Столы-вращатели деталей

Однопозиционный стол. Однопозиционный стол (рис. 4.45, а) имеет электропривод с регулируемой частотой вращения и ручное изменение угла наклона оси вращения. Система управления стола может быть подключена к роботу. Робот осуществляет управление электроприводом стола как дополнительной степенью свободы и обеспечивает их согласованную работу. При установке двухкоординатного линейного перемещателя создается общая система управления перемещателем и однопозиционным столом.

Техническая характеристика однопозиционного стола:

- грузоподъемность – менее 250 кг;

- диаметр планшайбы – до 1500 мм;

- число оборотов планшайбы – от 5 до 300 об/мин.

А б

Рис. 4.45. Однопозиционный (а) и двухпозиционный (б) столы

Установка для плазменной обработки поверхности изделий

Установка (рис. 4.46) для плазменной обработки поверхности изделий (патент РФ № 2038410) включает генератор плазменной струи атмосферного давления, состоящий из двух электродных узлов 1, которые подключены к системе подачи плазмообразующего газа и источнику питания (не показаны). Электродные узлы 1 установлены в отверстиях газонепроницаемой перегородки 2. В отверстии газонепроницаемой перегородки 2 также установлен питатель 3, через который подается рабочий материал. Питатель 3 выполнен в виде трубки, геометрическая ось которой расположена по вертикали в плоскости чертежа. Симметрично относительно этой оси расположены электродные узлы 1. Оси электродных узлов 1 расположены под острыми углами к оси питателя 3. Формирователь 4 струйного газозащитного экрана представляет собой замкнутый трубопровод прямоугольного сечения и по всему своему периметру жестко соединен с газонепроницаемой перегородкой 2 так, что она полностью перекрывает пространство внутри кольца формирователя 4. Формирователь 4 с перегородкой 2 установлены с возможностью перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Рис. 4.46. Установка для плазменной обработки поверхности изделий:

1 – электродные узлы; 2 – перегородки; 3 – питатель; 4 – формирователь струйного газозащитного экрана; 5 – патрубок; 6 – держатель; 7 – изделие; 8 – сквозной паз;

9 – перегородка;10 – суммарная струя;11 – газозащитный экран;

12 – герметизирующие прокладки; 13 – начальный участок; 14 – зона смешения струи

Формирователь 4 соединен с системой подачи защитного газа (не показана) через патрубок 5. Формирователь 4 установлен над держателем 6 изделия 7. Держатель 6 выполнен в виде транспортера, на который с одной стороны устанавливают изделия 7, а после обработки с другой стороны снимают их. Стенка формирователя 4, обращенная к плоскости держателя 6, имеет сквозной паз 8 по всему периметру формирователя 4. Паз 8 закрыт перегородкой 9 из пористого материала.

Работу установки рассмотрим на примере проведения операции нанесения медной пленки на поверхность ситалловой подложки 7.

На электродные узлы 1 подается напряжение и плазмообразующий газ аргон. Струи аргоновой плазмы электродных узлов 1 образуют суммарную струю 10. В центр суммарной плазменной струи 10 через питатель 3 подают рабочее вещество газ фреон. Одновременно защитный газ очищенный аргон поступает через патрубок 5 в формирователь 4. После прохождения защитным газом перегородки 9 образуется равномерный кольцевой газозащитный экран 11, который защищает пространство внутри образованного кольца от проникновения загрязняющих частиц и кислорода из окружающей среды.

Установленную на держателе 6 ситалловую подложку 7 вводят в зону обработки, т.е. в зону суммарной плазменной струи 10. В плазменной струе 10 фреон, поступающий через питатель 3, разлагается на возбужденные атомы и ионы углерода и фтора. Возбужденные атомы и ионы плазменной струей 10 направляются на подложку 7, на поверхности которой практически всегда присутствуют органические загрязнения, снижающие адгезию наносимых слоев.

В результате взаимодействия активных атомов и ионов с подложкой 7 очищают поверхность подложки. После окончания процесса очистки через питатель 3 подают в плазменную струю 10 частицы мелкодисперсного медного порошка или пары элементоорганического вещества, содержащего медь.

В плазменной струе 10 это вещество разлагается и на поверхности подложки 7 осаждаются атомы меди. Так как кольцевой газозащитный экран 11 предотвращает попадание кислорода в зону обработки, то на подложке 7 образуется слой чистой медной пленки без примесей окислов меди.

Плазменная струя 10, как и любая струя, обладая способностью создавать разрежение вокруг себя, может подсасывать воздух из окружающей среды. Для предотвращения попадания воздуха из окружающей среды необходимо, чтобы электродные узлы 1 и питатель 3 были установлены в газонепроницаемой перегородке 2 герметично, т.е. через герметизирующие прокладки 12, например из фторопласта.

Как уже отмечалось выше, газозащитный экран 11 имеет три участка, два из которых имеют принципиальное значение. Это начальный участок 13, в котором отсутствуют примеси из окружающей среды, и зона 14 смешения струи 10 с окружающей средой. Экран 11 должен ограждать зону обработки от загрязняющих частиц, а также от проникновения воздуха из окружающей среды. Это наилучшим образом выполнимо, если снизить перемешивание потока защитного газа с окружающей средой за счет снижения турбулентности, при которой идет хаотичное и интенсивное перемешивание потока с окружающей средой.

Для снижения турбулентного перемешивания можно установить выравнивающую поток газа в формирователе 4 перегородку 9, выполненную из пористого материала с упорядоченной структурой. Например, такую перегородку 9 можно выполнить из набора сеток с малыми ячейками.

Однако равномерность потока сохраняется на ограниченной длине участка 13. Поэтому целесообразно установить расстояние между плоскостью паза 8 и подложкой 7 не более величины L этого участка 13, определяемой из вышеуказанного соотношения.

Для установки, изображенной на чертеже, ширина паза R 10^{-2 м, скорость газа аргона V 0,5 м/с, коэффициент диффузии при нормальных условиях в равномерном потоке D 10-4} м²/с. Подставляя эти значения в формулу, получаем L (10^-2)² 0,5/10^-4 0,5 м. Таким образом, расстояние между поверхностью обрабатываемой подложки 7 и плоскостью паза 8 устанавливаем равным 0,45 м.

В предлагаемые предпочтительные варианты осуществления могут быть внесены изменения, например, генератор может быть одноструйным или наоборот многоструйным, держатель подложки также может быть выполнен по-другому, поперечное сечение формирователя может быть выбрано любым.

Преимуществом предлагаемого изобретения является возможность создания защищенной зоны обработки изделий без использования вакуумных камер. Это позволяет формировать среды обработки заданного состава, что расширяет технологические возможности установки, а именно – исключение химического взаимодействия окружающей среды с поверхностью обрабатываемого изделия. Например, создание защищенной зоны позволяет избежать окисления кислородом воздуха наносимых пленок из чистых металлов или избежать взаимодействия фоторезистивных масок с кислородом, что повышает их стойкость. Также исключается возможность попадания из окружающей среды микрочастиц, приводящих к браку изделий, т.е. соизмеримых с размерами структур при изготовлении БИС и СБИС.

Для удобства компоновки и простоты конструкции целесообразно генератор и питатель установить в отверстия, выполненные в газонепроницаемой перегородке. Установлены генератор и питатель должны быть герметично, что предотвратит подсос газа из окружающей среды сквозь щели, а следовательно, проникновение загрязняющих частиц в зону обработки. Такая компоновка установки является простой и компактной.

Для уменьшения турбулентности в струйном газозащитном экране сквозной паз закрывают по всей длине трубопровода перегородкой из пористого материала с упорядоченной структурой, которая позволяет выравнивать поток подаваемого защитного газа и на выходе формирователя получать равномерный поток, являющийся струйным газозащитным экраном.

В этом случае скорость движения загрязняющих частиц и пыли через струйный защитный экран будет тем меньше, чем меньше степень турбулентности потока. Таким образом, размещая перегородку в пазе трубопровода, можно за счет изменения соотношения скоростей диффузии загрязняющих частиц и скорости самого потока увеличить размеры зоны, в которой проводят формирование технологической среды требуемого состава для проведения процесса плазменной обработки.

Вытекающий поток защитного газа из формирователя струйного газозащитного экрана принципиально имеет три участка: начальный участок, в котором отсутствуют примеси частиц из окружающей среды, молекулярный состав полностью соответствует исходному составу защитного газа, зона смешения струи защитного газа с окружающей средой и основной участок струи, где исходный газ полностью перемешан с окружающей газовой средой. Границы этих участков определяются скоростью истечения потока, геометрическими размерами паза формирователя и коэффициентом диффузии частиц внешней среды в струе защитного газа.

Для предотвращения попадания примесей микрочастиц, атомов и молекул из окружающей среды в плазменный поток за счет диффузии через поток защитного газа можно расстояние между плоскостью держателя изделия и плоскостью паза установить не более величины начального участка L.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К П. 4.1

1. Ермаков С. А., Соснин Н. А., Тополянский П. А. Напыление порошковых материалов универсальными плазмотронами с межэлектродными вставками. Труды ЛПИ, 1986. № 417.

2. Тополянский П. А. Комплекс газотермического напыления защитных и упрочняющих покрытий // Сварочное производство, 1990. № 12.

3. Карасев М. В., Масленников В. М., Тополянский П. А., Федоров С. Ю., Чередниченко И. А. Нанесение эрозионностойких покрытий на вентиляционные лопатки турбогенераторов // Газотермическое напыление в промышленности СССР и за рубежом, 1991.

4. Соснин Н. А. Использование универсальной плазменной установки при ремонте энергооборудования / Н. А. Соснин, П. А. Тополянский, С. А. Ермаков // Ремонт и восстановление энергооборудования, обеспечивающие гарантированный ресурс: материалы научно-техн. семинара 14-17 марта 1995 г. Санкт-Петербург, 1995.

5. Тополянский П. А. Использование газотермического напыления в промышленности / П. А. Тополянский // Промышленный вестник, 1999. № 8.

6. Тополянский П. А. Сравнительные характеристики газотермических методов нанесения покрытий и упрочнения при атмосферном давлении / П. А. Тополянский, Н. А. Соснин // Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций: материалы 4-й Всероссийской практической конференции 16-18 апреля 2002 г. Санкт-Петербург: изд. СПбГТУ, 2002.

7. Тополянский П. А. Высокоэффективные плазменные технологии нанесения покрытий / П. А. Тополянский // Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций: материалы 4-й Всероссийской практической конференции 16-18 апреля 2002 г. Санкт-Петербург: изд. СПбГТУ, 2002.

8. Тополянский П. А. Разработка и создание комплекса газотермического нанесения защитных покрытий и упрочнения / П. А. Тополянский // Технологии ремонта, восстановления, упрочнения и обновления машин, механизмов, оборудования и металлоконструкций: материалы 4-й Всероссийской практической конференции 16-18 апреля 2002 г. Санкт-Петербург: изд. СПбГТУ, 2002.

9. Тополянский П. А. Плазменные технологии нанесения покрытий // Сварщик, 2002. № 3.

10. Тополянский П. А. Высокочастотное плазменное напыление на инструмент и технологическую оснастку / П. А. Тополянский // Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки: материалы 6-й Международной практической конференции-выставки 13-16 апреля 2004 г. Санкт-Петербург: изд. СПбГПУ, 2005.

11. Материалы сайта НПФ «ПЛАЗМАЦЕНТР». Санкт-Петербург. Россия.

12. Материалы сайта "НЕЙТРИНО" – Высокие технологии.

13. Материалы сайта ОАО НПО «ЦНИИТМАШ». Институт технологии поверхности и наноматериалов. Отдел покрытий и оборудования. Режим доступа: http://coatings-pvd.ru/nanoarc.php.

14. Патент РФ № 2038410. Установка для плазменной обработки поверхности изделий. 2003.

Поиск по сайту: