Механическая обработка печатных плат.

Механическая обработка является весьма ответственным этапом изготовления печатных плат и должна выполняться с большой тщательностью механические повреждения заготовки платы (царапины, вмятины и др.) могут явиться причиной брака на последующих операциях. Например, большие усилия при закреплении платы могут вызвать расслаивание материала, и печатные проводники могут частично отделиться от материала.
Основными этапами механической обработки являются входной контроль материала, получение заготовок, сверление заготовок, сверление монтажных отверстий, обработка по контуру.

Электрофизические и электрохимические методы размерной обработки.
Электроэрозионные методы обработки.

Под электрофизическими и электрохимическими методами размерной обработки понимают совокупность различных воздействий (электрических, электрохимических и др.) на обрабатываемую деталь для ей заданной формы и размеров. Эти методы можно разделить на 6 групп: электроэрозионные, лучевые, ультразвуковые и электрохимические, плазменная обработка, формование в магнитном поле.
Электрофизические и электрохимические методы обработки позволяют решать важные задачи, связанные с производством современных вычислительных машин. Особенно большое значение они имеют для изготовления изделий из материалов высокой твердости, обработка которых обычными методами невозможна или крайне затруднительна. К таким материалам относятся: ферриты, германий, кремний, алмазы, рубины, кварц, твердые сплавы, керамика и др.
Основным преимуществом электрофизических и электрохимических методов обработки по сравнению с методами механической обработки является возможность копирования формы инструмента сразу по всей поверхности при простом поступательном перемещении инструмента, вследствие чего процесс обработки легко автоматизируется. Это дает возможность применить многостаночное обслуживание. Для всех методов обработки (кроме ультразвуковых) производительность не зависит от твердости и вязкости обрабатываемого материала и обработка осуществляется практически безсилового воздействия на обрабатываемое изделие.
Электроэрозионные методы обработки применяют для всех токопроводящих материалов. Эти методы основаны на явлении электрической эрозии, т.е. разрушение поверхности электродов электрическим разрядом, проходящим между ними. Разрушение материала происходит путем его плавления с последующим выбросом из рабочей зоны в виде парожидкостной смеси. Основными методами электроэрозионной обработки являются электроискровая и анодно-механическая. Для этих методов характерны наличие жидкой диэлектрической среды между электродами и подачи энергии в форме импульсов. Жидкая среда повышает эффективность разрушения металла и является средством эвакуации продуктов эрозии из зоны обработки.

Электроэрозионные методы различают в зависимости от формы и параметров импульсов тока и напряжения, а также методы генерирования импульсов. Импульсы тока и напряжения могут иметь униполярную, знакопеременную и другие формы. Основными параметрами импульсов являются их длительность tи и скважность q. По длительности импульсы делят:

Скважностью импульса q называют отношение периода импульса T к его длительности tи:

Метод электроискровой обработки. Метод, предложенный Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лазаренко, основан на использовании импульсных искровых разрядов малой длительности (до нескольких сотен микросекунд) и большой скважности (q>8). Обработка может осуществляться методом копирования формы электрода инструмента и непрофилированным электродом. Обработка методом копирования производится при поступательном движении одного из электродов и неподвижно закрепленном втором электроде, при этом форма электрода – инструмента копируется деталью (рис. 1.24).
Обрабатываемая деталь 1 и инструмент 3 включаются в цепь электрического колебательного контура, работающего в области искрового заряда. Схема имеет два контура: зарядный и разрядный. Зарядный контур состоит из сопротивления R, конденсатор C и проводящих проводов; разрядный

контур – из конденсатора, проводящих проводов и рабочих электродов: изделия 1 (анод) инструмента 3 (катод). Изделие помещается в ванну с рабочей жидкостью 2 (керосин, трансформаторное масло и др.). Сила тока регулируется сопротивление R. Конденсатор C заряжается от источника постоянного тока 4. напряжение на электродах при этом увеличивается, так как они подключены параллельно конденсатору. При напряжении, равном величине пробоя, происходит разряд конденсатора через межэлектродный промежуток и энергия, накопленная конденсатором, мгновенно выделяется в процессе разряда.
Искровой разряд протекает в миллионные доли секунды и практически не нагревает обрабатываемое изделие. Так как место приложения импульсов строго определено, то обработку можно проводить в намеченном месте. При прохождении искрового разряда в жидкости возникает гидравлические явления и газообразование, создающие взрывной эффект, который способствует удалению из межэлектродного промежутка разрушенного разрядом металла. Источником питания служат обычно генераторы постоянного тока напряжение 30…220В, создающие силу тока зарядного контура в пределах 1…5А. Сила тока в разрядном контуре достигает 100А и выше. Время зарядки

Основная часть энергии, получаемой при разрядке конденсаторов, выделяется в виде теплоты С). При этом теплота расходуется на испарение и°(температура доходит до 11000 плавление металла, и лишь небольшая ее часть поглощается электродами.
Последовательное действие разрядов, вызывающих электрическую эрозию, приводит к образованию в изделии выемки, представляющей собой как бы отпечаток электрода инструмента. Во время работы разрядного контура вследствие эрозионного разрушения металла зазор между электродами постоянно увеличивается. В какой то момент времени зазор возрастает на столько, что разряд не возникает и съем металла прекращается. Для обеспечения непрерывности процесса станки для электроискровой обработки снабжаются регуляторами, автоматически меняющими положение одного из электродов и регулирующими подачу.
Производительность процесса электроискровой обработки зависит от частоты, с которой будут следовать разряды, и от количества металла выбрасываемого при каждом разряде.
Большое влияние на производительность оказывает материал электрода. Основным требование, предъявляемым к материалам является высокое эрозионная устойчивость. Этим требованиям лучше всего отвечают латунь ЛС59-1, красная медь и медно-угольная композиция. Форма электрода подобна форме прошиваемого отверстия, но размеры его меньше размеров отверстия.

Метод электроискровой обработки непрофилированным (проволочным) электродом.(рис. 1.25). Электрод проволока 2 диаметром 0,02…0,5мм перематывается при определенном натяжении с подающей катушки 1 на приемную 5, прорезая (в результате электроэрозионного процесса) помещенную на ее пути обрабатываемую деталь 3. направляя движение детали в двух взаимно перпендикулярных направлениях, можно вырезать любой заданный контур. Траектория обрабатывающего электрода-проволоки относительно детали задается копиром, имеющим соответствующие размеры. Для улучшения условий удаление продуктов эрозии проволока натянута в вертикальном направлении. В заготовке предусматривается технологическое отверстие 4.
В качестве материала проволоки применяют медь, а при диаметре менее 0,05мм – вольфрам, так как прочность медной проволоки в этом случае недостаточна. Диаметр проволоки определяется требуемой шириной реза, значение которого складывается из диаметра проволоки и удвоенного значения зазора, который берется от 0,075 до 0,015мм на сторону. В качестве рабочей жидкости применяют чистый керосин.

Основное достоинство такого способа – возможность полной автоматизации процесса на станках с ЧПУ.

Анодно-механическая обработка(рис. 1.25). этот метод предложен В.Н. Гусевым в 1943г. Он основан на использовании комбинированного процесса анодного растворения и эрозионного воздействия на обрабатываемую деталь. При грубых режимах доминирует электроэрозионный процесс, за счет которого и осуществляется съем металла.
Обрабатываемая деталь 1 включается в цепь постоянного тока в качестве анода, рабочий инструмент 3 (диск, лента, проволока) – в качестве катода. Источником питания является генератор постоянного тока 4. межэлектродное пространство заполняют рабочей жидкостью 2 (обычно водным раствором жидкого стекла). Под действием постоянного напряжения (22…26В) на поверхности детали образуется силикатная пленка 5, имеющая повышенное электрическое сопротивление и исключающая замыкание электродов. Снятие пленки движущимися инструментами вызывает электротермическую эрозию обрабатываемого материала.
Наиболее целесообразно анодно-механическую обработку применять для разрезания твердых материалов для наружного и внутреннего шлифования и заточки режущего инструмента из твердых сплавов.

Электрофизические и электрохимические методы обработки применяют для обработки труднообрабатываемых, прочных, хрупких и многих других материалов, обработка которых обычными механическими методами затруднена или невозможна. К таким материала относятся полупроводниковые материалы, кварц, рубин, ферриты, твердые сплавы и др. в зависимости от используемого физического процесса эти методы обработки материалов условно могут быть разделены на ультразвуковые, электроэрозионные, лучевые, электрогидравлические, магнитоимпульсные, электрохимические.
Ультразвуковой метод обработки заключается в механическом воздействии на материал. Он назван ультразвуковым благодаря тому, что частота ударов соответствует диапазону неслышимых звуков, т.е. выше 16 кГц. Ультразвуковым методом можно обрабатывать твердые и хрупкие материалы, частицы которых могут, как бы выкалываться при ударе.
Широко используют ультразвуковую очистку деталей. Ультразвуковые колебания, накладываемые на жидкость для очистки деталей, особенно малогабаритных и имеющих сложную конфигурацию, резко повышают скорость и качество очистки.
Для пайки алюминия и его сплавов применяют способ удаления окисленной пленки, основанный на ее механическом разрушении интенсивными ультразвуковыми колебаниями. При этом осуществляется процесс ультразвукового лужения. Сущность явлений, происходящих при ультразвуковом лужении, заключается в следующем. Излучаемые рабочей частью паяльника знакопеременные упругие колебания частотой 16…22 кГц вызывают периодические растяжения и сжатия частиц жидкого припоя. В результате чего образуются кавитационные процессы в расплавленном припое. При этом возникают большие ударные импульсы, воздействующие на жидкий припой и поверхность облуживаемых деталей и вызывающие разрушение окисной пленки. Раздробленные частицы окисной пленки, обладают меньшей плотностью, всплывают на поверхность припоя, и он беспрепятственно облуживает очищенную поверхность металла.
Процесс ультразвукового лужения позволяет облудить всю обрабатываемую поверхность, с которой сняты окисные пленки, в то время как при механическом удалении окисной пленки облуживаются только отдельные зачищенные места поверхности.
На частоте 18…23 кГц окисная пленка наиболее эффективно удаляется при интенсивности ультразвуковых колебаний 25…100 Вт/см2. зона такой интенсивности из-за относительно высокой вязкости распространяется от излучающей поверхности преобразователя не далее 3 мм. В этой зоне можно получить эффективное лужение в течение 0,1с, при условии, что поверхность детали была предварительно нагрета до температуры расславленного припоя.
При уменьшении интенсивности ультразвуковых колебаний продолжительность удаления пленки увеличивается до 1с. Более длительное воздействие кавитации разрушает поверхность обрабатываемого изделия, а в некоторых случаях приводит к растворению изделия в припое.
Электроэрозионный метод обработки токопроводящих металлов и сплавов основан на использовании преобразуемой в теплоту энергии импульсных электрических разрядов, возбуждаемых между инструментом и изделием. В зависимости от вида электрического разряда (искра, дуга), параметров импульсов тока, напряжения и других условий электроэрозионная обработка подразделяется на электроискровую, электроимпульсную, электроконтактную и анодо-механическую. Каждой разновидности электроэрозионной обработки свойственны определенные технологические характеристики, оборудование и область промышленного применения.
При электроискровом метоле обработки применяют импульсы длительностью 20…200 мкс. Электрическая эрозия проявляется наиболее интенсивно, если межэлектродное пространство заполнено диэлектрической жидкостью. В качестве такой жидкости используют керосин, минеральное масло, водные растворы электролитов и дистиллированную воду.
Лучевой метод обработки, к которому относится обработка световым, электронным и ионным лучами, используют для обработки токопроводящих

материалов и диэлектриков. Они основаны на съеме материала при воздействии на него сфокусированными лучами с высокой плотностью энергии. Съем материала осуществляется преобразованием этой энергии непосредственно в зоне обработке в теплоту.
Высокая плотность энергии сфокусированного электронного луча так же, как и светового луча лазера, позволяет проводить размерную обработку за счет нагрева и испарения материала с узколокального участка. Для этих методов характерна практическая независимость обрабатываемости материала от механических характеристик, поэтому как металлы, так и неметаллические материалы (магнитные материалы, керамика, полупроводниковые материалы, легированные стали и ферриты, твердые сплавы, корунд и т.д.) обрабатываются одинаково успешно.
Возможность точного дозирования энергии луча позволяет осуществлять широкий круг технологических процессов от местной термообработки, ионной очистки и сварки до механической обработки. В ряде случаев, когда для обработки особо миниатюрных деталей изготовление инструмента практически неосуществимо (например, для отверстий диаметром 5…10ики), лучевая обработка является единственно возможной.
При обработке электронным лучом расплавление и испарение происходит за счет повышения температуры материала при резком торможении потока электронов в месте встречи его с обрабатываемой поверхностью. Для получения мощного потока электронов электронный пучок, эмитируемый вольфрамовым катодом в электронной пушке, ускоряется напряжением, приложенным между катодом и анодом, юстируется и фокусируется при помощи системы магнитных линз. Сигматор придает лучу круглую форму, а перемещение луча по поверхности изделия осуществляется отклоняющей системой. Кроме того, изделие, закрепленное на координатном столике, само может перемещаться относительно луча. Все устройство находится в вакуумной камере. Энергия луча (в электрон-вольтах) пропорциональна заряду электронов, их количеству и величине ускоряющего напряжения.
Обработка световым лучом имеет ряд преимуществ: для обработки не требуется создания вакуума, при котором значительно труднее управлять технологическим процессом; нет рентгеновского излучения, сопутствующего обработке электронным лучом; лазерные установки конструктивно проще электронных пушек; в некоторых случаях механическая обработка может осуществляться за прозрачной перегородкой (например, в запаянной колбе).
Главным недостатком обработки световым лучом является отсутствие надежных методов управление движением луча по обрабатываемой поверхности, поэтому при обработке перемещается сама деталь.
Электрогидравлическая обработка материалов представляет собой одну из форм механического воздействия на материал. Интенсивный электрический разряд в жидкости приводит к сильному гидравлическому удару, под воздействием которого обрабатываемый материал может деформироваться и при известных условиях разрушаться или изменять первоначальную геометрическую форму. Электрогидравлический эффект используется в промышленности преимущественно для дробления крупных материалов, очистки литья от формовочной земли и штамповки.
Магнитоимпульсная обработка материалов основана на использовании энергии сильного импульсного магнитного импульса. Особо широкое применение магнитоимпульсная обработка находит для формообразования малопластичных, труднодеформируемых материалов, вырубки и штамповки и многих сборочных операций.
Электрохимические методы обработки материалов основаны на преобразовании электрической энергии в энергию химических связей, на превращении материала заготовки в легко удаляемые из зоны обработки химические соединения (анодное растворение). Электрохимическая обработка имеет две разновидности: обработка в среде проточного электрона и электроабразивная. В последнем случае происходит комбинированный электрохимический и механический съем металла.