Химическая обработка:определение, принцип работы, типы, применение, преимущества [Примечание и PDF]

Процесс химической обработки также известен как процесс травления. Этот процесс звучит как волшебство из-за его простых результатов.

В этом процессе мы просто погружаем заготовку в емкость с химическим раствором и всего за несколько секунд получаем на заготовке желаемую структуру. Этот процесс обработки не волшебный, а научно-практический. В этом процессе для удаления материала с заготовки используется сильнокислотный или щелочной химический реагент.

Это древний процесс, существовавший до 400 г. до н.э., когда органические химические вещества, такие как лимонная и молочная кислоты, использовались для травления металлов для изготовления доспехов желаемой формы.

Этот метод получил дальнейшее развитие и был введен в коммерческую эксплуатацию в 1927 году шведской компанией AktiebolagetSeparators.

Химическая обработка – это процесс удаления материала для придания заготовке желаемой формы путем погружения заготовки в сильный химический реагент.

Химическая обработка конструкции или деталей:

Он состоит из следующих частей:

• Танк
• Нагревательный змеевик
• Мешалка и
• Заготовка

№1. Танк:

Этот процесс имеет бак с открытым торцом. Резервуар изготовлен из прочного металла, покрытого материалами, которые не вступают в реакцию с травителем в зависимости от области применения и концентрации химического реагента.

#2. Нагревательный змеевик:

Нагревательный змеевик монтируется в самой нижней части резервуара для поддержания температуры резервуара на постоянном уровне. Практично, что в любом процессе удаления металла выделение тепла является естественным. Также змеевик охлаждает в необходимых условиях.

#3. Мешалка:

В травитель помещают мешалку, основной целью которой является постоянное перемешивание травителя для поддержания однородной концентрации и нагрева по всему объему травителя. Нам хорошо известно, что горячие частицы всегда скапливаются вверху, а холодные остаются внизу.

Итак, для равномерного распределения тепла по травильному раствору используется мешалка. Мешалка также помогает смывать растворенный металл с заготовки, одновременно разрушая пузырьки, образующиеся при обработке из-за окисления.

#4. Заготовка:

Заготовка удерживается в травителе с помощью подвески в случае небольших применений. Отрезок подвески крепится на замаскированном участке так, чтобы фиксация заготовки не нарушала зону обработки.

В случае больших заготовок для удержания заготовки используются приспособления, покрытые резиной и полимерами.

Принцип работы процесса химической обработки:

Принцип работы химической обработки основан на химическом травлении. Травитель представляет собой смесь сильных химических кислот, вступающих в реакцию с металлом. Когда заготовку погружают в травитель, травитель вступает в реакцию с заготовкой, вызывая равномерную скорость растворения металла в заготовке.

Для получения желаемой формы или структуры на заготовку перед механической обработкой наносится элементное покрытие, не реагирующее с химическим реагентом под названием «Маскант».

Локальная обработка достигается путем нанесения подходящей маски на все области, где мы не хотим, чтобы травитель реагировал. Тем самым оголяя зону механической обработки для необходимого снятия металла.

Химическая обработка включает в себя четыре основных процесса, выполняемых последовательно:

№1. Уборка:

Очистка – это подготовительный процесс, обеспечивающий очистку поверхности заготовки от загрязнений, ржавчины и посторонних частиц. Обычно это выполняется струями воды под высоким давлением, спиртовыми растворами и разбавленной HCl.

Необходима чистка :

• Неправильная очистка приводит к плохой адгезии маскирующего средства, неточным окончательным размерам и неправильному растворению металла.
• Загрязнения, такие как масло, жир, могут привести к окислению.
• Неправильная очистка может привести к отслаиванию масканта, позволяя травителю течь под маской, что портит геометрию.
• Посторонние частицы могут привести к образованию накипи.

После промывки заготовки ее сушат горячим воздухом. Процесс очистки всегда выполняется на современном оборудовании с ЧПУ.

#2. Маскировка:

Это процесс нанесения маски на поверхность заготовки. На заготовку наносится слой полимера или резины.

Маскирование делается для того, чтобы исключить из процесса травления область, не требующую механической обработки. Маскирование выполняется по всей заготовке, кроме областей, подлежащих обработке.

#3. Офорт:

Это процесс, в котором происходит необходимое удаление металла. После идеальной маскировки заготовку погружают в емкость с химреагентом при включенном нагревателе и мешалке.

Как только заготовка погружается, травитель начинает реагировать с незамаскированными областями заготовки. Высококонцентрированная кислота начинает реагировать с заготовкой, изменяя ее химические свойства.

Эта реакция приводит к плавлению заданных порций и их отделению от заготовки слой за слоем.

В этом процессе глубина резания прямо параллельна времени, на которое заготовка погружается. Чем больше времени заготовка находится в травителе, тем больше металла удаляется. Чем меньше время, тем меньше глубина резания. Это рассчитывается по формуле.

Э=С/Т

Где,

• E =скорость травления.
• S =необходимая глубина резания.
• T =время в секундах.

Значения скорости травления предварительно рассчитаны экспериментальным путем. Скорость травления зависит от концентрации химического реагента и типа обрабатываемой детали.

Глубина резания определяется конструкцией. Следовательно, можно легко рассчитать время до погружения заготовки в травитель.

#4. Демаскирование:

Демаскирование — это процесс снятия маски, нанесенной перед травлением. Как только маскирующее средство удалено с заготовки, заготовку снова отправляют на очистку, где любой оставшийся травитель смывается холодной водой под давлением. Затем заготовка высушивается и готова к окончательной отправке.

Типы операций химической обработки:

1. Химическое измельчение (CHM):Эта операция выполняется для получения карманов, контуров на заготовке или для удаления сыпучего материала с заготовки.

2. Химическая гравировка (CHE):Эта операция выполняется для воспроизведения специального рисунка на заготовке с высокой точностью. Например, названия, торговые марки, серийные номера и т. д.

3. Химическая полировка (CHP):Эта операция выполняется для чистовой обработки или удаления заусенцев с заготовки. Это возможно за счет использования более легкого разбавленного химреагента.

4. Фотохимическая обработка (PCM):Фотохимическая обработка — это процесс изготовления компонентов без напряжений и трещин. PCM используется там, где на заготовке должны быть обработаны микродетали.

Этот процесс использует химическую обработку (CHM) в качестве основного метода удаления материала и фоторезистивной маски для целей проектирования. PCM – это передовой процесс обработки, в основе которого лежит химическая обработка.

Применения химической обработки:

Следующее приложение включает в себя:

• Уменьшение веса сложных контуров, невозможное обычными методами.
• Обработка тонких и хрупких деталей.
• Используется для обработки контуров внутри отверстия.
• Используется в автомобильной и авиационной промышленности.
• Изготовление тонких экранов и сеток.
• Снятие металла там, где трудно удерживать заготовку.

Преимущества химической обработки:

К следующим преимуществам относятся:

• Этот процесс обработки удаляет металл равномерно.
• Хорошее качество поверхности с жесткими допусками.
• Сложные контуры легко обрабатываются.
• Снятие материала одновременно по всем осям.
• Требуется менее квалифицированный оператор.
• Заготовка не подвергается механической нагрузке.
• Низкая начальная стоимость.
• Низкая стоимость обработки.

Недостатки химической обработки:

К следующим недостаткам относятся:

• Меньше безопасности оператора, небольшое попадание травителя на кожу может причинить вред оператору.
• Вероятность коррозии после нескольких дней механической обработки.
• Обработка сплавов может привести к ухудшению качества поверхности.
• Процесс не является экологически чистым.
• Утилизация побочных продуктов может нанести вред окружающим.
• Коэффициент съема материала (MRR) меньше по сравнению с другими процессами механической обработки.
• Вероятность образования пузырей, что может привести к неправильной обработке.

Важные параметры:

Маскант: Maskantcan определяется как материал, используемый для покрытия заготовки для предотвращения травления части заготовки.

Факторы, которые следует учитывать при выборе типа маскирующего средства:

• Он должен быть инертен к используемому химическому реагенту.
• Твердо выдерживает обращение.
• Он не должен изменять свои характеристики в процессе обработки.
• Также выдерживает нагрев.
• Он должен позволять себе резать и чертить.
• Он должен хорошо прилегать к заготовке.
• Доступность и низкая стоимость.

Материал заготовки	Масочный материал
Алюминий и его сплавы	Бутилкаучук, полимер и неопрен
Медь и ее сплавы	Полимер
Сплавы на основе железа	Бутилкаучук и полимер
Никель	Неопрен
Магний	Полимер
Титан	Полимер

Техника химической обработки Maskant:

Существует три основных метода нанесения маски на заготовку.

1. Вырезать и очистить:

В этой технике маскирования обрабатываемая деталь сначала погружается в резервуар с жидким маскантом, как при нанесении покрытия.

Как только вся заготовка покрыта, заготовку вынимают и оставляют сохнуть на несколько минут. Затем с помощью чертилки срезают нанесенный на заготовку слой масканта.

Разрезы выполняются точно в соответствии с обрабатываемым дизайном. После того, как операция резания завершена, маскант удаляется с областей, подлежащих травлению. Таким образом, работает техника маскировки разреза и отслаивания.

Этот метод маскирования предполагает использование относительно толстых материалов, таких как неопрен, бутил и материалы на основе винила. Этот метод используется исключительно для операций химического измельчения (CHM).

Со временем этот метод упростил производство ракет, самолетов и их конструктивных частей. Из-за инертной природы масканта и толщины, используемой в этом процессе, около 0,5 дюйма или более, этот метод обеспечивает чрезвычайно высокую химическую стойкость. Основным недостатком этого метода является только то, что этот метод допускает относительно низкое качество.

Материалы, используемые в технике маскировки разреза и отслаивания, представляют собой винил, неопреновый каучук, материалы на основе бутила, пчелиный воск, бургундскую смолу, наносимую потоком, погружением или распылением. Толщина этих маскантов колеблется от 0,03 до 0,13 мм.

2. Трафаретная печать:

Эта техника использует обычную технологию шелкографии. В этом применении маски на заготовку накладывают мелкоячеистые сетки из шелка или нержавеющей стали.

Подобно печати радия на широком листе, здесь, в этой технике, весь рисунок печатается на шелкографии и сетках из СС. Затем сетка прижимается к поверхности заготовки. На этом маркировка участков, подлежащих обработке, завершена.

Затем на всю заготовку накатывается слой масканта. Прилипание масканта к заготовке достигается сушкой и обжигом. После прилипания масканта к заготовке установленные сетки удаляются с заготовки, что приводит к удалению маски с обрабатываемых участков.

Трафаретная печать — это быстрый и экономичный метод маскировки для крупносерийного производства. Этот метод также дает доступ к большей степени точности.

Толщина маски всегда меньше 0,05 мм. Этот метод маскирования лучше всего подходит для деталей размером менее 1,2 м × 1,2 м с плоскими поверхностями и умеренными контурами.

3. Фоторезист:

Техника маскирования фоторезистом применяется только в процессе фотохимической обработки. Эта техника настолько универсальна в эту автономную эпоху.

Использование метода маскирования фоторезистом превращает процесс химической обработки в другой нетрадиционный процесс обработки, то есть в процесс фотохимической обработки (PCM).

В этой технике изображение дизайна конечного продукта печатается на пленке из светочувствительного материала. Пленка имеет свойство притягивать и отражать лучи ультрафиолета.

Отпечатанная пленка аккуратно и точно размещается на листе металла (заготовке), подлежащей механической обработке, а затем заготовка проходит через машину УФ.

Между входом и выходом заготовки, из-за того, что пленка пропускает и отражает УФ-свет, только предварительно напечатанная зона или метки на пленке позволяют УФ-излучению проходить через пленку к заготовке.

Это воздействие на заготовку УФ-излучением сглаживает определенные детали, которые были предварительно разработаны для химической обработки. Остальная часть процесса выполняется в процессе фотохимической обработки.

Материал, используемый в этой технике, едва ли имеет толщину от 1,27 мм до 1,5 мм. Этот метод широко используется в производстве печатных плат, полупроводников, электронных микросхем, компьютерных металлических компонентов, небольших шестеренок для часов и т. д.

Травление:

Травитель можно определить как смесь разбавленных или концентрированных химических кислот, которые могут реагировать с металлом и растворять его.

<тд>20-30 <тд>49 <тд>13-25 <тд>13-25 <тд>10-15 <тд>49 <тд>54 <тд> <тд>32-49 <тд>25-50 <тд>13-38 <тд>13-25

Материал заготовки	Травление	Рабочая темп. ( о В)	Скорость травления (мм/мин × 10 3 )
Алюминий и его сплавы	Na(OH)	49
FeCl3
Латунь или бронза	NH4 ВЧ2	27
FeCl3	25	25
Лид	FeCl3
Магниевый сплав	HNO3
Никель	FeCl3	49
Титан	HNO3 ВЧ	Окружение