3834

узлом агрегата и поверхностью, через которую может передаваться вибрация, устанавливают прокладки или пружины; между

фетр, асбест и т. п.). Однако применение демпфирующего материала дает эффект лишь в том случае, если материал плотно прижат к вибрирующей детали.

Для ослабления шума при обрубке металла делают специальные упругие прокладки с боковых поверхностей и под плитой или рельсом на которых производится обработка материала. В галтовочных барабанах интенсивность шума снижается на 20 дБ при облицовывании стенок барабана снаружи листовой резиной или войлоком.

Если изменить технологический процесс или конструкцию оборудования не представляется возможным, надо прибегать к звукоизоляции и звукопоглощению. При этом особо шумные цех и виды оборудования размещают в отдельных зданиях или в самостоятельных пролетах, отделенных капитальными стенами. Стены и потолки в производственных помещениях, в которых расположено такое оборудование, покрывают звукопоглощающими материалами (акустическая штукатурка, черепица, шерсть, войлок, торф, драпировка), что позволяет уменьшить уровни шума почти в

10 раз.

Сильный шум и сотрясение от машин значительно снижаются при установке их на специальные фундаменты из эластичных материалов. Фундаменты отделяют от других частей здания воздушными прослойками.

В некоторых случаях уменьшение шума достигается отсасыванием воздуха механической вытяжной вентиляцией (например, при резке металла). Согласно «Санитарным правилам организации технологических процессов и гигиеническим требованиям к производственному оборудованию» уже при проектировании машин и оборудования в их технические задания должны быть включены допустимые шумовые характеристики.

С целью унификации требований к изучению шума машин лабораторией шума и вибрации Института гигиены труда и профзаболеваний АМН совместно с Институтом физикотехнических радиоизмерений был разработан ГОСТ 8.055 «Машины. Методика выполнения измерений для определения шумовых

51

характеристик».

Наряду с перечисленными мероприятиями, которым принадлежит основная роль в борьбе с шумом, большое значение имеет рациональная организация труда и отдыха рабочих, а также использование средств индивидуальной защиты (противошумов) от воздействия шума. Ценным свойством противошумов является повышение их заглушающей способности по мере перехода от низких тонов к более опасным, высоким. Относительно слабое заглушение противошумами низкочастотных звуков удобно в том отношении, что в условиях шумного цеха сохраняется возможность слышать разговорную речь.

Заглушки из твердых материалов (эбонитовые) не следует применять длительное время, продолжительное пользование ими может привести к раздражению слухового аппарата с возникновением болевых ощущений. Противошумы из пластических материалов более удобны, так как подготовка их по размерам слухового прохода не представляет затруднений. Противошумы ФПШ просты по конструкции и снижают шум на 12—35 дБ по всему спектру.

Уменьшению воздействия шума на рабочих способствует регулярный кратковременный отдых во время работы в помещениях, изолированных от источников шума.

Указанные выше мероприятия должны быть отражены студентами при курсовом и дипломном проектировании оборудования в линиях электронной промышленности.

Воронежский государственный технический университет

52

УДК 621.396.6:621.791.16

В.С. Скоробогатов, Ю.М. Данилов

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКЦИИ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МИКРОСВАРКИ

Приводятся формулы для расчета параметров конструкции инструментов используемых для ультразвуковой микросварки

Крепление инструмента к волноводной системе, с точки зрения высоких акустических свойств колебательной системы, наилучшим способом следует считать паяное или сварное соединение (рис.1, а). Однако при этом смена инструмента затруднена.

Рис. 1

Хорошо зарекомендовало себя крепление инструмента с помощью конуса (рис. 1, 6). Наибольшее распространение получило резьбовое крепление с боковым или торцевым прижатием (рис. 1, в и г) [1]. Для .получения качественных соединений большое значение имеют форма и размер рабочей части инструмента. Распространенной конструкцией ультразвукового сварочного инструмента (сварочной иглы) является стержень с конической частью. Коническая часть иглы, с помощью которой осуществляется контактирование с проволокой и передача давления на свариваемые элементы, имеет заданные радиусы закругления (рис. 2, а). Размеры рабочего торца выбираются в зависимости от диаметра dпр, мм, привариваемого проводника и рассчитываются по формулам. Диаметр торца d (или размер а) обычно составляет 3 ÷ 4 диаметра

53

привариваемого проводника dnp. Это необходимо для уменьшения влияния неточности размещения проводника под инструментом (во избежание выскальзывания проводника).

Рис. 2. Форма рабочей части инструмента

Длина деформируемого при сварке участка проводника, определяемая размером b , мм, выбирается равной (2 ÷ 3) · dпр.

Размеры с и r рекомендуется определять по формулам (3, 4):

Радиус закругления R определяется по формуле

54

Увеличение длины b до 4 · dnp способствует повышению прочности сварного соединения, однако это не всегда удается сделать из-за малых размеров контактных площадок микросхем. Повышению прочности соединения также способствует небольшой паз в центре рабочей части вдоль привариваемой проволоки (рис. 2, б). Этот паз ограничивает деформацию проводника, повышает эффективность передачи энергии в зону сварки. Однако необходимость тщательной центровки проволоки относительно паза (канавки) и нестабильность обрыва проволоки после второй сварки несколько сдерживает применение инструмента с продольным пазом.

На рис. 2, в показана конструкция рабочей части инструмента со слегка вогнутой поверхностью торца, которая позволяет получить качественные соединения при неплоских контактных площадках или расположенных под углом к торцу инструмента. Эта конструкция может также успешно применяться, если корпус прибора или подложка недостаточно устойчивы к ультразвуковым колебаниям, При сварке плоским инструментом происходит смещение проволочного вывода или чрезмерная деформация его.

Рабочая поверхность инструмента должна обеспечивать эффективную передачу ультразвуковых колебаний, что достигается хорошим сцеплением с привариваемым проводником. С этой целью на рабочей поверхности инструмента делают поперечную канавку (рис. 2, г). Во время деформирования проводника материал затекает в эту канавку, обеспечивая хорошее сцепление с инструментом. Недостаток инструмента с поперечной канавкой - уменьшение фактической площади сварного соединения, так как под канавкой соединение обычно не образуется.

В ряде случаев (сравнительно толстые проволочные выводы и большие размеры контактных площадок) целесообразно применять инструменты с поперечной и продольной канавками (рис. 2, д).

Наиболее эффективно и качественно происходит процесс ультразвуковой сварки при применении инструмента с крестообразным расположением канавок (рис. 2, е), особенно при сварке плоских выводов.

Хорошее сцепление инструмента с проводником обеспечивается при соответствующей обработке рабочей поверхности инструмента. Поверхность инструмента должна быть грубее поверхности, к которой присоединяется проводник, т. е. быть

55

рельефной. Необходимый микрорельеф (микронасечки) можно получить электроэрозионным способом. Удовлетворительные результаты дает шлифованная поверхность, причем если шлифовка производится в направлении, перпендикулярном направлению колебаний инструмента. Закругленная часть инструмента обязательно должна быть полированной.

Рассмотренные конструкции рабочей части инструмента предполагают ручную или механизированную подачу проводника под рабочую поверхность с помощью отдельного устройства с направляющей дюзой (капилляром). Наибольшее распространение при ультразвуковой микросварке круглых тонких проводников получил инструмент с боковым капиллярным отверстием (рис. 3)

Отверстие служит для подачи привариваемой проволоки под рабочую часть инструмента. Обычно диаметр отверстия составляет (1,5 ÷ 2) · dnp. Расположение отверстия должно быть таким, чтобы проволока, с одной стороны, свободно проскальзывала под рабочей частью, когда ее подают вперед, а с другой — не изгибалась на острой кромке выходного отверстия при перемещении инструмента назад при создании проволочной перемычки.

Такая форма инструмента позволяет легко автоматизировать подач; и отрыв проволоки и исключить влияние оператора на точность совмещения проволоки с торцом инструмента. Параметры инструмента изображенного на рис. 3 определяются по формулам ( 6 ÷ 12 ):

Рис. 3. Инструмент для ультразвуковой микросварки с боковым отверстием для подачи проволоки. Вид А — второй вариант

Длина инструмента рекомендуется [ 1 ]: L = 15 ± 0,2 или

L = 21 ± 0,2.

Правильный выбор профиля рабочей части во многом определяет надежность обрыва проволоки после создания перемычки. Большой радиус закругления режущей кромки (r >15 мкм) затрудняет отрыв проволоки, увеличивает длину деформированного участка проводника. Острая кромка (г ≤ 5 мкм) создает концентрацию напряжения в месте перехода от деформированного участка к недеформированному. Этого противоречия обычно избегают, применяя соответствующий наклон инструмента на 2—4° вперед при сварке первой точки, уменьшающий внедрение инструмента в районе режущей кромки. При сварке второго конца перемычки инструмент располагают перпендикулярно [или наклоняют на 1—2° в обратную сторону (рис. 4)], что обеспечивает прочное соединение и возможность легкого и четкого обрыва проволоки. Наиболее важно это при сварке алюминиевой проволоки, чувствительной к концентраторам напряжений.

57

Рис. 4. Схема создания проволочной перемычки с изменением угла наклона инструмента. 1 — контактная площадка схемы; 2 — инструмент; 3 — перемычка; 4 — вывод корпуса.

Для ультразвуковой сварки также широко применяются инструменты с центральным капиллярным отверстием (рис. 5) для сварки встык с образованием шарика и внахлестку. Диаметр капиллярного отверстия dQ имеет допуск ± 3 ÷ 5 мкм, что обеспечивает свободное прохождение привариваемой проволоки и удержание шарика на контактирующей инструмента. Контактирующая площадка Ь относительно оси отверстия может располагаться концентрично с отклонением не более ±5 мкм. Такой жесткий допуск обусловлен тем, что контактирующий торец инструмента должен работать в любом направлении, а при разнотолщинности стенок длина сварных точек меняется, следовательно, меняется и прочность соединения.

Ответственным элементом в инструменте является внутренний радиус, который обрабатывается по 10-му классу шероховатости. Малейшие шероховатости кромки и другие дефекты приводят к нарушению целостности проволоки. Сопряжение конической заходной части отверстия с цилиндрическим рабочим отверстием должно быть также плавным. Параметры инструмента изображенного на рисунке 3 определяются по формулам (13 ÷ 17 ):

58

Длина инструмента рекомендуется [ 1 ]: L = 7 ± 0,2 или

L = 12 ± 0,8.

На рис. 5 показан инструмент для групповой ультразвуковой сварки, применяемый при соединении контактной рамки к кристаллу при «паучковой» технологии монтажа. Обычно инструмент имеет плоскую рабочую площадку, подвергаемую обработке (алмазной или электроэрозионной) для придания шероховатости с целью увеличения сцепления инструмента с выводами рамки.

На рис. 6 показан инструмент для групповой ультразвуковой сварки, применяемый при соединении контактной рамки к кристаллу при «паучковой» технологии монтажа. Обычно инструмент имеет плоскую рабочую площадку, подвергаемую обработке (алмазной или электроэрозионной) для придания шероховатости с целью увеличения сцепления инструмента с выводами рамки.

Рис. 5. Инструмент для ультразвуковой микросварки с центральным капиллярным

отверстием Рис. 6. Инструмент для групповой приварки выводов методом паучковой технологии

59

Материал инструмента для ультразвуковой микросварки должен обладать высокой износостойкостью, иметь минимальные акустические потери, малую склонность к адгезии с привариваемым материалом, высокую прочность, хорошую обрабатываемость.

Литература

Ультразвуковая сварка [Текст] /А.А. Грачев, А.П.,Кожевников, В.А. Лебига, А.А. Россошанский. -М.: «Энергия», 1977. 184 с.

Воронежский государственный технический университет

60