Технологии изготовления деталей электронных средств

метки: Производство, Электронный, Точность, Пластмасса, Литье, Погрешность, Деталь, Материал

Технологии изготовления деталей электронных средств

1. Конструктивно-технологическая классификация деталей ЭС

По функциональному признаку все элементы ЭС можно условно отнести к одной из групп: группе схемотехнических элементов — схемотехническая (элементная) база ЭВС и группе элементов, составляющих конструктивную базу ЭС. пластмасса электронный деталь

Схемотехнические элементы их компоновка и взаимосвязь в составе ЭС обеспечивают преобразование сигналов различной физической природы.

Конструктивные элементы, входящие в состав ЭС, обеспечивают: механическую прочность, защиту от внешних воздействий, дестабилизирующих работу ЭС (влаги, инея, росы, пониженного или повышенного давления, внешних электрических или магнитных полей) и механическое управление ЭС.

Основу конструктивной базы составляют отдельные монтажные детали и несущие конструкции. Несущие конструкции предназначены для механического закрепления, защиты от внешних воздействий и обеспечении доступности схемотехнических элементов при сборке и эксплуатации ЭС.

К конструктивной базе относят механические устройства управления в виде кнопочных и рычажных устройств и ручек, механизмы для механического перемещения подвижных рабочих элементов ЭС, таких как отсчётные устройства, носители информации, электромашинные элементы, электродвигатели и т.д.

По условиям эксплуатации выделяют три класса аппаратуры ЭС, для которых разработана и используется единая конструктивная база в виде комплекса универсальных типовых конструкций (УТК).

УТК-I — для стационарных ЭС, предназначенных для работы в отапливаемых и не отапливаемых стационарных помещениях.

УТК-II — для стационарных, полустационарных и подвижных ЭС, работающих на открытом воздухе, в палатках, во временных помещениях и укрытиях, а также на колёсном и гусеничном транспорте.

УТК-III — для ЭС преимущественно на интегральных схемах и микросборках, устанавливаемых на подвижных объектах в труднодоступных местах и работающих в жёстких условиях эксплуатации.

Электронная аппаратура на базе УТК включает в себя модули четырёх или пяти конструктивных уровней (КУ).

КУ-0. Нулевой уровень: бескорпусные микроэлементы, используемые в ИМС, резисторы, транзисторы, конденсаторы, диодные матрицы; бескорпусные ИМС частного и общего применения, фрагменты схем, выполненные по полупроводниковой технологии. Перечисленные элементы используются преимущественно на базе УТК-III и входят как составные части в модули старшего уровня.

Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог (вагоны)

... подвижного состава и его составных частей, утвержденным Советом по железнодорожному транспорту государств-участников Содружества. Ремонт и единую техническую ... летом 1875 года началось строительство Уральской Горнозаводской железной дороги. Для финансирования строительства было создано акционерное ... дефектации, ремонта, монтажа буксовых узлов и их элементов, ремонта и контроля колесных пар установлен ...

КУ-1 — для ЭС на базе УТК-I и УТК-II — корпусные ИС широкого применения, бескорпусные гибридные ИС (или микроблоки), транзисторы и диоды в корпусах, конденсаторы и резисторы в дискретном исполнении.

КУ-2 — для РЭА на базе УТК-I и УТК-II — ячейки, выполненные в виде унифицированных печатных плат обычной или многослойной конструкции с установленными на них схемотехническими элементами (ИМС и др.), элементами контактирования, фиксации и крепления. Обычно КУ-2 называют типовым элементом замены (ТЭЗ).

КУ-3 — блоки и панели, состоящие из несущих конструкций, на которых монтируют по нескольку единиц или десятков ТЭЗ. В состав блоков, кроме ТЭЗ, могут входить устройства питания, индикаторные и сигнализационные элементы, механические и электромеханические устройства управления, элементы для внутриблочного и межблочного электрического соединения и т.д.

Блоки на базе УТК-III после сборки, настройки и регулировки подвергаются вакуумной герметизации и заполняются инертным газом. Блоки на базе УТК-I и УТК-II герметизации не подлежат. Этим обуславливается резкое отличие внешнего вида и состава конструктивных элементов блоков ЭС на базе УТК-III и УТК-I, УТК-II.

КУ-4 для ЭС на базе УТК-I и УТК-II реализуются в виде стоек, шкафов, пультов управления или приборных корпусов. Для ЭС на базе УТК-III КУ-4 реализуется в виде агрегатированных децентрализированных, централизованных полиблочных и моноблочных систем.

Рис.1. Взаимосвязь конструкции детали и технологии их изготовления

Конструктивные единицы КУ-4 на базе УТК-II отличаются от конструктивных единиц на базе УТК-I тем, что размеры каркасов стоек ограничиваются размерами стандартных люков и проемов, через которые транспортируются стойки. В их состав входят дополнительные амортизирующие и уплотняющие устройства, воздуховоды с каналами входа и выхода и другие специальные конструктивные элементы, отсутствующие в КУ-4 на базе УТК-I.

Требования к конструкции конкретной детали ЭС, к её размерам, механическим, электрофизическим и другим свойствам обусловлены её назначения, особенностями работы и эксплуатации. Эти требования, в том числе марка исходных материалов, фиксируются на рабочем чертеже детали и являются исходными данными для деятельности технологических служб и производственных подразделений предприятия, на котором изготовляется деталь.

Для производства детали всегда можно предположить несколько методов обработки (или переработки) исходных материалов, которые технически в равной степени могут обеспечить заданные свойства. Взаимосвязь конструкции деталей и технологии их изготовления, прежде всего, осуществляется через выбор материалов, методов обработки и учет объема выпуска и условий производства. Рис 1.

2. Методы размерной обработки изделий

Точность обработки деталей.

На качество изделия большое влияние оказывает точность входящих в него деталей, компонентов, узлов и т. п.

Точность — степень соответствия действительного (полученного) параметра заданному (X) номинальному. Эта степень соответствия задается допуском (Д) на параметр изделия и обозначается с плюсовым, минусовым или равносторонним допуском (например, Х ± Д /2).

Точность обработки изделий в машиностроении и методы ее достижения

... точность обработки является причиной случайных погрешностей, приводящих к рассеянию размеров деталей в пределах поля допуска. Случайные погрешности возникают вследствие колебания величин припусков в различных деталях, ... Точность обработки изделий в машиностроении и. методы ее достижения. Основные погрешности при механической обработке ... изделия. Исходя из разной базы, можно получить для одного ...

Точность обработки деталей регламентируется единой системой допусков и посадок (ЕСДП), опирающуюся на международную систему стандартов ИСО. Термины и определения системы допусков и посадок определены ГОСТ 25346-82.

Допуск Д — разность между наибольшим и наименьшим предельным размерами или абсолютная величина алгебраической разности между верхним и нижним отклонениями.

Посадка — характер соединения деталей, определяемый величиной получающихся в нем зазоров или натягов. Различают три вида посадок: посадка с натягом; посадка с зазором; переходная посадка.

В единой системе допусков и посадок рассматриваются два вида: система отверстия и система вала.

Посадки в системе отверстия — посадки, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных валов с основным отверстием.

Посадки в системе вала — посадки, в которых различные зазоры и натяги получаются соединением различных отверстий с основным валом.

Основное отверстие — отверстие, нижнее отклонение которого равно нулю.

Основной вал — вал, верхнее отклонение которого равно нулю.

Отверстие — термин, применяемый для обозначения внутренних (охватывающих) элементов деталей.

Вал — термин, применяемый для обозначения наружных (охватываемых) элементов деталей.

Степень точности допусков и посадок определяется квалитетом.

Квалитет — ступень градации значений допусков системы. Каждый квалитет содержит ряд допусков, которые в системе допусков и посадок рассматриваются как соответствующие приблизительно одинаковой точности для всех номинальных размеров.

В ЕСДП приняты 19 квалитетов точности (вместо ранее применявшихся классов точности), записываемые в порядке понижения точности: 01, 0, 1, 2, 3, …, 17. Квалитеты 01, 0 и 1 предназначены для концевых мер длины; квалитеты со 2-го по 4-й — для калибров и особо точных изделий. В квалитетах с 5-го по 13-й даются допуски для сопрягаемых размеров деталей, а в квалитетах с 14-го по 17-й — для несопрягаемых размеров деталей. Допуски обозначают IT с порядковым номером квалитета, например IT12. Для физических параметров допуск может быть проставлен в процентах. Например, электрическое сопротивление R ± 5 %.

Параметры имеют разброс из-за производственных погрешностей. Различают три вида производственных погрешностей: систематические, закономерно изменяющиеся, случайные.

Погрешность обработки партии деталей называют систематической (постоянной), если погрешности деталей, входящих в партию, одинаковые. Такая погрешность получается под действием неизменных факторов в течение обработки всей партии деталей. Погрешность называют закономерно изменяющейся, если при переходе от одной детали к другой значение погрешности изменяется по тому или иному закону. Например, износ инструмента закономерно приводит к росту внешних размеров и уменьшению внутренних (диаметров).

Погрешность называют случайной, если закономерность изменения отсутствует, и предугадать время появления и направление действия погрешности невозможно. Пример случайной погрешности — температурные колебания, погрешности базирования и т. п.

На практике ни одна из этих погрешностей в чистом виде не проявляется, и общая погрешность представляет комбинацию указанных видов погрешностей.

Проектирование технологических процессов изготовления деталей

... при проектировании технологического процесса. Величина припуска на заготовку должна быть оптимальной. Увеличенный припуск приводит к повышению усилия резания, что в процессе обработки может служить причиной увеличения деформации детали и уменьшения точности ...

Если значение погрешностей больше заданного конструктором допуска, то часть параметров выйдет за поле допуска и будет забракована. Чтобы этого не произошло, необходимо повысить точность ТП, подобрать более точное оборудование, стабилизировать режимы, изменить метод обработки, монтажа и т. п.

Шероховатость поверхностей.

Шероховатость поверхностей является одной из основных геометрических характеристик качества поверхности деталей, и оказывают влияние на эксплуатационные показатели.

Термины и определения основных понятий по шероховатости поверхности приведены в ГОСТ 25142-82 (СТ СЭВ 1156-78), ГОСТ 2789-73 (СТ СЭВ 638-77).

Шероховатость поверхности. Совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенная с помощью базовой длины.

Используются три показателя шероховатости поверхностей: Rmax, Rz, Ra.

Наибольшая высота неровностей профиля Rmax — это расстояние между линией выступов профиля и линией впадины профиля в пределах базовой длины.

Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz — это сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины.

Среднеарифметическое отклонение профиля Ra — это среднеарифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины.

где n — количество выступов и впадин в пределах базовой длины.

Классы шероховатости поверхности Rmax, Rz, Ra определены в ГОСТ 2789-73 (СТ СЭВ 638-77).

Имеется 14 классов шероховатости поверхностей.

Методы оценки точности.

Из большого разнообразия методов оценки точности рассмотрим чаще всего применяющиеся в производстве РЭА: наблюдение в цехах, статистический, расчетно-аналитический.

Метод наблюдения в цехах основан на сборе данных о точности изделий, получаемых при обработке и сборке с использованием определенного оборудования и приспособлений, с учетом обрабатываемых материалов, инструментов и т. п. Эти данные систематизируют и сводят в таблицы для различных методов обработки. Такие таблицы можно использовать для предварительной оценки точности разрабатываемого ТП.

Статистический метод оценки точности основан на положениях теории вероятности и математической статистики. Так как процесс производства РЭА характеризуется большим количеством факторов, влияющих на качество и требующих системного подхода к его анализу и синтезу, для исследования точности ТП используют различные статистические методы. Наиболее универсальным является метод кривых распределения, позволяющий оценить разброс погрешностей для данного ТП и определить процент возможного брака.

Для построения кривой распределения погрешностей следует замерить партию деталей (конкретный параметр, допустим, размер L) в количестве N = 100 шт. Замеренный параметр разбивается на равные интервалы и подсчитывается число n параметров в каждом интервале. Определяется частота m = n/N повторений отклонений параметров в партии и строится гистограмма и полигон распределения параметров (рис. 2.5).

Вид кривой распределения зависит от характера погрешностей. Случайная погрешность подчиняется закону нормального распределения (закон Гаусса).

Разработка конструкции и технология изготовления приспособления ...

... РАБОТЫ, .1 Обоснование разработки работы Создание надежных агрегатов и устройств с высокими технико-экономическими показателями связано с неуклонным повышением требований к точности и качеству изготовления деталей. ... загрузки шихты и равномерного её распределения по окружности колошника, а также для ... в изготовлении установки для черновой обработки деталей засыпных аппаратов доменных печей при ...

Рис 2

Кривые распределения случайных погрешностей характеризуются средним размером и средним квадратичным отклонением. Средний размер Lcp определяют по формуле:

Lср = Li/ N,

где Li — размеры отдельных деталей. Среднее квадратичное отклонение у определяется выражением:

у2 =у (Li — Lcp)2/ N.

Для определения вероятностных характеристик важную роль играет количество деталей, которые нужно измерить, чтобы получить значения характеристик с достаточной степенью точности и достоверности. Для практических целей обычно бывает достаточно измерения 50-100 деталей. В тех случаях, когда столько деталей получить невозможно и вероятностные характеристики определяются по меньшему N, точность и достоверность результатов необходимо оценивать на основании методов математической статистики.

Ошибку Ду при определении среднеквадратического значения вычисляют по формуле

Ду = у/,

где Ду — ошибка в долях у.

Из этих же выражений можно определить N, удовлетворяющее заданной точности.

Уравнение распределения Гаусса (рис. 2.6) в координатах с началом в центре группирования имеет вид

y(x) = exp(-x2/2у2)/( у ),

где у — среднеквадратическое отклонение аргумента.

В зависимости от значения у форма распределения изменяется. Чем меньше у, тем уже кривая и меньше поле рассеивания. Асимптотически приближаясь к оси абсцисс, кривая нормального распределения стремится к бесконечно малым значениям. За пределами интервала ± 3 у она практически сливается с осью абсцисс.

Рис. 3

Площадь кривой, соответствующая заданному интервалу отклонений х в единицах z=x/у, определяется интегралом, который обычно называют интегралом вероятностей Лапласа:

Ф(z) = (2/)exp(-z2/2) dz.

Интеграл табличный, его значения имеются во всех справочниках по теории вероятностей. При известном значении у и задании допустимого значения х отклонения размеров детали от номинала величина интеграла Ф(x/ у) определяет вероятность получения размеров в пределах ±х отклонения от номинала, т.е. годных. При z=1 (x= у) Ф(z) 0.683, при z=2 Ф(z) 0.954, при z=3 Ф(z) 0.996. Соответственно, величина

P(z) = [1-Ф(z)]·100 %

определяет возможный процент брака. Чтобы снизить процент брака следует либо увеличить поле допуска на отклонение от номинала, либо применить другой ТП, обеспечивающий меньшее значение у.

Распределение систематических закономерно изменяющихся погрешностей происходит по различным законам. В простейшем случае постоянная систематическая погрешность, вызванная, например, первичной настройкой автомата, вызывает сдвиг кривой распределения случайных погрешностей на определенную величину. При производстве деталей на нескольких автоматах одновременно такая систематическая погрешность вызовет расширение кривой распределения с уплощением ее вершинной части. Оценку возможной доли брака в этих случаях можно выполнять непосредственно по кривым распределения графическими методами.

При долговременном выпуске каких-либо особо важных деталей, элементов или модулей статистический анализ может повторяться через определенные промежутки времени, что дает возможность построения временных диаграмм изменения точности, что дает возможность своевременной замены оборудования или перехода на новый ТП.

Литье в формы, полученные вакуумированием

... литье под давлением, центробежное литье, литье в оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям, литье по газифицируемым моделям, литье в гипсовые формы, литье под регулируемым давлением, литье в керамические формы, электрошлаковое литье, а также литье в формы, полученные вакуумированием. Процессом литья в формы, ... процессе производства используется специальная вакуумная форма с вытяжной камерой и ...

3. Электрофизические и электрохимические методы обработки деталей ЭС

Под электрофизическими и электрохимическими методами размерной обработки понимают совокупность размерных воздействий (электрических, ультразвуковых, электрохимических и др.) на обрабатываемую деталь для придания ей заданной формы и размеров. Эти методы можно разделить на четыре группы электроэрозионные, лучевые, ультразвуковые, электрохимические. К новым методам относятся плазменная обработка, формирование в магнитном поле.

Эти методы используются для изготовления изделий из материалов высокой твердости, обработка которых обычными методами не возможна или крайне затруднительна. К таким материалам относятся твердые сплавы, ферриты, германий, кремний, алмазы, рубин, кварц, керамика и др.

Основным преимуществом электрофизических и электрохимических методов обработки по сравнению с методами механической обработки является возможность копирования формы инструмента сразу по всей поверхности при простом поступательном перемещении инструмента, вследствие чего процесс обработки легко автоматизируется.

Электроэрозионная обработка основана на использовании явления электрической эрозии — направленного разрушения токопроводящих материалов в результате кратковременного теплового действия импульсных электрических разрядов между инструментом и заготовкой в диэлектрической среде.

Основными методами электроэрозионной обработки являются электроискровая и анодно-механическая.

При электроискровой обработке в качестве диэлектрической среды применяют керосин, трансформаторное масло и др. При уменьшении зазора между инструментом и заготовкой под действием импульса тока возникает искровой пробой, который вызывает эрозию в материале заготовки.

При анодно-механической обработке в качестве диэлектрической среды используется водный раствор жидкого стекла. Под действием постоянного напряжения на поверхности детали образуется силикатная пленка, имеющая повышенное электрическое сопротивление и исключающая замыкание между заготовкой и инструментом. Снятие пленки движущимся инструментом вызывает электротермическую эрозию обрабатываемого материала.

Электроэрозионная размерная обработка обладает уникальными технологическими возможностями для обработки твердых и сверхтвердых конструкционных материалов с использованием инструмента из более мягкого материала, чем обрабатываемый.

Лучевые методы обработки. Особенностью лучевых методов обработки является отсутствие рабочего инструмента, роль которого выполняет непосредственно луч. Основными разновидностями лучевой обработки являются электронно-лучевая и светолучевая.

Электронно-лучевая обработка основана на использовании теплоты, выделяющейся при резком торможении потока электронов поверхностью обрабатываемого изделия. При этом кинетическая энергия электронов преобразуется в тепловую и только незначительная часть (0,1-3%) в рентгеновское излучение.

Обработка осуществляется лучем малого диаметра (1…10 мкм) при плотности энергии 107…109 Вт/см2. Электронный луч оказывает очень небольшое давление на поверхность, а температура в месте воздействия луча достигает до 8000°С. В месте воздействия луча материал плавится и испаряется.

Электронно-лучевая обработка применима для всех материалов (металлов, ферритов, алмазов, графитов и др.).

Благодаря малому времени воздействия теплоты термическое влияние на периферийные области незначительно. Недостатком метода является сложность установки из-за необходимости иметь вакуумную камеру и наличие рентгеновского излучения.

Светолучевая обработка основана на воздействии лазерного луча высокой энергии на поверхность обрабатываемой заготовки, характеризующегося очень высокой плотностью тепловой энергии (температура в зоне действия луча доходит до 9300°К).

Лазерная обработка используется для получения глухих и сквозных отверстий диаметром 1-20 мкм, пазов, разрезания заготовок, сварки и др. Возможность точной дозировки энергии делает широко используемым для сварки монтажных соединений в интегральных микросхемах. При этом возможна сварка через прозрачные оболочки.

Сварка световым лучем имеет достаточно высокую производительность. Ее можно выполнять на воздухе, в атмосфере инертных газов и в вакууме. При этом не требуется защиты обслуживающего персонала от рентгеновского излучения, вследствие чего оборудование значительно упрощается.

Обработка ультразвуком.

Ультразвуковая обработка представляет собой ударно — абразивный метод обработки материалов. Она осуществляется инструментом, колеблющимся в ультразвуковой частоте 18…20 кГц. Под торец инструмента подается водная суспензия абразивного порошка. Зерна абразива “вбиваемые” инструментом в заготовку скалывают материал мелкими частицами, которые вместе с абразивом уносятся жидкостью.

Этим методом хорошо обрабатываются твердые и хрупкие материалы керамика, кварц, рубин, алмаз, германий, кремний, твердые сплавы и др.

Точность и чистота обрабатываемой поверхности при ультразвуковой обработке в основном зависит от величины зерен абразива в суспензии.

Электрохимическая обработка

Электрохимическая обработка основана на явлении анодного растворения металла и удаления продуктов электрохимической реакции с обрабатываемой поверхности. Ее используют для обработки токопроводящих материалов. При этом отсутствуют высокие давления и температуры.

Основными разновидностями электрохимической обработки являются анодно-гидравлическая обработка в проточном электролите, электрополирование в неподвижном электролите и анодно-механические способы чистовой обработки.

Достижимая точность обработки составляет 12…18 мкм, шероховатость Rа 0,08 мкм. Уникальным является отсутствие дефектного слоя на обрабатываемой поверхности детали.

Плазменная обработка

Плазменная дуга позволяет обрабатывать заготовки за счет нагрева (температура в зоне действия 10000-30000°С), расплавления и испарения материала и не требует создания вакуума.

Применение плазмы эффективно при резке нержавеющих сталей и других материалов. Поверхность среза получается гладкой, а глубина зоны влияния незначительной.

Плазменный нагрев используют для напыления тугоплавких неметаллических материалов, который вводят в плазму в виде порошка. Этим методом можно получать многослойные покрытия из одного или нескольких порошков. При помощи плазменной горелки можно обрабатывать материалы любой твердости и любого химического состава.

4. Технологические процессы обработки деталей ЭС давлением

Литейные процессы.

Процессы литья позволяют существенно снизить металлоемкость и трудоемкость изготовления деталей ЭС. В зависимости от типа производства, сложности и особенностей геометрических форм, линейных размеров и материалов отливок применяют следующие виды литья под давлением, в металлические формы (литье в кокиль), по выплавляемым моделям, центробежное, вакуумным всасыванием, намораживанием, в оболочковые формы, в земляные формы.

Из вышеперечисленных видов литья наибольшее применение в технологии ЭС получили первые шесть способов.

Литье под давлением применяется для получения отливок сложной конфигурации массой до 16 кг из легкоплавких цветных металлов и сплавов.

Основными достоинствами литья под давлением являются большая производительность и высокая степень точности получаемых отливок, что почти полностью исключает необходимость в механообработке. Повышенная прочность отливок и хорошее заполнение форм металлом позволяет проектировать тонкостенные отливки (с толщиной стенок до 1 мм).

Поэтому литье под давлением целесообразно применять для получения небольших тонкостенных деталей сложной конфигурации.

Из-за высокой сложности технологического оснащения способ литья под давлением применяется в условиях массового и серийного производства.

При решении вопроса о целесообразности применения литья под давлением необходимо учитывать, что возникает необходимость механической обработки, если:

1) точность размеров выше4-5 го класса;

2) необходимо точно выдерживать расстояния между центрами отверстий;

3) диаметр и глубина отверстий и резьб соответственно меньше предельного диаметра или больше предельной глубины;

4) отливается резьбовая деталь; Если резьба получается в замкнутых формах, то отливка извлекается вывинчиванием, что снижает производительность, а если в разъемных, то приходится удалять следы разъема;

5) литейные уклоны не допускаются конструктивно;

Для обеспечения технологичности деталей изготавливаемых методом литья под давлением конструкция детали должна удовлетворять следующим основным требованиям:

1) конфигурация деталей должна допускать литейные уклоны наружных и внутренних поверхностей;

2) наружные и внутренние углы необходимо закруглять;

3) не следует конструировать отливки с большой разницей в толщине стенок для более равномерного остывания различных участков детали;

4) существуют ограничения на минимальную и максимальную толщину стенок зависящая от материала и типа литьевой машины. Обычно эти величины имеют значения порядка 1 и 10 мм;

5) при конструировании отливок необходимо учитывать их последующую усадку;

6) следует избегать всякого рода выступов и выемов в детали, для оформления которых необходимо применение составных и подвижных стержней;

7) надписи и цифры следует делать выпуклыми.

Для литья под давлением в основном применяются цинковые, алюминиевые, медные, свинцовистые и оловянистые сплавы.

Чистота поверхности деталей, отлитых под давлением из алюминиевых и цинковых сплавов, соответствует 4-му классу, а деталей из медных сплавов — 2-му классу.

Литье в кокиль. Литье в металлическую форму (кокиль) дает большую производительность и позволяет получать отливки с точностью размеров (по 4-му и 5-му классам) при чистоте поверхности, соответствующей 3-му классу.

К недостатку этого способа относится невозможность получать отливки сложной конфигурации.

Литье в кокиль применяют главным образом в серийном и массовом производстве деталей средней сложности из цветных сплавов и чугуна.

Для обеспечения технологичности отливок при проектировании деталей необходимо учитывать следующее:

1) избегать большого количества выступающих частей на детали;

2) проектировать детали без впадин, идущих в направлении выемки отливки;

3) избегать резких переходов от толстой стенки отливки к тонкой;

4) наружные и внутренние углы между необрабатываемыми поверхностями отливки должны иметь закругления радиусом не менее 3 мм;

5) предусматривать литейные уклоны поверхностей отливаемых деталей под углом более 1о;

6) для мелких деталей (вес отливки до 1 кг) минимальная толщина необрабатываемых стенок должна быть не менее 5 мм для чугуна; 2,5-4 мм для латуни и бронзы и 2-2,5 мм для алюминия.

Литье по выплавляемым моделям заключается в том, что из легкоплавкой смеси парафина, стеарина, пчелиного воска, канифоли изготавливают модели отливок, по которым получают легкоплавкие линейные формы. От других способов литья этот метод отличается тем, что полученная линейная форма не разнимается, а помещается в термостат или ванну с горячей водой, где легкоплавкая модель расплавляется и выливается из формы, что не требует вторичного соединения полуформ. Это значительно повышает точность литья, поэтому этот метод также называют прецизионным.

Этот метод применяют для получения деталей ЭС сложной формы из сталей, цветных металлов и других трудно обрабатываемых металлов. Способ некритичен к температуре плавления металлов.

Способ не требует громоздкого дорогостоящего оборудования, и поэтому применяется во всех типах производства для получения заготовок малогабаритных деталей, имеющих сложную конфигурацию.

Центробежное литье основано на использовании центробежных сил, прижимающих жидкий металл к стенкам вращающегося линейного блока, который может быть выполнен в виде форм, полученных по выплавляемым моделям. При центробежном литье отливки получаются более высокого качества, чем при литье под давлением, так как газы, шлаки и др. Центробежными силами вытесняются в центральный литник. Способ центробежного литья применяется в серийном и массовом производстве.

Способ литья вакуумным всасыванием заключается в том, что металлическая форма — кокиль устанавливается на опорной плите тигеля, температура жидкого металла в котором поддерживается нагревателем. К нижней части формы присоединяется всасывающий патрубок, погруженный в жидкий металл. Верхняя часть формы специальным патрубком соединяется с форвакуумным насосом. При вакуумировании в рабочее пространство формы засасывается жидкий металл, который плотно заполняет форму. Вакуумным литьем получают отливки с высокими и тонкими ребрами и другими сложными элементами конструкции, которые трудно или даже невозможно получить другими методами. Металл отливок получается плотным и лишенным газовых пузырей. Брак по не заполнению формы отсутствует. Способ применяется в серийном и массовом производстве для получения заготовок деталей сравнительно большой массы и размеров, и имеющих достаточно сложную конфигурацию.

При способе литья намораживанием на зеркало жидкого металла помещают поплавок, форма внутреннего отверстия которого соответствует наружному профилю поперечного сечения отливки. Вначале процесса в отверстие вводят затравку, изготовленную из того же металла, что и расплав. Поперечное сечение затравки соответствует полному профилю изделия. При контакте торца затравки с жидким металлом происходит их сцепление, после чего затравке придается поступательное движение вверх. Под действием атмосферного давления, сил сцепления и сил поверхностного натяжения жидкий металл, увлекаемый затравкой, попадает в охлаждаемую водой зону (кристаллизатор), где и образуется отливка.

Литьем намораживанием получают сложные длинномерные профили с толщиной стенок до 0,2 мм. Способ не требует сложного технологического оснащения и поэтому применяется для всех типов производства. Недостаток способа — низкая скорость литья.

Обработка давлением

Одним из прогрессивных методов изготовления многих деталей ЭС является холодная штамповка, характеризующаяся высокой точностью и стабильностью размеров, простотой выполнения операций, низкой трудоемкостью и относительно малой себестоимостью, широкой возможностью автоматизации и механизации. Холодная штамповка применяется для изготовления деталей из черных и цветных металлов, а так же листовых изоляционных материалов.

Недостатки холодной штамповки: высокая стоимость штампов, недостаточно высокое качества поверхности деталей, сложность получения толстостенных заготовок.

Экономичность применения холодной штамповки при малом объеме производства достигается применением универсальных и специальных штампов, что оказывается возможным при применении унифицированных и стандартизованных деталей.

Операции холодной штамповки можно разделить на две группы разделительные, когда одна часть материала отделяется от другой, и формообразующие (формоизменяющие), когда заготовка превращается в пространственную деталь требуемой формы. Широко применяется также и комбинированная штамповка, то есть выполнение нескольких операций в одном металле.

К разделительным операциям относятся отрезка, вырубка, пробивка, надрезка, обрезка, просечка и др.

К формообразующим (формоизменяющим) операциям относятся гибка, правка, вытяжка, отбортовка, ударное выдавливание.

Отрезка. Крупные заготовки отрезают на ножницах (гильотинах), а мелкие заготовки — в штампах на прессах.

Отрезка на ножницах. Заготовки, отрезаемые на ножницах, можно разделить на два вида: 1) заготовки с контурами, очерченными прямыми линиями; 2) заготовки с криволинейным контуром.

Заготовки первого вида отрезают на ручных рычажных ножницах и на приводных гильотинных или дисковых ножницах с прямо поставленными ножами.

Заготовки второго вида отрезают на дисковых ножницах с наклонно поставленными ножами.

Отрезка в штампах на прессах. В этом случае возможна отрезка деталей с любым контуром.

Вырубка. При вырубке происходит отделение заготовки от исходного материала (листа) по замкнутому контуру. Вырубкой получают плоские детали и заготовки различных форм и размеров с помощью вырубных штампов на прессах.

Пробивка. Пробивкой получают отверстия различных форм и размеров в деталях из листа (плоских и объемных).

Гибка. Процесс гибки состоит в изгибании части плоской или объемной заготовки под углом или по радиусу к другой ее части. Гибка производится на гибочных машинах в приспособлениях, на прессах в штампах. Весьма важное значение имеет радиус гибки: если он слишком мал, то неизбежен разрыв наружных слоев материала. Минимально допустимая величина радиуса гибки зависит от механических свойств материала, его толщины, направление линии гибки относительно направления прокатки, угла изгиба.

Вытяжка. Объемные полые детали различных форм из листового материала получают вытяжкой в штампах на прессах. Различают вытяжку без утонения и с утонением.

При вытяжке без утонения превращение плоской заготовки в полую деталь или последующие изменения ее формы происходит без предварительного изменения толщины исходного материала.

При вытяжке с утонением изменение формы плоской или предварительно вытянутой заготовки происходит с заранее заданным утонением стенок.

Объемная штамповка. К объемной штамповке относятся операции высадки, прессования и кернения.

Высадка. При высадке на заготовках из листового материала — плоских, изогнутых или вытянутых — получают местные утолщения любой формы; высадкой сплошных заготовок из проволоки или прутка получают заготовки винтов, заклепок и т.п.

Высадка деталей из листового материала осуществляется в штампах на фрикционных и чеканочных прессах, а деталей из проволоки или прутков — на холодновысадочных автоматах. Число операций при высадке зависит от количества материала для образования утолщения. При высадке за две и более операции необходимо производить междуоперационный отжиг для восстановления пластических свойств материала.

Прессование. Операция прессования применяется при изготовлении плоских деталей с неглубоким рельефом. Прессование производится из прутка, полосу или отдельной заготовки. Материал для прессования должен обладать хорошими пластическими свойствами. Если в детали нет отверстий, то после прессования полоса поступает на штамп для вырубки; при наличии отверстий полоса передается на штампы для пробивки и вырубки.

Кернение. Кернение, т.е. разметка отверстий под сверление при помощи керновочных штампов применяется в серийном и массовом производствах при изготовлении мелких плоских деталей с большим количеством отверстий и сложным их расположением. При кернении в штампах отпадает необходимость сверления отверстий по кондукторам, что увеличивает производительность этой операции и снижает себестоимость продукции.

Экономическая эффективность использования методов обработки давлением очень высока. Себестоимость изготовления простейших штампованных деталей соизмерима со стоимостью исходного материала заготовки. Поэтому повышение эффективности процессов холодной штамповки, в первую очередь, связано с экономией материала.

Экономия материала на 20-25% в большинстве случаев настолько эффективна, что стоимость сэкономленного материала превышает сумму прямой заработанной платы.

5. Технологические процессы обработки деталей ЭС резанием

Обработка резанием — процессы механического срезания слоев материала заготовок лезвийными или абразивными инструментами на металлорежущих станках с целью получения деталей с заданной формой, размерами и качеством поверхности. Резанием обрабатывают детали, являющиеся чаще всего конструктивными и реже схемотехническими элементами ЭВС корпуса, рамки, панели, подложки плат, некоторые виды контактов и выводов, крепежные центрирующие детали, отдельные элементы несущих конструкций (угольники, кронштейны, стержни и др.).

Материалы перечисленных деталей алюминий и его сплавы, медь и сплавы на ее основе, стали, сплавы металлов с особыми физико — химическими свойствами, пластмассы и др.

Таблица 1

Вид обработки	Квалитет точности	Rа, мкм	Глубина дефектного слоя, мкм
Точение и растачивание. Чистовое Тонкое	10 7-8	25-5 0,32-0,63	20-30 5-10
Фрезерование, строгание Чистовое Тонкое	8-11 7-9	1,25-5 0,63-1,25	20-50 10-30
Сверление Зенкование	12 11	5-20 5-10	25-70 25-40
Развертывание Однократное Тонкое и ручное	10-11 5-7	1,25 0,63	15-25 3-5
Протягивание	8-10	1,25-5	10-15
Шлифование Чистовое Тонкое	6-8 5-6	0,63-1,25 0,16-0,63	5-15 3-5

Основные виды процессов обработки резанием следующие точение, растачивание, фрезование, строгание, сверление, зенкование, развертывание, протягивание, шлифование, полирование и др. Точность размеров, шероховатость поверхности и глубина дефектного слоя при различных видах обработки приведены в таблице 1.

У деталей, обрабатываемых резанием, различают точность размеров, формы поверхностей и их взаимного расположения. Требования точности назначают строго из эксплутационных требований. Завышение требований точности вызывает необоснованное удорожание изготовления деталей.

В процессе обработки деталей резанием одновременно действуют несколько факторов, каждый из которых вызывает определенную долю суммарной погрешности. Слагаемые суммарной погрешности называют первичными погрешностями. Основными факторами, вызывающие первичные погрешности, являются погрешность установки заготовки в приспособление, упругие деформации технологической системы “станок, приспособление, инструмент, деталь” (СПИД) от действия сил резания, размерный износ режущего инструмента, геометрическая неточность станка, погрешность настройки станка, погрешность настройки станка на выполнение размера, тепловые деформации системы СПИД.

Погрешность установки при обработке партии деталей проявляется как случайная погрешность и состоит из погрешностей базирования закрепления и неточности приспособления.

Погрешность базирования вызывается погрешностями изготовления поверхностей заготовок, используемых в качестве установочных и измерительных баз.

Технологическими установочными базами называют те поверхности заготовок, которыми она устанавливается в приспособление.

Измерительными базами называю поверхности, от которых ведут измерения выполняемого размера. Одни и те же поверхности, как частный случай, могут быть одновременно и установочными и измерительными.

Размерный износ инструмента появляется как систематически закономерно изменяющаяся погрешность при числовой обработке.

Геометрическая неточность станка характеризуется погрешностями взаимного расположения неподвижных и перемещающихся узлов станка, погрешностями траектории их взаимных движений. Она вызывает искажение формы и взаимного расположения обрабатываемых поверхностей, но не оказывает влияния на погрешность выполняемых размеров.

Погрешности изготовления мерных и фасонных инструментов переносятся на выполняемую форму и размеры и проявляют себя как систематические погрешности.

Погрешность настройки станка на выполняемый размер, как случайная величина, зависит от метода настройки, решающей точности измерительных приборов и оснащения для надстройки, методов расчета смещения инструмента при настройке на размер и квалификации наладчика.

На стоимость обработки резанием кроме режимов резания влияет выбор станка, которые подразделяются на

универсальные станки общего назначения

специализированные станки

специальные станки и автоматические линии

станки с ЧПУ

обрабатывающие центры (робототизированные системы станков с ЧПУ).

Неправильный выбор станка значительно увеличивает стоимость обработки.

6. Изготовление деталей ЭС из пластмасс

Пластическими массами называются материалы, получаемые на основе природных и синтетических высокомолекулярных соединений (полимеров), способных вследствие своей пластичности принимать придаваемую им форму под воздействием тепла и давления и устойчиво сохранять ее.

Пластмассы по многим свойствам выгодно отличаются от других конструкционных материалов (дерева, металлов).

В среднем пластмассы в два раза легче многих металлов. Основные виды пластмасс в отличие от металлов противостоят не только атмосферной коррозии, но и воздействию различных кислот, щелочей, растворителей. Многие пластмассы отличаются низким коэффициентом трения и весьма малым износом. Большинство пластмасс — хорошие диэлектрики. Некоторые пластмассы могут заменить силикатные стекла и носят название органических стекол (поликарбонат, оргстекло, полистирол).

Изделия из пластмасс не нуждаются в лакировке, а также поверхностном окрашивании, т.к. путем добавления пигментов можно получать любые цвета и оттенки.

Главное преимущество пластмасс — возможность формования из них изделий при помощи разнообразных методов: Литья, литья под давлением, прессования

К некоторым недостаткам пластмасс можно отнести более низкие прочностные показатели и существенно меньшая теплопроводность, чем у металлов. Поэтому пластмассы не применяют при изготовлении деталей, где требуется эффективный отвод тепла.

В настоящее время с применением пластических материалов созданы современные композиционные материалы с элементами нанотехнологии, которые по своим прочностным характеристикам не уступают металлическим материалам: например, углепласты из которых делают корпуса самолетов.

Композиционный материал (композит, КМ) — искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними. В большинстве компонентов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу и включенные в нее армирующие элементы. В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристикам материала (прочность, жесткость и т.д.), а матрица (или связующее) обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды.

Пластмассы состоят из нескольких компонентов, основным из которых является полимер — высокомолекулярное органическое вещество (искусственная или органическая смола), выполняющее роль связующего материала для всех остальных компонентов. Помимо полимера в состав пластмассы входят наполнители, стабилизаторы, пластификаторы, смазки, красители, вспениватели и другие компоненты. Различают термопластичные пластмассы и термореактивные.

Термопластичные пластмассы при нагревании приобретают пластичность, при охлаждении возвращаются в твердое стеклообразное состояние. Процесс перехода из пластичного состояния в твердое и обратно, можно многократно вызывать без изменения свойств материала. Детали из таких пластмасс изготовляют методами литья. К таким пластмассам относят полистирол, полиэтилен, винипласт, капрон и др.

Термореактивные пластмассы при нагревании и давлении легко на короткий промежуток времени переходят в вязкое состояние, а потом в результате теплового воздействия и химической реакции необратимо переходят в твердое нерастворимое и неплавкое состояние. Детали из таких пластмасс получают путем прессования с нагревом.

К термореактивным пластмассам относятся фенопласты, аминопласты, эфиропласты, эпоксипласты, силиконопласты и др.

Отходы производства деталей из термореактивных пластмасс повторно не используются.

7. Применяемые материалы и их технологические свойства

При производстве радиоаппаратуры пластмассы в зависимости от диэлектрических показателей и области применения разделяют на две группы — низкочастотные и высокочастотные пластмассы.

Изделия из пластмасс, предназначенные для работы в низкочастотных электрических цепях, должны иметь повышенные механическую прочность, теплостойкость и электрическую прочность. Материалы, работающие в высокочастотных полях, кроме указанных свойств должны иметь определенные диэлектрические показатели: высокое объемное сопротивление, малый тангенс угла потерь, определенную величину диэлектрической проницаемости.

Пластмассы, работающие в цепях низкой частоты.

Для изготовления деталей, работающих в цепях низкой частоты, применяют оргстекло, слоистые пластики: гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, прессовочный матерал АГ-

Гетинакс изготавливают в виде листов, труб и стержней из бакелизированной (40-45% смолы) сульфатной бумаги. Радиодетали из гетинакса толщиной до 4 мм изготавливают штамповкой разогретых листов. Гетинакс хорошо обрабатывается резанием.

Листовой текстолит получают также как и гетинакс, спрессовывая на прессах х/б ткани, пропитанные термореактивными смолами (40-54% смолы), под давлением 90-125 кГ/см2.Текстолит поставляется в виде листов, плит, труб и стержней. Текстолит обрабатывается давлением, штамповкой и резанием.

Стеклотекстолит изготавливается из смол (кремнийорганических, эпоксидных, фенолформальдегидных), содержащих упрочняющий наполнитель в виде стеклянных тканей волокон или нитей. Стеклотекстолиты высоким пределом рабочей температуры, высокой механической прочнстью и малой водопоглощаемостью при хороших электроизаляционных свойствах.

Прессовочный материал АГ-4 изготавливается на основе модифицированного фенолформальдегидного связующего и наполнителя — стеклянных нитей и предназначается для изготовления деталей прямым, литьевым прессованием с последующим отверждением деталей конструкционного и электротехнического назначения повышенной прочности, пригодных для работы в интервале температур от минус 196 до плюс 200 єС и в тропических условиях.

Пластмассы, работающие в цепях высокой частоты.

Для изготовления деталей, работающих в цепях высокой частоты, применяют полистирол, фторопласт — 4 или тефлон, полиэтилен, поликарбонат, арилокс.

Полистирол, наполненный двуокисью титана. Наполненный диэлектрик на основе полистирола, изготавливаемый прессованием. В зависимости от содержания наполнителя диэлектрическая проницаемость имеет значение от 3 до 16. Материал металлизируется медной фольгой

Фторопласт-4 фольгированный (ФФ).

Ненаполненный диэлектрик, получаемый полимеризацией тетрафторэтилена. Основной недостаток — деформация под нагрузкой.

Фторопласт 4 армированный (ФАФ — 4).

Прессованный материал, представляющий собой многослойную пластину из стеклоткани на основе стекловолокна марки Э (изготовленного из фторопласта -4Д, толщина волокна 0,1 мм).

Материал облицован медной фольгой диэлектрическая проницаемость 2,6-3.

Арилокс, наполненный алундом или двуокисью титана. Наполненный диэлектрик на основе полифенилоксида, изготавливаемый прессованием с одновременной металлизацией медной фольгой. Диэлектрическая проницаемость 2,8-16. Широко применяется при изготовлении полосковых схем. Например, ФЛАН-10.

Технологические свойства прессовочных материалов

При проектировании деталей, а также разработки ТП изготовления необходимо учитывать следующие свойства пластмасс, детали из которых получают методом прессования:

Удельный объем пресспорошка зависит от помола и вычисляется по формуле , где — вес порошка в 200 мг.

Насыпной вес, или кажущийся удельный вес порошка, — обратная величина удельного объема, выраженная в г/см3.

Гранулометрический состав порошка характеризуется размером его частиц и соотношением количества частиц разных размеров в одной партии.

От размеров частиц порошка зависит его удельный объем. Постоянство гранулометрического состава порошка позволяет получать таблетки одинакового веса и обеспечить нормальную работу питателей, дозаторов и прессов, что важно при автоматизированном производстве.

Сыпучестью порошка называется его способность равномерно высыпаться из бункера таблетировочной машины или питателя пресс-формы. Она зависит от гранулометрического состава и влажности.

Степень сжатия порошка называется отношение объема, занимаемой определенной навеской порошка, к объему той же навески, полученному после таблетирования ил прессования до текучего состояния. Степень сжатия необходимо учитывать при расчете форм для таблетирования и объема загрузочных камер пресс-форм.

Текучестью принято называть способность прессовочного материала заполнять пресс-форму под давлением при определенной температуре.

Содержание летучих веществ и влаги в прессовочном материале определяют по разнице в весе навески пресспорошка (около 5 г) до и после высушивания в термостате при температуре 103-105 єС в течение 30 мин.

Таблетируемостью называется способность прессовочного материала уплотняться при изготовлении таблеток на таблетировочных машинах без спекания и сплавления.

Предварительный подогрев прессматериалов перед прессованием и литьем значительно сокращает время выдержки изделий в пресс-форме, улучшает их качество и облегчает технологический процесс. Режим подогрева устанавливают по «кривой текучести», показывающей изменение текучести материала в зависимости от времени и температуры подогрева. За оптимальный режим подогрева принимают условия (время и температуру), при которых получается наибольшая текучесть.

Скорость отверждения — время в секундах, необходимое для затвердевания образца (на 1 мм его толщины).

Температура прессования определяется опытным прессованием стандартных дисков или брусков при разной температуре с интервалом 10 — 15 єС. При этом остальные факторы (давление, режим подогрева) должны оставаться постоянными. Оптимальной температурой считается та, при которой требуется минимальная выдержка в пресс форме под давлением и качество изделий соответствует ТУ по всем показателям.

Удельное давление устанавливают опытным путем для каждого прессовочного материала на основании прессования стандартных дисков диаметром 100 мм.

Усадка изделий показывает, в каком процентном отношении уменьшаются размеры изделия с момента извлечения его из нагретой формы до полного остывания.

Внешний вид поверхности. Поверхность должна быть блестящей, гладкой, без пятин, вздутий, трещин Расслоений и раковин.

8. Требование к технологичности конструкций изделий из пластмасс

При конструировании деталей из пластмасс следует по возможности избегать поднутрений в направлении перпендикулярном направлению прессования. Необходимо также наметить линию разъема подвижных частей пресс-формы. Целесообразно кромку детали, бортик или выступ, где может быть намечена линия разъема, оформить с острыми гранями, так как это упрощает снятие облоя.

Чтобы обеспечить однородную усадку и устранить коробления и перекосы детали, ее поперечные и продольные сечения должны быть одинаковы или близки по толщине, без больших местных утолщений и утонений, без резких переходов. Для увеличения жесткости лучше применять профилирование стенок.

Плавное сопряжение поверхностей детали позволяет упростить изготовление пресс-формы, предупреждает брак при прессовании, увеличивает ее механическую прочность, тогда как наружные и внутренние углы без округлений легко скалываются и являются концентраторами напряжений, что может привести к появлению трещин.

Технология изготовления деталей из пластмасс

Метод формования определяется технологическими свойствами формуемых материалов, а также формой размерами и назначением изделий.

Основными методами формования являются:

Прямое прессование — применяется для термореактивных материалов с любым наполнителем и для некоторых термопластов.

Литьевое прессование для термореактивных материалов с любым неслоистым и недлинноволокнистым наполнителем.

Литье под давлением — для всех типов термопластичных материалов.

Прямое прессование.

Прямым прессованием изготавливают уплотнительные прокладки, изоляционные колпачки, втулки конусы и т.п.

Процесс формования изделий происходит при смыкании двух частей пресс-формы: неподвижной — матрицы и подвижной — пуансона.

Материал загружают непосредственно в формообразующую полость, где он нагревается, формуется, выдерживается под давлением в течение времени, необходимого для отверждения. Затем деталь извлекают из пресс-формы.

Одной из основных подготовительных операций при прессовании является таблетирование, при котором осуществляется предварительное уплотнение прессмассы. Таблетки обычно применяют цилиндрической формы, но в отдельных случаях применяют фасонные, форма которых приближается к конфигурации готового изделия.