Оборудование, применяемое при гальваническом производстве и производстве печатных плат

 

  Главная       Учебники - Металлы      ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТЕЙ МЕТАЛЛОВ И ПЛАСТМАСС (справочник) - 2017 год

 поиск по сайту           правообладателям

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

содержание      ..     7      8      9      10     ..

 

 

 

 

2.5 Оборудование, применяемое при гальваническом производстве и производстве печатных плат

Оборудование, применяемое при гальваническом производстве и производстве печатных плат, отличается большим многообразием, что вызвано очень широким диапазоном технических требований, которые не могут быть обеспечены в оборудовании какого-то одного типа. Конструкция оборудования зависит от характера технологического процесса, его стабильности, числа видов покрытий, номенклатуры обрабатываемых изделий и ряда специальных требований. На него оказывают влияние и условия размещения — отводимая площадь, высота помещения, встраиваемость в поточную линию и другие факторы.

2.5.1 Оборудование, применяемое при гальваническом производстве

Оборудование, применяемое при гальваническом производстве и производстве печатных плат, классифицируется по ряду признаков. Основными из них являются: степень автоматизации и механизации, возможность перепрограммирования (переналадки), конструкция основного транспортирующего органа и его расположение, система управления, конструкция и форма переносного устройства для размещения обрабатываемых изделий [26].

 

 

По степени автоматизации можно выделить следующие виды оборудования: автоматические и механизированные линии, оборудование малой механизации, ванны, обслуживаемые с помощью электротельфера или вручную.

Автоматическое и механизированное оборудование разделяется на линии: с подъемным мостом, автооператорные автоматические, автооператорные механизированные, специального назначения. Среди линий с подъемным мостом различают кареточные тележечные, кареточные бестележечные и бескареточные. Автооператорные линии исходя из конструкции и формы автооператоров и их размещения подразделяются на линии с подвесными, консольными и портальными автооператорами.

По форме переносного устройства для размещения обрабатываемых изделий различают линии: подвесочные, барабанные, барабанно-подвесочные, колокольные, для обработки изделий в корзинах.

Специальные линии применяют при особых условиях производства, к которым относятся: необходимость изменения пространственного положения изделий в процессе обработки, применение технологических спутников особой формы, непригодность традиционного метода нанесения покрытий (погружением в электролит) для некоторых изделий и др.

Ввиду большого многообразия оборудования малой механизации трудно выбрать какие-либо основные критерии его классификации. Наиболее распространенными в промышленности являются следующие типы этого оборудования: колокольные ванны, ванны с качающимися штангами, стационарные колокола, переносные барабаны, барабанные ванны, установки для хромирования деталей насыпью.

Ванны. Ванны, т. е. емкости, содержащие рабочие растворы, в которых выполняются подготовительные, основные (процессы покрытия) и заключительные операции химической или гальванической (электрохимической) обработки поверхности деталей, являются основным видом оборудования гальванических цехов и участков. Несмотря на чрезвычайное разнообразие применяемых ванн, к ним предъявляется ряд общих требований: герметичность, химическая инертность материала ванны к содержащемуся в ней раствору, возможность создания и поддержания заданного теплового режима; удобство и безопасность обслуживания. Различие в конструкции ванн определяется прежде всего особенностями технологического процесса, требующими подогрева или охлаждения электролита, перемешивания, качания штанг, непрерывной фильтрации, наложения различных физических факторов (ультразвука, магнитного поля, протока электролита и т. п.). Кроме того, для электрохимических ванн необходим также подвод электрического тока требуемой полярности и силы с возможно большей равномерностью распределения тока по поверхности деталей и меньшими потерями электрического напряжения.

Применяемые в гальванических цехах ванны по способу загрузки принято разделять на две группы: ванны ручной загрузки и ванны с механизированной загрузкой.

В зависимости от назначения ванн применяются различные типы корпусов (см. рисунок 2.8): ванны без кармана (электролитическое нанесение покрытий,

травление, улавливание, активирование (декапирование), пассивирование, осветление, оксидирование, окрашивание алюминия, нейтрализация, химическое и электрохимическое полирование, удаление некачественных покрытий, снятие шлама) и ванны с карманом (холодная и горячая промывка, химическое и электрохимическое обезжиривание и травление алюминия). Высота сливного кармана должна составлять не менее 10 % — 20 % высоты ванны для исключения перелива жидкости из кармана обратно в ванну при погружении в нее крупногабаритных деталей.

 

Рисунок 2.8 — Типы корпусов ванн

 

 

 


Для промывки деталей помимо обычных ванн с карманами применяют ванны двух- и трехступенчатой противоточной (двух- и трехкаскадной) промывки (см. рисунок 2.2). Из «чистой» секции вода равномерно переливается через специальные перегородки в нижние части следующих секций, вытесняя в канализацию через карманы верхние, более грязные слои воды. Эти перегородки устанавливаются на расстоянии 50 мм от разделительных стенок секций и несколько выше их.

Корпусы электролитических ванн, подключенных к источникам питания постоянного тока, во избежание утечки тока, а также для защиты от блуждающих токов следует устанавливать на изолирующие опоры из фарфора. Марка изолятора — СН-6 (изоляторы опорные внутренней установки). Корпусы остальных ванн устанавливают на металлические опоры.

Дно корпуса должно иметь уклон 1:100 или 1:50 в сторону патрубка донного слива. Для уменьшения потери полезной высоты в ваннах длиной 2 м и более дно корпуса делают с уклоном 1:100.

Стенки ванн, в которых рабочая температура растворов превышает 60 °С, для уменьшения потерь тепла изолируют с помощью минеральной ваты и закрывают стальными листами. Дно ванны и карманы теплоизоляции не имеют. При наличии на боковых стенках сливных патрубков, карманов и др. в теплоизоляции для них делаются вырезы.

Для увеличения жесткости верхних краев боковых стенок ванн производят обвязку их по периметру уголком размером от 50 * 50 * 5 до 100 * 100 * 10 мм или швеллером высотой от 80 до 120 мм. Полученная таким образом отбортовка может служить для установки на них барботеров, нагревателей, бортовых отсосов, опор для штанг и т. п.

Корпусы ванн высотой 1250 мм и выше рекомендуется обвязывать примерно по середине высоты дополнительными поясами из швеллера для предотвращения образования бочкообразности. Корпусы ванн длиной 2,5 м и более рекомендуется обвязывать дополнительно вертикальными стойками.

Ванны из углеродистой стали. Сталь марки Ст-3 является до сих пор достаточно распространенным материалом для изготовления ванн. Толщину стального листа для ванн объемом менее 600 л следует брать не менее 5 мм, для ванн объемом 600 л и более — не менее 7 мм. Внутренние стороны стенок ванн футеруют полимерными

материалами как в виде свободного вкладыша, так и в виде футеровки, жестко прикрепленной к стенкам ванн. Практика показала, что при длине ванны 6 м и более наблюдается растрескивание жесткого полимера при защите ванны свободным вкладышем. В этом случае наиболее приемлема конструкция футеровки с приклеенной или другим путем плотно закрепленной футеровкой на стенках ванны. Механическая прочность обеспечивается металлическим корпусом ванны, а футеровка выполняет лишь функцию защитного слоя.

Наиболее распространенный в России футеровочный материал — листовой винипласт. Он представляет собой окрашенный или неокрашенный непластифициро-ванный твердый поливинилхлорид (ПВХ), изготовленный методом прессования. Винипласт стоек практически во всех растворах электролитов, применяемых в гальванотехнике, однако нестоек к действию концентрированной азотной кислоты. Большим преимуществом винипласта является то, что он легко сваривается, формуется и обрабатывается механически; это позволяет использовать его как для футеровки ванн, так и в качестве самостоятельного конструкционного материала. Прочность сварного шва достигает 80 % — 85 % прочности основного материала. Недостатками винипласта являются его невысокая теплостойкость и низкая ударопрочность. Винипласт хрупок. При нагревании он размягчается и может принимать любую форму. Температурный интервал применения — от 0 °С до 60 °С, при температурах ниже нуля его хрупкость возрастает, при температурах выше 60 °C винипласт размягчается.

В механических и автоматизированных линиях для футеровки ванн используют полихлорвиниловый пластикат. Он представляет собой неокрашенный пластифицированный эластичный поливинилхлорид. Пластикат устойчив во всех обычных гальванических электролитах, включая хромовый и травильный (сернокислый), при температурах до 70 °С. Перспективным для футеровки гальванических ванн является пластикат ПХ-2, который обладает высокой химической стойкостью при температурах до 90 °, в том числе в электролитах хромирования, блестящего кислого меднения и никелирования, электрохимического и химического обезжиривания, в серной, соляной и азотной кислотах, щелочах, окиси хрома и др. Пластикат ПХ-2 нестоек в растворах хлористого железа и азотнокислого натрия. Кроме несколько большей термостойкости и химической стойкости пластиката, его существенным преимуществом по сравнению с винипластом является гибкость, благодаря которой устраняется нетеплопроводная воздушная прослойка между футеровкой и ванной. Эта прослойка делает неприменимой винипластовую футеровку в ваннах с обогревом пароводяной рубашкой. Кроме того, гибкость, пластичность и хорошая стойкость к истиранию позволяют применять пластикат толщиной 2 мм (против 5-7 мм винипласта), что при одинаковой стоимости единицы массы дает существенную экономию.

Ванны из коррозионно-стойкой стали. В некоторых случаях, например для химического полирования в концентрированных кислотах, необходимо делать ванны из коррозионно-стойкой хромоникелевой стали, которая устойчива в смеси крепких кислот, содержащей хотя бы несколько процентов азотной кислоты или иного сильного окислителя, но в отсутствие соляной или плавиковой кислоты. Добавка в сталь титана предохраняет ее от межкристаллитной коррозии. Для изготовления корпусов ванн обезжиривания и горячей промывки применяют без футеровки следующие стали: Х18Н9Т, 12Х18Н10Т, 0Х18Н10Т, Х18Н12Т, ОХ18Н12Б, ОХ21Н15Т, ОХ17Т, Х25Т, 08Х22Н6Т.

Ванны из титана. Универсальным материалом для изготовления ванн является титан, обладающий высокой химической стойкостью во многих агрессивных средах. Срок службы титановых ванн в 5-7 раз больше, чем стальных. Высокая коррозионная стойкость и физико-механические характеристики титана позволяют уменьшить толщину стенок ванн более чем в 2 раза. Для изготовления корпусов ванн применяют титановые сплавы следующих марок: ВТ0, 0Т4-0, ВТ1, ОТ4, ВТ1-0 (ГОСТ 19807—91) [85]. Футеровка стенок ванн не требуется, за исключением электролитических ванн.

Ванны из полипропилена (см. рисунок 2.9). Полипропилен — наиболее перспективный материал, обладающий высокой химической стойкостью, износостойкостью, термостойкостью (до 130 °С без механических нагрузок), высоким сопротивлением ударным нагрузкам, удовлетворительной механической прочностью, низким водопо-глощением, низкой водо- и паропроницаемостью, высокими диэлектрическими свойствами. Полипропилен устойчив к воздействию водных растворов неорганических соединений (солей) и к воздействию почти всех кислот и щелочей, даже при высокой их концентрации и температуре выше 60 °С. Сильные окислители, такие как хлорсульфо-новая кислота, концентрированная серная и азотная кислоты, растворы хромовой кислоты (свыше 50 г/л), могут разрушать полипропилен при комнатной температуре. Непрерывное понижение химической стойкости полипропилена с последующим лавинообразным разрушением имеет место только в электролите для электрополирования коррозионно-стойких сталей при температуре 80 °С. В этом растворе аналогично ведет себя и винипласт, но уже при температуре 60 °С. Полипропилен особенно чувствителен к воздействию света, это надо учитывать во всех областях применения продукта. Полипропилены имеют хорошую устойчивость к световому излучению видимой области спектра. Воздействие же (даже кратковременное) ультрафиолетового излучения (излучения с длиной волны 290-400 нм) и кислорода воздуха делает полипропилен хрупким и приводит к повреждению поверхности: потере блеска, растрескиванию и «мелованию» поверхности, ухудшению механических и физических свойств полимера. Этот процесс ускоряется при повышенной температуре окружающей среды.

 

Рисунок 2.9 — Общий вид ванны из полипропилена

 

 


Высокая химическая стойкость полипропилена в электролитах для нанесения покрытий дополняется тем, что в силу диэлектрических свойств полностью исключена возможность пробоя электричества на корпус ванны. Ванны из полипропилена, как правило, изготавливаются из блочных конструкций, уже имеющих ребра жесткости, и поэтому не требуют дополнительной обвязки.

 

 

 

Оборудование для обработки мелких деталей. Мелкие и обычно легкие детали массового производства, которые сложно индивидуально навешивать на подвесочные приспособления, обеспечивая при этом надежный электрический контакт, обрабатывают с помощью специального оборудования. Обработку деталей в этом оборудовании проводят насыпью (кучей). Электрический контакт между деталями осуществляется за счет давления верхних слоев деталей на нижние, а равномерность гальванической обработки обеспечивается перемешиванием при вращении емкости с раствором (расположение анодов рассмотрено ниже).

Оборудование для обработки мелких деталей делится на пять основных типов:

- наливные колокола, в которых изделия засыпаются в коническую или пирамидальную емкость со сплошными стенками, залитую на некоторую высоту электролитом и вращающуюся вокруг своей оси, наклоненной к вертикали под некоторым углом;

- погружные колокола, емкость которых имеет такую же коническую форму, как у наливных колоколов, и вращается в наклонном положении, но стенки ее перфорированы и не электролит заливается в колокол, а колокол погружен в ванну с электролитом;

- барабаны, обычно призматические, реже цилиндрические, с перфорированными стенками, вращающиеся вокруг своей горизонтальной оси при полном (реже частичном) погружении в ванну с электролитом;

- корзины-качалки с перфорированными стенками, поворачивающиеся на неполный оборот (назад и вперед) при полном погружении в ванну с электролитом;

- сетки или сетчатые корзины используются главным образом для химической обработки и размещения анодного материала при катодном нанесении покрытий (см. рисунок 2.10). Перемешивание деталей в них производится путем периодического встряхивания. Так как встряхиванием обеспечивается перемешивание кучи деталей лишь небольшой величины, то для электрохимической обработки сетки используются редко и только с равномерно и в один слой рассыпанными на них деталями. Встряхивание катодной штанги с подвешенными на ней сетками осуществляется либо с помощью вращения асимметричного кулачка типа «собачки», либо вибратора.

 

 

Рисунок 2.10 — Корзины для электрохимической и химической обработки деталей и размещения анодного материала

 

 

Специфические особенности работы всех перечисленных типов оборудования, вызванные тем, что детали загружены в них насыпью (кучей), резко отличают их от стационарных ванн:

- внутренние слои кучи деталей сильно экранированы внешними слоями от силовых линий тока, поэтому в каждый данный момент покрытие происходит только на

 

деталях, лежащих в наружных слоях кучи; в связи с этим фактическая плотность тока значительно больше плотности тока, рассчитанной по поверхности всей загрузки;

- величина плотности тока при обработке деталей насыпью обычно составляет 1/3 от величины плотности тока при обработке деталей на подвесках;

- ток от токоподводящих контактов (донный, плавающий катоды и т. п.), имеющих ограниченную поверхность, протекает к ближайшей детали и от нее к другим деталям через не очень надежные контакты между ними; падение напряжения на этих плохих контактах весьма значительно, поэтому к такому оборудованию требуется подводить более высокое напряжение, чем к стационарным ваннам;

- перфорированные стенки погружных колоколов, барабанов корзин-качалок и сеток способствуют заметному увеличению электрического сопротивления и также вызывают потребность в подводе к ваннам повышенного напряжения;

- в наливных колоколах причиной повышенного электрического сопротивления является ограниченная площадь поверхности анода — достаточно большой анод невозможно уместить внутри колокола; но и в прочих типах оборудования для покрытия мелких деталей площадь анодов недостаточно велика, хотя аноды и расположены вне сосуда;

- объем электролита в наливном колоколе, приходящийся на единицу площади поверхности деталей и на 1 А тока, значительно меньше, чем в стационарной ванне. Это приводит к быстрому нарушению состава электролита, перегреву, а иногда и к некоторым другим осложнениям;

- в результате непрерывного перемешивания (пересыпания) деталей довольно большая часть осевшего на них металла успевает за время процесса нанесения покрытия стереться, химически раствориться (до 20 % — 40 % для твердых металлов типа никеля, до 40 % — 60 % для мягких металлов типа цинка), что существенно уменьшает скорость наращивания покрытия по сравнению со скоростью осаждения покрытия в стационарных ваннах.

Таким образом, оборудование для покрытия мелких деталей требует более высокого напряжения питающего тока и большего времени для нанесения покрытия, чем в стационарных ваннах, но это окупается возможностью большей загрузки оборудования на единицу площади цеха и, главным образом, несравнимо меньшей трудоемкостью загрузки и выгрузки деталей.

 

1 — станина; 2 — мотор; 3 — редуктор; 4 — анодная штанга;
5 — анодный токоподвод; 6 — катодный токоподвод; 7 — штанга;
8 — колокол; 9 — анод; 10 — щеточный катодный контакт; 11 — детали
Рисунок 2.11 — Колокол наливного типа





Колокол наливного типа (см. рисунок 2.11). Колокол 8 представляет собой усеченную шести- или восьмигранную пирамиду, дном служит ее большее основание, а загрузочным отверстием — меньшее. Наливной колокол изготавливают из различных неметаллических материалов или из металла, но с футеровкой внутри. Наиболее распространенными и удобными соотношениями размеров являются следующие: отношение верхнего диаметра к нижнему, равное 2:3, и высота, равная нижнему диаметру. Стенки и дно наливного колокола сплошные. Сам колокол установлен на специальной станине 1 и вращается с помощью мотора 2 через редуктор 3. Для большинства деталей оптимальный угол наклона колокола составляет 35° — 40° от вертикали. Через верхнюю открытую часть колокола заливается электролит, загружаются детали 11 и в электролит вводится анод 9.

Катодные контакты внутри колокола выполняются либо донными, либо плавающими.

Донный катодный контакт 10 представляет собой диск с круговыми выступами, укрепленный на дне колокола по его центру. Ток подается от катодного токоподвода 6 на катодный диск через дно колокола от наружного кольца, по которому скользят установленные на неподвижной части станины токосъемные щетки. Донные контакты очень быстро зарастают, что требует регулярной (не реже раза в неделю) очистки (травление кислотой или сбивание их молотком и зубилом). Эти операции приводят к длительному простою оборудования и отрицательно сказываются на его целости. Донные контакты постепенно вытесняются из практики плавающими катодными контактами. Плавающий контакт представляет собой небольшой кусок металла с площадью поверхности, равной 0,2-0,5 дм2. Форма его безразлична, но предпочтителен небольшой цилиндр диаметром 1-2 см, длиной 5-8 см, закрепленный на конце гибкого (многожильного) изолированного медного провода. Контактный цилиндр должен лежать на верху кучки деталей. При недостаточно гибком или слишком длинном проводе он при вращении колокола может запутаться вокруг анода или цилиндр отодвинется в сторону от деталей и контакт нарушится. Не обязательно добиваться, чтобы цилиндр утонул в куче деталей, — это не нужно и практически редко достижимо — только в случае, когда детали по размеру превышают катодный цилиндр.

Плавающий контакт удобен, прост конструктивно и электрически надежен; от него не образуются наросты по дну; в нем не застревают мелкие детали. Контакт несложно снять и заменить новым, а старый либо протравить, либо переплавить, если он был изготовлен из анодного металла. Он дешев (если изготовлен не из драгоценного металла) и прост в изготовлении. Провод можно привязать к анодной штанге или пропустить его через штангу (если она полая) и через отверстие в аноде. Важно, чтобы провод не касался верхнего края колокола, иначе его изоляция будет быстро перетерта.

В наливном колоколе нет места, чтобы разместить аноды с достаточной площадью поверхности. Подвешенный в колокол на анодной штанге 6 кусок обычного плоского анода 5 имеет ничтожную рабочую поверхность, что обуславливает нарушение рабочего режима растворения анода и сильное повышение напряжения. Поэтому анод нужно делать с развитой поверхностью. Аноды из легкоплавких металлов следует отливать в виде диска с ребрами на его нижней поверхности. Из тугоплавких металлов (например, никеля) анод с развитой поверхностью изготавливают с помощью сварки. К горизонтальной пластине снизу приваривают несколько ребер с зазором 10-20 мм. Оптимальное расстояние от нижней части анода до деталей колеблется от 100 до 200 мм. Если оно меньше 100 мм, то возникает возможность короткого замыкания деталей с анодом.

Объем электролита составляет примерно 50 % — 60 %, а объем деталей — 10 % — 20 % от объема колокола.

Сила тока и напряжение могут колебаться в зависимости от состава электролита. Частота вращения небольших (до 10 л) колоколов — 15 об/мин, больших (30-70 л) стационарных колоколов — 10 об/мин.

Главными преимуществами колокола наливного типа являются возможность обработки очень мелких деталей вследствие отсутствия перфорации, а также надежность конструкции и компактность установки, которая легко может быть передвинута в другое место.

Главные недостатки наливного колокола — малая вместимость по объему деталей, небольшая одновременно покрываемая поверхность деталей (покрываются детали, находящиеся в данный момент на поверхности, параллельной зеркалу электролита), малый объем электролита, ограниченность анодной поверхности, невозможность поддерживать повышенную температуру электролита. Все это обуславливает низкие объемную и катодную плотности тока, а соответственно, и низкую производительность процесса.

Колокольная ванна погружного типа. Погружной колокол всегда изготавливается из неметаллического материала и обычно представляет собой усеченную шести-или восьмигранную пирамиду, дном служит большее основание, а загрузочным отверстием — меньшее. Так же, как и у наливного колокола, отношение верхнего диаметра к нижнему 2:3, а высота равна нижнему диаметру, т. е. угол конуса 71°. Более однородные покрытия получаются в колоколе, имеющем форму двух спаренных усеченных шести- или восьмигранных пирамид. В отличие от наливного у погружного колокола грани имеют перфорацию. Внутрь колокола засыпаются детали, а сам колокол погружается в ванну, где содержатся электролит и аноды. Перфорация обеспечивает прохождение тока от анодов, расположенных вне колокола, до деталей. Расположение

 анодов вне колокола позволяет использовать аноды с большей площадью, чем в наливном колоколе, тем самым обеспечивается поддержание нормального режима их растворения, а больший объем электролита способствует уменьшению объемной плотности тока и тем самым обеспечивается большая стабильность состава электролита. Внутрь колокола через верхнее отверстие вводится гибкая металлическая изолированная шина с утолщением на конце — плавающим катодом, который, как и для наливного колокола, представляет собой небольшой кусок металла, предпочтительно цилиндрической формы, с площадью поверхности 0,2-0,5 дм2. Длина гибкого изолированного провода, к которому крепится плавающий катод, подбирается экспериментально: при недостаточно гибкой или слишком длинной шине плавающий катод при вращении колокола может запутаться вокруг вала. Детали загружаются и выгружаются через верхнюю открытую часть по лоткам. Ванна может снабжаться вытяжной вентиляцией и устройством для нагрева или охлаждения. Общий вид колокольной ванны погружного типа представлен на рисунке 2.12.

 

Рисунок 2.12 — Общий вид колокольной ванны погружного типа


В зависимости от сыпучести деталей оптимальный угол наклона колокола может несколько меняться, но для большинства деталей он составляет 35° — 40° от вертикали.

Колокола, как наливные, так и погружные, должны иметь возможность совершать два различных движения: вращение вокруг геометрической оси конуса (пирамиды) колокола (для перемешивания деталей), а также наклон в вертикальной плоскости (для загрузки и выгрузки) от 0° и до угла в 125° — 135° от вертикали. Колокол должен вращаться, находясь в любом положении в пределах его угла наклона, так как вращение помогает высыпанию мокрых деталей при разгрузке. Наклон совершается вручную при помощи зубчатой передачи. Для удобства манипулирования колокол обязательно должен быть уравновешен противовесом или мотором с редуктором: для наливного колокола противовес должен быть по весу несколько большим, чем полностью загруженный колокол (чтобы в случае поломки механизма подъема колокол перешел в вертикальное положение); для погружного колокола противовес должен быть по весу несколько меньшим, чем пустой барабан (чтобы легко было осуществлять загрузку деталей).

Барабаны для нанесения покрытия (см. рисунок 2.13) представляют собой шести- или восьмигранную сварную или сборную призму 1, изготовленную из неметаллических, кислотощелочестойких материалов. Все боковые грани барабана перфорированы. В одной торцевой стенке барабана имеется зубчатое колесо 2, изготовленное, как правило, из того же материала, что и барабан, или другого неметаллического материала. Через систему зубчатых колес вращение от мотора 3 с редуктором 4 передается барабану. Мотор с редуктором могут располагаться как вне ванны, так и на барабанной раме. В первом случае при подвешивании барабана на катодную штангу гальванической ванны зубчатое колесо барабана состыковывается с зубчатым колесом привода вращения, установленного вне ванны. Наиболее удобен и широко распространен переносной барабан, когда мотор и редуктор установлены вместе с барабаном на одной П-образной раме 6. В этом случае барабан может быть опущен в любую стационарную ванну. Для переноски и подвешивания барабана на катодную штангу ванны на верхней перекладине у рамы имеются крюки. Плавающие катоды 7 вводятся внутрь барабана через две трубчатые полуоси 5.

После окончания процесса нанесения покрытия барабан поднимается из ванны покрытия, переносится в промывочную ванну, затем разгружается на сито и загружается следующей партией деталей. Загрузку и выгрузку деталей осуществляют через открывающуюся грань барабана, имеющую замок.

 

1 — барабан; 2 — зубчатое колесо; 3 — мотор постоянного тока; 4 — редуктор; 5 — трубчатые полуоси; 6 — рама; 7 — плавающие катоды; 8 —
катодные шины
Рисунок 2.13 — Переносной барабан



После окончания процесса нанесения покрытия барабан поднимается из ванны покрытия, переносится в промывочную ванну, затем разгружается на сито и загружается следующей партией деталей. Загрузку и выгрузку деталей осуществляют через открывающуюся грань барабана, имеющую замок.

Если на барабане установлен мотор постоянного тока, рассчитанный на 12 В, то он может питаться от штанг гальванической ванны. В этом случае следует учесть, что амперметр на щите ванны покажет сумму токов электролиза и мотора. Мотор переменного тока нужно питать по гибкому проводу, для того чтобы обеспечить вращение барабана в промывных ваннах.

Полуоси барабана либо прочно закреплены на торцевых стенках барабана и вращаются в сквозных отверстиях вертикальных стоек рамы, либо прочно закреплены в вертикальных стойках рамы и вращаются в отверстиях торцевых стенок барабана. В первом случае провод, на который крепится плавающий катод, должен проходить

полость полуоси с очень большим зазором, чтобы полуось при своем вращении не увлекала за собой провод, не закручивала его и не истирала изоляцию. Такая конструкция имеет одно неудобство: при нормальной загрузке барабана (на одну треть его диаметра по высоте) барабан работает вполне удовлетворительно, но если барабан загружается до полуоси или выше, то мелкие детали могут высыпаться из барабана через большой (не менее 10 мм) зазор между проводом и внутренним отверстием полуоси.

Гораздо удобнее вторая, более современная конструкция, когда провод плавающего катода пропущен через неподвижные трубчатые полуоси. В этом случае внутреннее отверстие полуоси может быть закрыто заглушкой, через отверстие в которой контактный провод, также неподвижный, можно пропустить так плотно, чтобы через зазор не могла проскочить даже самая маленькая деталь. В этой конструкции исключена и опасность закручивания провода.

В обеих конструкциях полуоси делают из винипластовой или полипропиленовой трубы с наружным диаметром 25-50 мм и толщиной стенки 3-5 мм. В таком упрощенном «подшипнике» трение практически отсутствует.

Провода с плавающими катодами заводят по одному с каждого торца барабана. Расстояние между контактными цилиндрами (плавающими катодами) внутри барабана должно быть от 1/3 до 1/2 длины барабана для более равномерного распределения тока по массе деталей. Независимо от конструкции полуосей барабана и от положения плавающих катодов (на поверхности детали или под ней) провода, подводимые к катодам, должны быть гибкими. Общий вид переносного погружного барабана представлен на рисунке 2.14. Насыпной объем деталей составляет 25 % — 35 % объема барабана.

В ванны с барабанами обычно завешивают такие же аноды, как и в стационарные ванны. Подвешивают их с обеих сторон барабана параллельно его оси. Нижний конец анода не стоит опускать в ванну глубже, чем на 100 мм ниже нижней образующей барабана. Как правило, при обработке деталей в барабанах анодная плотность тока в 3-4 раза выше, чем в стационарных ваннах. Такая повышенная анодная плотность тока вызывает потребность в повышенном напряжении на ванне, что может привести к пассивированию анодов. Поэтому желательно использовать активные (депас-сивированные) аноды (например, при никелировании), допускающие использование повышенной плотности тока, и аноды с развитой поверхностью, например цилиндрические, или анодные корзины. Аноды должны быть подвешены вплотную друг к другу и регулярно заменяться по мере растворения.

 

 

Рисунок 2.14 — Общий вид переносного погружного барабана


Перфорация стенок барабанов, колоколов и корзин-качалок необходима для циркуляции электролита и прохождения тока. Чем больше «живое» сечение перфорации (процентное отношение площади поверхности отверстий к общей площади стенки), тем меньше она мешает протеканию раствора и тока. Однако делать большие отверстия невыгодно, так как в таком оборудовании нельзя будет обрабатывать не только такие детали, размер которых меньше отверстий, но и такие, у которых есть элементы профиля, которые могут выступить из отверстия. На кончике этого выступа плотность тока будет настолько велика, что на нем образуется шишковидный нарост металла, который зачастую даже не удается вытащить из отверстия, в результате чего значительная часть перфорации оказывается закупоренной. С другой стороны, очень маленькие отверстия оказывают большое сопротивление протеканию раствора и тока, а если их делать много, то это достаточно трудоемко, да и стенка становится ослабленной. Поэтому приходится ограничиваться размером отверстия от 3 до 8 мм и промежутками между ними 2,5-6 мм (расстояние между центрами отверстий — 5,5-14 мм).

Отверстия в перфорированной стенке почти всегда делают в шахматном порядке, так как теоретически при этом на единице площади стенки умещается большее количество отверстий и «живое» сечение перфорации будет на 15,5 % больше, чем «живое» сечение при рядном расположении отверстий (при одинаковых диаметрах отверстий и одинаковых межцентровых расстояниях). Однако ограничения по прочности стенок диктуют применение «живого» сечения для приведенных выше размеров перфорации — от 23,4 % до 25,7 % при рядном расположении отверстий и от 27,0 % до 29,6 % при шахматном.

Для нанесения покрытия на мелкие детали изредка применяются корзины-качалки, не получившие у нас широкого распространения. Они делаются в виде полуцилиндра или половины многогранной призмы, подвешенной на горизонтальном валу, вокруг которого корзина может качаться с амплитудой 60°. Основным недостатком этих корзин, ограничивающим их применение, является их неудачная форма, не позволяющая более интенсивно качать корзину из опасения высыпания деталей через край.

В 70-е гг. за рубежом появилась новая, существенно улучшенная модель такой корзины, имеющая форму почти замкнутого цилиндра. Вдоль образующей цилиндра на стороне, противоположной середине загрузочного окна, расположено ребро в форме равностороннего треугольника, в одной модели входящее внутрь корзины, а в другой — наоборот, выступающее из дна наружу и придающее поперечному сечению кор-

зины форму сердца. Ребро предназначено для улучшения перемешивания деталей. Однако основное достоинство новой модели заключается в том, что окружность корзины охватывает не 180°, как в старой модели, а 315°, что позволяет увеличить амплитуду качания в три раза (180° вместо 60°) без опасения просыпать детали. Это значительно улучшает перемешивание деталей.

Автоматические гальванические линии. Гальванические автоматические линии в общем виде включают в себя ванны, сушильную камеру, загрузочно-разгрузочные стойки или устройства, систему вентиляции, металлоконструкцию (каркас), систему трубопроводов, площадку обслуживания, устройства для перемещения подвесок и вспомогательное оборудование (насосы, теплообменники, фильтровальные установки, емкости и т. п.). Ванны, в которых одновременно располагаются несколько штанг с подвесками, называются многопозиционными.

Основной механической функцией автоматических линий является перенос подвесок с деталями, колоколов или барабанов из одной ванны в другую в строгом соответствии с выдержкой времени для каждой операции, заданной технологическим процессом.

По возможности изменения алгоритма переноса деталей автоматические линии делятся на два типа: линии с жестким циклом и линии с гибким циклом.

В линиях с жестким циклом изменение последовательности или времени выдержки деталей в конкретной ванне влечет за собой значительную и трудоемкую перестройку металлоконструкции линии и механизмов перемещения деталей. Наиболее распространенным типом автоматических линий с жестким циклом являются кареточные линии, в которых реализуется периодическое и одновременное перемещение деталей на всех позициях.

Линии с гибким циклом называются автооператорными линиями. Кстати, в роли автооператора (манипулятора) может рассматриваться человек, и в этом случае линия обладает наибольшей гибкостью цикла обработки деталей.

По схеме расположения ванн линии могут быть прямолинейно-однорядными, многорядными, в том числе овальными, и карусельными (кольцевыми).

Кареточные автоматические линии с жестким циклом. Кареточные автоматические линии предназначены для нанесения покрытий по одному технологическому процессу или нескольким незначительно отличающимся техпроцессам. Например, на одной линии цинкования можно наносить цинковое покрытие на детали с осветлением и пассивированием или без осветления и пассивирования. Кареточные линии применяются при производительности до 80 м2/ч для нанесения электрохимических покрытий и до 100 м2/ч для нанесения химических и анодно-окисных покрытий. Общий вид кареточной линии показан на рисунке 2.15.

Принципиальными отличиями кареточных линий от автооператорных являются:

- расположение ванн в порядке последовательности операций технологического процесса, так как движение подвесок осуществляется только в одном направлении;

- одновременное горизонтальное перемещение всех подвесок;

- одновременный подъем всех подвесок в однопозиционных ваннах и подвесок, находящихся в крайних положениях многопозиционных ванн;

- одновременное опускание всех поднятых подвесок;

- расположение ванн длинной стороной вдоль оси гальванической линии.

Кареточные линии состоят из ванн, расположенных в порядке выполнения операций технологического процесса и, как правило, в два ряда по овалу, а также из сушильной камеры и нескольких свободных позиций для загрузки-выгрузки подвесок. Между рядами ванн на металлоконструкции расположены механизмы вертикального и горизонтального перемещения подвесок. Для вертикального перемещения служат каретки, для горизонтального — тележки. Вертикальное перемещение каретки производится путем подъема и опускания подъемного моста, а горизонтальное перемещение тележек с каретками — толкающими штангами или цепью механизма горизонтального перемещения.

 

 

Рисунок 2.15 — Кареточные овальные подвесочная (а) и барабанная (б) автоматические линии



Каретки с подвесками перемещаются дискретно с определенным темпом и одновременно, т. е. через строго определенное время (называемое ритмом выхода подвесок). Каретки поднимаются подъемным мостом и на тележках передвигаются горизонтально на один шаг с одной позиции на другую, а затем опускаются и т. д. Шаг горизонтального перемещения строго определен программой и равен расстоянию между двумя соседними позициями. Время выдержки деталей в каждой ванне не одинаково, поэтому ритм выхода подвесок задается равным наименьшему времени выдержки и, чтобы соблюсти время выдержки деталей в ваннах с более продолжительной обработкой, такие ванны делают многопозиционными, т. е. более длинными. В этих ваннах с общим для всей линии ритмом выхода подвесок каретки с подвесками не поднимаются, а перемещаются только горизонтально и в нижнем положении. Количество позиций, а значит, и длина ванны определяются делением времени выдержки деталей в этой ванне на ритм выхода подвесок.

Однопозиционные ванны в автоматических линиях предназначены для подготовительных операций (промывка, травление, активация и т. д.), а также для заключительных операций (пассивирование, уплотнение и др.). Время выдержки деталей в этих ваннах не может превышать ритм выхода подвесок с деталями. В многопозиционных ваннах производятся операции обезжиривания и нанесения покрытий, продолжительность которых больше ритма выхода подвесок с деталями. Общее количество тележек с каретками соответствует общему количеству позиций, включая позиции загрузки-выгрузки. Около ванны, в которой не всегда требуется обработка деталей, устанавливается механизм обхода ванн, который при необходимости задерживает каретки в верхнем положении, не давая им опускаться в эту ванну.

 

 

 

Исходя из особенностей технологической операции, конкретная ванна оснащается устройствами для перемешивания и нагрева, анодными или катодными штангами, фильтрующими устройствами, сливными карманами, а также выбирается определенная футеровка и теплоизоляция. Для сушки деталей в автоматической линии предусмотрена сушильная камера, в которой циркулирует горячий воздух, поступающий от калорифера.

Помимо кареточных тележечных линий, существуют еще кареточные бестеле-жечные и бескареточные линии, которые в России не нашли широкого распространения.

Автоматические гальванические линии жесткого цикла предназначены для работы в цехах с большой производственной программой в условиях массового и серийного производства при наличии стабильной продукции. Их основные недостатки:

- сложность перехода с одной программы на другую при изменении вида покрытия, его толщины, времени выдержки деталей в ванне, связанная со значительными изменениями в конструкции линии;

- необходимость установки промывочных ванн после каждой ванны химической или электрохимической обработки, так как подвески не могут совершать возвратнопоступательное движение;

- наличие многопозиционных ванн, так как темп горизонтального движения для всех подвесок одинаков.

Однако высокая производительность (до 100 м2/ч и более) и надежность в эксплуатации делают эти линии наиболее экономичными и достаточно перспективными.

Автооператорные автоматические линии с программным управлением. Авто-операторные линии получили наибольшее распространение благодаря тому, что они могут выполнять широкий набор функций.

В автооператорных линиях можно осуществлять:

- как отдельные электрохимические или химические процессы, так и несколько процессов одновременно или поочередно;

- изменение последовательности и длительности технологических операций;

- нанесение покрытий с производительностью от 1 до 200 м2/ч;

- обработку изделий как мельчайших, так и крупногабаритных длиной в несколько метров;

- обработку изделий на подвесках, в барабанах, корзинах или комбинированно.

Отличительными особенностями автооператорных линий являются:

- движение деталей в процессе обработки как в прямом, так и в обратном направлении;

- ванны и другие позиции обработки могут располагаться не в последовательности выполнения технологических операций;

- возможность осуществления нескольких одноименных операций на одной технологической позиции;

- наличие независимых транспортирующих органов с индивидуальными приводами перемещения и подъема-опускания;

- неодновременность переноса обрабатываемых изделий;

- отсутствие жесткой связи между грузозахватным элементом автооператора и подвеской с обрабатываемыми деталями;

- наличие устройства программного управления.

Отсюда вытекает главное преимущество автооператорных линий — они много-процессны, т. е. на них можно обрабатывать детали по различным технологическим процессам и совмещать в одной автоматической линии нанесение несколько видов покрытий.

В автооператорных линиях маршрут переноса деталей и длительность их пребывания на каждой позиции задаются технологически, однако перемещение самого автооператора не совпадает с последовательностью технологических операций и носит челночный характер. В зависимости от требуемой производительности в составе линии может быть несколько автооператоров, имеющих свои зоны обслуживания. Зоны обслуживания автооператоров перекрываются на одну, реже на несколько позиций.

Перенос подвески с деталями производится по заданной технологической схеме в соответствии с программой при помощи сигналов, поступающих от системы управления. В большинстве автоматических линий с программным управлением предусмотрена система ручного управления процессом, в этом случае автоматическая линия превращается в механизированную линию.

Автооператоры делятся на расцепляемые и нерасцепляемые. При обработке деталей в ванне расцепляемый автооператор может отделиться от штанги, несущей подвеску, и переместиться для выполнения операций на других позициях, а может оставаться в нижнем положении на время обработки деталей в данной ванне.

Автоматические линии с нерасцепляемым автооператором целесообразно применять в тех случаях, когда технологией предусмотрена непродолжительная выдержка деталей в ванне на всех операциях процесса. Как правило, если разница во времени выдержки на различных технологических позициях значительная, то целесообразно использовать линии с расцепляемыми автооператорами, так как за время выдержки деталей в одной ванне автооператор успевает произвести необходимые перемещения на других позициях автоматической линии, что значительно увеличивает производительность автомата.

Различают линии с тельферными (подвесными), портальными и консольными автооператорами.

Линии с тельферными (подвесными) автооператорами. Тельферный (или подвесной) автооператор (см. рисунок 2.16, а)) представляет собой тележку с электромеханическими приводами горизонтального и вертикального перемещения. К тележке в качестве грузоподъемного механизма крепится таль, при помощи которой осуществляются вертикальные перемещения подвески с деталями. Основание тележки укрепляется на монорельсе, смонтированном на определенной высоте над ваннами. Монорельс крепится, как правило, к потолочному перекрытию. Линии с тельферными автооператорами пригодны для обслуживания ванн практически любой длины и высоты. По сравнению с другими типами линий занимаемая ими площадь меньше на 20 % — 30 %, а металлоемкость — на 10 % — 15 %. В тех случаях, когда крепление монорельса к потолочному перекрытию цеха связано с определенными трудностями, его монтируют на вертикальных стойках, устанавливаемых на фундаменте или общей раме линии.

 

а) — схема, б) — общий вид с двумя жесткими направляющими для стабилизации движения захвата подвески и двумя монорельсами для стабилизации перемещения тележки
Рисунок 2.16 — Тельферный автооператор



Линии с тельферными автооператорами более стабильны в работе, чем линии с консольным автооператором (см. ниже), и имеют большую грузоподъемность (от 200 до 2000 кг). Кроме того, они удобны в эксплуатации, так как доступ к ваннам открыт с двух сторон.

К недостаткам автооператоров этого типа следует отнести незначительную жесткость конструкции, неудобство монтажа и обслуживания, трудность позиционирования подвесок.

Для стабилизации движения тельферного автооператора в некоторых конструкциях для перемещения тележки устанавливают два параллельных монорельса, а захват с подвеской опускается и поднимается по двум жестким направляющим (см. рисунок 2.16, б)).

Портальные автооператоры применяют в линиях, расположенных в низких производственных помещениях, и в линиях с большими размерами ванн и массой транспортируемого груза более 2 т. Крепление путей для перемещения автооператоров в этих линиях двояко — к металлическим стойкам (или железобетонным колоннам) или непосредственно к корпусам ванн вдоль бортов ванн. Пути могут быть размещены практически на любой высоте от края ванны.

Автооператор может иметь два механизма подъема с захватами, направленными в противоположные стороны, что позволяет одновременно обслуживать две гальванические ванны, убыстряя темп работы автомата. При ритме выхода подвески более 4 мин применяют портальные автооператоры с одним механизмом подъема.

Производительность отдельных линий составляет до 150 м2/ч, а единовременная площадь загружаемых деталей на одну подвеску — до 8 м2. Такие линии наиболее широко применяются в промышленности вследствие высокой надежности в работе,

 

наибольшей производительности и грузоподъемности автооператоров. Установка автооператоров портального типа не требует большой высоты цехового помещения.

Линии с портальными автооператорами имеют ряд недостатков, сдерживающих их применение.

Главными недостатками линий с портальными автооператорами являются:

- затрудненность обслуживания ванн;

- необходимость частичного или полного демонтажа рельсовых путей при извлечении ванн для ремонта;

- дополнительное усложнение конструкции линии из-за введения устройств, обеспечивающих безопасность обслуживающего персонала;

- более быстрое коррозионное разрушение автооператоров вследствие близости их к зеркалу растворов;

- усложнение конструкций приводов горизонтального передвижения автооператоров.

Консольные (Г-образные) автооператоры перемещаются по направляющим путям, установленным сбоку ванн. Грузозахватный орган автооператоров выполнен в виде консоли, проходящей над поверхностью ванн. Линии с консольными автооператорами по предпочтительности их использования занимают промежуточное положение между линиями с тельферными (подвесными) и портальными автооператорами. Автооператоры этих линий имеют боковую направляющую, поэтому для их размещения не требуется большой высоты цеха. Потребителей привлекает их компактность, особенно при малых габаритах ванн и небольшой грузоподъемности автооператоров.

В некоторых автооператорных линиях предусматривается сокращение ритма работы автомата за счет уменьшения времени вертикальных перемещений и выдержки над ванной, что приводит к увеличению уноса электролита из ванны, загрязнению последующих ванн и сточных вод. Поэтому такой путь не всегда приемлем.

Наиболее целесообразно использование двухзахватных автоматических дуп-лекс-операторных линий (дуплекс-операторов). Принцип работы дуплекс-операторов основан на замене каждой обработанной подвески на необработанную последовательно во всех ваннах, когда дуплекс-автооператор останавливается над ними. У любой ванны один автооператор, находясь в неподвижном положении, может одним захватом зацепить, поднять и переместить в сторону подвеску, а другим захватом опустить в эту ванну другую подвеску, вынутую из предыдущей позиции. Далее дуплекс-оператор перемещается на следующую позицию, где вновь происходит замена подвесок.

Таким образом, вследствие того, что движение дуплекс-оператора происходит только в одну сторону (возвратные движения производятся тележкой), значительно упрощается электрическая схема автомата, сокращается в 1,5-2 раза проходимый дуплекс-оператором путь, по сравнению с длиной пути одноместных автооператоров, и увеличивается производительность автооператора до 2-3 позиций в минуту.

Помимо прочего, дуплекс-операторы способствуют сокращению выноса деталями технологических растворов и, следовательно, уменьшению загрязнения сточных вод за счет увеличения времени стекания раствора с деталей в ванну, так как в период погружения новой подвески только что извлеченная подвеска, хоть и сдвинута от центра ванны, все равно находится над ванной, куда и стекает раствор.

Дуплекс-автооператорные линии (типа ДАО) для разных видов покрытий в настоящее время успешно работают на ряде заводов. Производительность таких ли-22 ний — 10-100 м2/ч для гальванических покрытий и 20-200 м2/ч для химических покрытий. Производительность линий с барабанами составляет 200, 500 и 1000 кг/ч.

Особую группу составляют автоматические линии, в которых детали перемещаются путем пересыпания (шнековые, ковшовые).

Шнековые линии предназначены для химической обработки и консервации мелких деталей. Как правило, такая обработка является составной частью общего технологического процесса. К конструктивным особенностям таких линий относится наличие шнековых барабанов по всей длине линии для непрерывного перемещения деталей в ходе обработки.

Вспомогательное оборудование. К вспомогательному оборудованию относятся фильтровальные установки, насосы для перекачки электролитов, различные емкости для хранения, транспортировки и корректировки растворов, а также сушильное оборудование и источники питания ванн.

2.5.2 Оборудование, применяемое при производстве печатных плат

Постоянное обновление элементной базы требует соответствующей модернизации существующих технологий и оборудования производства печатных плат. Для России после 1990-х гг. стала неизбежной интеграция с западным рынком (в последние годы с азиатским рынком) и его довлеющее влияние на отечественное производство. Это привело к тому, что при производстве печатных плат в основном используется импортное оборудование от разных производителей.

Основным оборудованием при производстве печатных плат являются [35]:

- режущие устройства для резки на заготовки фольгированного, рулонного материала (адгезива, склеивающего или покровного слоя);

- конвейерные установки механической и химической очистки поверхности;

- экспонирующие установки;

- конвейерные линии или ванны для проявления, удаления фоторезиста, снятия металлорезиста;

- установки травления;

- установки горячего лужения;

- термошкафы и вакуумные печи;

- прессы;

- оборудования для контроля, тестирования и испытания печатных плат.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     7      8      9      10     ..