Введение

ВВЕДЕНИЕ

В данной работе рассматривается прибор, предназначенный для нужд народного хозяйства. Изготовление, которого, со знанием некоторых технологических процессов, возможно из подручных средств.

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Прибор «Ультразвуковой отпугиватель грызунов», в дальнейшем УЗОГ, предназначен для отпугивания грызунов, таких как мыши, крысы. Метод ультразвукового отпугивания основан на свойстве УЗ влиять на биофизику и психику животных, т.е. на не слышимом ухом человека, но слышимом животными звуковом диапазоне действовать на слух.

Применяется прибор на фермах, элеваторах и в других местах, где возможна порча и уничтожение зерна.УЗОК можно применять в домашних условиях.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ

УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ПРИБОРА

Блок питания – используется для питания напряжением генератора частоты и усилителя.

Генератор частоты – генерирует частоты заданого диапазона  и заданной формы.

Усилитель – усиливает сигнал пришедший с генератора и подает его на  биморфный  излучатель.

Излучатель – используется для излучения в воздух акустического сигнала заданного частотного диапазона.

ОБЩИЙ ВИД ПРИБОРА

2.   ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ  КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Для изготовления данного корпуса можно применить полиформальдегид стабилизированный (МРТУ 6-05-1018-66) который обладает следующими качествами: высокие антифрикционные и физико-механические свойства, хорошие электроизоляционные св-ва, стабильные при увеличении влажности.  Для изготовления данного корпуса необходимо использовать литье под давлением и экструзию.

Требования к конструкции деталей из пластмассы

Конфигурация детали, получаемой литьем или прессованием, не должна препятствовать свободному течению массы при формовании. При разработке конструкции детали следует максимально упрощать ее конфигурацию и обращать основное внимание на ее расположение в форме и на расположение литника. Если конфигурацию детали упростить нельзя, то ее необходимо расчленить на более простые, сопрягающиеся между собой элементы. На допустимые размеры детали прежде всего влияет текучесть прессматериала. Особенно это проявляется у тер­мореактивных прессматериалов.

Ответственные или сопрягаемые участки деталей не должны располагаться в плоскости разъема формы, так как на точность размеров детали влияет вели­чина облоя. Следует учитывать, что в пресс-формах прямого или литьевого прессо­вания облой может располагаться по всему контуру изделия, а при литьевом прессовании и литье под давлением требуется дополнительная зачистка места рас­положения литника. При правильном подборе навески материала облой по тол­щине детали не превышает 0,3 мм.

Большая точность деталей обеспечивается при использовании метода литья под давлением. Для увеличения точности деталей применяют формы повышенной жесткости, а также жесткие механизмы смыкания машин.

Для беспрепятственного удаления изделий из формы необходимы технологи­ческие уклоны на внешних и внутренних поверхностях детали, параллельных направлениям раскрытия форм или совпадающих с направлением извлечения из детали формующих элементов. Технологические уклоны не делают на плоских монолитных деталях толщиной 5—6 мм и менее. Уклон внутренних поверхностей и отверстий деталей должен быть больше уклона наружных поверхностей. Реко­мендуются следующие углы уклона: наружные поверхности от 15' до 1°, внутрен­ние поверхности от 30' до 2°, отверстия глубиной до 1,5 d от 15 до 45'; ребра жест­кости и выступы от 2 до 10°. Уклоны на деталях из термореактивных материалов, получаемых литьем под давлением, должны выбираться по величине больше, чем при литье под давлением термопластичных материалов.

Толщина стенки детали определяется ее длиной, текучестью материала, механической прочностью, требуемой конфигурацией элемента детали, характеристикой оборудования и режимом переработки. Толщина сплощных сечений из реактопластов должна быть не выше 10—12 мм. Толщину стенок можно уменьшить применением ребер жесткости или приданием стенкам рацио­нальных профилей. Для фенопластов не рекомендуется применять стенки тол­щиной менее 1,5 мм. Разница в толщине стенок не должна превышать 30°о наи­меньшей толщины стенки.

Рис. 1. Радиусы закругления

Для изготовления тонкостенных изделий при литье термопластов необхо­димо применять термостатирование форм. Изготовление изделий из поликарбо­ната, полиформальдегида, его сополимера и полиамидов также требует термоста-тирования формы, а также предварительного подсушивания материала для улуч­шения свойств изделий.

Переходы от большего сечения детали к меньшему выполняются при помощи радиусов закругления или уклонов. Торцы деталей для упроч­нения выполняют в виде непрерывных буртиков по всему контуру детали. Толщина буртиков обычно не пре­вышает 1,5—2 толщин стенки. Уве­личение жесткости деталей достигается ребрами, которые не должны быть толще стенки, к которой они примы­кают. Толщина ребер составляет 0,6— 0,8 толщины стенки. Ребра жесткости не должны доходить до опорной поверх­ности детали или до края примыкаю­щего к нему элемента детали на 0,5—1,0 мм. Сечение ребра жесткости должно быть постоянным по всей длине и иметь небольшой технологический уклон.

Углы и грани изделия должны быть скруглены, форма изделия возможно более обтекаемой. Радиусы закруглений на изделиях из пластмасс показаны на рис.1. Острые кромки на детали, необходимые по конструктивным требова­ниям, скругляются минимальным радиусом округления 0,5 мм. Радиусы закруг­ления и фаски для- деталей из пластмасс и металла регламентированы ГОСТ 10948-64. На одном изделии рекомендуется применять наименьшее число размеров радиусов закругления.

Рис. 2. Формы отверстий

В деталях из пластмасс следует применять отверстия наиболее простых форм. Применяемые формы отверстий показаны на рис. 2. Наиболее простые — цилиндрические отверстия, они могут быть сквозными или глухими.

Наиболее распространены отверстия постоянного диаметра. Но могут быть и другие формы отверстий, показанные на рис. 3. Можно получать отверстия со смещенными и наклонными к вертикали осями и отверстия, пересекающиеся под углом (рис. 3). Направление осей отверстий, не совпадающее с направле­нием прессования или съема изделия, нежелательно. Диаметры отверстий выби­рают по ГОСТ 6636-60. Расстояния между соседними отверстиями или отверстием и краем изделия должны быть не менее диаметра отверстия. Отверстия диаметром менее 1,5 мм рекомендуется изготовлять сверлением.

Конструкция детали не должна по возможности иметь выступов или при­ливов значительной длины. Высота выступов и приливов не должна превышать ^l/s высоты основной стенки, при этом необходимо предусматривать их плавное утолщение.

Рис. 3. Конфигурация сквозных отверстии.

а — цилиндрическое; б — ступенчатое, состоящее из двух цилин­дрических отверстий разного диаметра; б — ступенчатое: цилиндри­ческое переходит в коническое; г — ступенчатое, имеющее цилин-дрическо-конические уступы; д, е — отверстия с пересекающимися осями; лс — отверстие с наклонной осью; з — отверстие со смещен­ными и наклонной к вертикали осями.

Для устранения коробления, усадки и неровностей больших площадей, повышения жесткости и точности сопрягаемых элементов деталей применяют выступающие над поверхностями опорные плоскости в виде выступов, бобышек, буртиков. При конструировании опорных поверхностей их размеры необходимо ограничивать до минимума. Сплошные опорные поверхности заменяют опорами на три точки.

Накатку и рифление выполняют прямыми ребрами, параллельными направ­лению выталкивания детали из формы. На конических и цилиндрических поверх­ностях не допускаются винтовые или сетчатые рифления.

Рие. 4.       Глу­хое ребро      риф­ления.

Рис. 5. Конструкции рифлении

а—ребра рифления заподлицо с плоскостью изделия; 6 — ребра рифления ниже плоскости изделия.

Ширина ребер рифления должна быть не менее 0,3—0,5 мм, а высота возвышения над базовой поверх­ностью не должна превышать их ширины. При рифлении цилиндрической по­верхности или поверхности, имеющей съемный уклон, ребра рифления должны иметь съемные уклоны, превышающие уклон базовой поверхности. Наиболее целесообразно применять па цилиндрических и конических наружных поверх­ностях глухие ребра рифления (рис. 4). Для плоских Поверхностей применяют прямое (параллельное) и сетчатое рифление полукруглого или треугольного сечения. При сетчатом рифлении взаимное пересечение ребер должно быть в пре­делах 60—90°. Рифление плоских наружных поверхностей целесообразно выполнять так, чтобы ребра рифления были заподлицо с плоскостью изделия или несколько ниже (рис. 5). .

Резьбы в пластмассовых изделиях получают тремя основными способами:

1) непосредственно при прессовании или литье изделия; 2) механической обработ­кой отдельных элементов изделия; 3) вставкой металлических частей, имеющих резьбы.

На деталях из пластмасс можно получать наружную, и внутреннюю резьбу различного профиля. Можно применять резьбу метрическую, дюймовую, трубную, цилиндрическую по ГОСТ 6357-52, коническую дюймовую по ГОСТ 6111-52 и др. Метрическая резьба на деталях диаметром 1—20 мм регламентирована ГОСТ 11709-66. Диаметры и шаги резьбы выбирают по ГОСТ 8724-58; не рекомендуется применять шаги 0,5, 0,75, 1,0 мм для диаметров резьбы соответственно свыше 16, 18, 36 мм. Основные резьбы с крупным и мелким шагом выбирают по ГОСТ 9150-59. Шаг резьбы выбирают в соответствии с приложением к ГОСТ 11709-66. Для термореактивиых материалов с порошкообразным наполнителем наиболее прочной является резьба с шагом 1,5 мм. Резьбы с более крупными или меньшими шагами имеют меньшую прочность. На термопластичных материалах можно получить резьбу с любым шагом.

Наиболее экономичными и производительными способами получения резьбы являются компрессионное и литьевое прессование и литье под давлением. Резьбы могут быть получены с точностью классов 2а, 3 и 4. Процесс получения наружных резьб технологически проще процесса получения внутренних резьб, так как первые могут быть оформлены разъемными матрицами, а внутренние резьбы требуют свинчивания детали. Если прочность резьбы должна быть высокой или деталь .необходимо часто отвинчивать, резьбу следует нарезать на металлических встав­ках, заделанных при формовании.

Резьбы легче нарезать на деталях из термореактивных пластиков с волокни­стыми наполнителями, чем на деталях из порошкообразных материалов.

Для соединений, требующих точности, следует применять метрическую резьбу по ГОСТ 11709-66. При расчете диаметра резьбы необходимо учитывать усадку материала и оставлять зазор между винтом и гайкой больше, чем для изделий из металла.

При длине резьбы более 20—25 мм усадку рассчитывают и для шага резьбы. Для более грубых резьбовых соединений применяют резьбу круглого профиля. Шаг резьбы 2,5—4 мм. Для всех видов прессуемых резьб обязательно наличие фаски или кольцевой выточки на конце резьбы. Величина фаски регламентиро­вана ГОСТ 10549-63. Для наружной резьбы наличие фаски на заходной части нежелательно: затрудняет изготовление формующего элемента. В тонкостенных изделиях следует предусматривать вместо фаски выточку для сбега и выхода резьбы. Размер выточки составляет 0,5—1,0 мм.

Для увеличения жесткости, точности, электро- и теплопроводности деталей используют металлическую арматуру из стали, латуни, бронзы. Стержневая арматура крепится в пластмассовых деталях при помощи шестигранной или квадратной головки. Вокруг арматуры необходимо иметь материал толщиной не менее ²/.., диаметров головки. Проволочную арматуру закрепляют с помощью различных отгибов, разрезов, расплющивания арматуры. Листовую арматуру крепят с по­мощью вырезов, отверстий, отгибов. Поверхность арматуры подвергают грубой обработке.

Надписи на деталях получают обычно в процессе прессования или литья. В некоторых случаях надписи наносят после изготовления детали гравировкой, печатанием и др. Наименьшая высота надписей 0,3—0,5 мм. Буквы высотой больше 0,75 мм выполняют у основания шире, чем у вершины. Для защиты вы­пуклого шрифта от повреждений надписи помещают в углубления. Углубления должны быть такими, чтобы надписи не выступали за пределы наружной поверх­ности детали.

Взаимозаменяемость деталей определяется их допуском при изготовлении. Для пластмасс допуск зависит от колебания размеров, определяемых главным образом усадкой. Усадка зависит от многих факторов: конструктивных (располо­жение литника, разнотолщинность, отношение толщины к длине), технологи­ческих (равномерность температур, технология литья, свойства материала) и др. Допуск должен примерно в 2,5 раза превышать колебания усадки.

Качество поверхности деталей, полученных прессованием и литьем, опре­деляется чистотой поверхности прессовых и литьевых форм.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПЛАСТМАСС

Детали из пластических масс изготавливаются формованием (физико-химическими механическим воздействием на материал, находящийся в вязкотекучем или вязкоэластическом состоянии) и обработкой (физико-химическим и механи­ческим воздействием на материал, находящийся в твердом состоянии).

В зависимости от химических и физико-механических свойств материалы перерабатываются различными способами. Термопластичные материалы фор­муются в изделия: литьем под давлением, компрессионным прессованием, вакуумформованием, раздувом, а в заготовки и полупродукты — экструзией (трубы, листы, пленки), обрабатываются они путем сварки, склейки, крашения, механи­ческими способами (например, резанием). Термореактивные материалы фор­муются в конструкционные изделия: литьем под давлением, литьевым прессова­нием, компрессионным прессованием, а в заготовки (листовые, трубные и др.) — прессованием; обрабатываются они механическим путем (резка, точение, сверле­ние, фрезерование), склейкой.

Метод переработки термопластичных пластмасс литьем под давлением заклю­чается в размягчении материала до вязкотекучего состояния в нагревательном цилиндре и инжекции его в охлаждаемую форму, в которой материал затверде­вает. Температуры цилиндра и формы регулируются и изменяются в зависимости от свойств перерабатываемого материала.

В литьевых машинах (рис.6) со шнековой пластикацией материал пласти­фицируется в инжскционном цилиндре / при вращении шнека 2. Пластикация материала происходит от тепла внешних нагревателей 3 и от внутреннего тепла. При поступательном движении шнека 2 материал впрыскивается в замкнутую форму 4.

Рис. 6. Схема получения изделия на литьевой машине со шнековой пластикацией.

При изготовлении деталей с толщиной стенки до 10 мм и деталей с массой, в 2—3 раза превышающей номинальный объем отливки, на который рассчитана машина, применяется метод интрузии, т. е. заполнение формы производится вращающимся шнеком и последующим поджатием материала в течение времени выдержки под давлением.

Сущность метода инжекционного прессования заключается в том, что запол­нение формы производится с помощью шнека, а перемещение механизма запира­ния используется для компенсации усадки материала и для придания ему необ­ходимой конфигурации. Этим способом получают детали толщиной более 20 мм.

В современном машиностроении наибольшее распространение получили одноцилиндровые конструкции литьевых машин горизонтального типа с пласти­кацией материала шнеком. Для литья изделии с арматурой применяют вертикаль­ные литьевые машины. Большое распространение приобретает многопозиционное литьевое оборудование: револьверное и роторное. Револьверные машины имеют одну позицию подачи материала и несколько позиций смыкания форм, располо­женных на подвижном столе. Многопозиционное литьевое оборудование позво­ляет повысить производительность более чем в 4 раза по сравнению с однопози­ционным. Литьевое оборудование применяется для изготовления одно-, двух- и трехцветных деталей и деталей с арматурой, фитингов для сваривания крупно­габаритных деталей и т. д.

Литьевое оборудование в настоящее время создается универсальным по пара­метрам и специализированным по перерабатываемым материалам. Специализа­ция машин по перерабатываемым материалам достигается комплектацией их рабочими органами, отвечающими свойсгвам полимерных материалов и особен­ностям процесса литья. Специальные требования указываются в заказе на машину.

Современные литьевые машины перерабатывают полиамиды, полиформаль­дегид, поликарбонат, непластифицированный поливинилхлорид, пол и акр платы, наполненные материалы, полипропилсн, полистирол и его сополимеры и другие термопласты, а также термореактивные материалы. При переработке материалов повышенной гигроскопичностью (полиамиды) необходимо тщательно высушивать их перед литьем в сушильных шкафах при соответствующих режимах. При пере­работке таких материалов целесообразно использовать специальные бункерные сушилки. Подогрев материала желательно производить под вакуумом.

При переработке порошкообразных материалов, склонных к зависанию (поливинилхлорид непластифицированный, а также реактопласты), применяются специальные бункера, улучшающие загрузку и транспортировку материала без образования сводов и-зависании.

При переработке полиамида, поликарбоната, полиформальдегида формова­ние изделии производится в формах, нагретых до 80—140°С с помощью термо­статов.

Примерные режимы литья под давлением некоторых терлюпластов

Листовые термопластичные материалы можно обрабатывать на фуговочных Станках. Фрезерование торцов и обработка по копиру лучше всего Производятся концевыми многозубчатыми фрезами из быстрорежущей стали. Задний угол таких фрез ее должен быть равен 10—15°, а передний угол — до 20°.

Сверление. Сверление надо производить сверлом, диаметр которого больше номинального отверстия на 0,05—0,1 мм. Для сверления пластмасс применяются следующие сверла: угол наклона канавки (и == 15 — 17°. Угол при вершине 20° до 70°; для сверления органического стекла применяются сверла с углом 20° до 140°. Задний угол сверла» равен 4—8° .Полированная и глубокая канавка на сверле способствует легкому удалению стружки.

Для сверления ненаполненных термопластов рекомендуется пользоваться стандартными спиральными или специальными перовыми сверлами из углеро­дистой стали.

Небольшой угол наклона канавки (15—17°), особенно при обработке термо­пластичных материалов, обеспечивает наименьший нагрев детали при достаточно хороших условиях отвода стружки. При сверлении тонкостенных деталей следует применять сверла с углом при вершине 2(р=55—60°. При сверлении деталей из полистирола применяются специальные сверла из инструментальной стали с углом при вершине 50—60°. При сверлении листов значительной толщины сверла с углом при вершине 2ср, равным 90°, дают наилучшие качества обработки. Ско­рость сверления для большинства пластмасс, в особенности для термопластов, при небольших глубинах резания и малых диаметрах отверстий (до 5 мм) может быть до 3 000—5 000 м/мин,

Шлифованием удаляют заусенцы, риски, царапины и доводят изделие до нужного размера. Для шлифования изделий применяют станки с вращающимися абразивами (камнями или кругами с абразивными пастами), ленточные шлифо­вальные станки с бесконечными наждачными лентами, расположенными гори­зонтально или вертикально; станки с дисками, на которых наклеено наждачное полотно. Удельное давление прижима изделия к кругу должно быть в пределах 0,05—0,15 МПа.

При обработке неподвижных изделий необходимо обеспечить прерывистость контакта с длительностью соприкосновения 1—15 с во избежание прожога ма­териала.

Шлифование обычно ведется в две стадии: черновое и чистовое. Для черновой обработки применяют абразивные полотна № 20—50 (крупные зерна); для чисто­вой — № 200—240 (мелкие зерна).

Полирование. Для придания обработанным поверхностям блеска применяется полирование при помощи хлопчатобумажных или шерстяных кругов. Эти круги укрепляют на станках и вращают их с окружной скоростью 15—35 м/с (частота вращения 1 000—2 000 об/мин). Обычно полирование производят в две стадии:

-предварительное и окончательное. Предварительное полирование производится с пастами, которые наносятся на круг (окись хрома, ВИАМ-2), окончательное — сухими хлопчатобумажными кругами (без паст), при этом нажим должен быть незначительным.

3. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА

Печатный монтаж – это система плоских проводников, расположенных на изоляционном основании.

Печатного монтаж является груповым монтажем, так как за один технологический цикл получается все соединение.

Преимущества печатного монтажа:

- возможность автоматизации и механизации;

- увеличение механической прочности изделия;

- стабильность и идентичность радиотехнических параметров;

- увеличение качества и надежности РЭС;

Недостатки:

-трудность внесения изменений при производстве печатных плат;

-сложные схемы требуют большой площади печатной платы.

4. Компоновка печатного узла

Рис. 7

Сборочный чертеж генератора сигнала

Рис.8

     Для расчета числа посадочных мест печатной платы (рис.4) воспользуемся следующей формулой:

 ,   где

n_x – число посадочных мест по оси X ,

n_y – число посадочных мест по оси Y .

;    ,   где

L_x=70 мм – размер печатной платы  по оси Х,

L_y=47.5 мм – размер печатной платы по оси Y,

x=7.5 мм – ширина краевого поля по оси X,

t_x=5 мм - шаг установки по оси X,

t_y=10 мм – шаг установки по оси Y,

l_y=15 мм – размер посадочного места по оси Y,

y₁=2.5 мм – ширина краевого поля для контактных гнезд,

y₂=5 мм – ширина краевого поля для соединительных гнезд.

    Таким образом, на печатную плату размером 70´47.5 можно установить 36 элементов.

5. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОДНОСТОРОННЕЙ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Технологический процесс изготовления печатной платы (ПП) химическим методом был выбран исходя из достоинств и недостатков метода.

          ПП изготавливается химическим методом, следовательно рисунок ПП должен быть выполнен сеточно-графическим методом. Данный метод широко используется при массовом производстве ПП из одностороннего фольгированного диэлектрика, чаще гетинакса. Сущность метода заключается в том, что нанесение рисунка на заготовку платы осуществляется сквозь сетку – трафарет, по которому перемещается ракель и продавливает краску на плату. Затем плата с печатным рисунком подвергается травлению.

          К достоинствам метода относятся высокая механизация и автоматизация технологического процесса, быстрота налаживания оборудования, малое число обслуживающего персонала.

          Недостатки: отсутствие металлизации отверстий, изоляционное основание подвергается воздействию химических веществ.

          Технология изготовления ПП сеточно-химическим методом состоит из следующих основных операций:

1.   Раскройка материала и изготовление заготовок плат на дисковых ножницах;

2.   Нанесение рисунка схемы кислотостойкой краской;

3.   Травление схемы;

4.   Удаление защитного слоя краски;

5.   Крацовка;

6.   Нанесение защитной эпоксидной маски;

7.   Горячее лужение мест пайки;

8.   Штамповка;

9.   Маркировка;

10.Подготовка платы;

11.Подготовка выводов навесных элементов;

12.Установка элементов на плату;

13.Пайка элементов на плате;

14.Технический контроль;

15.Регулировка;

16.Технический контроль.

Рассмотрим подробней некоторые из этих основных операций.

1. Раскройка материала и изготовление заготовок плат. Резка материала на технологические заготовки (полосы) производится на дисковых ножницах. Этот метод позволяет, в отличие от резки на дисковой плите, повысить производительность, полностью исключить засорение атмосферы помещения гетинаксовой или стеклотекстолитовой пылью и сократить расходы материала. Из полос материала на кривошипном прессе штампуют технологические заготовки плат. Заготовки имеют технологический припуск 26 мм по контуру. В заготовках одновременно вырубаются технологические базовые отверстия, которые в большинстве случаев в готовых печатных блоках служат крепежами.

2. Нанесение рисунка схемы кислотостойкой краской. Заготовки плат поступают на автомат стеклографической печати, который кислотостойкой краской наносит рисунок схемы. Стеклографический станок-автомат, имеет два загрузочных бункера, в которые закладываются по 300 заготовок плат. Заготовки по одной забираются движущимися двухсторонним вакуумным столом, который подаёт их в рабочую позицию нанесения рисунка, т.е. под сетку-трафарет. Как только заготовка стала в рабочую позицию нанесения рисунка, автоматически осуществляется движение ракеля, который продавливает краску через сетку-трафарет. После этого стол поворачивается, забирая плату из-под сетки-трафарета, вакуум снимается и плата с нанесённым рисунком по склизу спадает в сушило. Такой же цикл выполняется и на другой стороне стола. Платы по очереди забираются из левого и правого бункеров и соответственно сбрасываются после нанесения рисунка в левое и правое термодинамическое сушило. Время одного цикла -– 8 сек., ритм выхода платы – 4 сек. Производительность автомата – 900 оттисков в час. Автомат регулируется на различные размеры плат (заготовок) от 190´50 мм до 400´20 мм. В условиях серийного производства автомат обслуживается одним наладчиком.

3. Травление схемы. Платы с нанесённым рисунком подвергаются травлению, которое выполняется на специальном полуавтоматическом агрегате. Агрегат травления конструктивно представляет собой поточную линию, через которую на жгутовом транспортире проходят платы. В процессе движения производится их обработка. Травление осуществляется раствором хлорного железа с плотностью 1,35¸1,40. На агрегате выполняются следующие операции:

1.   Вытравливание фольги в местах, незащищённых краской;

2.   Удаление остатков травления с платы методом обдува струёй воды;

3.   Промывка плат водой двухсторонним дождеванием;

4.   Сушка плат струёй горячего (t = 60¸70°C) воздуха.

Для интенсификации процесса травления раствор хлорного железа, подаваемый насосом в растворительные форсунки, подогревается до 35 – 40 °С газом в специальных баках. Все основные узлы агрегата выполнены из титановых сплавов или неметаллических материалов, стойких в растворе хлорного железа. Скорость движения транспортёра может регулироваться в диапазоне 0,5 – 0,8 м/мин специальным ступенчатым редуктором. Она определяется травящей способностью раствора хлорного железа. Полезная ширина транспортёра 450 мм. Габариты обрабатываемых плат от 50´150 мм до 450´450 мм. Производительность агрегата 13,5¸21,5 м²/ч. Обслуживается агрегат одним  человеком.

4.Удаление защитного слоя краски. Удалить краску можно различными растворителями: ацетоном, растворителем №646, уайт-спиртом, дихлорэтаном, трихлорэтаном, и другими. Однако все эти процессы с перечисленными растворителями связаны с существенной вредностью для организма человека, пожарной и взрывоопасностями. Поэтому в промышленности разрабатываются и способы удаления краской гидропульпой, по принципу гидропескоструйной обработки. Специальный полуавтоматический агрегат, производит удаление краски струёй воднопесчаной пульпы, поступающий из сопел специальной гидропушки, под давлением 1,5 атм.Плата загружается в приёмный механизм и с помощью группы подающих, вертикально расположенных резиновых валиков, транспортируется через камеры агрегата. Затем подаётся в камеру промывки и сушки. Такой способ удаления краски полностью исключает все неприятности химических способов. Кроме этого, одновременно с краской с печатных проводников удаляется оксидная плёнка. На данной установке можно обрабатывать платы размерами от 200´50 мм до 500´250 мм. В установке предусмотрено три скорости подачи заготовок 2,1; 1,56; 1,12 м/мин., обеспечивающие среднюю производительность 120 погонных метров в час или 18 м²/час. Установка обслуживается одним человеком.

5. Горячее лужение мест пайки. После нанесения эпоксидной маски и полимеризации, платы поступают на автоматический агрегат горячего лужения, на котором они проходят операцию лужения, промывки и сушки. Печатные платы стойкой (рисунок вниз) загружаются в автоматический бункер, из которого специальным толкателем по одной подаются под валки привода. Передвигаясь в торец одна за другой по направляющим, платы проходят последовательно под двумя волнами припоя (сплав типа Розе, температура плавления +95°С). Сплав Розе защищает покрытие проводников печатной платы от окисления во время её хранения до момента её последующей обработки. Излишки припоя снимаются ракелем из термостойкой резины и возвращаются в ванну с припоем. Из жёстких направляющих плата попадает на жгутовой транспортёр, двигаясь по которому последовательно проходит операцию промывки горячей водой (60 - 70°С) и сушки горячим воздухом (80 - 90°С), скорость движения платы в агрегате 0,7м/мин, температура припоя 145°С. Максимальная ширина обрабатываемых плат 250 мм. Производительность установки от 4 до 16 м²/ч, зависит от размера обрабатываемых плат.   

6. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПЬЕЗОКЕРАМИКИ

Технологический процесс изготовления пьезокерамических деталей (пьезоэлементов) можно условно разбить на три основные стадии: подготовка материалов, изготовление заготовок и изготовление собственно пьезоэлементов.

Технологический процесс производства пьезоэлементов рассмотрим на примере изготовления пьезокерамики из титаната бария (ВаТiO₃), так как активный элемент в преобразователе изготовлен из пьезокерамики ЦТС-19.

6.1. Подготовка материалов

 Исходное сырье для пьезокерамичоского материала предварительно дозируют, затем смешивают компоненты и производят высокотемпературный синтез.

Исходным сырьем для изготовления пьезокерамики являются углекислый барий и двуокись титаната. Углекислый барий в состоянии поставки может быть в виде порошка или пасты. Двуокись титана поставляется в виде порошка. Поступающие со склада компоненты содержат большое количество влаги и поэтому подвергаются сушке при температуре 110 - 130° С. Сушка производится в сушильных шкафах с естественной вытяжкой или в специально оборудованных туннельных печах. Сушильные устройства должны быть оборудованы терморегулирующей аппаратурой.

После сушки образовавшиеся комки компонентов протирают через сито на протирочной машине. Протирочная машина состоит из сварной станины, на которой установлен цилиндрический бункер. Под бункером размещается металлическое сито, по которому скользят вращающиеся металлические лопасти, приводимые в движение электродвигателем с редуктором. Загруженные в бункер комкообразные компоненты разбиваются вращающимися лопастями и одновременно протираются через сито.

Вредной примесью в исходном сырье является металлическое железо. Для очистки от примесей железа сырье обрабатывается на магнитном сепараторе. В магнитном сепараторе сырье через загрузочный бункер тонким слоем ссыпается на вращающийся барабан, изготовленный из листовой тонкой (1,5 – 2 мм) латуни. Внутри латунного барабана находятся мощные электромагниты. Сырье, очищенное от железа, ссыпается в лоток, а частицы железа счищаются с поверхности барабана скребком и попадают в лоток.

Контроль качества очистки порошкообразной массы сырья осуществляется при помощи постоянного магнита, погружаемого в порошок. Если на полюсах магнита собираются  частички  железа, процесс магнитной сепарации повторяется.

Дозировка исходного сырья производится взвешиванием на технических весах 1-го класса. Шихта (набор компонентов) для синтеза титаната бария состоит из углекислого бария (71%) и двуокиси титана (29%). Перед дозировкой взвешиванием необходимо проверять влажность компонентов, которая не должна превышать 0,5%. Содержание влаги в компонентах проверяют следующим образом: берут навеску 50 - 100 г компонента и помещают в хорошо прокаленную фарфоровую чашку или стеклянный стакан. Сосуд с проверяемым сырьем взвешивают, а затем прокаливают при температуре 100 - 110°С. Охлажденную в эксикаторе до комнатной температуры навеску вновь взвешивают вместе с чашкой. Абсолютная влажность определяется по формуле

,

где W - абсолютная влажность сырья, %,

q₀ - масса влажного сырья, г;

q₁  - масса высушенного сырья, г.

Смешивание компонентов шихты производится в шаровых или вибрационных мельницах.

Шаровая мельница представляет собой стальной цилиндрический барабан, внутренние стенки которого выложены (футерованы) радиофарфором или другим высокопрочным керамическим материалом. Барабан приводится во вращение электродвигателем через систему клиноременных передач.

Перемешивание и измельчение материалов в шаровых мельницах осуществляется с помощью фарфоровых шаров диаметром от 20 до 100 мм. Размер шаров зависит от емкости барабана. Загрузка и выгрузка материалов и шаров производится через специальные люки в барабане. При вращении барабана шары поднимаются и падают вниз, перемалывая и перемешивая таким образом материал.

Смешивание в шаровой мельнице может производиться «сухим» или «мокрым» способом. Во втором случае кроме смешиваемых компонентов и шаров в шаровую мельницу наливают воду в весовом соотношении 1:1:1,7. Перемешивание углекислого бария и двуокиси титана должно длиться 6 - 7 ч.

По окончании перемешивания шихте дают отстояться 3 - 4 ч, удаляют верхний слой воды, а отстоявшийся шликер (жидкую массу) просушивают с помощью фильтра - пресса и в сушильном шкафу.

Применение шаровых мельниц имеет ряд серьезных недостатков: очень длительный процесс смешивания или помола, необходимость сушки шликера после смешивания и помола, для чего требуется дополнительное оборудование и время. Кроме того, в шаровых мельницах происходит намол материала футеровки и шаров, который отделить практически невозможно. Поэтому шаровые мельницы в ряде случаев заменяют более производительными вибрационными мельницами.

Вибромельница представляет собой стальной корпус, внутренняя полость которого покрыта резиной. Он установлен на пружинах, которые в свою очередь посажены на направляющие пальцы, укрепленные на несущей раме Вибратор, состоящий из чашек с набором секторов, предназначенных для нарушения баланса, укреплен на валу. Вал через соединительную муфту соединен с электродвигателем, от которого он получает вращение. Вал проходит через корпус, в котором запрессованы подшипники. При вращении вала вследствие дисбаланса, создаваемого вибратором, корпус совершает колебательные движения в вертикальной плоскости.

Для охлаждения корпус снабжен водяной рубашкой, в которую вода подается через специальный штуцер. Размельчаемый и смешиваемый материал загружается через люк, закрываемый крышкой. Вместе с материалом в мельницу загружаются стальные шары диаметром 15 - 25 мм. Выгрузка материала и шаров из вибромельницы производится через люк.

Амплитуда колебаний корпуса вибромельницы может быть изменена за счет изменения количества секторов вибратора.

Смешивание компонентов шихты - углекислого бария и двуокиси титана - на вибромельнице производится в течение 50 - 60 мин. При этом коэффициент заполнения объема вибромельницы составляет 0,8 - 0,9; соотношение веса загруженных материалов и веса шаров 1: 6.

Смешанная на вибромельнице шихта подвергается магнитной сепарации для удаления частиц железа, которые могли появиться от намола стальных шаров.

Очищенный от железных примесей пьезокерамический материал увлажняется водой (5 – 8 %) и брикетируется. На гидравлическом прессе в формах при удельном давлении прессования 4 - 10⁷ Н/м² получают брикеты цилиндрической формы диаметром 70 - 75 мм и высотой 50 - 60 мм.

Ответственной операцией при изготовлении титаната бария является синтез углекислого бария и двуокиси титана.

Высокотемпературный синтез (получение твердого раствора) BaCO₃ и TiO₂ производится в нагревательных печах при температуре 1280 - 1330°С. При высокой температуре происходит реакция образования титаната бария

ВаСО₃ + ТiO₂ = ВаТiO₃ + СО₂.

Наиболее успешно эта реакция происходит в туннельных электрических печах, так как электрическими нагревателями можно легко обеспечить необходимый температурный режим.

Подготовленные к обжигу брикеты устанавливаются на подвижные тележки, которые проталкиваются через туннельную печь с определенной скоростью, зависящей от характеристик печи и партии исходного сырья. После синтеза брикеты ВаТiO₃ имеют удельный вес 57,5 Н/м³ и равномерную желтовато - зеленую окраску.

Приготовленный указанным способом ВаТiO₃ представляет собой полуфабрикат и еще не пригоден для изготовления пьезоэлементов.

Дробление брикетов титаната бария производится на дробильном агрегате.

6.2. Изготовление керамических заготовок

 Эта стадия технологического процесса производства пьезокерамических деталей включает в себя тонкий помол синтезированного материала, оформление заготовок и окончательный обжиг.

Тонкий помол материала производится в вибромельнице, а в некоторых случаях - в шаровых мельницах. После сушки и магнитной сепарации порошкообразного пьезокерамического материала его просеивают через сито на протирочной машине.

В таком виде порошок поступает на операцию оформления заготовок заданных геометрической формы и размеров.

Оформление заготовок может осуществляться прессованием или горячим литьем под давлением.

Наиболее распространенным способом оформления заготовок при изготовлении деталей для гидроакустических преобразователей является прессование.

Пьезокерамический материал, поступающий на оформление заготовок, представляет собой мелкодисперсный сухой порошок. Для придания ему определенной формы его следует пластифицировать при помощи веществ, обладающих связующими свойствами. В качестве пластификатора (связки) при прессовании заготовок применяется обычно 3%-ный водный раствор поливинилового спирта, вводимого в материал в количестве 4 - 5% по весу.

При пластификации порошка титаната бария должно быть обеспечено тщательное перемешивание порошка со связующим веществом. Это может быть достигнуто при помощи специального оборудования. В производстве пьезокерамики широкое применение нашли так называемые «бегуны». Бегуны состоят из неподвижной металлической ванны, металлических жерновов, редуктора и электропривода. Полученную смесь порошка титаната бария с поливиниловым спиртом перемешивают, после чего помещают в бункер бегунов и включают привод. Обработку на бегунах производят 40 - 45 мин.

Пластифицированный таким образом пьезокерамический материал для раздробления комков пропускают на протирочной машине через сито и помещают для хранения в плотно закрывающуюся тару.

Оформление заготовок методом прессования из пластифицированного материала осуществляется в специальных пресс-формах на гидравлических прессах.

Удельное давление при прессовании пьезокерамических заготовок из материала, пластифицированного поливиниловым спиртом, составляет (5 - 8)×10⁷ Н/м². Мощность пресса определяется в зависимости от площади оформляемой детали. В связи с тем, что удельное давление прессования является весьма важным фактором, определяющим плотность и прочность прессованной заготовки, выбору его уделяется особое внимание.

Прессование заготовок производится в стальных закаленных пресс - формах. При проектировании пресс - форм учитывают усадку пьезоматериала при окончательном обжиге и припуск на шлифовку изделия после обжига. Для пьезокерамики из титаната бария усадка при обжиге составляет 1,1 - 1,2%.

Получение необходимых размеров заготовки после прессования зависит и от дозировки пресс - порошка. Может быть применена как объемная, так и весовая дозировка. При проектировании пресс - формы необходимо учитывать, что объем порошка материала должен превышать более чем в два раза объем отпрессованной заготовки.

В процессе прессования заготовок большое значение имеет равномерное распределение порошка по сечению пресс - формы, так как неравномерное расположение порошка приводит к разной степени его уплотнения, что, в свою очередь, вызывает образование трещин и других дефектов в процессе обжига.

Для удаления воздуха в процессе прессования пьезокерамического материала применяется предварительное многократное уплотнение, заключающееся в нескольких «подпрессовках», т. е. попеременном плавном подъеме и снятии давления.

Извлечение отпрессованных заготовок должно производиться с помощью специальных приспособлений при плавном и непрерывном давлении плунжера. При этом не допускается резких движений (во избежание появления трещин и других дефектов).

В последнее время разработан ряд автоматических установок для прессования пьезокерамических заготовок.

Горячее литье под давлением применяется при изготовлении заготовок сложной формы. Отливка заготовок этим способом осуществляется на специальных установках. Принцип действия установки заключается в следующем. К рабочему столу прикреплен бачок для пластифицированного пьезокерамического материала, имеющий водяную рубашку, с помощью которой осуществляется подогрев шликера до температуры 75 - 80°С. На плите устанавливается литьевая форма для отливки заготовок, прижим которой осуществляется пневматическим устройством. Рабочая полость литьевой формы соединяется с трубкой, по которой шликер поступает из бачка. Поступление шликера происходит под действием давления воздуха, равного (6 - 7)×10⁵ Н/м². При нажатии на педаль, соединенную с воздушным клапаном, сжатый воздух подается в устройство для прижима формы и бачок. Под давлением сжатого воздуха литьевая форма плотно прижимается к столу, а горячий шликер по трубке поступает в полость формы.

Постоянство температуры шликера обеспечивается подачей горячей воды, температура которой регулируется терморегуляторами или контактными термометрами. В качестве пластификатора при подготовке шликера для горячего литья под давлением служит парафин.

Обжиг оформленных заготовок из титаната бария может в принципе производиться в любых печах (электрических, нефтяных, газовых) при условии обеспечения температурного режима и окислительной среды. В производстве пьезокерамики предпочтение отдается электрическим туннельным печам, так как в них наиболее надежно обеспечиваются необходимые температурные режимы. В газовых и нефтяных печах обычно трудно избежать значительных перепадов температуры по объему печи, что влияет на качество обжигаемых изделий.

Обжиг может осуществляться и в камерных печах; в этом случае режим обжига задается на один цикл: изделия загружаются в печь и в течение заданного времени производится подъем температуры, выдержка при максимальной температуре и охлаждение в печи.

При обжиге в туннельных печах изделия загружаются на тележки («лодочки») и с определенной скоростью продвигаются через зоны нагрева, обжига и охлаждения. Ясно, что производительность при обжиге в туннельных печах значительно выше, чем при использовании камерных печей.

Важное значение для обеспечения высококачественного обжига пьезокерамических изделий имеет материал подставок, на которые укладываются оформленные заготовки. Наибольшее применение получили подставки, в состав которых входит 70% часовярской глины, 20% глинозема и 10% молотого шамота. Подставка предварительно припудривается слоем обожженной при температуре  1650 - 1700°С окиси алюминия.

Обжиг керамики из титаната бария производится при температуре 1380 - 1400°С. Время выдержки при максимальной температуре определяется размерами заготовок и количеством одновременно загружаемых в печь элементов. Обычно оно колеблется в пределах 1 - 3 ч. Скорость нагревания в печи может составлять 100 - 120°С в час.

Контроль качества обжига производиться визуальным осмотром элементов и путем измерения тангенса угла диэлектрических потерь, который для пьезокерамики из титаната бария не должен превышать 1 - 1,5%.

6.3. Изготовление пьезоэлемента излучателя

 На этой стадии осуществляют механическую обработку полученных из обжига заготовок, серебрение контактных поверхностей и поляризацию.

Механическая обработка пьезокерамических заготовок производится шлифованием на плоско- и кругло шлифовальных станках, применяемых при обработке металлов.

Шлифованием пьезокерамических заготовок можно придать им желаемую форму и получить необходимые размеры изделий. Шлифование производится «мокрым» способом, преимущественно алмазными кругами. В качестве охлаждающей жидкости используется проточная вода.

При обработке малогабаритных плоских деталей их приклеивают к шлифованным стальным плитам смесью 40% канифоли и 60% воска, смесью канифоли и парафина (1:1) или чистой канифолью. Для приклейки деталей плиту нагревают до температуры 60 - 70°С, наносят на нее тонкий слой клеящего вещества, а затем раскладывают заготовки. Плиту с наклеенными заготовками устанавливают на магнитном столе станка.

Для снятия заготовок после шлифования плиту вновь нагревают.

Цилиндрические поверхности пьезокерамики обрабатывают на круглошлифовальных станках, закрепляя детали с помощью специальных оправок.

Получить детали фасонного профиля, выполнить прошивку сквозных и глухих отверстий в пьезокерамике известными методами шли4ювания часто бывает невозможно. В последнее время успешно применяют методы ультразвуковой обработки для: 1) прошивки сквозных и глухих отверстий диаметром 5 - 40 мм в пьезокерамических пластинах толщиной 2 - 10 мм; 2) закругления острых кромок и граней радиусом 1,5 - 3 мм; 3) прошивки глухих пазов со скругленными углами; 4) нанесения рисок и различных сложных профилей на пьезокерамику.

Перечисленные операции выполняют на ультразвуковом станке с мощностью на выходе генератора 1,5 кВт и частотой колебаний вибратора 20 - 25 кГц. Для прошивки отверстий применяются ступенчатые концентраторы, изготовленные из стали 40Х.

При нанесении на деталь профилей различного вида рабочий профиль торца инструмента подбирают соответствующим заданной фигуре.

При обработке керамических заготовок с помощью ультразвука в качестве абразива используется карбид бора, а абразивная суспензия подается в зону обработки поливом.

Металлические электроды, нанесенные на поверхности пьезо-керамического элемента, должны обладать высокой электропроводностью и обеспечивать достаточный контакт и прочность сцепления с керамикой. С этой целью на поверхности пьезокерамических элементов наносят металлическое покрытие, создавая контактные поверхности. Наиболее распространенным покрытием является в настоящее время серебрение, а применяемым методом нанесения покрытия - вжигание серебра в керамику.

Возжженное в керамику серебро образует химически и механически стойкое покрытие и обеспечивает возможность припайки проводников к электродам обычными припоями с введением в них 2 - 3% серебра.

Прочность сцепления серебряного покрытия с керамикой в большой степени зависит от качества подготовки покрываемых поверхностей. Наиболее прогрессивным методом очистки поверхности керамики является ультразвуковая обработка. При этом методе очистки пьезокерамические элементы помещают в моющий раствор, нагретый до температуры 60 - 80°С и подвергают воздействию ультразвука в течение 5 - 7 мин. После этого элементы промывают в горячен воде н сушат в термостате при температуре 100 - 110°С в течение 1 - 2 ч.

При отсутствии ультразвуковых установок элементы перед серебрением можно очищать промывкой в горячей мыльной воде при температуре 50—70°С с последующей промывкой в проточной воде и прокаливанием при температуре 600 - 650°С в муфельной печи. После очистки непосредственно перед нанесением серебряной пасты поверхности элемента протирают спиртом.

Порядок приготовления пасты: навески окиси серебра, борнокислого свинца и окиси висмута смешивают и тщательно растирают в шаровой мельнице или фарфоровой ступке в течение 40 - 50 мин; в полученную смесь вводят связку, состоящую из раствора канифоли в скипидаре и касторового масла; снова перемешивают пасту в шаровой мельнице пли ступке.

Приготовленная паста должна храниться в герметично закрываемых сосудах.

Нанесение серебряной пасты на поверхности элементов из пьезокерамики можно производить пульверизацией, кистью вручную или на приспособлениях и другими способами. Процесс нанесения пасты пульверизацией легко поддается механизации, однако недостатком его являются большие потери серебра.

Независимо от метода покрытия паста должна быть нанесена равномерным слоем. После нанесения пасты элементы просушиваются на воздухе в течение 1 - 2 ч.

Вжигание серебра в керамику - заключительная операция нанесения электродов. Для проведения ее детали должны быть свободно уложены для загрузки в электрическую туннельную печь. Процесс вжигания производится при температуре 830 - 850°С. При постепенном повышении температуры до 200 - 300°С  происходит выгорание органических пластификаторов, входящих в состав пасты (канифоль, касторовое масло и др.), а затем, при температуре 450 - 510°С, окись серебра восстанавливается до металлического серебра (2АgO®4Ag+O₂).

Наличие плавней в пасте значительно снижает температуру плавления серебра и обеспечивает высокую прочность сцепления кристаллов серебра между собой и с керамикой.

Один цикл вжигания серебра дает слой серебра на керамике, равный 4 – 6 мкм. Для получения достаточного для припайки вы­водов слоя серебра нанесение пасты и вжигание серебра производится трижды.

Поляризацией завершается изготовление пьезокерамических элементов. Как уже указывалось, в неполяризованной керамике отдельные хаотически расположенные кристаллики имеют области (домены) с различным направлением электрических моментов. Под влиянием сильного внешнего электрического поля происходит переориентация электрических моментов отдельных доменов кристалликов и появляется результирующая поляризация образца. После снятия внешнего поля наведенная поляризация сохраняется.

Поляризация пьезокерамики производится на высоковольтных установках постоянного тока с применением специальных электродов, обеспечивающих создание равномерного электрического поля. Поляризация может осуществляться как на воздухе, так и в различных электроизоляционных жидкостях - касторовом масле, трансформаторном масле, силиконовой жидкости и др.

Пьезокерамика из титаната бария поляризуется при температуре 110 - 115°С и напряженности электрического поля 6 кВ/см.

После поляризации производится замер электрофизических параметров пьезокерамики.

Список литературы

1. Ханке Х.-И., Фабиан Х. Технология производства РЭА: Пер. с нем./Под ред. В.Н. Черняева. - М.: Энергия. 1980.-464с.,ил.

1.    Головня В.Г. Технология деталей радиоаппаратуры. - М.: Радио и связь,1983. - 296с., ил.

2.    Глозман И.А. Пьезокерамика.М.: Энергия. 1967.-272с,ил.

4.Справочник Пьезокерамические преобразователи под ред. Пугачова С. И., Л.:Судостроение, 1984.

5. Дианов В.Ф., Дюдин Б.В. Физические методы и технология неразрушающего контроля материалов, сварных соединений и изделий ч.1.Ученое пособие. Таганрог. ТРТУ. 1995.

6. Методические указания № 2358. Под ред. Дианова В.Ф. Таганрог ТРТУ. 1996