ماشینکاری شیمیایی

ماشینکاری شیمیایی

اسلاید 1: * بسم الله الرحمن الرحیم* فرایندهای هاي شيميايي 1-3 ماشینکاری شيميايي

اسلاید 2: 1-1-3 مقدمه ماشین کاری شيميايي CHM بوسيله تماس با يك معرف قوي مواد غيرحلال شيميايي كار را كنترل ميكند. يك پاشش مخصوصmaskants ناميده ميشودكه نواحي از فلزات را كه نبايد حركت كنند محافظت مي كند.پروسه براي توليد پاكتها و محيطهاي مرئي استفاده مي شود و مواد را از قسمتهايي كه وزن نسبتا بالايي دارند ،حركت ميدهد. CHM شامل قسمتهاي زير است :1- آماده سازي وتميز كردن سطح كار:اين كار باعث چسبندگي بهتر مواد masking ميشود و ذرات آلوده اي را كه ممكن است باعث اشكال در كار پروسه ماشين شود را از بين مي برد .

اسلاید 3: -مقدمه(ادامه)2- masking :از ماسكهاي جديدوآماده استفاده ميكند كه از لحاظ چسبندگي چسبندگی كافي را داشته باشد و بتواندبه اندازه كافي در مقابل خراش شيميايي درطول اتصال مقاومت كند .3- تشريح ماسك بوسيله نمونه هاي اجراشده درنواحي كهCHMرسيده است، راهنمايي و هدايت ميشود.نوع ماسك انتخاب شده بستگي به :سايز قطعه ، تعداد قطعات استفاده شده و جزئيات محلول مطلوب دارد.ماسكهاي silk-screen براي قطعات سايه دار كه نياز به تلورانس ابعادي نزديك دارند ، آماده مي شوند .

اسلاید 4: -مقدمه(ادامه)4- سپس قطعه متصل ميشودو ماسك قبل از اينكه قسمت تمام شود ، حركت داده مي شود.در طول CHM (در شكل 1 و 2) عمق اتصال بوسيله زمان غوطه وري كنترل مي شود.براي جلوگيري از ماشين شدن ناهموار،موادشيميايي كه درسطح استفاده مي شوند بايد تازه باشند.مواد شيميايي استفاده شده بسيارخورنده وفاسد شده هستند بنابراين بايد ازآنهادريك جاي مطمئن نگهداري شود. (1989)Hanbook (1997)Bellow گزارش دادند كه سطح ماشين شده بستگي به گسترش گرماي نامساوي دارد كه ناشي از عملكرد موادشيميايي است ومقدارحرارت معرف بين 37 تا c 850 است . هرچه حرارت بالاتررود،اتصال سريعتر انجام ميشود اما بايد با دماي مطلوب500c كنترل شود تا يك ماشين يك دست و مطلوب داشته باشيم.

اسلاید 5: شكل 1-3 بر پا كردن CHM

اسلاید 6: وقتي ماسك استفاده ميشود،عملكرد ماشين در ابتدا براي بازكردن ماسك است و بعدا براي بستن ماسك است،همچنين ايجاد فاكتور etchدر شكل 3.2 نشان داده شده است . فاكتور etch زني از زير قسمت بريده نشدهundercut d است و عمق آن T است . هر فاكتور etchدر يك عمق 27 mm اتفاق مي افتد . بريده شدن عميق تر اين نرخ را تا 1:3 كاهش ميدهد. radii توليد شده تقريبا مساوي عمق etch است.ازتحريكات قسمتهاي مختلف ماشين ياثابت كننده هاي دستي براي فرورفتن راحت تر قطعه در مواد شيميايي معرف و نتيجه بهتر،استفاده ميشود . بعد از شستشو دادن قطعه کاراز مواد شيميايي ساز، demasking بوسيله هاشور زدن دستي برس زدن مكانيكي يا هاشور زدن شيميايي انجام ميشود . بعضي از مواد شيميايي لكه هاي سياه فيلم را كه برروي سطح ماشين است پاك ميكنندكه اين كار هم ميتواندبوسيله حركت درون سيار مواد شيميايي باشد يا مي تواند بوسيله برس زدن آن انجام شود .

اسلاید 7: شكل 2-3 : فاكتور Etch بعد از CHM شكل 3-3 : نقشه و طراحي برشها بوسيله CHM

اسلاید 8: CHM موج ها، خراشها ، نا منظميهاي سطح را از بين نمي برد. قدمهاي موفق ماسك از بين برنده در شكل 3.3 نشان داده شده است و ميتواند مراحل قطع شدن را گسترش دهد . قطعات Tapered شكل (3.4) ميتواند بدون ماسك قطعات كارو بوسيله كنترل عمق و ميزان فرورفتگی و تعداد فرورفتگی ها كنترل شوند . tapers ادامه دار به اندازه 0/060mm براي آلومينيوم و 0/010 mm براي آلياژهاي استيل بر اساس توليد اصلي ماشين کاری مي شوند .

اسلاید 9: 2-1-3 تجهيزات براي CHM تجهيزات براي CHM ارزان است و براحتي تهيه ميشوند . چهار نوع مختلف تجهيزات مورد نياز است . ماسكها ، etchant نمونه هاي معرفي شده و لوازم يدكي .شكل 4-3 : مخروطها و پلكانهاي ماشين شده بوسيله CHM

اسلاید 10: 1-2-1-3 ماسكها ماسكها معمولا براي حفاظت از قسمتهاي مختلف قطعه كار استفاده مي شوند در جاييكه CD عمليات مورد نياز نباشدمعمولا مواداصلي اصطحكاك استفاده ميشوند.جدول 3.1 ماسكهاي متفاوت و etchant ها را براي مواد مختلف كه با ميزان etch و فاكتور etch هستند نشان ميدهد. اما ماسكها بايد مشخصات زير را داشته باشند : 1- استقامت كافي براي استفاده2- چسبندگي خوب به سطح كار 3- توضيح آسان

اسلاید 11: ماسک ها(ادامه)4- آگاهي به ماده شيميايي معرف استفاده شده 5- قادر به مقاوم بودن در برابر گرماي توليد شده بوسيله etch 6- حركت آسان بعد از etch جدول 1-3 : ماسكها و Etchant ها براي مواد قطعات متفاوت

اسلاید 12: -ماسک ها(ادامه)وقتي ازاسپري پوشش يا شيب ضخيم و هموار استفاده ميشودبرای قطعات عميق تركه نياز به زمان عملكرد طولانيتري براي etchant دارندسطح ماشین کاری گسترش و پيشرفت ميكنند.نمودار ساختن،برس زدن،اسپري وپوشش الكتريكي وهمچنين نوارهاي چسبنده براي عملكرد ماسكها استفاده مي شود . اسپري كردن ماسك بر روي قطعه كاردرطول صفحه Silk باعث ميشود طرح مطلوب و مناسب شودو عملكرد ماسك با عملكرد نوشته شده تركيب مي شود . اما پوشش نازك پوسته زمانی بكار ميرود كه از صفحات silk استفاده مي كنيم كه مقاومتي در etchant براي مدت طولاني بعنوان متد بريدن و پوست كندن peel-and- cut-ايجاد نمي كند.ماسكهايphotoresist كه درماشينهاي (pcin)photochemical استفاده ميشود،دوعمليات حكاكي شدن وپوشش رابا هم تركيب ميكنند.

اسلاید 13: -ماسک ها(ادامه)پوشش هاي نسبتا نازك بعنوان يك پوشش غوطه وري يا اسپري بكارميرود كه تاب تحمل بررسي سطح ناهموار يا زمانهاي اجراي طولاني برايetchant را ندارد.اما ماسكهاي phtoresist اطمينان بالايي دارند و تكرار براي قسمت هاي مختلف etching را آسان ميكندوتعديل تغييرراآسان مي كنند. اطمينان و دقت بدست آمده براي ابعاد مختلف بستگي به پيچيدگي masking دارد. مقاومت براي ماسك هاي مختلف بصورت زيراست:Cut-and-peel masks +/_ 0.179mmSilk-screen resist +/_0.077mmPhotoresist +/_0.013mm

اسلاید 14: 2-2-1-3 etchant Etchant (به نمودار 1-3 نگاه كنيد) اسيد يا محلولهاي الكلي هستند كه با يك سري مواد شيميايي و حرارت بصورت ثابت و پايدار درآمده اندواهداف تكنيكي اصلي آنها براي پيشرفت شامل موارد زير است :

اسلاید 15: 1- تمام كردن سطح خوب 2- يكنواختي ازاله فلزي 3- كنترل حملات انتخابي 4- كنترل جذب هيدروژن در آلياژهاي تيتانيوم 5- امنيت شخصي 6- بهترين قسمت و بهترين اعتماد براي مواد استفاده شده در ساختار پروسه هاي تانك 7- ثابت نگه داشتن كيفيت هوا و اجتناي از مشكلات محيطي ممكن 8- كاهش قيمت در هر واحد وزن حل شده 9- توانايي اجزاء دوباره محلول etchant يا آمادگي خنثي سازي و ذخيره توليدات از بين رفته .

اسلاید 16: 2-2-1-2- نمونه هاي حكاكي شده نمونه هاي حكاكي شده براي تشريح نواحي بكار مي روند كه عمليات ماشين شيميايي در آن نواحي اجرا شده است . مهمترين متدحكاكي قطعه ، بريدن ماسك با يك چاقو تيز همراه با دقت در پوست كندن ماسك درنواحي انتخاب شده است و خطوط مرتب وپخش شده يانمونه هاي ساده آهن يافايبرگلاس اين پروسه حكاكي راهدايت ميكنند. شكل 3.5 . كنترل عددي NC ليزر حكاكي ماسكها را براي يك ناحيه سطح وسيع CHM نشان ميدهد .

اسلاید 17: 4-2-1-3 لوازم يدكي لوازم يدكي شامل تانكها ، ثابت كننده ها،طبقه بنديها،قلابها،چنگكها ميشود .اينها براي يك قطعه تكي يا چندتايي استفاده ميشوندكه براي حمل كردن وبردن بداخل يا خارج براي etchant و شستشو بكار مي رود .شكل 5-3 : برش ليزر براي CHM سطوح وسيع

اسلاید 18: 3-1-3 پارامترهاي پروسه پارامترهاي پروسه CHM شامل دو نوع محلول معرف،غلظت ، ويژگي ، مخلوط شدن دماي عمليات و تراكم است.پروسه از Maskant و عملكرد آن تأثير مي پذيرد . اين پارامترها تأثير مستقيم بر روي قطعه دارند كه شامل موارد زير هستند :1- فاكتور ETCH (d/t) 2- ميزان ماشين شدن و حكاكي شدن 3- مقاومت محصول 4- سطح تمام كننده

اسلاید 19: -براي ماشين با كيفيت بالا و قسمتهايي با قيمت كم ، از CHM كه، قطعه يا حالت حرارت بالا، سايز تراشيدن، محدوده مواد قطعه،كنترل تمام كننده وسايزقبل از CHM، متصل شدن با جوشكاري و مسير رل شدن و ميزان كار سرد، استفاده مي شود.

اسلاید 20: 4-1-3 ميزان حركت موادحركت مواد يا ميزان حكاكي به يك پارچگي متالوژي وشيميايي قطعه ويك پارچگي دماي محلول بستگي دارد.شكل3.6و3.7 نشان دهنده سايز بزرگترين ذره و همچنين هموارترين سطح است كه همراه باكم ترين ميزان ماشين کاری شدن است. طبقات فلزات رل شده بالاترين نرخ ماشين کاری شدن را دارند كه داراي بهترين كيفيت سطح نيز هست. ميزان حكاكي شدن براي فلزات سخت بالا است و براي فلزات نرم تر پايين است. بطور كلي، ميزان حكاكي بالا به وسيله يك سطح كمتر هموار و همچنين مقاومت ماشين کاری كم انجام مي شود.

اسلاید 21: شكل 6-3 : ميانگين همواري CHM سطوح وسيع شكل 7-3 همواري سطوح و ميزان بعضي از آلياژها بعد از حذف 0.25 mm تا 0.4 است .

اسلاید 22: 5-1-3 دقت و سطح تمام شدهدر CHM، فلزات بوسيله عملكرد CD غير قابل حل هستند. اين ماشين کاری شدن در سطوح ذرات مخصوص و همچنين ذرات عمومي، انجام ميشود.سايز ذرات خوب و ساختار متالوژي هماهنگ براي كيفيت خوب سطح يكپارچه لازم است. سطحي كه به وسيله CHM ماشين کاری شده است، يك لايه منظم ندارد. براساس سايز ذره، حرارت، چرخش، فشار وارد شده قبل،هر فلزي يك سطح اصلي تمام شده داردكه نتايج آن براي CHM و براي يك دوره زماني معين است. در حاليكه عملكرد سطح به وسيله CHM حذف نميشود، هر نامنظمي، موج يا خراشها يا سوراخهاي سطح اوليه مورد توجه قرار ميگيرد و در سطح ماشين کاری شده دوباره توليد مي شود.

اسلاید 23: -دقت وسطح تمام شده(ادامه)ميزان ماشينکاری شدن برروي هموار بودن سطح تأثير ميگذارد و همچنين بر روي مقاومت محصول نيز بي تأثيرنیست. بطوركلي،حكاكي كردن آرام وآهسته يك سطح تمام شده ايجاد ميكندكه شبيه به سطح اوليه واصلي آن است. شكل 3.7 هموار بودن و صاف بودن سطح را براي مواد متفاوت نشان ميدهد. چرخش نواحي حكاكي شده با توجه به مسير رل شدن يا مسير ذره درقطعه كار است كه براي يك سطح CHM خوب بسيار مهم است. عمق مقاومت قسمت بريده شده، وقتي عمق هاي وسيع تر در اندازه بالا ماشين کاری شوند، افزايش مي يابد. آلياژهاي منيزيم و آلومينيوم را بهتر مي توان كنترل كرد تا آلياژهاي تيتانيم يا نيكل يا استيل.يك ميزانetching در 0/025 mm است با تلرانس10 درصد عرض بريده شده كه ميتواندگسترش يابد،اين بستگي به مواد قطعه و عمق برش دارد.

اسلاید 24: -دقت و سطح تمام شده(ادامه)همواري سطح تحت تأثير هموار بودن قطعه اوليه است. اگر تراكم يون فلز در حكاكي افزايش يابد، کیفیت سطح نيز افزايش مييابد.براي ماشين شدن عمق پايين،<200μm،هموار بودن بسيار سريع با عمق برش افزايش مي يابد در حاليكه در عمق هاي بالاتر يك تغييركم در هموار بودن، مشخص است.شكل 3.7 وابستگي همواري سطح و ميزان حكاكي درمواد قطعه رانشان ميدهد. هموار بودن سطح ازmm 0.1تا 0.8 است كه بستگي به همواري اوليه دارد كه ميتوان آنرا بدست آورد. اما، تحت يك شرايط خاص، هموار بودن از 0.025 تا 0.05 است.

اسلاید 25: - دقت و سطح تمام شده (ادامه)CHM ميتواند بر روي ويژگيهاي مكانيكي قسمتهاي ماشين شده تأثير بگذارد وقتي كه لايه هاي سطح ويژگيهاي مكانيكي متفاوتي براي فلزات اصلي آنها دارند. حركت چنين لايه هايي بر تغيير در ويژگيهاي مكانيكي قسمت هاي تمام شده، تأثير ميگذارد. با توجه به اين موضوع ، شرايط سطح مانده لايه اكسيد تيتانيم(حالت آلفا)، لايه decarburized و ساختار آن به راحتي به وسيله CHM از بين مي رود و اين موضوع باعث مي شود كه ويژگيها و خاصيتهاي قسمتهاي تمام شده گسترش يابد.

اسلاید 26: 6-1-3 فوايدپروسه فوايد زير را دارد:-كاهش وزن بر روي اجزا پيچيده ممكن است (براي ماشين کاری آن استفاده از متدهاي مرسوم مشكل است.)- تحريك مدار از بين ميرود ، تمام سطح توليد بهتر مي شود ومشكلات مخفي كمتر مي شود . - خارها و برآمدگيها شكل نمي گيرد . - هيچ فشاري بر روي قطعه كار بوجودنمي آيد كه باعث كاهش قسمت هاي آن شود و ماشينکاری كردن قسمت هاي نازك و حساس امكان پذير مي شود .

اسلاید 27: -فواید(ادامه)- يك مخروط و يك نوك تيربرروي قسمتهاي مختلف رامی توان پيشرفت وگسترش دارد. - هزينه هاي تجهيزات استفاده شده براي اجزا بزرگ ماشين کاری شده نسبتا پايين است . - تغييرات طراحي به سرعت اجرا مي شود . - اپراتور دستگاه نياز به تخصص ندارد .- هزينه وسايل كم است .- كيفيت سطح خوب بعلاوه نبود خارها ، نياز براي عمليات تمام كننده را از بين برده است . - قسمتهاي چندتايي جزئياتي دارند كه ميتوانند بوسيله متد gang ماشين کاری شوند .- طراحي نواحي وسيع thin-web امكان پذير است. - ميزان خراش بسيار كمي وجود دارد(3درصد) .

اسلاید 28: 7-1-3 محدوديتها CHM محدوديتها و مضراتي نيز دارد : - تنها برشهاي كم عمق عملي هستند : بالاتر از12.27mm براي صفحات و طبقات و 3.83mm براي برآمدگيها و 6.39mmبراي forings .- حمل و بردن مواد شيميايي مي تواند باعث زحمت باشد .- سطحي كه عالي نباشد در قسمتهاي ماشين کاری شده ، دوباره توليد مي شود . - ماسكهاي دستي،خراشيدگيها وبرآمدگيها ميتواند وقت گير باشد ودوباره توليدشود . - سطوحي كه از نظرمتالورژي هماهنگ ويكسان هستند براي نتايج بهتر موردنيازاست .- توليد برشهاي بسيار كم عمق مشكل هستند.

اسلاید 29: -محدودیت ها (ادامه)- Fillet radii بوسيله برشهاي عميق ثابت شده اند . - نواحي جوشكاري به ميزاني كه با فلز اصلي متفاوت باشد حكاكي مي شود . - مواد،ازيك طرف موادتحت فشار برداشته ميشودكه اين باعث غيرطبيعي شدن مي شود. - نبود فشارهاي ثابت بر روي سطح ماشين شده ميتواند كشش نامطلوبي را توليد كند كه با پروسه هايي كه فشارهاي ثابت طولاني را توليد مي كند متفاوت است . - اطمينان محدود مي شود و طراحي پيچيده بسيار گران مي شود . - مخروطهاي مسطح غير عملي هستند.

اسلاید 30: 8-1-3 كاربردها -بطوركلي تمام فلزات كه شامل آلومينيوم،مس ، روي ، استيل و نيكل هستند مي توانند بطور شيميايي ماشين شوند و در بسياري از فلزات exotic مانند تيتانيوم ، زيركونيوم ، سيلبديم و همچنين شيشه و بعضي از پلاستيكها نيز از اين پروسه استفاده مي شود و محدوده عملكرد CHM بطور وسيعي در آلومينيوم و قسمتهاي بال هواپيما استفاده مي شود . عمق عملي برش از m54/2 تا m27/12 است. -برشهاي كم عمق در طبقات بسيار نازك بسيار مورداستفاده قرار ميگيرد بخصوص براي كاهش وزن در پديده هاي هوا- فضا. طراحيهاي چندتايي نيزميتوانندبراي طبقات يكسان درزمان يكسان ماشين شوند .

اسلاید 31: -کاربردها(ادامه)CHM براي ديوارهاي نازك ، webها ،دنده هاي قسمتهايي كه بوسيله forging , casting يا شكل دهي فلزات توليد شده است، مورد استفاده قرار ميگيرد كه در شكل 8-3 نشان داده شده است.عملكرد بيشتر پروسه مربوط به بهبود ويژگيهاي سطح است كه شامل موارد زير است : 1- حذف حالت آنها براي تيتانيوم و قسمتهاي شكل گرفته پلاستيكي سوپر 2- حذف لايه decarburized براي آلياژهايي با استيل پايين . 3- حذف لايه recast براي قسمتهاي ماشين شده بوسيله EDM .4- حذف خراشهاي تيز براي قسمتهاي ماشين کاری شده شكلهاي پيچيده

اسلاید 32: 5- حذف يك سطح نازك براي forging , casting اوليه كه در زير سطح قرار داردشكل 8-3 : نازك كردن قسمتها بوسيله CHM

اسلاید 33: پايان تهیه کننده: حمید رضا حنانی *موفق باشید*