Способ получения тонкостенных деталей

Способ получения тонкостенных деталей

Реферат

 

Относится к машиностроению, к гальваническому производству, и может быть использован в гальванических цехах различного профиля при изготовлении деталей радиоэлектроники, деталей оптико-механической промышленности, ювелирных изделий, икон и т.д. Целью изобретения является сокращение цикла изготовления, снижение себестоимости, повышение точности и качества изготовления. Сущность способа состоит в гальваническом осаждении металла на специальную матрицу. Новым является то, что матрицу формируют с чертежа, фото или рисунка детали компьютерной обработкой с внесением необходимых уточнений, обусловленных закономерностями изготовления матрицы и процесса гальванопластики, затем по компьютерному рисунку изготавливают фотошаблон, а с него - типографский инструмент, далее специальными красками, активными к процессу химической металлизации, этим инструментом печатают на диэлектрической подложке (бумага, полиэтилен, пластмасса и др.) рисунок одноразовой матрицы, металлизируют рисунок и гальванически осаждают металл в один слой или в несколько разнородных слоев, затем отделяют от матрицы деталь, а при получении, например, печатных плат деталь от матрицы не отделяют, а также то, что рисунок может быть выполнен негативным, а в качестве основы используют материалы, в состав которых вводят катализаторы химической металлизации. Новым также является то, что после нанесения рисунка матрицу формируют вакуумным, термическим или другим методом с высотой профиля до 5 мм, с радиусом кривизны не более 2 мм или до нанесения рисунка, в последнем случае рисунок наносят методом тампографии. 1 с. и 3 з.п. ф-лы.

Предлагаемый способ относится к машиностроению, к гальваническому производству, и может быть использован в гальванических цехах различного профиля при изготовлении деталей радиоэлектроники, деталей оптико-механической промышленности, ювелирных и других аналогичных изделий.

В настоящее время ажурные детали толщиной 0,05 - 0,5 мм изготавливают либо штамповкой из прецизионного проката по экологически вредной технологии с длительным дорогостоящим циклом подготовки производства, включающим проектирование и изготовление штампов, либо их получают путем осаждения гальваническим способом на дорогостоящую матрицу (А.с. СССР N 641008, МКЛ D 1/00, 1971 г.: N 834858, МКЛ C 25 D 1/00, 1981 г.; N 700565, МКЛ C 25 D 1/00, 1975 г.: N 945251, МКЛ C 25 D 1/02, 1982 г., и др.).

Ближайшим прототипом предлагаемого способа является техническое решение по А. с. СССР N 789637 "Гальванопластический способ изготовления плоских перфорированных деталей", МКЛ C 25 D 1/08, 1978 г. Этот способ включает дорогостоящий длительный процесс изготовления матрицы, а также сложный процесс ее удаления.

Целью предлагаемого способа получения тонкостенных ажурных деталей путем гальванического осаждения металла на специальную матрицу с последующим отделением от нее детали или без отделения детали является сокращение цикла изготовления матрицы и детали в целом, снижение себестоимости, повышение точности и качества изготовления.

Эта цель достигается за счет того, что матрицу формируют с чертежа, фото или с рисунка детали компьютерной обработкой с внесением необходимых уточнений, обусловленных закономерностями процесса изготовления матриц и процесса гальванопластики, затем по компьютерному рисунку изготавливают фотошаблон, а с него - типографский инструмент, далее специальными красками, активными к процессу химической металлизации, этим инструментом печатают на диэлектрической подложке (бумага, полиэтилен, пластмасса и др.) рисунок одноразовой матрицы, металлизируют рисунок и гальванически осаждают металл в один слой или в несколько разнородных слоев, а затем отделяют детали от матрицы; за счет того, что при получении, например, печатных плат деталь от матрицы не отделяют; за счет того, что рисунок выполняют негативным, в качестве основы применяют материалы, в состав которых вводят катализаторы химической металлизации; за счет того, что после нанесения рисунка матрицу формуют вакуумным, термическим или другим методом с высотой профиля до 5 мм и с радиусом кривизны не более 2 мм; а также за счет того, что матрицу формуют до нанесения рисунка, а рисунок наносят методом тампографии.

Существо предлагаемого способа состоит в следующем. Чертеж, рисунок или фото изготовляемой детали вводят в компьютер и обрабатывают по специальной программе, обеспечивающей его редактирование (исключение второстепенных для данной детали элементов и т.д.). При этом вносятся элементы, обеспечивающие равномерный токоподвод и оптимальное распределение, например, несколько мелких деталей по поверхности матрицы (при одновременном изготовлении нескольких деталей), производится также корректирование рисунка с учетом искажений, вносимых формированием (печатанием) рисунка и самим процессом гальванопластики, т. е. вносятся предыскажения. Графический образ мультиплицируется и приобретает законченный вид с учетом всех последующих этапов. Производится измерение поверхности рисунка и всех его элементов и расчет параметров гальванопластического формования. Далее по распечатке изготавливают фотошаблон, а по нему - типографский инструмент (офсетный валик, сетчатый трафарет, матрицы для тампонопечати и др.). Затем полученный графический рисунок специальной краской печатают на бумаге, пленке, пластмассе или на любом другом диэлектрике, при этом количество копий практически не ограничено. Используемая для печати краска должна иметь способность катализировать процесс химической металлизации, а основа не должна иметь этой способности или наоборот. Рисунок на диэлектрике металлизируют специальным составом и получают в итоге одноразовую матрицу.

После этого матрицу устанавливают в гальваническую ванну, подсоединяют к источнику электропитания и производят процесс "наращивания" (осаждения) металла до необходимой толщины в один слой или в несколько разнородных слоев, а подложку затем удаляют механически. Она сама отслаивается при легком нажатии (если это бумага или пленка), При изготовлении, например, печатных плат более прочная и жесткая подложка остается (не отделяется), что обусловлено самой конструкцией и назначением изделия. Отделенные детали подвергают при необходимости финишной обработке в зависимости от материала детали, ее габаритов и назначения.

Несколько примеров использования способа.

Рисунок детали вводят в компьютер с помощью сканера, факс-модема с дискеты или другим известным способом, графически редактируют рисунок (изменение масштаба до необходимого, внесение компенсационного искажения, которое в дальнейшем исключает фактическое искажение на печатных и гальванических технологических операциях), мультиплицируют рисунок в случае изготовления на одной матрице нескольких деталей, формируют токоподводящие элементы и элементы, обеспечивающие отделение детали от технологической части заготовки, получаемой гальванопластикой. Сформированный рисунок матрицы в реальном масштабе используют в качестве шаблона для изготовления печатного элемента (трафареты, фотошаблоны и т.д.), которые получают обычными известными методами. Одноразовые матрицы (число их практически не ограничено) печатают на диэлектрическом пленочном материале (лавсановая пленка, бумага, картон и т. д. ) специальной краской (допускается печатание с обеих сторон), Специальная краска отличается от обычной краски для типографской печати тем, что в ее состав вместо обычных наполнителей в количестве 20 - 50% весового состава (без учета растворителя) вводится мелкодисперсная пигментная окись титана, активированная палладием (содержание палладия 0,01 - 0,04% весовых). Перед завешиванием в гальваническую ванну рисунок матрицы омедняют в специальном растворе, затем матрицу закрепляют механически на жесткой подвеске или с помощью клея, стойкого к условиям нанесения металлического покрытия, и подключают к источнику электрического тока. Наращивание, например, никелевой детали ведут из сульфатного никелевого электролита. По достижении заданной толщины матрицу с выращенной деталью промывают водой, сушат и механически отделяют от матрицы и от технологической части. Как уже отмечалось, толщина детали лежит в пределах 0,05 - 0,5 мм (зависит от времени выращивания), максимальные ее размеры ограничиваются только размерами матрицы и гальванической ванны. Возможно формирование бесконечных структур, в этом случае основа-матрица с рисунком свернута в рулон с зазором 2 - 3 мм, который перематывают из одной позиции в другую, а между ними матрица проходит металлизацию или гальваническую ванну, где с заданной скоростью производится наращивание. При получении матрицы в этом случае используют не трафаретную, а офсетную печать. Шероховатость поверхности P₀ полученной детали из никеля с лицевой стороны составляет 0,1 - 0,16 мкм, твердостью - 5 - 6 ГПа, предел прочности на растяжение 0,7 - 1,25 ГПа. Форма отверстия на детали может быть любая, минимальная ширина отверстий (пробелов) - до 50 мкм, при меньшем расстоянии между соседними кромками отверстия могут зарастать при осаждении металла. Для получения изделий из других материалов и из сложных металлических композиций используют соответствующие известные электролиты, применяемые в гальванопластике.

Способ позволяет получать не плоские, а криволинейные поверхности с высотой профиля не более 5 мм, с радиусом кривизны не менее 2 мм, а также пространственные оболочковые конструкции. По результатам выполненных экспериментов установлено, что возможности данного способа ограничены указанными параметрами по криволинейности: если высота профиля больше 5 мм, а радиус кривизны менее 2 мм, то процесс гальванопластики становится неуправляемым, точность размеров детали резко снижается. При получении криволинейных поверхностей рисунок печатают на пленке, пригодной для формования, например, вакуумным или термическим методом. После нанесения рисунка матрицу формуют и затем наращивают. Операцию формования матрицы можно выполнять до нанесения рисунка, а рисунок на сформованную матрицу наносят тампографией. Можно получать также оболочковые пространственные тонкостенные ажурные конструкции практически любых размеров, в которых несущей основой может быть легкоудаляемый материал или надувные оболочки, а рисунок на них наносят указанными специальными красками.

В качестве каталитического наполнителя для красок помимо мелкодисперсной окиси титана, активированной палладием, можно использовать двуокись олова, аэросил и другие составы, активированные прививкой кластерных комплексов из двух и более металлов переменной валентности (олово и палладий, олово и платина, железо и медь, олово и серебро, титан и серебро, олово и никель-медь и др. ), имеющих на внешнем от основы атоме металла кластерного комплекса органические лиганды, способные к реакции перекристаллизации (замены лиганды) в водной среде.

Особую область использования способа представляет собой вариант, когда рисунок выполнен негативным, а в качестве основы применяются материалы, в состав которых известными методами вводят катализатор химической металлизации. В этом случае печатание производится обычной, стойкой в условиях гальванопластики типографской краской. При наращивании металла происходит формообразование всего свободного пространства между линиями рисунка. К разновидностям этого варианта относится следующая технология. Рисунок печатается лазерным принтером на бумаге или на другом пористом листовом диэлектрике, далее лист с отпечатком на обратной стороне смачивается раствором уксуснокислой меди (20 - 60 г/л), выкладывается на смоченное водой стекло и высушивается на воздухе до отставания от стекла, при этом соль меди концентрируется в верхнем слое пробелов рисунка. Высушенный лист помещают последовательно в камеру с аммиаком и с формалином, сушат на воздухе или путем промакания, при этом образуются частички меди или закиси меди. Матрицу с омедненным рисунком наклеивают на жесткую основу воском, парафином или другим стойким в условиях гальванопластики веществом. Далее ведут гальваническое формование детали обычным путем.

Придание электропроводности пробелам рисунка может достигаться другими приемами, их много: пропитка солями олова и палладия, титана и серебра и др. ; пропитка клеями, клеящими расплавами, различными полимеризующимися жидкостями с последующим нанесением с лицевой стороны пылевидных проводников, отверждением связующего и удалением слоя с рисунка, напечатанного лазерным принтером и др.

При изготовлении печатаных плат, коммутационных панелей, экранов, металлических инкрустаций, художественных изделий и других аналогичных деталей их отделения от матрицы-основы не производят, в остальном все операции выполняют, как указано выше.

Предлагаемый способ прошел проверку при изготовлении печатных плат, ажурных деталей электронной промышленности, художественных изделий и т.д. Установлено, что сроки подготовки производства при использовании данного способа сокращаются в десятки и в сотни раз: вместо 4 - 6 месяцев новое изделие может быть освоено за несколько дней. Это связано с тем, что отпадает необходимость проектировать и изготавливать штампы, оснастку, оборудование и т.д., т.к. способ реализуется на универсальном гальваническом оборудовании, на универсальных печатающих устройствах с использованием обычной компьютерной техники.

Формула изобретения

1. Способ получения тонкостенных деталей, включающий формирование матрицы, металлизацию рисунка и гальваническое осаждение металла, отличающийся тем, что матрицу формируют путем изготовления фотошаблона по компьютерному рисунку детали с учетом предискажения, а с фотошаблона изготавливают типографский инструмент, после чего с помощью инструмента на диэлектрической подложке печатают рисунок одноразовой матрицы красками, активными к процессу химической металлизации, а гальваническое осаждение металла осуществляют в один слой или несколько разнородных слоев.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рисунок одноразовой матрицы выполняют негативным, а в качестве диэлектрической подложки применяют материалы, содержащие катализаторы химической металлизации.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после печатания рисунка одноразовую матрицу дополнительно формуют с высотой профиля до 5 мм и радиусом кривизны не более 2 мм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что диэлектрическую подложку дополнительно формуют перед нанесением краски, а краску наносят методом тампонографии.