ХІМІЧНЕ ФРЕЗУВАННЯ (КОНТУРНЕ ТРАВЛЕННЯ)
Сутність процесу хімічного фрезерування полягає в регульованому видаленні матеріалу з поверхні заготівлі розчиненням його в травнику за рахунок хімічної реакції. Ділянки заготовки, які не підлягають розчиненню, покривають захисним шаром хімічно стійкого матеріалу.
Швидкість знімання багатьох матеріалів становить до 0,1 мм/хв.
- висока продуктивність та якість обробки,
- можливість отримання деталей складної конфігурації як малої і значної товщини (0,1-50) мм;
- малі енергетичні витрати (переважно використовується хімічна енергія);
- короткий цикл підготовки виробництва та простота його автоматизації;
- безвідходність з допомогою регенерації продуктів процесу.
У процесі обробки знімання матеріалу може проводитися з усієї поверхні заготовки, на різні глибини або на всю товщину деталі (наскрізне фрезерування). Хімічне фрезерування включає такі основні етапи: - підготовку поверхні заготовки; нанесення захисного шару малюнка; хімічне травлення; видалення захисного шару та контроль якості виробів (див. рис.3.1).
Підготовка поверхні – це очищення її від органічних та неорганічних речовин, наприклад, за допомогою електрохімічного знежирення. Ступінь очищення визначається вимогами до наступних операцій.
Нанесення захисного шару малюнка здійснюється способами: ручного та механізованого гравірування по помилковому (лаковому, восковому) шару, способом ксерографії, трафаретного, офсетного, а також фотохімічного друку.
У приладобудуванні найбільше застосування отримав спосіб фотохімічного друку, який забезпечує малі розміри виробів та високу точність. У цьому випадку для отримання захисного шару заданої конфігурації використовують фотошаблон(Фотокопія деталі у збільшеному масштабі на прозорому матеріалі). Як захисний шар застосовують рідкі та плівкові фоторезисти, що мають світлочутливість. Рідкі, найбільше освоєні в промисловості, вимагають високої якості очищення поверхні заготовок. Для нанесення їх на поверхню використовують один із способів: занурення, полив, розпилення, центрифугування, накочування валками, напилення в електростатичному полі. Вибір способу залежить від типу виробництва (безперервне нанесення чи окремі заготовки); вимог до товщини та рівномірності утвореної плівки, які визначають точність розмірів малюнка та захисні властивості резиста.
Мал. 3.1. Загальна схема технологічного процесу хімічного фрезерування.
Фотохімічний друк захисного малюнка крім операції нанесення фоторезиста та його сушіння включає операції експонування шару фоторезиста через фотошаблон, прояв малюнка та дублення захисного шару. При прояві певні ділянки шару фоторезиста розчиняються та видаляються з поверхні заготовки. Шар фоторезиста, що залишився у вигляді малюнка, визначеного фотошаблоном, після додаткової термічної обробки - дублення - служить захисним шаром при подальшій операції хімічного травлення.
Операція хімічного травлення визначає остаточну якість та вихід придатної продукції. Процес травлення протікає як перпендикулярно поверхні заготівлі, а й убік (під захисний шар), що знижує точність обробки. Величину підтравлювання оцінюють через фактор травлення, який дорівнює , де Нтр – глибина травлення, е – величина підтравлювання. Швидкість розчинення визначається властивостями оброблюваного металу, складом розчину, що травить, його температурою, способом подачі розчину наповерхню, умовами відведення продуктів реакції та підтримкою властивостей розчину, що травлять. Своєчасне припинення реакції розчинення забезпечує задану точність обробки, яка орієнтовно становить 10% від глибини обробки (травлення).
Широке застосування нині знаходять травники на основі солей з аміном - окислювачем, серед яких найчастіше використовують хлор, кисневі сполуки хлору, біхромат, сульфат, нітрат, перекис водню, фтор. Для міді та її сплавів, килиму, сталі та інших сплавів найбільшого поширення набули розчини хлорного заліза (FeCl3) з концентрацією від 28 до 40% (вагових) та температурою в межах (20 - 50) С, які забезпечують швидкість розчинення (20 - 50) ) мкм/хв.
Серед відомих способів травлення розрізняють занурення заготовки спокійний розчин; в розчин, що перемішується; набризкування розчину; розпилення розчину; струменеве травлення (горизонтальне чи вертикальне). Кращу точність обробки забезпечує струменеве травлення, яке полягає в тому, що розчин, що травить, під тиском через форсунки подається на поверхню заготовки у вигляді струменів.
Контроль якості деталей включає візуальний огляд їх поверхні та вимірювання окремих елементів.
Процес хімічного фрезерування найбільш вигідний при виготовленні плоских деталей складної конфігурації, які в ряді випадків можуть бути отримані механічним штампуванням. Практикою встановлено, що при обробці партій деталей у кількості до 100 тис. вигідніше хімічне фрезерування, а понад 100 тис. – штампування. При дуже складній конфігурації деталей, коли неможливе виготовлення штампу, застосовується лише хімічне фрезерування. Слід враховувати, що процес хімічного фрезерування не дозволяє виготовляти деталігострими чи прямими кутами. Радіус закруглення внутрішнього кута повинен бути не менше половини товщини заготовки S, а зовнішнього кута - більше 1/3 S діаметр отворів і ширина пазів деталей повинні бути більше 2 S.
Метод знайшов широке застосування в електроніці, радіотехніці, електротехніці та інших галузях у виробництві друкованих плат, інтегральних схем при виготовленні різних плоских деталей зі складною конфігурацією (плоських пружин, растрових масок для кінескопів кольорових телевізорів, масок з малюнком схем, що використовуються в процесах термічного напилення). , сіточки для бритв, центрифуг та інших деталей).