Комбинированный способ изготовления это

Комбинированные методы получения заготовок

Комбинированные методы применяют для изготовления круп­ных и сложных заготовок ответственных машин: станин крупных прессов и станин корпусов паровых турбин низкого давления сложных по конструкции корпусов. Такие заготовки разделяют на отдельные простые элементы, которые отливают, штампуют, вы­резают газовой сваркой или другими методами, обрабатывают по сопрягаемым поверхностям и соединяют сваркой в одну сложную крупную заготовку. Иногда предварительно обработанные резани­ем заготовки устанавливают в форму и заливают расплавом метал­ла, получая заготовки средних размеров. Это позволяет изготавли­вать отдельные элементы конструкции из материалов с заданными свойствами. Применение литосварных, штампосварных, предва­рительно обработанных элементов и залитых в одной форме заго-

товок позволяет снизить трудоемкость механической обработки на 20—40% и уменьшить расход металла на 30%.

Получение заготовок методами порошковой металлургии

Порошковая металлургия, заметно прогрессирующая за послед­ние годы, составляет отрасль технологии, занимающуюся получе­нием исходного сырья — порошков и изделий из них. Порошки — это смеси из чистых металлов, сплавов, карбидов металлов, металг лов и неметаллов и т.д. Методы порошковой металлургии позволяют управлять процессом создания заранее заданных свойств деталей: износостойкости, жаропрочности, магнитных и антимагнитных свойств. Форма заготовок, полученных из порош­ков и подвергаемых в дальнейшем механической обработке, мак­симально приближена к форме детали, что существенно экономит материал. Из порошков изготовляют самые разнообразные изде­лия, весьма сложные по конфигурации: лопатки турбин и комп­рессоров, зубчатые колеса, подшипники, плунжерные пары, коль­ца прядильных и крутильных машин и др.

Применение метода для производства заготовок конструкцион­ного назначения оправдано лишь значительным эффектом. Техно­логия получения заготовок методом порошковой металлургии вклю­чает: приготовление и дозирование шихты нужного состава и кон­систенции, формование заготовки, спекание, термообработку, калибрование или механическую обработку, диффузионное или галь­ваническое покрытие, пропитку поверхностного слоя веществами, улучшающими антифрикционные свойства рабочих поверхностей.

Достоинство порошковой металлургии в возможности изготов­ления заготовок из тугоплавких материалов, псевдосплавов (медь — вольфрам, железо — графит), пористых материалов для подшипников скольжения.

Метод порошковой металлургии позволяет изготавливать заго­товки, требующие только отдельной механической обработки. Так, зубчатое колесо сателлита редуктора автомобиля, полученное по­рошковой металлургией, обеспечивает зубчатое зацепление по седьмой степени точности и посадочный внутренний диаметр по седьмому квалитету; позволяет использовать его без последующей механической обработки.

Экономичность метода порошковой металлургии проявляется при достаточно больших объемах производства из-за высокой

стоимости технологической оснастки и исходных материалов. Практикой установлено, что при массе заготовок 30—50 г и про­грамме выпуска менее 10000 шт./год в большинстве случаев невы­годно изготовлять заготовки порошковой металлургией.

Получение заготовок из пластмасс

Пластмассы — неметаллические материалы, вырабатываемые из естественных и искусственных смол в смеси с другими веще­ствами, бывают термореактивными (одноразового использования) или термопластичными (не полимеризуются). К первым относят­ся фенопласты и аминопласты, ко вторым — нитрол, целлулоид, полистирол, полихлорвинил и др. При изготовлении деталей к смолам добавляют пластификаторы, наполнители, красители, огвердители.

Пластмассу обрабатывают прессованием, литьем, штамповкой, выдуванием, вакуумированием и механически. Из пластмасс из­готовляют зубчатые колеса, вкладыши подшипников качения, ло­пасти вентиляторов, наконечники для рукояток и др.

Значительное количество деталей из пластмасс получают ме­ханической обработкой (точением, растачиванием, фрезеровани­ем, сверлением). При обработке некоторых пластмасс (например, стеклотекстолита) режущий инструмент затупляется и изнаши­вается быстрее, чем при обработке металлов. Это обусловлено низкой теплопроводимостью, ухудшающей теплоотвод из зоны резания, высоким абразивным действием пластмасс, необходи­мостью применения более острых резцов (из-за относительной мягкости материала). Однако существует стойкая тенденция от­каза во всех возможных случаях от механической обработки пластмасс.

ВЫБОР ЗАГОТОВОК

Выбрать заготовку означает установить способ ее получения, рассчитать размеры, назначить припуски на обработку каждой поверхности и указать допуски на неточность изготовления. Необ­ходимо учитывать конфигурацию, размеры и вес детали. Материал заготовки должен соответствовать требованиям, предъявляемым к детали. Следует также учитывать точность и качество заготовок и периодичность их использования.

При выборе заготовок учитывают:

• назначение детали, материал и технические условия. Для этого необходимо изучить работу детали в узле или машине, устано­вить требования по прочности и ясно себе представить, с какой точность должна быть изготовлена деталь;

• масштаб и серийность выпуска. Нельзя, например, назначать изготовление штамповки без учета масштаба выпуска. При ма­лой серийности штамповка может оказаться экономически не­выгодной и заготовку лучше получать свободной ковкой, не изготовляя дорогих штампов;

• тип и конструкцию детали. Следует обращать внимание на фор­му заготовки, распределение ее массы, чтобы правильно ре­шить, отливать или штамповать деталь, либо применить другие методы получения заготовки, обеспечивающие необходимую плотность металла, снижение остаточных внутренних напряже­ний и т.п.;

• размеры деталей и оборудования для их обработки. Нельзя вы­бирать заготовку, исходя из предыдущих факторов и не считаясь с размерами заготовки, ибо на заводе может не оказаться необ­ходимого по мощности оборудования, чтобы выполнить, на­пример, штамповку; возможно, в данном случае следует перей­ти на литье и т.д.;

• экономичность изготовления заготовки. В некоторых случаях окончательное решение о выборе заготовки принимается толь­ко после технико-экономического сравнения двух и более ва­риантов.

В производственных условиях технологи заготовительного и механического цехов могут встретиться с ситуацией, когда выбор заготовки предопределен, т.е. метод изготовления заготовки опре­деленного вида производства задан конструктором, а технолог лишь уточняет его.

Вторая ситуация, когда выбор заготовки конструктор оставляет за технологом.

Первая ситуация характерна для массового, крупносерийного и серийного производств, вторая — для единичного, мелкосерий­ного и серийного.

Первый вариант — результат длительного совместного труда конструктора с технологом механического и заготовительного це­хов, основанный на опыте работы детали в процессе эксплуатации машины с учетом ее доработок и доводок. Это характерно для

большинства ответственных деталей, определяющих работоспо­собность машин, например деталей блоков цилиндров и гильз, коленчатых и распределительных валов, шатунов, поршневых ко­лец, лопаток и дисков турбин и др. Известно, что исходной заго­товкой блока цилиндров из серого чугуна автомобильного двига­теля в массовом производстве является отливка в землю при ма­шинной формовке; для блока цилиндров из алюминиевых сплавов — отливка, изготовленная литьем под давлением или в кокиль; заготовками для гильз цилиндров в массовом производстве служат отливки, выполненные методом центробежного литья.

В последнее время применяют метод центробежного литья в облицованный кокиль.

Преимущества центробежного литья и литья в кокиль позво­ляют при этом свести минимальный припуск на механическую обработку самой ответственной поверхности гильзы диаметром 120+ 0 — 03 мм — «зеркала цилиндра» — до 2Z_{o min} = 3,5—5,5 мм.

Следует отметить, что выбор конструктором метода изготовле­ния заготовки для ответственных деталей часто носит дифферен­цированный характер. Часто для деталей массового производства разрабатывают новые процессы и специальные методы изготовле­ния заготовок. В последнем случае, учитывая, что серийным про­изводством выпускается 75—80% машиностроительной продукции, выбор технологического процесса изготовления заготовок является задачей технико-экономической, определяющей эффективность производства. В этих условиях заготовку часто выбирает технолог.

Имея чертеж исходной заготовки, чертеж детали с указанием ее конфигурации, размеров, материала, технических условий, данные по объему выпуска, нормативные материалы, заготовку выбирают в следующей последовательности: процесс, метод, оборудование. Основа процесса — принятый метод изготовления заготовки. Структура процесса, его содержание определяется степенью слож­ности изготовляемой заготовки, соответственно требует примене­ния одного или нескольких методов для его выполнения.

В первую очередь рассматривают технологические возможности материала, приведенные конструктором на чертеже детали, влия­ние степени его легирования на обрабатываемость.

Если материал детали обладает литейными свойствами и в то же время хорошо обрабатывается давлением, выбор процесса и мето­да изготовления заготовки связывают с обеспечением заданного качества детали, т.е. с техническим условием на изготовление.

В результате анализа исключают многие процессы и методы, устанавливают степень технического совершенства принятых ре­шений, выбирают возможные варианты, уточняют их.

Для полной оценки варианта, если располагают материалами, выполняют технико-экономический анализ, критерий которого себестоимость. Варианты сравнивают по изменяющимся статьям затрат: стоимости материала, инструмента, технологической оснастки (штампы, пресс-формы, формы, модели и т.д.), оборудо­вания; заработной плате; электроэнергии. Учитывают и другие статьи затрат, если они приводят к значительному изменению ва­рианта.

Подобный расчет требует большого количества нормативных, справочных и фактических данных, поэтому затруднителен для выполнения. На практике для ориентировочных расчетов по эко­номике используют статистические материалы, приложения, гра­фические зависимости и т.п.

Опыт показывает, что в большинстве вариантов затраты на ма­териал при определении себестоимости заготовки являются опре­деляющими и зависят от потерь металла, которые достаточно ве­лики.

В станкостроении потери металла при производстве отливок средней сложности из стали и чугуна составляют 35—54%, а при изготовлении исходных заготовок методами пластических дефор­маций 5—37%. Особенно велики потери металла при ковке из слит­ков на молоте (29—37%) и прессе (20—33%). При штамповке из проката на молотах потери 13—26%, а на ГКМ — 5-13%.

Потери металла в стружку при механической обработке также зависят от исходных заготовок и составляют 30—50% для прутков стального проката, 30—45% для поковок, 10—30% для штампован­ных поковок, 15—20% для чугунных отливок в песчаные формы и 10—15% для оболочкового литья.

Потери металла в стружку частично компенсируются при ее переплавке, однако 20% металла стружки уходит на угар, часть улетучивается при окислении, теряется при транспортировке.

В среднем около 20% металла теряется при изготовлении поко­вок на молотах и прессах и 30—35% при их последующей механи­ческой обработке. Отсюда следует: общие потери металла при из­готовлении деталей из таких поковок составляют 50%. Поэтому выбор метода с малыми припусками всегда приводит к снижению трудоемкости и себестоимости изготовления детали.

Использование комплексных заготовок для групп деталей при­водит к экономии затрат на технологическую оснастку и при чер­новой обработке. При выборе заготовки необходимо учитывать одновременное влияние всех перечисленных факторов. Оконча­тельное решение можно принять только после экономического комплексного расчета себестоимости заготовки и механической обработки в целом.

Источник

Комбинированные методы изготовления печатных плат

Негативный метод изготовления печатных плат

В негативном методе сначала вытравливаются проводники, и затем металлизируются отверстия.

Негативный комбинированный метод изготовления печатных плат возник, когда в производстве еще отсутствовали сверлильные станки с программным управлением. Платы были вынуждены сверлить вручную по проводящему топологическому рисунку (контактным площадкам).

После травления рисунка нужно не только сверлить отверстия, но и их металлизировать. Для этого необходимо принимать меры по созданию проводящею подслоя в отверстиях.

Поэтому перед сверлением плату:

во-первых, покрывают защитной «лаковой рубашкой»;

во-вторых, сверлят через нее отверстия;

в-третьих, химически металлизируют всю заготовку.

Лаковую рубашку наносят так, чтобы она легко отслаивалась. После ее удаления химически осажденный металл остается только в отверстиях.

Недостатки негативного метода:

• При металлизации отверстий открытые участки диэлектрического основания насыщаются химическими растворами, что в свою очередь, повышает их проводимость. Надежность изоляции, реализуемая этим методом — низкая.
• Для гальванической металлизации отверстий возникают большие затруднения для организации электрического контакта стенок отверстий с катодом гальванической ванны. Это обуславливает наличие заметного количества непрокрытых или плохо прокрытых отверстий.
• При отделении лаковой рубашки возможно частичное разрушение проводящего подслоя в отверстиях. Условия для электрохимической металлизации нарушаются. В связи с этим негативный метод уступил в распространении позитивному.

Позитивный метод изготовления печатных плат

Как уже отмечалось, единственным преимуществом негативного метода на ранних стадиях развития производства печатных плат с металлизированными отверстиями являлась возможность сверления отверстий по сформированному рисунку печатной платы, когда контактные площадки можно было использовать как мишень для ручного сверления отверстия. С появлением высокопроизводительных сверлильных станков с ЧПУ это единственное преимущество негативных методов исчезло.

В позитивном комбинированном методе изготовления печатных плат травление рисунка происходит после металлизации отверстий, а для соединения металлизируемых отверстий с катодом используется еще не вытравленная фольга, изначально присутствующая на поверхности заготовки.

Схема позитивного метода изготовления двусторонних печатных плат с металлизированными отверстиями:

1. нарезка технологических заготовок;
2. очистка поверхности фольги (дезоксидация);
3. сверление отверстий, подлежащих металлизации, на станках с ЧПУ;
4. активация поверхностей под химическую металлизацию;
5. тонкая химическая металлизация (до 1 мкм);
6. предварительное тонкая гальваническая металлизация (до 6 мкм) — «гальваническая затяжка»;
7. нанесение и экспонирование фоторезиста через фотошаблон – позитив;
8. основная гальваническая металлизация (до 25 мкм внутри отверстий);
9. нанесение металлорезиста;
10. удаление экспонированного фоторезиста;
11. травление обнаженных участков фольги;
12. удаление металлорезиста;
13. нанесение контактных покрытий на концевые печатные ламели;
14. тщательная отмывка платы, сушка;
15. нанесение паяльной маски;
16. финишное покрытие под пайку;
17. маркировка;
18. обрезка платы по контуру;
19. электрическое тестирование;
20. приемка платы — сертификация.

Преимущества позитивного метода:

• возможность воспроизведения всех типов печатных элементов с высокой степенью разрешения;
• защищенность фольгой изоляции от технологических растворов — хорошая надежность изоляции;
• хорошая прочность сцепления (адгезия) металлических элементов платы с диэлектрическим основанием.

Недостатки позитивного метода:

• относительно большая глубина травления (фольга + металлизация затяжки) создает боковое подтравливание, что существенно ограничивает разрешающую способность процесса;
• травление рисунка по металлорезисту ограничивает свободу выбора травящих растворов;
• после травления рисунка схемы, металлорезист или осветляют для улучшения паяемости, или удаляют и, после нанесения паяльной маски, осаждают финишные покрытия под пайку. Оба варианта требуют дополнительных капитальных затрат и прямых расходов.

Тентинг-метод

Процесс изготовления плат комбинированным позитивным методом становится короче и дешевле, если для защиты рисунка от травления использовать не металлорезист, а прочный, сухой пленочный фоторезист. Главная проблема тентинг-процесса — надежно закрыть отверстия от доступа травящих растворов. Не все пленочные фоторезисты способны к этому. Но, когда они появились, тентинг-метод начал успешно применяться для изготовлении плат невысокой сложности.

Название процесса произошло именно потому, что пленка фоторезиста накрывает отверстия, как бы зонтиком или крышей, отсюда английское происхождение термина «tenting».

Источник