книги / Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры

9. Методы обработки и формообразования материалов при производстве ЭА

Усилие при вырубке и пробивке рассчитывают по выражению

P = L h o b,

где L — длина реза, мм; А — толщина вырубаемого материала, мм; о 6 —

предел прочности материала, кг/мм2.

Штампы для вырубки деталей из неметаллических материалов (рези­ на, картон, кожа) имеют свои особенности. На рис. 9.21 показан вариант ра­ бочей части штампа для вырубки. Деталь 1 в виде шайбы вырубается из за­ готовки кольцевыми пуансонами, внешний диаметр шайбы оформляется пуансоном 3, внутренний — пуансоном 4. Матрица в этом случае отсутст­ вует, ее роль выполняет подкладка 5 из неметалла, чтобы не затупились ост­ рые кромки пуансонов. После вырубки и подъема пуансонов деталь вытал­ кивается кольцевым выталкивателем 6 под действием пружины сжатия 7. Отход выталкивается выталкивателем 8.

Гибка — операция по изменению положения одной части листа (по­ лосы) относительно другой под определенным углом. Операция гибки ши­ роко применяется при изготовлении деталей несущих конструкций ЭА.

362

мого материала; к — коэффициент, зависящий от физических свойств мате­ риала {к = 0,2... 0,3 — если линия гиба располагается поперек направлению проката материала; к = 1,5 — если линия гиба вдоль проката).

На рис. 9.23 приведены схемы гибки с прижимом и с калибровкой. Наличие прижима обеспечивает гибку детали с равными плечами, т. е. заго­ товка не смещается в процессе гибки.

В схеме гибки с калибровкой форма гиба детали 1 обеспечивается как пуансоном 2, так и матрицей 3. Это самый точный способ гибки деталей.

Вы тяж ка предназначена для получения полых деталей замкнутого профиля: цилиндрических, конических, ступенчатых, с фланцем и без него (рис. 9.24). Вытяжкой изготавливают детали типа крышек и корпусов раз­ личных элементов и узлов. Различают вытяжку без утонения, когда толщина исходного листа (заготовки) практически не изменяется после вытяжки, и с утонением. Для вытяжки используют пластичные листовые материалы — малоуглеродистые стали, цветные металлы и их сплавы.

Рассмотрим схему процесса вытяжки на примере формирования ци­ линдрического колпачка с фланцем (рис. 9.25). На матрицу 1 устанавливает­ ся заготовка 3 в виде круглой шайбы. Перед вытяжкой для уменьшения

Рис. 9.23. Схемы гибки с прижимом (а) и с калибровкой (б)

363

9. Методы обработки и формообразования материалов при производстве ЭА

Рис. 9.24. Варианты деталей, получаемых Рис. 9.25. Схема вытяжки детали вытяжкой

трения заготовку смазывают солидолом, смазкой на основе графита и др. Иногда для ответственных деталей поверхность заготовки покрывают более пластичным материалом, например, меднением поверхности стали. Пуансон 2, проталкивая заготовку через матрицу с закругленными кромками, вытягива­ ет деталь. Чтобы вытягиваемый материал не гофрировал, его прижимают кольцевыми прижимами. При проталкивании заготовки пуансоном полно­ стью через матрицу получим полую деталь без фланца, не полностью — де­ таль с фланцем.

Холодное (ударное) вы давливание применяют для деталей типа приведенных на рис. 9.26. Это — различного рода втулки, радиаторы охлаждения элементов, детали разъемов, корпусы конденсаторов, экра­ ны и т. д.

Процесс выдавливания протекает с большими пластическими дефор­ мациями, материал течет под большим давлением, следовательно, он дол­ жен обладать хорошей пластичностью, поэтому чаще всего используют алюминий, медь и их сплавы. Процесс холодного выдавливания выполняет­ ся потрем схемам: прямое, обратное и комбинированное выдавливание.

На рис. 9.27 приведена схема обратного холодного выдавливания. Ма­ териал заготовки течет в зазор между пуансоном 1 и матрицей 2 обратно движению (удару) пуансона.

В случае прямого выдавливания (рис. 9.28) материал течет в направ­ лении движения пуансона. Размер заготовки определяют по критерию ра­ венства объемов заготовки (У3) и детали (Кд) с учетом отходов (Уот)

364

9.4. Изготовление деталей из пластмасс для ЗА

для прямого с отверстием — F3 - (л£)д2/4) - (ти/д2/4).

9,4. Изготовление деталей из пластмасс для ЭА

Пластические массы (пластмассы) широко исполь­ зуются при производстве ЭА. Из них изготавливают кор­ пусные детали, несущие кон­ струкции, клавиатуру, диэлек­ трические платы, опоры и др. Такие изделия легки, хорошо противостоят коррозии, обла­ дают высокими электроизоля­ ционными свойствами, имеют эстетичный внешний вид. На рис. 9.29 приведены примеры деталей из пластмасс с раз­ личным конструктивным ис­ полнением.

Детали из пластмасс должны быть по возможности равностенными и, где это возможно, с ребрами жесткости. В противном случае возникают трудности с ликвидацией коробления и трещин. Часто используют армирование пластмассовых изделий, например разъемы, распределительные колодки. Пластмассовые детали можно выполнять с резьбой, для чего используют резьбовые знаки, которые после затвердевания пластмассы вывинчиваются из детали.

Основной составной частью пластмасс являются полимеры — синте­ тические органические соединения. Иногда пластмасса полностью состоит из полимера, но чаще всего она представляет собой сложную комбинацию из полимера, пластификатора, наполнителя и красителя. В некоторых случа­ ях добавляются катализаторы и стабилизирующие компоненты. Наполните­ ли, в качестве которых используют древесную муку, тальк, каолин, асбест, стекловолокно, хлопчатобумажные, синтетические, стеклянные ткани, дре­ весный шпон, придают изделиям необходимые прочность, жесткость, теп­ лостойкость и электроизоляционные свойства.

Широко распространенными материалами для изготовления пласт­ масс являются фенолформальдегидные, эпоксидные и полиэфирные смолы.

365

9. Методы обработки и формообразованияматериалов при производстве ЭА

Рис. 9.29. Примеры деталей, изготовленных из пластмасс:

а — равностенные: б — равностенные с ребрами жесткости; в — армированные

Наибольшую прочность обеспечивает наполнитель в виде стеклоткани (стеклотекстолиты).

В соответствии с изменениями, претерпеваемыми пластмассами при нагревании в процессе переработки, они делятся на две группы:

термореактивные (реактопласты), образующие после первого нагрева неплавкие продукты и поэтому называемые необратимыми;

термопластичные (термопласты), способные неоднократно плавиться в процессе нескольких переработок и поэтому называемые обратимыми.

Основными способами изготовления пластмассовых деталей являются литье под давлением и прессование. Изделия, полученные этими способами, имеют чистую поверхность, точные размеры и не требуют дальнейшей ме­ ханической обработки.

Для получения крупногабаритных корпусных деталей применяют способы дутьевого и вакуумного формования из листовых термопластиче­ ских заготовок.

Литье под давлением является наиболее эффективным и производи­ тельным способом серийного и массового производства деталей в основном из термопластичных пластмасс. Термопласты для литья под давлением вы-

366

9.4. Изготовление деталей из пластмасс для ЭА

Рис. 9.30. Схемы машин для литья под давлением:

а — без предварительной пластификации; 6 — с предварительной пластификацией

пускаются химической промышленностью в виде гранул и порошков. Дета­ ли отливаются из полиэтилена, полистирола, капрона, полиамидов и других материалов.

Литье под давлением пластмасс осуществляется по тому же принципу, что и литье металлов. На рис. 9.30 приведены схемы литьевых машин, рабо­ тающих без предварительной пластификации (рис. 9.30, а) и с предвари­ тельной пластификацией (рис. 9.30, б). В машине без предварительной пла­ стификации материала гранулированное сырье из бункера 7 подается плун­ жером 6 в цилиндр 5, который имеет электронагреватель 4. При движении прессующего поршня 8 порция сырья подается в зону обогрева, а порция уже расплавленного или, как называют, пластифицированного материала через сопло 3 и литниковые каналы поступает в полость формы 1, где фор­ муется деталь 2.

Для повышения однородности заливаемого материала применяют ма­ шины с предварительной пластификацией, в которых подача и перемешива­ ние материала осуществляется в отдельном нагревательном цилиндре с по­ мощью шнека 9.

Большое значение для получения качественных деталей имеет выбор температурного режима литьевого цикла. Температура формы обычно под­ держивается на уровне 40...60 °С. Для предупреждения перегрева форм применяют принудительное водяное охлаждение.

Обычное прессование осуществляют на гидравлических прессах. Прессматериал помещается в полость пресс-формы, нагретой до 150...200 °С, и под действием температуры приобретает пластичность, распределяясь под давлением по оформляющей полости. Для получения деталей из порошко­ вых материалов используют давление 150...200 кг/см2(15...20 МПа), а из волокнистых материалов — 250...350 кг/см2 (25...35 МПа). Прессование из

367

9. Методы обработки и формообразования материалов при производстве ЭА

высокопрочных стекловолокнистых материалов типа АГ-4 осуществляют под давлением 400...500 кг/см2 (40...50 МПа). Время выдержки под давле­ нием составляет 1... 1,5 мин на 1 мм толщины детали.

В мелкосерийном производстве используют съемные пресс-формы, сборка которых осуществляется вне пресса. Нагрев таких пресс-форм про­ исходит после установки их на пресс, имеющий специальные плиты обогре­ ва. В массовом производстве применяют стационарные пресс-формы с соб­ ственным обогревом, который осуществляется электрическими нагрева­ тельными элементами, расположенными в плите обогрева пуансона и в плите обогрева матрицы.

Литьевое прессование по сравнению с обычным имеет ряд преиму­ ществ. Этим способом можно получать детали с малопрочной сквозной ар­ матурой, детали с глубокими отверстиями небольшого диаметра, с различ­ ной толщиной стенок. Это объясняется тем, что пресс-материал, проходя через узкое сечение литника, нагревается и поступает в оформляющую по­ лость уже равномерно размягченным.

Пресс-форма для литьевого прессования устанавливается на гидрав­ лическом прессе любой конструкции, так как закрытие загрузочной камеры й заливка пресс-материала в полость матрицы происходит при движении поршня вниз. Наличие верхней загрузочной камеры дает возможность прес­ совать детали из волокнистых материалов, но требует обязательного верти­ кального разъема матрицы для удаления литника.

При использовании пресс-порошков можно применять пресс-формы с нижней загрузочной камерой. Закрытие такой пресс-формы происходит при движении вниз верхнего поршня пресса, а заливка материала, предвари­ тельно размягченного в загрузочной камере, осуществляется при движении вверх нижнего поршня.

Основным недостатком способа литьевого прессования по сравнению с обычным является повышенный расход материала, так как в загрузочной камере остается часть необратимого пресс-материала.

Дутьевое и вакуумное формование термопластов аналогично про­ цессу листовой штамповки (вытяжке) металлов. Лист термопласта, предва­ рительно нагретый до высокоэластичного состояния, формуют в штампе и, не снимая внешнего усилия, охлаждают, фиксируя приданную ему конфи­ гурацию. Эти способы переработки наиболее широко применяют для изго­ товления тонкостенных крупногабаритных изделий из органических стекол и винипласта.

Различают дутьевое формование свободное (рис. 9.31, а) и направлен­ ное (рис. 9.31, б), осуществляемое давлением сжатого воздуха. Направлен­ ное формование применяют для получения глубоких изделий. Оно отлича­ ется от свободного тем, что предварительная вытяжка осуществляется пуан-

368

9.4. Изготовление деталей из пластмасс для ЭЛ

i

I

Воздух

Рис. 9.31. Схема дутьевого формования:

а — свободного; б — направленного; / — матрица; 2 — изделие в процессе формования; 3 — прижимная плита; 4 — пуансон

соном, через который затем подается сжатый воздух, раздувающий и окон­ чательно формующий изделие.

При вакуумном формовании упрощается конструкция штампа. После разогрева листа 2 специальной плитой обогрева 3 (см. рис. 9.32, а) из мат­ рицы отсасывается воздух, и пластмассовый лист всасывается в полость матрицы (см. рис. 9.32, б). Затем изделие выталкивается сжатым воздухом (рис. 9.32, в). Качество поверхности пластмассовых деталей зависит от каче­ ства обработки пресс-форм, штампов и их износа, от вида наполнителя и от технологических режимов формования.

Шероховатость поверхности пластмассовых деталей, изготовляемых литьем под давлением и прессованием, соответствует 7— 8-му классам шерохо­ ватости. Точность пластмассовых деталей находится в пределах 11— 14 квалитета точности, хотя в отдельных случаях достигается 8— 9-й квалитет точности.

Рис. 9.32. Схема вакуумного формования:

а — разогрев листа; б — отсос воздуха; в — выталкивание изделия; / — матрица; 2 — заготовка; 3 — плита разогрева; 4 — прижимная плита; 5 — изделие

369

9. Методы обработки и формообразования материалов при производстве ЭА

Технологические уклоны (конусность) предусматриваются на внеш­ них и внутренних поверхностях в направлении разъема пресс-форм. Одно­ сторонний уклон для внутренних поверхностей составляет от 30' до 1°, а для внешних поверхностей— 15...30'.

9.5. Электрофизические и электрохимичские методы обработки деталей

Электрофизические и электрохимичские методы обработки применя­ ют для обработки труднообрабатываемых, прочных, хрупких и многих дру­ гих материалов, обработка которых обычными механическими методами затруднена или невозможна. К таким материалам относятся полупроводни­ ковые материалы, кварц, рубин, ферриты, твердые сплавы и др. В зависимо­ сти от используемого физического процесса эти методы обработки материа­ лов условно могут быть разделены на ультразвуковые, электроэрозионные, лучевые, электрогидравлические, магнитоимпульсные, электрохимические.

Ультразвуковой метод обработки заключается в механическом воз действии на материал. Он назван ультразвуковым благодаря тому, что час­ тота ударов соответствует диапазону неслышимых звуков, т. е. выше 16 кГц. Ультразвуковым методом можно обрабатывать твердые и хрупкие материа­ лы, частицы которых могут как бы выкалываться при ударе.

Электроэрозяонный метод обработки токопроводящих материалов и сплавов основан на использовании преобразуемой в теплоту энергии им­ пульсных электрических разрядов, возбуждаемых между инструментом и изделием. В зависимости от вида электрического разряда (искра, дуга), па­ раметров импульсов тока, напряжения и других условий электроэрозионная обработка подразделяется на электроискровую, электроимпульсную, электроконтактную и анодно-механическую. Каждой разновидности электроэрозионной обработки свойственны определенные технологические характери­ стики, оборудование и область промышленного применения.

Лучевой метод обработки, к которому относится обработка световым, электронным и ионным лучами, используют для обработки токопроводящих материалов и диэлектриков. Они основаны на съеме материала при воздей­ ствии на него сфокусированными лучами с высокой плотностью энергии. Съем материала осуществляется преобразованием этой энергии непосредст­ венно в зоне обработки в теплоту.

Электрогидравлическая обработка материалов представляет собой одну из форм механического воздействия на материал. Интенсивный элек­ трический разряд в жидкости приводит к сильному гидравлическому удару, под воздействием которого обрабатываемый материал может деформиро­

370