10 Технологические методы на базе лазерной и электроннолучевой обработки, область их применения в машино- и приборостроении.

Лазерные технологии. Область использования. Технологические возможности ЛО.

Рис. Типичная блок-схема лазерной технологической установки с твердотельным лазером: 1 — зарядное устройство; 2 — ёмкостной накопитель; 3 — система управления; 4 — блок поджига; 5 — лазерная головка; 6 — система охлаждения; 7 — система стабилизации энергии излучения; 8 — датчик энергии излучения; 9 — оптическая система; 10 — сфокусированный луч лазера; 11 — обрабатываемая деталь; 12 — координатный стол; 13 — система программного управления.

Лазерные технологии широко применяются в машино- и приборостроении, редко в микроэлектроники. Используется для: 1. размерной обработки (прошивки отверстий, пазов, вырезка по контуру); 2. для скрейбирования; 3. для термической обработки точечных поверхностей; 4. для термической обработки размеров крупно габаритных изделий; 5. для пайки и сварки деталей имеющих существенно разные толщины; 6 для подгонки тензорезисторов; 7 для удаления примесей из кристалла; 8. в измерительной технике.

Физическая сущность: луч фотонов, генерируемый оптической квантовой головкой, направляется на поверхность предварительно пройдя фокусировку. Диаметр луча может составлять от 3-5 мкм до 1,5 мм. Попадая на поверхность фотоны поглощаются материалами энергии фотонов переходит в тепловую. В зоне обработки температура составляет от 3000 и выше, при этой температуре материал плавиться и испаряется.

Лазерные технологические установки специализированные выпускаются промышленостью для прошивки поверхности, для сварки, для варки корпусов микросхем, для подготовки резисторов.

При электронно-лучевой обработке заготовок из твердых спла­вов получают точность 9-11 квалитета и R_а = 0,2-3,2 мкм, а при лазерной — 7-12 квалитета и R_a = 0,2 мкм.

Электронно-лучевая обработка(ЭЛО), физическая сущность, область применения, технологические возможности.

При лучевых методах обработки луча с высокой плотностью энергии воздействует на поверхность заготовки — материал нагре­вается и испаряется с узколокального участка.

При электронно-лучевой обработке на вакуумной установке кинетическая энергия пучка электронов превращается в тепловую.

ЭЛО заключается в воздействии на материал заготовки сформированного пучка энергии.

Р=2(10

Этим методом осуществляют прошивку отверстий различной формы, прошивку пазов от нескольких микрон до десятков мкм. Этим методом осуществляют термическую обработку, сварку детали. Точность обработки детали соответствует 9-7 квалитету. А шероховатость поверхности соответствует 8-9 классу. Реализуется метод при использовании электронно-лучевых установок. Технологические установки относительно дороги из-за необходимости вакуума в рабочей зоне, защиту от рентгеновского излучения свыше 60 кВ.

11 Виды покрытий поверхностей деталей, их назначение. Содержание типовых технологических процессов нанесения покрытий.

Классификация покрытий, требования к качеству покрытий.

Покрытия поверхностей деталей выполняет различные функции. Они могут быть:

- защитными; - защитно-декоративными (декоративные); - специальные (улучшают адгезию, покрытие на инструменте).

Вид покрытия определяет конструктор изделия. Учитывая функциональное назначение детали ее материал конструкционный из которого она изготовлена, условие эксплуатации изделия. Условие эксплуатации изделия в соответствии со стандартом делится на 4 группы: легкие (Л), средние (С), жесткие (Ж), особожесткие (ОЖ).

Температура, влажность, колебания, наличие агрессивных веществ.

Л – закрытые помещения +25 С (

С – влагозащитная обстановка, но может быть и не в закрытом помещении, без попадания влаги на изделия, влажность 65-80%.

Ж – допускается непосредственное попадание осадков и загрязнение промышленными газами, Т=

ОЖ – тропические условия, морские условия, Т выше 500 С.

Требования к покрытиям определяется стандартом: ГОСТ 9.30081, химическим составом покрытия, внешний вид, пористость, колебания по толщине покрытия.

Требования эксплуатационные: прочность сцепления, прочность покрытия, защитная способность покрытия, твердость покрытия, пластичность покрытия.

Все стандарты которые регламентируют покрытия относятся к единой системе защиты от старения и коррозии.

Защитные покрытия и другие делятся на: - металлические; - химические (конверсионные); - лакокрасочные (краски, лаки, эмали); - полимерные покрытия.

Виды металлических покрытий. Типовые технологические процессы нанесения металлических покрытий.

По характеру защиты металлические покрытия делятся на катодные и анодные.

Цинковые покрытия применяются для черных металлов. Толщина от 7-40 мкм. Защитные свойства улучаются дополнительные хромотирование. Это создание окисной химической плени. Допускает вальцовку, гибкую вытяжку, но плохо пояитя, плохо сварится.

Кадмиевое покрытие лучше чем цинковое. Применяется во всех условиях эксплуатации. Нанесение практически во всех условиях до 20 мкм толщина но дорогое покрытие.

Никелирование катодное по отношению к железу и защищает если без пористая. Как правило под никель делают подслой меди или двух слойное никелирование из разных электродов когда верхний слой является анодом чем следующий (медь). Это твердое покрытие до 350 НВ.

Хромистое катодное по отношению к железу защищает если без пор 1000 НВ.

Типовой технологический процесс нанесения металлических покрытий включает следующие операции:

1. Механическая обработка поверхности с учетом требования рабочего чертежа детали. Применяют шлифование, полирование на блестящей поверхности, крацевание (обработка вращающимися металлическими щетками, гидрообразивная обработка).

2. Химическая обработка. Включает в себя несколько операций и как правило выполняется на комплексных модульных линиях.

1) Обезжиревание поверхности детали щелочными растворами или органические растворители. Выполняется многократные промывка горячей или холодной водой. И сушкой (применяется если нет травления)

2) Травление в растворах кислот (серная и соляная кислота) с последующими промывками.

3) При гальваническом методе нанесения покрытий выполняется операция Дкопирования или это обработка после промытия.

4) Нанесение покрытия по типовому технологическому процессу в зависимости от способа нанесения.

5) Контроль качества покрытия.

Методы нанесения покрытия. Металлические покрытия наносятся следующими образами:

1. Электрохимический способ (способ катодного восстановления или гальванический способ).

2. Металлизация распыления (специально механизируется устройство)

3. Плазменный способ получения (нанесения)

4. Конденсационный способ.

5. Горячий метод (окунание в расплавленный сплав или металл).

6. Вжигание это получения покрытий нагреванием диспрегированным веществом с флюсом и связующим веществом на поверхности детали.

Виды химических покрытий. Типовые технологические процессы нанесения покрытий.

Химические покрытия это конверсионные покрытия. Они получаются на поверхности детали за счет химической реакции основного металла с технологической средой. Наиболее часто используют аксидирование, поссевирование, фосфатирование).

Оксидирование это получение окисной пленки на поверхности черных и цветных металлов. Оно может происходить химическим и электрическим методом. Оксидирование стали осуществляемое в щелочных растворах называют вананением.

Это покрытие толщиной до 12 мкм. Все покрытия пористые. Для уселения защитных свойств вводится дополнительная обработка поверхности (протитка маслом или лаком). Поверхности с таким покрытием не должны работать на износ.

Электрохимическое оксидирование алюминия называется анадированием. Это покрытие легкокрасится обычно анилиновыми красителями.

Оксидируются и медные сплавы в щелочно сульфатных растворах пленка очень тонкая.

Пассивирование это создание окисной пленки на поверхноти деталей из цветных материалов (латуни) в присутствии сильного окислителя хрома.

Фосфотирование это получение фосфатных пленок т.е. пленок из фосфатных соединений (из нерастворимых солей фосфорнокислых соединений марганца и железа).

Фосфотирование осуществляется химическим способом.

Толщина пленки может достигать до 40 мкм. У пленки этой особые свойства применяют как специальные покрытия:

1. Высокая адгезия с лакокрасочными покрытиями;

2. Жаростойкие ( до 500 С не растрескиваются);

3. Высокая электрическая плотность до 400 В.

Типовые технологические процессы нанесения лакокрасочных и полимерных покрытий.

С помощью лакокрасочных покрытий металлические поверхно­сти предохраняют от коррозии, а деревянные — от влаги и загни­вания. Кроме того, лакокрасочные покрытия применяют как деко­ративные.

При нанесении покрытий присходит следующий процесс:

• подготовка поверхности химическим или механическим воз­ действием, выравнивание, грунтовка, и шпатлевка с последующим шлифованием;

• окраска поверхности одним или несколькими слоями мас- ляных или иных лаков или красок вручную кистью, распылением или методом электрофореза;

• сушка — испарение растворителя и окисление или полиме­ ризация пленки. Сушку производят естественным или искусст­ венным путем (например, конвекционную сушку горячим возду­ хом в специальных сушилах);

• отделка окрашенной поверхности — лакирование (нанесение лака для повышения стойкости покрытия и придания ему блеска) и художественное оформление (нанесение декоративных линий, рисунков и фабричных знаков).

В одних случаях окраске подвергают окончательно собранную машину (например, металлорежущий станок), а в других окраши­вают отдельные детали и узлы машины до общей сборки.

Нанесение пластмассовых пленок

Пластмассы применяют для нанесения декоративных антифрик­ционных и антикоррозионных покрытий.

На заготовки, нагретые до температуры 180-300 °С газопламен­ным или вихревым способом, наносят термопластичные пластмас­сы (полиэтилен, полипропилен, полиамид и др.) в виде мелкодис­персного порошка, переходящего при нагреве в жидкотекучее со­стояние.

Консервация готовых деталей

Консервацию деталей, передаваемых на длительное хранение, производят нанесением антикоррозионной смазки (например, тех­нического вазелина) окунанием в подогретый состав, пульвериза­цией или с помощью кистей. Можно консервацию осуществлять упаковкой деталей в оберточную бумагу, пропитанную 10 % раст­вором нитрита натрия, и другими способами.