2.3. Изготовление деталей из термопластичных пластмасс
Наиболее эффективным и производительным методом массового производства деталей из полиэтилена, полистирола, поликарбоната, полипропилена, полиамидов и других материалов является литьё под давлением и выдавливанием (экструзией).
Литье под давлением пластмасс осуществляется по тому же принципу, что и литье металлов. Сущность этого способа заключается в следующем. Перерабатываемый материал в виде гранул или крошки из загрузочного бункера 8 (рис. 6.8) подается дозатором 9 в рабочий цилиндр 6 с электронагревателем 4. При движении поршня 7 определенная доза материала поступает в зону обогрева, где он переходит в вязкотекучее состояние, а уже расплавленный материал через сопло 3 и литниковый канал – в полость пресс-формы 1, где формируется изготавливаемая деталь 2. В рабочем (нагревательном) цилиндре на пути движения расплава установлен рассекатель 5, который заставляет расплав протекать тонким слоем у стенок цилиндра. Это ускоряет прогрев материала и обеспечивает более равномерную температуру расплава. После охлаждения и затвердевания материала пресс-форма раскрывается, и готовая деталь с помощью выталкивателей извлекается из нее. Для предотвращения нагревания выше 50 – 70 оС в процессе литья пресс-форма охлаждается проточной водой.
Основными технологическими параметрами, влияющими на качество деталей, являются: температура расплава в цилиндре машины, удельное давление литья, температура пресс-формы, время выдержки под давлением.
Температуру расплава выбирают с учетом реологических свойств и термостойкости полимера. Время выдержки под давлением составляет 2 - 10 мин и зависит от толщины стенок деталей; оно назначается из условия того, чтобы деталь достигла определенной прочности, исключающей необратимую деформацию ее при извлечении из пресс-формы.
Продолжительность цикла литья складывается из времени смыкания пресс-формы, впрыска, выдержки под давлением и раскрытия пресс-формы. Рабочий цикл зависит от вида материала детали, средней толщины стенки и может составлять 10 – 20 с.
Достигаемая точность изделий, получаемых литьем под давлением, соответствует 11 -12 квалитетам точности, а шероховатость поверхностей – Rа 1,25 мкм.
Технологическим оборудованием являются литьевые машины, а технологической оснасткой – пресс-формы. Важным параметром литьевых машин является усилие смыкания Рсм пресс-формы. Для исключения самопроизвольного раскрытия пресс-формы в момент заполнения ее расплавом необходимо выполнение условия
Рсм ≥ Рф (Fизд · n + Fл), (6.5)
где Рф – давление в пресс-форме; Fизд и Fл – площади изделия и литников в плоскости разъема пресс-формы; n – количество гнезд в пресс-форме.
В настоящее время применяют литьевые машины, в которых автоматизированы все операции получения пластмассовых деталей.
Выдавливание (экструзия) применяют для изготовления изделий из термопластов постоянного профиля в поперечном сечении: труб, прутков, пленок и т.п. Этот способ характеризуется высокой производительностью процесса и возможностью получения на одном и том же технологическом оборудовании большого многообразия деталей. Выдавливание осуществляется на специальных червячных машинах. Перерабатываемый материал в виде порошка, гранул или крошки из бункера 1 (рис. 6.9 а) попадает в рабочий цилиндр 3, где захватывается вращающимся червяком 2. Червяк продвигает материал, перемешивает и уплотняет его. В результате передачи теплоты от нагревательного элемента 4 и выделения теплоты при трении частиц материала о стенки цилиндра перерабатываемый материал переходит в вязкотекучее состояние и непрерывно выдавливается через калиброванное отверстие 5 в формующей головке 6.
По мере выхода из отверстия головки материал охлаждается и затвердевает, сохраняя профиль и размеры выходных изделий головки. Профиль изделий определяется профилем отверстий в формующей головке. Меняя формирующие головки на литейной машине, можно получить изделия различного профиля (рис. 6.9 б).
6.4. Изготовление деталей из неметаллических листовых материалов
Резка и вырубка. Большинство листовых неметаллических материалов (гетинакс, стеклотекстолит, текстолит, оргстекло) не обладают достаточными пластическими свойствами, необходимыми для резки и вырубки. Поэтому перед выполнением указанных операций исходные заготовки подвергают нагреву. Предельная толщина листа для резки и вырубки без подогрева равна I мм для гетинакса и 1,5 мм для стеклотекстолита. При толщине 1 - 5 мм для предотвращения появления дефектов на поверхности среза (трещин, сколов) резку и вырубку производят с предварительным подогревом. Гетинаксы различных марок подогревают до температуры 90 -120 оС, стеклотекстолиты до 70 – 90 °С, текстолиты до 80 - 90 °С. Нагрев производят в электропечах, термостатах или в специальных установках, использующих инфракрасные лучи. Резку выполняют на механических ножницах с параллельным расположением ножей, надежно прижимая заготовку к столу ножниц в зоне резки. При толщине листа свыше 5 мм резку производят дисковыми фрезами без подогрева.
Вырубка производится вырубными штампами на прессах, причем вырубка с подогревом обеспечивает лучшее качество поверхности среза, более высокую точность, меньшие дефекты, но усложняет и удорожает процесс производства. Предельная толщина листа для вырубки без подогрева равна 1,5 мм для стеклотекстолита и 1 мм для гетинакса. Характерными дефектами при вырубке деталей из листовых слоистых материалов являются сколы, трещины и ореолы ( расслоение и выпучивание материала у вырубленных отверстий) у поверхности среза. Основными причинами образования ореолов являются: завышение зазора между пуансоном и прижимом, затупление режущих кромок пуансонов и матриц, недостаточное усиление прижима, нарушение режима подогрева заготовки. Шероховатость среза при вырубке получается в пределах Rа 10 – 20 мкм, точность размеров значительно ниже точности при вырубке отверстий в металлических деталях.
Сверление. При сверлении термореактивных пластмасс с волокнистыми и слоистыми наполнителями (особенно стеклотекстолита), сверла из быстрорежущей стали быстро изнашиваются, что приводит к уменьшению размера отверстий. Поэтому при сверлении отверстий, к которым предъявляются высокие требования по точности, применяют сверла из твердых сплавов. Низкая теплопроводность пластмасс вызывает местный разогрев ее в зоне обработки, что приводит к некоторым негативным явлениям. Например, при сверлении коммутационных отверстий в многослойных печатных платах разогретая пластмасса обволакивает срезы фольги, выходящие в отверстие, и затрудняет получение электрической коммутации между слоями платы. Для охлаждения зоны сверления используют только газообразные вещества, не содержащие влаги, а применение жидких охлаждающих веществ приводит к замасливанию отверстий. Для получения хорошего качества обработанных отверстий рекомендуется применять скорости резания V = 40 - 50 мм/мин и подачи равной 0,1 - 0,2 мм/об, а при обработке точных и чистых отверстий - 0,03 - 0,05 мм/об.
3.Изготовление деталей из керамики
3.1. Исходные материалы керамических изделий
Керамические материалы используют для изготовления различных установочных деталей (ламповых панелей, каркасов катушек индуктивностей, изоляторов, подложек микросхем и др.), пьезоэлектрических резонаторов, конденсаторов. Основными электрофизическими свойствами керамик, применяемых для изготовления деталей, являются: высокое удельное электрическое сопротивление, малые диэлектрические потери, хорошая теплопроводность и высокая термостойкость, высокая химическая стойкость, высокая механическая прочность. Относительная диэлектрическая проницаемость определяется типом керамики и ее назначением и может составлять от 6 до 9000 единиц. Электрофизические и механические свойства каждой конкретной керамики определяются составом исходных компонентов.
Для приготовления керамик, применяемых в РЭС, используют исходные материалы, которые разделяются на две группы: природные и искусственные, получаемые химическим путём.
К первым относятся:
- глина, состоящая в основном из каолинита Al2O3·2SiO2·2H2O и других глинистых минералов (MgO, CaO, TiO2, Fe2O3, Na2O) в малых количествах;
- каолин – горная порода, состоящая из минерала каолинита;
- тальк – непластичный материал 3MgO·4SiO2·H2O с примесью Fe2O3, Al2O3, CaO, Na2O, Cr2O3;
- магнезит MgCO3;
- кальцит, или известковый мрамор (мел) CaCO3;
- кварцевый песок – продукт разрушения горных пород, который содержит 99% SiO2, а остальное - Al2O3 и другие вещества;
- плавиковый шпат CaF и ашарит 2MgO·B2O3·H2O, которые вводят в керамику в количестве 2 – 3 % для улучшения спекаемости керамики.
К искусственным относятся:
- глинозём Al2O3 – порошкообразная кристаллическая окись алюминия;
- углекислый барий BaCO3;
- двуокись титана TiO2;
- окись олова SnO;
- двуокись циркония Zr2O2;
- окись кальция CaO.
По способности гидролизироваться и образовывать с водой суспензию эти материалы подразделяются на: пластичные и непластичные.
К пластичным исходным материалам относятся глина и каолин, к непластичным – тальк, магнезит, кварцевый песок, глинозем, углекислый барий, двуокись циркония и др.
Структура технологического процесса изготовления деталей из керамики состоит из следующих основных этапов: подготовки исходной керамической массы; формообразования деталей; сушки и низкотемпературного обжига, высокотемпературного обжига; механической обработки (если необходима).