.2. Выбор покрытий в зависимости
от условий эксплуатации
Выбор покрытия и его толщина определяются материалом и назначением детали, особенностями технологии ее изготовления и условиями эксплуатации. Согласно ГОСТ 15150-69 группы условий эксплуатации определяются в зависимости от климатического исполнения и категории размещения изделия.
Климатические исполнения для суши, рек, и озер:
У – для умеренного климата;
УХЛ – для умеренного и холодного климата;
ТВ – для влажного тропического климата;
ТС – для сухого тропического климата;
Т – для сухого и влажного тропического климата;
О – общеклиматическое исполнение для суши, кроме районов с очень
холодным климатом.
Климатические исполнения для морских условий:
М – для умеренно холодного морского климата;
ТМ – для тропического морского климата;
ОМ – для умеренно холодного и тропического морского климата;
В – всеклиматическое исполнение для суши и моря, кроме района с
очень холодным климатом.
Укрупненные категории размещения объектов:
1 – эксплуатация на открытом воздухе в соответствии с климатикой;
2 – эксплуатация под навесом или в помещениях со свободным доступом наружного воздуха (палатка, кузов, прицеп, металлическое помещение без теплоизоляции, а также в оболочке изделия категории 1);
3 – эксплуатация в закрытых помещениях с естественной вентилляцией без искусственного регулирования климатических условий (кирпичные, бетонные и деревянные помещения);
4 – эксплуатация в помещениях с регулируемыми климатическими
условиями (производственные, подземные и т.п.);
5 – эксплуатация в помещениях с повышенной влажностью (шахтах,
подвалах, в почве, трюмах, где возможна конденсация влаги на стенах и
потолке).
Дополнительные категории размещений:
1.1. Хранение в процессе эксплуатации в помещениях категории 4 и
работы как в условиях категории 4, так и (кратковременно) в условиях
категории 1;
55
2.1. Эксплуатация в качестве встроенных элементов внутри изделий
категорий 1, 1.1, 2, конструкция которых исключает возможность конденсации влаги на встроенных элементах;
3.1. Эксплуатация в нерегулярно отапливаемых помещениях;
4.1. Эксплуатация в помещениях с кондиционированием;
4.2. Эксплуатация в лабораторных, капитальных и жилых помещениях;
5.1. Эксплуатация в качестве встроенных элементов изделий категории 5, исключающая возможность конденсации влаги на элементах.
Для объективного выбора материалов покрытий в зависимости от
условий эксплуатации вводятся группы условий эксплуатации, представленные в табл. 20.
Таблица 20
Группы условий эксплуатации
Группы условий эксплуатации
Климатические
исполнения изделий
Категории размещения изделий
Группы условий
эксплуатации по
ГОСТ 15150
1
Все исполнения
У, УХЛ, ТС
4.1
2.1, 3*, 3.1, 4
Легкие
2
ТВ, ТМ, М, ОМ, О, В
Т, ТВ
Т
СТ, ТВ, О
4
3*, 3.1
1*, 1.1, 2, 3
2.1
3
У, УХЛ
ТС
1**, 2, 3
1
4
Т, ТВ, М, ТМ, ОМ, О, В
1. 1
5
Т, ТВ, О
ТВ, Т
У, УХЛ
1**, 2
3
1
6
М, ТМ, ОМ, В
1***, 2***, 2,1, 3
О, Т, ТВ
1
М, ТМ, ОМ, В
1, 2
7
8
56
Средние
Жесткие
Особо жесткие
Примечания: * – только для деталей, размещенных в оболочках с
искусственной вентиляцией; ** – только для деталей, размещенных в
оболочках с естественной и искусственной вентиляцией, и для деталей,
предназначенных для эксплуатации в условно чистой атмосфере; *** –
только для деталей, защищенных от попадания брызг морской влаги.
3.3. Классификация и условные
обозначения покрытий
Классификация покрытий по способу нанесения включает: анодное
оксидирование – Ан.; покрытия, окрашивающиеся в процессе анодного
окисления металла и его сплавов – Аноцвет; покрытия химическим способом – Хим.; горячим способом – Гор.; диффузионным способом –
Диф.; металлизацией – Мет.; конденсационным (вакуумным) способом
– Кон.; контактным способом – Кт.; вжиганием – Вж.; катодным распылением – Кр.; эмалированием – Эм.; плакированием – Пк.
Неметаллические неорганические покрытия: оксидное – Окс.; хроматное – Хр.; фосфатное – Фос.
Специальные свойства покрытий включают: твердое – тв.; износостойкое – изн.; электроизоляционное – эиз.; шероховатое – шр.; электропроводное – э.; светостойкое – сс.; пористое – пор.; микропористое –
мр.; микротрещиноватое – мт.
Специальные свойства декоративных покрытий: зеркальное – зк.;
блестящее – б.; блестящее из электролита с блесткообразователем –
бо.; полублестящее – пб.; матовое – м.; гладкое – гл.; слегка шероховатое – сш.; шероховатое – ш.; весьма шероховатое – вш.; рельефный
рисунок – рсч.; кристаллическое – кр.; слоистое – сл.
По ГОСТ 2789-73 степень шероховатости покрытий определяется
Ra, мкм: для гладких покрытий – не менее 0,63; для слегка шероховатых –
0,63–2,5; для весьма шероховатых – более 20.
Классификация цветных покрытий включает:
хроматирование (Хр.): радужный, желтый, бесцветный, голубой, хаки,
зеленый, черный, серый разных оттенков;
тонирование (Тн): хроматический яркий;
химическое или электрохимическое окрашивание (Хим.окр или Элх.окр):
черный, коричневый, красный, зеленый различных оттенков;
анодное окисление трех разновидностей: 1) Аноцвет – черный, коричневый, зеленый разных оттенков, голубой; 2) наполнение органичес57
кими красителями (цвет красителя): непрозрачный, молочный, хроматический яркий; 3) эматалирование (ЭМТ): молочный непрозрачный эмалевый вид, легко окрашиваются органическими красителями.
Для обозначения покрытий и способа их нанесения принята буквенно-цифровая система:
для металлических покрытий буквы указывают металл покрытия,
цифра после буквы его толщину в микрометрах (мкм) и буквы в конце
определяют его характеристики или характер дополнительной обработки. Цвет покрытия записывается в конце обозначения полностью, исключая черный (ч). Примеры записи покрытий : Хим. Н6; Х.мол.9 ч;
М60-С(60)3; Аноцвет зеленый; Кд. 15.хр.; Диф.Ц и т. д.;
для лакокрасочных покрытий (лкп) указывают вид покрытия, тип
красителя, цвет и нормативную документацию, например: Эмаль.АС182, голубая. ГОСТ 19024 – 73.
3.4. Характеристики и основные свойства покрытий
Металлические покрытия
Цинковое покрытие (серебристо-белое) имеет среднюю твердость,
выдерживает гибку и развальцовку, сохраняется при свинчивании. Оно
непригодно для деталей, работающих на трение, плохо выдерживает
запрессовку и термообработку, пайку и сварку. На воздухе покрывается белым налетом окиси цинка, неухудшающим свойства покрытия.
Более надежно цинковое покрытие с хроматированием (цвет радужный
с зеленоватым,желтым или золотистым оттенками). Предельная рабочая температура Тпред = 250 о С.
Кадимиевое покрытие (серебристо-белое) применяется для морских условий, обладает высокой эластичностью, выдерживает пайку и
сварку, хорошо сохраняется в резьбовых соединениях. Эти покрытия
применяют для деталей из стали, меди и ее сплавов, требующих плотной сборки (притираемости) с одновременной защитой от коррозии; они
более дорогостоящи. Кадмиевые покрытия нельзя применять для среды с сернистыми соединениями, а также в закрытых объемах с деталями, пропитанными олифой и высыхающими маслами. Кадмий токсичен!
Никелевое покрытие (серебристо-белый цвет с желтоватым оттенком) применяют для защитной и декоративной отделки деталей из стали, меди и алюминия, а также контактных пружин и токопроводящих
58
деталей из меди и медных сплавов. Эти покрытия выдерживают гибку
и запрессовку, но отслаиваются при клепке и развальцовке. Легко полируются. Твердость средняя. Покрытие катодно по отношению к железу,
поэтому необходима его беспористость или применение многослойных
покрытий.
Хромовое покрытие (серебристо-белого цвета с синеватым оттенком) применяют для защитно-декоративной отделки и повышения износостойкости деталей. Покрытие не тускнеет при нагревании
до 500 оС. На воздухе хром покрывается невидимой пленкой, увеличивающей стойкость покрытия. Твердость составляет 500–1000 НВ.
Из-за пористости электролитического хрома обычно используют
многослойные покрытия. Наименьшей пористостью и максимальной
эластичностью обладает молочный хром, прочно сцепляющийся со
сталью. Детали оптических приборов покрывают износостойким черным хромом. Для коррозийной защиты обычно используют подслои
никеля и меди.
Покрытие ПОС обладает хорошим сцеплением с основным металлом, эластичностью и химической стойкостью в обычной и морской
атмосферах. Покрытие хорошо паяется, выдерживает гибку, вытяжку,
развальцовку, штамповку, свинчивание, наносится обычно по гальваническим покрытиям цинка, никеля и меди.
Покрытие белой бронзой применяют как защитно-декоративное, а
также вместо серебрения для СВЧ-трактов, хорошо паяется. Покрытие по внешнему виду похоже на серебряное, не тускнеет под действием сернистых соединений, отличается большим сопротивлением коррозии, по твердости уступает хрому, но лучше никеля. При толщине более
10 мкм поры отсутствуют.
Серебряное покрытие применяется для токонесущих контактирующих деталей, работающих при трении, для трактов СВЧ, монтажных
шин и проводов, требующих пайки. Обладает высоким коэффициентом
отражения, хорошо паяется с использованием слабоактивных флюсов и
полируется, но тускнеет под воздействием сернистых соединений (контакт с эбонитом и резиной). Для декоративной отделки покрытие оксидируют в черный цвет.
Золотое покрытие легко подвергается износу и истиранию, но устойчиво по отношению к кислотным, щелочным и сернистым соединениям.
59
Неметаллические покрытия
Фосфатирование представляет собой простой и экономичный способ защиты от коррозии черных металлов (не фосфатируются только
нержавеющие стали). Фосфатная пленка (7–50 мкм) имеет хорошую
адгезию и электроизоляционные свойства, которые улучшаются при пропитке лаками. Она является хорошим грунтом под многие лакокрасочные покрытия, устойчива к топливам, маслам, бензину, толуолу и многим газам, но нестойка в кислотах, щелочах, морской воде, сероводороде и атмосфере водяного пара. Фосфатные пленки не смачиваются расплавами олова, свинца и цинка.
Чаще всего применяют химическое фосфатирование, как наиболее
простой технологический процесс. Электрохимическое фосфатирование
используют для металлов, не взаимодействующих с ортофосфорной
кислотой. Химическое фосфатирование применяют для цинковых и кадмиевых покрытий, магния и его сплавов, алюминия и его сплавов. Для
повышения защитных свойств фосфатных пленок их обрабатывают в
растворах хрома (У1), бихроматах калия (натрия), промасливают веретенным или авиационным маслом, гидрофобизируют кремнийорганическими соединениями.
Оксидирование – получение оксидных пленок на металле. Такие
пленки имеют хорошие декоративные свойства и защищают от коррозии. Оксидирование осуществляют химическим и электрохимическим
методами. В первом случае пленка, полученная в растворе хромового
ангидрида, бесцветна и сохраняет блеск полированного алюминия. Пленка, полученная электрохимическим способом в растворе серной кислоты, имеет снежно-белый цвет, высокую твердость, износостойкость и
электроизоляционные свойства. После пассивирования в растворе хромпика приобретает лимонно-желтый цвет. Возможно окрашивание оксидированного алюминия анилиновыми красителями. Пленка прочно сцепляется с алюминием и служит хорошим грунтом для лакокрасочных
покрытий. Покрытие устойчиво при эксплуатации внутри помещений в
умеренном и тропическом климате. При эксплуатации в атмосфере при
тех же климатических условиях применяют окисное хроматированное
покрытие с лакокрасочным покрытием.
Химическое оксидирование медных сплавов применяют для декоративной отделки деталей, не имеющих паяных швов и соединений. Цвет
пленки – от темно-фиолетовой до сиреневой. Для увеличения стойкости
покрытие промасливают.
60
Химическое оксидирование стали применяют для защиты от коррозии и декоративной отделки деталей, не имеющих паяных швов. Цвет –
черный с синеватым или коричневым оттенками. Варианты: а) погружение в раствор каустической соды и натриевой селитры; б) воронение
(500 оС); в) погружение в расплав натриевой селитры; г) обдув горячим
воздухом или перегретым паром. Толщина пленки 0,6–10 мкм.
Пассивирование металлических покрытий осуществляется путем
химической или электрохимической обработки в соответствующих растворах.
Х р о м а т н о е п а с с и в и р о в а н и е ц и н к о в ы х и к а д м ие в ы х п о к р ы т и й. При химическом пассивировании образуется
хроматная пленка, состоящая в основном из гидроксохроматов хрома и
лишь частично из гидроксохроматов цинка или кадмия. Входящие в
состав пленки соединения трехвалентного хрома придают ей зеленый
цвет, а шестивалентного – желтый. При нагревании выше 70 оС выщелачивается, а защитные свойства пленки снижаются.
Существует более 20 рецептур химического пассивирования. Бесцветные пленки из разбавленных растворов имеют коррозийную стойкость в солевом тумане 12–14 часов, бесцветные пленки из концентрированных растворов хромовой кислоты – 24–48 часов.
Электрохимическое пассивирование цинковых и кадмиевых покрытий обеспечивает получение более стойких пленок по сравнению с химическим.
Х р о м а т н о е п а с с и в и р о в а н и е м е д и. Может осуществляться в 10 типовых растворах. Все пленки бесцветные. Лучшую коррозионную стойкость обеспечивает состав, содержащий 125–175 г/л хромового ангидрида + НCl и H2SO4 . Во влажной, насыщенной сероводородом атмосфере медь (латунь), защищенная такой пленкой, не имеет
следов коррозии в течение 1 года. Другое назначение хроматных пленок – защита от облуживания печатного монтажа при групповой пайке
печатных плат.
П а с с и в и р о в а н и е н и к е л я . Никель имеет склонность к
самопассивированию. Легко пассивируется уксусной, лимонной, фосфорной, щавелевой, серной и борной кислотами, разбавленными растворами ряда нейтральных солей (сульфатов). Пассивирование никеля и железа в растворах бихромата калия позволяет уменьшить пористость
покрытия.
61
Библиографический список
1. Разработка и оформление конструкторской документации РЭA:
Справочное пособие/ Э. Т. Романычева, А. К. Иванова, А. С. Куликов,
Т. П. Новикова. М.: Радио и связь, 1984. 256 с.
2. Справочник технолога-приборостроителя/ Под ред. П. В. Сыроватченко. М.: Машиностроение, 1980. Т. 1, 2. 678 с.
3. Обработка металлов резанием: Справочник технолога/ Под ред.
А. А. Панова. М.: Машиностроение, 1988. 736 с.
4. Технология металлов/ Н. П. Дубинин, П. П. Жевтунов, М. В. Сторожев, Е. А. Попов и др. М.: Машгиз, 1958. 564 с.
5. Технология деталей радиоэлектронной аппаратуры / К. Е. Ушакова, В. С. Сергеев, А. В. Ключников, В. П. Привалов. М.: Радио и связь,
1986. 256 с.
6. Головня В. Г. Технология деталей радиоаппаратуры. М.: Радио и
связь, 1983. 296 с.
7. Лопухин В. А., Шелест Д. К. Технология производства электронной аппаратуры. Проектирование и производство: Учеб. пособие /
СПбГААП. Спб., 1996. 94 с.
62
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Рекомендуемые области применения металлических покрытий
Материал
детали
Сталь
Медь и
ее сплавы
Серебро
Вид покрытия Условия
Цинковое
Толщина,
мкм
Область применения
Л
С, Ж
Л
С
Ж, ОЖ
3–6
9–12
6–9
15–18
24–30
Крепежные детали с резьбой
Кадмиевое
Л, С
Ж, ОЖ
ОЖ
6–15
9 –2 4
48–51
Защита от коррозии деталей,
работающих при трении
Медное
Л
Л, С
3–15
18–24
Улучшение пайки
Увеличение электропроводности
Хромовое
Л, С
0,5–1,5 Защитно- декоративное
Медное с оксидированием
Л, С
6
Серебрение
Л, С
Ж, ОЖ
3 –3 0
С в и н ц ов ое
ОЖ
Никелевое
Л, С
Ж, ОЖ
3–6
Трущиеся поверхности, декоративное, крепежные детали
Хромовое
Л, С
6–12
Трущиеся детали
Серебрение
Л, С
Ж, ОЖ
3 –3 0
Повышение электропроводности,
отражательной способности,
паяемости
Родиевое
Л, С
Защита от коррозии
Детали с чернением
Повышение электропроводности,
отражательной способности,
паяемости
50–200 Защита от рентгеновских лучей
0,5–1,0 Контактирующие детали точных
приборов
63
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Рекомендуемые покрытия для углеродистой стали
Металлические покрытия
Обозначение
покрытия
Ц.хр.бесцветное
Ц.хр
Ц.хр.хаки
Ц.хр.ч
Ц.хр/лкп
Ц.фос/лкп
Ц.фос/гфж
Ц.
Кд.
Кд.хр.
Н.
Хим.Н
ХимН.тв
Нд
М.Н.
М.Н.б
М.Н.ч
Х.мол
Х.мол.Х.тв
Н.б.Х**
Нд.Х**
М.Н.б.Х**
М.Н.Х**
М.Нд.Х**
Н.Х.ч***
М.О- С.опл
М.О- Ви
М.М- О
М.О- Н
Н.О
Н.О- С
Н.О- Ви
Группы условий эксплуатации
1
2
3
4
5
6
12*
15
15*
–
6
9
9
9*
9*
6
9
9
9*
15
6
15
15
15
18
–
6
6
9
9
–
6
6
9
9
–
15
–
15
–
6
9
9
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
12*
18*
9
–
18
–
–
6
–
15
–
–
15
24
24
24
24
–
–
18
–
30
6/3 18/9 18/9 18/9 18/9
6
18/12 18/12 18/12
18
3
15
15
15
–
9
18
18
18
24
6/3
9
9
9
12
9
24
24
24
35
–
21
21
21
30
9/6 24/12 24/12 24/12 24/12
6/3 15/9 15/9 21/15 21/15
–
–
–
–
24/15
3
3
–
–
–
6/3
6/3
12/3 12/3 12/3*
6
6
12/9
–
12/9*
9/6 24/9 24/9 24/9 30/12
21/9 21/9 21/9 21/9 24/12
6
12/9 12/9 12/9 15/12*
6/3 12/3 12/3 12/3 12/3*
6
12/9 12/9 12/9 15/12*
6
7
8
–
–
–
–
9
9
18
–
30
18*
–
–
24
–
18/9
18
–
24
12
35
30
24/12
21/15
24/15
–
12/3*
12/9*
30/12
24/12
15/12*
12/3*
15/12*
–
18*
18
–
9
9
18
–
30
18*
–
–
24
–
–
–
–
35
24
35
40
35/12
21/15
30/15
–
12/3*
12/9*
35/15
35/15
15/12*
12/3*
15/12*
–
–
–
–
9
9
–
–
40
18*
–
–
24
–
–
–
–
60
24
–
40
35/12
–
30/15
–
12/3*
12/9*
35/15
35/15
–
12/3*
–
* С дополнительной защитой кроме лкп; ** толщина хрома 0,5–1,0 мкм;
*** толщина хрома не нормируется.
64
Неметаллические покрытия
Хим.Окс/лкп – климатика ТС, защитные и декоративные функции;
Хим.фос.прм. – климатика У, защитные функции;
Хим.фос.хр. – климатика ТС, защитные функции.
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Рекомендуемые покрытия для меди и ее сплавов
Металлические покрытия
Обозначение
покрытия
H.
Н.б
Н.Х.б
ХимН.тв
Н.Х.ч
Х.мол
Н.Х.ч
О
О .оп л
О- С
О - С .оп л
М.М- О
О- Н
Н.О- С
Н.О- С.опл
С р*
НСр*
Зл *
Группы условий эксплуатации
1
2
3
4
5
6
7
8
6
6
6
6
6
9
3
3
3
6
3
3/6
–
3/6
3
3
(1–3)/3
0,25–2
9
9
9
9
6
18
6
6
3
9
3
3/9
–
3/6
3
3–6
3
3
9
9
9
9
9
18
6
9
3
9
3
3/9
–
3/6
3
3–6
(1–3)/3
1–2
9
9
9
9
9
18
6
9
3
9
3
3/9
–
3/6
3
6
6/3
3
15
9
12
12
9
18
–
9
3
9
3
3/12
12
3/6
3
9
6
6
15
9
15
12
9
18
–
9
3
9
3
3/12
12
3/6
3
9
6
6
15
–
15
15
15
21
–
9
3
9
3
3/12
15
3/6
3
12
6/9
6
15
–
15
15
–
–
–
–
3
9
3
3/12
15
–
3
12
6/9
6
* Минимальную величину в указанных пределах устанавливают в
зависимости от специфики изделия.
Неметаллические покрытия
Хим.фос.прм. – климатика ТВ, защитные и декоративные функции;
Хим.пас. – климатика ТМ, защитные и декоративные функции (хомутики, планки, кронштейны и т.п.);
65
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Рекомендуемые покрытия для алюминиевых сплавов
Металлические покрытия
Обозначение
покрытия
Ц.хр
Н.Кд.хр
Н.М.Кд
Н.М.Кд.хр
Хим.Н.М.Кд
Хим.Н.М.Кд.хр
Н.
Хим.Н.*
Н.М.Н.ч
Х.тв
М.Н.Х.б**
Н.М.Ср*
Хим.Н.М.Ср*
Н.О- С
Хим.Н.М.М- О
Группы условий эксплуатации
1
2
3
6
12/6
6/3/6
3/9/6
6/3/6
6/9/6
18
6
9/15/3
18
18/6
9/3/1–3
9/3/1–3
9/6
–
6
18/18
9/6/15
3/15/18
9/6/15
6/15/18
24
12–18
–
–
18/12
9/3/3–6
9/3/3–6
–
–
6
–
–
–
–
–
–
12–18
–
–
18/12
9/3/3–6
9/3/3–6
9/9
–
4
5
6
7
8
6
–
–
–
–
18/18
–
–
–
–
9/6/15
–
–
–
–
3/15/18
–
–
–
–
9/6/15
–
–
–
–
6/15/18
–
–
–
–
–
–
–
–
–
12–18
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
9/3/3–6 12/3/3–6 12/3/3–6 12/3/3–6 12/3/3–6
9/3/3–6 18/3/6–9 18/3/6–9 18/3/6–9 18/3/6–9
–
12/12
12/12 12/12 12/12
–
9/3/9
9/3/9 18/3/12 18/3/12
* Толщина слоя устанавливается в заданных пределах в зависимости от специфики изделия;** толщина слоя хрома менее 1мкм.
Неметаллические покрытия
Хим.Окс.э – климатика ТС, токопроводящее покрытие;
Хим.Окс.э/лкп – климатика ТМ, токопроводящее покрытие;
Хим.Окс.фос – климатика У, токопроводящее покрытие контактирующих поверхностей деталей ВЧ-устройств;
Хим.Окс.фос/лкп – климатика ТС, токопроводящее покрытие контактирующих поверхностей деталей ВЧ-устройств;
Ан.Окс.хр – климатика ТВ, декоративная и защитная отделка корпусов, рам, кронштейнов, шильдиков и т.д.;
Ан.Окс.(цвет) – климатика ТВ, декоративная и защитная отделка
корпусов, рам, кронштейнов, шильдиков и т.д.;
Ан.Окс.тв – климатика ТС, увеличение поверхностной твердости ВЧтрактов и т.д.;
Ан.Окс.тв/лкп – климатика ТВ, увеличение поверхностной твердости ВЧ-трактов и т.д.;
66
Ан.Окс.эиз – климатика ТС, декоративное, изоляционное покрытие;
Ан.Окс.эиз/лкп – климатика ТВ, декоративное, изоляционное покрытие.
67
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .............................................................................................................
1. Основы построения эффективных технологических процессов
изготовления деталей электронной аппаратуры .......................................
1.1. Детали – основа конструктивной базы ЭА ............................................
1.2. Основные понятия и определения технологии производства
деталей .....................................................................................................
1.3. Технологичность деталей ЭА .................................................................
1.4. Виды технологических процессов, их качество и эффективность ........
1.5. Этапы разработки ТП и технологическая документация ......................
1.6. Методы повышения производительности ТП .......................................
1.7. Экономические критерии выбора варианта ТП ....................................
1.8. Классификация технологических процессов изготовления
деталей ЭА ...............................................................................................
2. Технологические процессы изготовления деталей ЭА ..............................
2.1. Изготовление деталей методами литья ...................................................
2.2. Технологические процессы обработки
материалов резанием .............................................................................
2.3. Технологические процессы изготовления
деталей обработкой давлением ..............................................................
2.4. Изготовление деталей методами
порошковой металлургии .......................................................................
2.5. Электрофизические и электрохимические
методы обработки материалов ..............................................................
2.6. Технология производства печатных плат ...............................................
3. Виды и способы нанесения покрытий на детали ЭА .................................
3.1. Назначение и физико-химические свойства покрытий .........................
3.2. Выбор покрытий в зависимости от условий эксплуатации ..................
3.3. Классификация и условные обозначения покрытий ............................
3.4. Характеристики и основные свойства покрытий ..................................
Библиографический список .....................................................................
Приложение 1 ............................................................................................
Приложение 2 ............................................................................................
Приложение 3 ............................................................................................
Приложение 4 ............................................................................................
68
3
4
4
4
7
8
10
12
12
13
15
15
20
33
42
44
48
52
52
55
57
58
62
63
64
65
66
?зовании лунки) одного из разрывных контактов при замыкании электрической цепи. Эта обработка применяется для изготовления деталей из
токопроводящих материалов сложной формы, особенно в опытном и
мелкосерийном производстве. Различают электроискровый и электроимпульсный способы обработки.
1
2
3
C
A
V
R
+
Рис. 22
При электроискровой обработке (см. рис. 22) в емкостном контуре накапливается энергия, которая затем выделяется в виде искрового
разряда в зазоре между электродами.
Величина зазора автоматически поддерживается такой, чтобы периодически осуществлялся разряд емкостного контура. Основная часть
энергии в зазоре выделяется в виде тепла, которое расплавляет и испаряет материал анода. Одновременно в диэлектрической жидкости, окружающей электроды, образуются ударные волны, механически способствующие разрушению поверхностного слоя.
Электроимпульсный метод отличается использованием генераторов импульсного тока постоянной частоты, длительности и амплитуды,
не зависящих от процессов, происходящих в разрядном промежутке.
Обработку деталей электроискровым методом ведут на специальных станках со специальным инструментом (проволочным катодом
диаметром 0,005–0,3 мм). Катод обычно изготавливают из вольфрама,
меди или латуни. На электроискровых станках выполняют следующие
45
виды обработки: прошивку отверстий и несквозных полостей, вырезку
изделий со сложным контуром, гравирование, изготовление сеток, масок и трафаретов для напыления микросхем.
Ультразвуковые методы обработки материалов основываются на
упругих колебаниях инструмента при воздействии на обрабатываемую
поверхность. В технологических операциях применяются упругие колебания инструментов с частотой 104–1010Гц. К параметрам, характеризующим колебания инструмента, относятся звуковое давление и плотность энергии звуковой волны, зависящие от частоты колебаний, амплитуды колебаний, плотности материала инструмента и скорости распространения продольных волн.
Физическая сущность процесса обработки упругими колебаниями
инструмента состоит в резании материала заготовки абразивными зернами, подаваемыми в зону обработки в виде суспензии. В технологическом оборудовании для ультразвуковой обработки (рис. 23) упругие
колебания передаются инструменту действием переменного магнитного поля на сердечник из магнитострикционного материала.
1
7
G
2
7
5
4
6
3
Рис. 23
При прохождении тока в обмотке сердечника образуется переменное магнитное поле, под действием которого сердечник удлиняется (эффект магнитострикции).
Для повышения амплитуды упругих колебаний инструмента применяют концентратор (конусообразный стержень) широким концом соеди46
ненный с сердечником, а узким – с инструментом. Частоту колебаний
согласуют с размерами сердечниками и концентратора. Упругие колебания передаются зернам абразива, которые взаимодействуя с материалом изделия, вызывают разрушение его поверхности.
Ультразвуковой метод применяют для следующих видов обработки
изделий из твердых и хрупких материалов: прошивания отверстий с точностью размеров не выше 2-го класса, прорезки открытых и закрытых
сквозных или несквозных прорезей.
Обработка лучом лазера. Лазером называют квантовые генераторы света, принцип действия которых основан на усилении светового потока, проходящего через газообразное или твердотельное вещество в
результате взаимодействия с атомами или молекулами вещества.
В зависимости от характера излучения выделяют лазеры с импульсным и непрерывным излучением. Лазеры являются источниками узконаправленного монохроматического когерентного излучения электромагнитных волн оптического диапазона (0,4–0,8 мкм).
При мощности 10–106 Вт плотность мощности в луче диаметром
1–100 мкм достигает 109–1029 Вт/см2 . Обработка материала ведется
за счет его испарения под действием энергии лазерного луча. Лазерное
излучение применяют в технологии производства ЭА для прошивки отверстий, резки материала, сварки.
Электронно-лучевая обработка изделий основывается на использовании кинетической энергии остросфокусированного пучка электронов. Плотность мощности, выделяемой электронным лучом при взаимодействии с материалом, достигает 109 Вт/см 2. Такая плотность энергии позволяет, например, нагреть слой вольфрама толщиной 8 мкм до
4000 К, при этом на расстоянии 1 мкм от места взаимодействия электронного пучка с материалом скорость электронов составляет 2/3 скорости света (при ускоряющей разности напряжений 150 кВ).
Электроны поглощаются слоем материала до 100 мкм. Происходит
превращение кинетической энергии электронов в тепловую и испарение
материала. Электронно-лучевой метод используется для изделий размерной прецизионной обработки из любых материалов, а также для
сварки.
Рекомендуется для прошивания отверстий диаметром более 5 мкм,
для прямолинейного и контурного фрезерования пазов и щелей шириной
более 5 мкм. Средняя точность обработки соответствует 3-му классу.
47
Погрешность размеров при контурной обработке не менее 5 мкм,
шероховатость составляет Ra= 0,16 мкм. Получение отверстий и пазов
меньшего размера этим методом невозможно ввиду аберрации электронного луча.
2.6. Технология производства печатных плат
Печатные платы представляют собой коммутационные детали из
листового изоляционного материала, на поверхности которого формируется совокупность проводников, образующих печатный монтаж схемы.
Изоляционное основание платы выполняется из гетинакса, текстолита
или стеклотекстолита, обладающих хорошими диэлектрическими и механическими свойствами. Наибольшее распространение получили фольгированные медью гетинаксы и текстолиты.
Печатные проводники представляют собой участки токопроводящего
покрытия, нанесенного на изоляционное основание и выполняются в большинстве случаев из меди. По конструкции печатные платы разделяют
на односторонние, двусторонние и многослойные.
О д н о с т о р о н н и е печатные платы имеют один изоляционный
слой, на одной стороне которого формируются печатные проводники.
Если печатные проводники расположены на обеих сторонах изоляционного о?
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
448 Кб
Теги
0036, 2000
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа