第4章儀器零件的成形工藝基礎(chǔ)

1、第4章 儀器零件的成形工藝基礎(chǔ) 4.1電子組裝技術(shù) 4.2 光學(xué)零件加工 4.3塑料零件的加工 4.4陶瓷零件加工4.5金屬零件成形 4.6連接工藝 4.7刻劃工藝4.8 表面技術(shù)電子組裝技術(shù)經(jīng)歷了下列幾個階段:40年代是以電子管為有源器件的手工焊接階段。40 年代晶體管和印制電路相繼問世，并在50年代至 60年代得到廣泛應(yīng)用后，形成了以晶體管和印制電路板為主的手工焊接階段。這階段電子設(shè)備的組裝和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了很大的變化，提高了組裝密度，縮小了設(shè)備的體積。60年代，在集成電路技術(shù)與多層印制板的發(fā)展的基礎(chǔ)上，形成了以集成電路、自動插裝和波峰焊為主的組裝階段。70年代末，由于超大規(guī)模集成電路和無引線或

2、短引線片狀電子元器件的發(fā)展，電子組裝進(jìn)入了表面貼裝階段。80年代中 期，在發(fā)展表面安裝技術(shù)的同時，微焊接技術(shù)、高密度多層基板技術(shù)的發(fā)展，形成了以多芯片模塊 (MCM)為特征的第五代微電子組裝階段。其特點是組裝密度更高，互連線更短，因此，信號延遲時間短，信息傳輸速度快 微組裝技術(shù)是90年代以來在半導(dǎo)體集成電路技術(shù)、混合集成電路技術(shù)和表面組裝技術(shù)(SMT)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代電子組裝技術(shù)。 微組裝技術(shù)是在高密度多層互連基板上，采用微焊接和封裝工藝組裝各種微型化片式元器件和半導(dǎo)體集成電路芯片，形成高密度、高速度、高可靠的三維立體機構(gòu)的高級微電子組件的技術(shù)。4.1電子組裝技術(shù)4.1.1SMT和TH

3、T 電子工業(yè)不斷的高速發(fā)展階段。人們希望電子設(shè)備體積小、重量輕、性能好、壽命長以滿足各方面的要求。因此促進(jìn)了電子電路的組裝技術(shù)的發(fā)展朝著高密度組裝技術(shù)的發(fā)展。表面組裝技術(shù)， “Surface Mount Technology”，簡稱SMT通孔組裝技術(shù)， “Through-hole Technology”，簡稱THT微組裝技術(shù)， “Microelectronics Packing Technology”，簡稱MPTTHT與與SMT組裝比較組裝比較組裝的元器件引線短或無引線組裝的元器件引線短或無引線電子組裝技術(shù)的發(fā)展主要受元器件類型的支配。 與傳統(tǒng)的THT相比，SMT有以下特點特點：1. 1. 組

4、裝密度高、電子產(chǎn)品體積小、重量輕，貼片元件的組裝密度高、電子產(chǎn)品體積小、重量輕，貼片元件的體積和重量只有傳統(tǒng)插裝元件的體積和重量只有傳統(tǒng)插裝元件的1/101/10左右，一般采用左右，一般采用SMTSMT之后，電子產(chǎn)品體積縮小之后，電子產(chǎn)品體積縮小40%-60%40%-60%，重量減輕，重量減輕60%-80%60%-80%。 2.2.可靠性高、抗振能力強。焊點缺陷率低。可靠性高、抗振能力強。焊點缺陷率低。 3.3.高頻特性好。減少了電磁和射頻干擾。高頻特性好。減少了電磁和射頻干擾。 4.4.易于實現(xiàn)自動化，提高生產(chǎn)效率。易于實現(xiàn)自動化，提高生產(chǎn)效率。 5.5.降低成本達(dá)降低成本達(dá)30%-50%3

5、0%-50%。節(jié)省材料、能源、設(shè)備、人力、時。節(jié)省材料、能源、設(shè)備、人力、時間等。間等。4.1電子組裝技術(shù) THT組裝生產(chǎn)線如圖4-1所示，采用人工插裝、波峰焊接，AOI焊點質(zhì)量自動檢查，主要應(yīng)用在一些產(chǎn)量大要求較高的產(chǎn)品中（如計算機主板）。圖4-1THT組裝生產(chǎn)線4.1電子組裝技術(shù) SMT組裝生產(chǎn)線如圖4-2所示。SMT是將表面貼裝元件直接貼焊到印制電路板或其他基材表面，使用片式元器件。圖4-2SMT組裝生產(chǎn)線4.1電子組裝技術(shù)MPT組裝生產(chǎn)線如圖4-3所示。MPT實質(zhì)是高密度組裝的SMT，具有工作頻率高、焊點尺寸微小等特點。圖4-3MPT組裝生產(chǎn)線4.1電子組裝技術(shù)4.1.2 電子組裝中的

6、焊接技術(shù) 電子元器件的焊接是指通過熔融的焊料合金與兩個被焊接金屬表面之間形成金屬間合金層（焊縫），從而實現(xiàn)兩個被焊接金屬之間電氣與機械連接的工藝過程，如圖4-1所示。4.1電子組裝技術(shù)常用的焊接技術(shù)如下： 1）手工錫焊 在生產(chǎn)企業(yè)中，焊接SMT元器件主要依靠自動焊接設(shè)備，但在維修電子產(chǎn)品或者研究單位制作樣機時，檢測、焊接SMT元件常使用手工錫焊。圖4-4所示為手工錫焊的操作步驟。圖4-4手工錫焊的操作步驟4.1電子組裝技術(shù)2）浸焊 浸焊浸焊是最早應(yīng)用在電子產(chǎn)品批量生產(chǎn)中的焊接方法，現(xiàn)在還在一些小型企業(yè)中使用，浸焊設(shè)備的焊料槽如圖4-5所示。 圖4-5浸焊設(shè)備的焊料槽NoImageNoImage

7、NoImage 浸焊設(shè)備的工作原理是讓插好元器件的印制電路板水平接觸熔融的鉛錫焊料，使整塊電路板上的全部元器件同時完成焊接。 印制板上的導(dǎo)線被阻焊層阻隔，不需要焊接的焊點和部位，要用特制的阻焊膜（或膠布）貼住，防止焊錫不必要的堆積。 NoImageNoImageNoImage1020 操作浸焊機的要點操作浸焊機的要點浸焊的缺點：浸焊的缺點： 熔融的焊料易氧化，形成的殘渣漂浮在表熔融的焊料易氧化，形成的殘渣漂浮在表面，影響焊接質(zhì)量。面，影響焊接質(zhì)量。電路板因為熱沖擊大易翹曲變形。電路板因為熱沖擊大易翹曲變形。焊點易產(chǎn)生橋連焊點易產(chǎn)生橋連浸焊的優(yōu)點：浸焊的優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單，由溫度、時間與浸焊深度控

8、制焊結(jié)構(gòu)簡單，由溫度、時間與浸焊深度控制焊料，由焊盤的大小和元器件引腳的粗細(xì)決定可料，由焊盤的大小和元器件引腳的粗細(xì)決定可焊面積而形成焊點。焊面積而形成焊點。4.1電子組裝技術(shù)3）波峰焊（Wave Soldering） 波峰焊分為兩種：單波峰焊單波峰焊和雙波峰焊雙波峰焊電子產(chǎn)品THT批量生產(chǎn)中的焊接方法是單波峰焊，SMT批量生產(chǎn)中的焊接方法是雙波峰焊。 波峰焊接技術(shù)是由早期的浸焊技術(shù)發(fā)展而來的。是利用焊錫槽內(nèi)的機械式或電磁式離心泵，將熔融焊料壓向噴嘴，形成一股向上平穩(wěn)噴涌的焊料波峰。裝有元器件的印制電路板以直線平面運動方式通過焊料波峰，在焊接面上形成浸潤焊點而完成焊接。波峰焊機焊錫槽示意圖波峰

9、焊機焊錫槽示意圖 工作流程圖1增加了電路板焊接面與焊錫波峰接觸的長度 ； 有利于焊點內(nèi)的助焊劑揮發(fā)，避免形成夾氣焊點，還能讓多余的焊錫流下來。 斜坡式波峰焊機 圖4-7 雙波峰焊接圖4-6一般單波峰焊接湍流波湍流波: 波峰口是2-3排交錯排列的小孔或狹長縫，錫流從孔/縫中噴出，形成快速流動的、形如涌泉的波峰；空心波空心波: 是從傾斜45的單向峰口噴出，錫流與SMA（表面貼裝組件）行走同向或逆向噴出。層流波：層流波： 波峰穩(wěn)定平穩(wěn)，可對焊點進(jìn)行修整，以消除各種不良現(xiàn)象，所以該波又稱為平滑修整補充波。由于它們具有竄動現(xiàn)象，在焊接過程中有更多的動能，有利于在緊密間距的片狀元器件之間注入焊料，但湍流波

10、與空心波峰形成的焊點是不均勻的，還可能有橋接和毛刺存在。紊亂波紊亂波寬平波寬平波4.1電子組裝技術(shù)4）再流焊 再流焊目前主要用于表面組裝技術(shù)中片狀元件的焊接。這種焊接技術(shù)是預(yù)先在印制電路板上的焊盤上施放適量且適當(dāng)形式的錫鉛(Sn/Pb)糊狀焊膏，用它將元器件粘在印制電路板上；然后將貼裝好元器件的印制板放在再流焊設(shè)備的傳送帶上，利用外部熱源使釬料熔化而再次流動，從爐子入口到出口(大約需要4-6分鐘)完成干燥、預(yù)熱、熔化、冷卻全部焊接過程。4.1電子組裝技術(shù)4.1.3 電子組裝中的檢測 目前電子產(chǎn)品的微小型化，必然使元器件也不斷地朝著微小型化方向發(fā)展，引腳間距現(xiàn)朝著0.1mm甚至更小的尺寸發(fā)展，布

11、線也越來越密，這一切對用SMT生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量檢測技術(shù)提出了非常高的要求。在現(xiàn)代電子組裝技術(shù)中采用SMT工藝，使用的檢測技術(shù)主要包括： 人工目檢(MVl)，自動視覺檢測(AVl)，自動光學(xué)檢測(AOI)，在線電路檢測(ICT)，自動X射線檢測(AXl)。 在線電路測試即ICT，分為飛針和針床兩種方式 其工作原理是在設(shè)計芯片和PCB板時引入菊花鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（菊花鏈拓?fù)涫怯米疃痰幕ミB傳輸線把所有的器件連接起來，每個器件最多只能通過兩段傳輸線連接到另外的兩個器件上，直至完成所有的器件連接，連接完成后，從首個器開始，所有的器件連接成鏈狀），使得組裝后的焊點形成網(wǎng)絡(luò)，從而通過檢測網(wǎng)絡(luò)通斷來判斷焊點是否失效。

12、具體的方法是用探針檢測設(shè)定點的電性能參數(shù)。目前生產(chǎn)中選用最多的是單頭探針(尖矛型)，一般適用于檢測孔和焊盤，若用于管腳會發(fā)生側(cè)滑：對通孔元器件的管腳，通常采用三針型和鋒利的多面型等。為提高探針耐久性，探針材料通常選高硬度的鋼材，檢測壓力一般在120N的范圍內(nèi)；而對于免清洗焊膏，助焊劑殘余較少，壓力范圍可選擇低一點，通常取1.12.0N。ICT測試一般用于再流焊后，主要用來檢測元器件極性貼錯、橋接、虛焊、短路等缺陷。在線電路測試儀外形 為了適應(yīng)高密度和細(xì)間距組裝的檢測需要，AOI檢測即自動光學(xué)檢測成為SMT工藝中檢測技術(shù)的重要技術(shù)手段，AOI檢測是采用了計算機技術(shù)、高速圖像處理和識別技術(shù)、自動控

13、制技術(shù)、精密機械技術(shù)和光學(xué)技術(shù)整合形成的一種檢測技術(shù)。具有自動化程度高、檢測速度快和高分辨率的檢測能力，可以減輕勞動強度，提高判別準(zhǔn)確性，減少專用夾具，具有良好的通用性，能給組裝系統(tǒng)提供實時反饋信息，其設(shè)備外形如圖右圖所示。SAKI AOI外形 SMT中應(yīng)用AOI技術(shù)的形式多種多樣，但其基本原理是相同的，即用光學(xué)手段獲取被測物體圖形，一般通過一傳感器（攝像機）獲得檢測物體的照明圖像并經(jīng)過數(shù)字化處理，然后以某種方法進(jìn)行比較、分析、檢驗和判斷，相當(dāng)于將人工目視檢測自動化、智能化。 AOI系統(tǒng)是涉及多學(xué)科的精密設(shè)備。AOI系統(tǒng)按技術(shù)可劃分為精密機械、電氣控制、圖像處理（CCD攝像或叫視覺系統(tǒng)）系統(tǒng)、

14、軟件系統(tǒng)4大部分，在各主要模塊中根據(jù)需要還可以進(jìn)行功能劃分。AOI與其它測試技術(shù)相比，可用于生產(chǎn)線上的多個位置，目前AOI主要用于3個檢測工序：1) 錫膏印刷之后檢測，及時發(fā)現(xiàn)印刷過程中的缺陷，將因為錫膏印刷不良產(chǎn)生的焊接缺陷降到最低，常采用100的2D和3D檢測方法，可以檢測焊膏沉積的位置和厚度。2) 貼片之后檢測，檢查來自錫膏印刷以及貼片過程中產(chǎn)生的缺陷。3) 再流焊后檢測，主要檢查焊后缺陷。 X射線檢測是利用X射線具備很強的穿透性，能穿透物體表面的性能，透視被檢焊點內(nèi)部，從而達(dá)到檢測和分析電子元件各種常見的焊點的焊接品質(zhì)，如BGA，CSP與FC等封裝器件下面的焊點缺陷，如橋接、開路、焊球

15、丟失、移位、釬料不足、空洞、焊球和焊點邊緣模糊等，還可檢測BGA等封裝內(nèi)部是否有氣泡，橋架，虛焊等。圖為X射線測試機器外形圖。X射線測試機器外形圖 4.1.4 電子組裝中的清洗與返修1.清洗2.返修1）接觸焊接 2）熱風(fēng)焊接 3）IR紅外焊接圖4.8 熱風(fēng)焊接與IR紅外焊接電子產(chǎn)品組裝的基本工藝流程 電子產(chǎn)品的裝配過程是先將零件、元器件組裝成部件，再將部件組裝成整機，其核心工作是將元器件組裝成具有一定功能的電路板部件或叫組件（ PCBA ）。這里介紹的電子工藝主要是指電路板組件的裝配工藝4.2 光學(xué)零件加工 隨著近代光學(xué)和光電子技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代儀器中光學(xué)元器件的使用日趨廣泛。儀器中所使用的

16、光學(xué)元器件的種類繁多，按其功能、結(jié)構(gòu)形式和工藝特點，可分為透鏡、棱鏡、反射鏡、濾光片、光柵，以及激光器件、光纖器件、光存儲器件等。4.2 光學(xué)零件加工圖4-9所示為某個望遠(yuǎn)物鏡的光學(xué)零件即典型透鏡零件工程圖樣。 圖4-9 典型透鏡零件工程圖樣4.2 光學(xué)零件加工4.2.1 光學(xué)零件的基本加工工藝1光學(xué)零件的毛坯成形1）熱加工成形 2）冷加工成形 3）一次成形 2銑磨 3精磨 4拋光 5定心和磨邊 6膠合7鍍膜 4.2 光學(xué)零件加工4.2.2光學(xué)零件的現(xiàn)代制造技術(shù) 隨著光學(xué)的發(fā)展，光學(xué)系統(tǒng)中光學(xué)零件所應(yīng)用的光學(xué)面越來越復(fù)雜，光學(xué)面是指在光學(xué)零件上和光發(fā)生相互作用的表面。球形光學(xué)面的光學(xué)零件有著悠

17、久的歷史，現(xiàn)在還在廣泛應(yīng)用。1非球面光學(xué)零件計算機控制制造技術(shù) 1）單點金剛石車削 2）單點金剛石飛刀銑削 3）金剛石磨輪銑磨 圖4-10金剛石飛刀銑削原理4.2 光學(xué)零件加工4.2.2光學(xué)零件的現(xiàn)代制造技術(shù) 圖4-11金剛石車削飛刀 圖4-12筒形磨輪銑磨加工原理4.2 光學(xué)零件加工4.2.2光學(xué)零件的現(xiàn)代制造技術(shù) 2塑料光學(xué)零件注射成形技術(shù) 塑料光學(xué)零件具有質(zhì)輕、耐沖擊、易于實現(xiàn)非球面、便于大批量生產(chǎn)、成本低等優(yōu)點。塑料光學(xué)零件制造方法包括注射成形、澆鑄成形和熱壓成形等。 1）光學(xué)塑料零件的注射成形過程 2）提高質(zhì)量和精度應(yīng)注意的因素 3光學(xué)玻璃模壓成形技術(shù)4.2 光學(xué)零件加工4.2.2光

18、學(xué)零件的現(xiàn)代制造技術(shù) 圖4-13GMP-58-7Z移動模芯式玻璃成形工藝過程示意圖4.2 光學(xué)零件加工4.2.3光學(xué)零件的鍍膜工藝 當(dāng)光線經(jīng)過未經(jīng)任何處理的光學(xué)零件表面時，將會有百分之幾的光線反射。如果在光學(xué)零件的表面鍍上一層或者多層薄膜，根據(jù)所鍍膜層的不同，將實現(xiàn)增透、反射、分光、濾光、偏振等功能。常用的光學(xué)鍍膜如下：（1）減反射膜（增透膜）（2）分束膜（分光膜）（3）其他薄膜除以上外，還有濾光膜、偏振膜、保護膜等。光學(xué)薄膜的鍍膜方法有真空鍍膜、化學(xué)鍍膜、濺射鍍膜等方法 4.2.3光學(xué)零件的鍍膜工藝1化學(xué)鍍膜（2）溶液沉淀法化學(xué)鍍銀。（1）酯類水解法鍍雙層（TiO2 + SiO2）增透膜。2

19、真空鍍膜真空鍍膜 4.2.3光學(xué)零件的鍍膜工藝工業(yè)生產(chǎn)中常采用的蒸鍍方法有電子加熱蒸鍍法、電子束加熱蒸鍍法和離子束輔助蒸發(fā)技術(shù)。（1）電子加熱蒸鍍法。（2）電子束加熱蒸鍍法。直型電子槍1基板；2燈絲；3陰極；4陽極；5電子束聚焦裝置；6電子束；7蒸發(fā)材料；8冷卻水 4.2.3光學(xué)零件的鍍膜工藝（3）離子束輔助鍍膜技術(shù)。 e型磁偏轉(zhuǎn)電子槍工作原理 離子束輔助鍍膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意1陰極；2陽極；3偏轉(zhuǎn)磁極靴；4電子束流；5水冷坩堝；6二次電子；7收集極；8勵磁線圈4.2.3光學(xué)零件的鍍膜工藝3等離子體增強化學(xué)氣相沉積技術(shù)等離子體增強化學(xué)氣相沉積技術(shù)4濺射鍍膜技術(shù)濺射鍍膜技術(shù)圖圖4-18用于光學(xué)薄膜沉積

20、的不同用于光學(xué)薄膜沉積的不同PECVD系統(tǒng)原理系統(tǒng)原理4.2.3光學(xué)零件的鍍膜工藝圖圖4-19 PECVD沉積工藝流程框沉積工藝流程框4.2.3光學(xué)零件的鍍膜工藝圖4-20磁控濺射基本工藝流程4.3塑料零件的加工 塑料的種類繁多，按它受熱時所呈現(xiàn)的性質(zhì)不同，分為熱固性塑料和熱塑性塑料兩大類。（1）熱固性塑料。（2）熱塑性塑料。4.3.1塑料零件的成形1注射成形4.3塑料零件的加工1注射成形 注射成形又稱為注塑成形，其原理是將顆粒狀態(tài)或粉狀塑料從注射機的料斗送進(jìn)加熱的料筒中，經(jīng)過加熱熔融塑化成為黏流態(tài)熔體，在注射機柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過噴嘴注入模具型腔，經(jīng)一定時間的保壓冷卻定型

21、后可保持模具型腔所賦予的形狀，然后開模分型獲得成形塑件。 4.3塑料零件的加工1注射成形圖4-21注射成形工作循環(huán)4.3塑料零件的加工1注射成形圖4-22螺桿式注射機結(jié)構(gòu)1注射液壓缸；2料斗；3螺桿；4加熱器；5噴嘴；6定模固定板；7模具；8立柱；9動模固定板；10合模機構(gòu)；11合模液壓缸4.3塑料零件的加工2壓塑成形 壓塑成形又稱為壓縮成形、模壓成形、壓制成形等，基本原理是將粉狀、粒狀或片狀塑料放在金屬模具中加熱軟化熔融，在壓力下充滿模具型腔然后成形，塑料中的高分子產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)而固件轉(zhuǎn)變成具有一定形狀和尺寸的塑料制件。 4.3塑料零件的加工圖4-23壓塑成形1上模座；2上凸模；3凹模；4下凸

22、模；5下模板；6下模座4.3塑料零件的加工3擠出成形擠出成形又稱為擠塑成形，它是使加熱或未經(jīng)加熱的塑料借助螺桿的旋轉(zhuǎn)推進(jìn)力通過模孔連續(xù)地擠出，經(jīng)冷卻凝固而成為具有恒定截面的連續(xù)成形制品的方法。 4.3塑料零件的加工圖4-24管材擠出成形原理1螺桿冷卻水入口；2料斗冷卻區(qū)；3料斗；4料筒；5料筒加熱器；6螺桿；7多孔板；8機頭（擠出模）；9機頭加熱器；10定徑套；11冷卻裝置；12壓縮空氣堵頭；13牽引裝置；14切斷裝置；15管材4.3塑料零件的加工4壓延成形使加熱塑化的物料通過一系列相向旋轉(zhuǎn)的輥筒之間，受輥筒的擠壓和延展作用成為平面狀連續(xù)材料的成形方法。 4.3塑料零件的加工4.3.2 塑料零

23、件的加工4.3.2 塑料零件的加工1機械加工機械加工2連接加工連接加工3表面處理表面處理4.3塑料零件的加工4.3.3塑料零件的結(jié)構(gòu)工藝性1形狀形狀塑件的內(nèi)外表面形狀應(yīng)在滿足使用要求的情況下盡可能易于成形，避免側(cè)孔與側(cè)凹，塑件的內(nèi)外表面形狀應(yīng)在滿足使用要求的情況下盡可能易于成形，避免側(cè)孔與側(cè)凹，防止使用側(cè)抽芯或瓣合模而使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本提高，增加塑件的修防止使用側(cè)抽芯或瓣合模而使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本提高，增加塑件的修整量。整量。圖圖4-25所示為防止采用側(cè)抽芯或瓣合分型模具的設(shè)計。所示為防止采用側(cè)抽芯或瓣合分型模具的設(shè)計。（a）不合理）不合理 （b）合理）合理圖圖4-25防止采用側(cè)抽芯

24、或瓣合分型模具的設(shè)計防止采用側(cè)抽芯或瓣合分型模具的設(shè)計 4.3塑料零件的加工4.3.3塑料零件的結(jié)構(gòu)工藝性2壁厚塑件的壁厚應(yīng)適當(dāng)和均勻壁厚塑件的壁厚應(yīng)適當(dāng)和均勻壁厚過小的塑件難以滿足使用時的強度及剛度要壁厚過小的塑件難以滿足使用時的強度及剛度要求，熔體充滿型腔時流動阻力大，易出現(xiàn)缺料求，熔體充滿型腔時流動阻力大，易出現(xiàn)缺料現(xiàn)象，大型復(fù)雜塑件難以充滿型腔；壁太厚的現(xiàn)象，大型復(fù)雜塑件難以充滿型腔；壁太厚的塑件內(nèi)部會產(chǎn)生氣泡，外部易產(chǎn)生凹陷等缺陷；塑件內(nèi)部會產(chǎn)生氣泡，外部易產(chǎn)生凹陷等缺陷；塑件壁厚不均將造成收縮不一致，導(dǎo)致塑件變塑件壁厚不均將造成收縮不一致，導(dǎo)致塑件變形或翹曲形或翹曲 4.3塑料零件

25、的加工4.3.3塑料零件的結(jié)構(gòu)工藝性a 不合格結(jié)構(gòu) b 合格結(jié)構(gòu)圖4-26 后壁應(yīng)適當(dāng)和均勻1-縮孔 2-筋板 4.3塑料零件的加工4.3.3塑料零件的結(jié)構(gòu)工藝性3脫模斜度脫模斜度為了便于脫模和抽芯，防止塑料零件表面在脫模為了便于脫模和抽芯，防止塑料零件表面在脫模時劃傷，零件與脫模方向平行的內(nèi)、外表面應(yīng)時劃傷，零件與脫模方向平行的內(nèi)、外表面應(yīng)具有合理的脫模斜度具有合理的脫模斜度 4.3塑料零件的加工4.3.3塑料零件的結(jié)構(gòu)工藝性4加強筋加強筋（a）改進(jìn)前 （b）改進(jìn)后圖4-27塑件的脫模斜度 圖4-28采用加強筋避免塑件翹曲變形4.3塑料零件的加工4.3.3塑料零件的結(jié)構(gòu)工藝性5薄壁件的底部和

26、邊緣薄壁件的底部和邊緣薄殼狀的寬底容器的底部剛性較差，應(yīng)設(shè)計成球面或拱形面，以增大剛度薄殼狀的寬底容器的底部剛性較差，應(yīng)設(shè)計成球面或拱形面，以增大剛度和減小翹曲變形。對于薄壁容器的邊緣，可按照如圖和減小翹曲變形。對于薄壁容器的邊緣，可按照如圖4-29所示的設(shè)所示的設(shè)計來增大剛度和減小變形。計來增大剛度和減小變形。圖4-29容器邊緣的增強4.3塑料零件的加工4.3.3塑料零件的結(jié)構(gòu)工藝性6圓角圓角在塑料零件的內(nèi)外表面轉(zhuǎn)彎處應(yīng)采用圓角過渡（見圖在塑料零件的內(nèi)外表面轉(zhuǎn)彎處應(yīng)采用圓角過渡（見圖4-30），以減少應(yīng)力集中，），以減少應(yīng)力集中，避免在受力或沖擊振動時發(fā)生破裂。避免在受力或沖擊振動時發(fā)生破裂

27、。 （a）改進(jìn)前 （b）改進(jìn)后 圖4-30塑料零件的圓角4.3塑料零件的加工4.3.3塑料零件的結(jié)構(gòu)工藝性6圓角圓角圓角半徑的大小主要取決于塑料零件的壁厚，如圖圓角半徑的大小主要取決于塑料零件的壁厚，如圖4-31所示。所示。圖4-31塑料零件的圓角半徑4.3塑料零件的加工4.3.3塑料零件的結(jié)構(gòu)工藝性7孔孔 塑料零件上常見的孔有通孔、不通孔、異形孔。在設(shè)計孔的位置時，應(yīng)盡量不削弱塑料零件的強度，不增加模具制造的復(fù)雜性。 4.3塑料零件的加工4.3.3塑料零件的結(jié)構(gòu)工藝性8螺紋螺紋塑料零件上的螺紋可以直接用模具成形，也可以用機械加塑料零件上的螺紋可以直接用模具成形，也可以用機械加工成形。螺紋直徑

28、不宜過小，螺紋的配合長度一般不大工成形。螺紋直徑不宜過小，螺紋的配合長度一般不大于于810牙。為了增加塑件螺紋的強度，防止螺孔最牙。為了增加塑件螺紋的強度，防止螺孔最外圈螺紋崩裂或變形，同時也方便螺紋的擰入，螺紋的外圈螺紋崩裂或變形，同時也方便螺紋的擰入，螺紋的始端和末端均不應(yīng)突然開始和結(jié)束，在螺孔始端應(yīng)留有始端和末端均不應(yīng)突然開始和結(jié)束，在螺孔始端應(yīng)留有0. 20. 8 mm的凹臺，如圖的凹臺，如圖4-32所示。所示。4.3塑料零件的加工4.3.3塑料零件的結(jié)構(gòu)工藝性（a）塑件陰螺紋的正誤形狀 （b）塑件陽螺紋的正誤形狀圖4-32塑料零件螺紋的加工形狀4.3塑料零件的加工4.3.3塑料零件的

29、結(jié)構(gòu)工藝性9鑲嵌件鑲嵌件利用鑲嵌件可以擴大塑料零件的使用范圍，還可利用鑲嵌件可以擴大塑料零件的使用范圍，還可簡化部件的裝配，提高生產(chǎn)效率。鑲嵌件的固簡化部件的裝配，提高生產(chǎn)效率。鑲嵌件的固定方法有兩種：先嵌固定法與后嵌固定法。定方法有兩種：先嵌固定法與后嵌固定法。4.3塑料零件的加工4.3.3塑料零件的結(jié)構(gòu)工藝性9鑲嵌件鑲嵌件圖4-33先嵌固定法4.3塑料零件的加工4.3.3塑料零件的結(jié)構(gòu)工藝性9鑲嵌件鑲嵌件圖4-34后嵌固定法1螺釘兼作擴張器；2鑲嵌件；3被緊固在塑件上的零件4.4陶瓷零件加工 4.4.1陶瓷零件的成形技術(shù) 制造陶瓷零件的原料大多是粉料，同時陶瓷又是一種硬而脆的材料，因此，儀

30、器中陶瓷零件的制造與普通陶瓷器的制造相似，多采用成形后再燒結(jié)的方法。常用的成形方法如下。4.4陶瓷零件加工 4.4.1陶瓷零件的成形技術(shù) 1干壓成形 干壓成形又稱為金屬模壓成形，這種方法類似于粉末冶金，是最常用的一種成形方法2等靜壓成形 等靜壓成形是巴斯克原理（靜壓傳遞原理）的一種應(yīng)用。圖4-36所示為等靜壓成形法的原理。 4.4陶瓷零件加工 4.4.1陶瓷零件的成形技術(shù)圖4-35熱壓工藝原理1下模沖；2被壓制材料；3模體；4上模沖；5隔熱板；6測溫?zé)犭娕迹?加熱器件；8隔熱板；9下活動板 圖4-36等靜壓成形法原理1上蓋；2排氣口；3高壓容器；4粉末； 5成形橡膠模；6液體壓力介質(zhì)； 7液體

31、壓力介質(zhì)加入口；8下蓋 4.4陶瓷零件加工 4.4.1陶瓷零件的成形技術(shù)3注射成形注射成形類似塑料注射成形的方法。首先，在陶瓷粉料中加入約15%30%質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的熱塑性石蠟、熱塑性樹脂等，用注射成形機把熔化的含蠟料漿在壓力下注滿金屬型中，冷卻后脫模得到坯件，之后再排蠟和燒結(jié)。 4.4陶瓷零件加工 4.4.2陶瓷零件的加工技術(shù)1磨削2研磨和拋光3其他現(xiàn)代加工方法4.5金屬零件成形4.5.1金屬零件的液態(tài)成形1熔模鑄造（1）蠟?zāi)Ｖ圃?。?）結(jié)殼。（3）脫蠟。（4）焙燒和澆注。熔模鑄造廣泛應(yīng)用于儀器儀表、航空航天、機械、汽車、武器裝備等行業(yè)。與其他鑄造相比熔模鑄造具有以下特點： 熔模鑄件精度和表面質(zhì)

32、量比普通鑄造高，尺寸精度一般可達(dá)IT11IT13，表面粗糙度Ra為12.51.6m，熔模鑄造是一種近（凈）成形的方法，加工余量小，甚至有些場合可以無需再加工。 熔模鑄造可鑄出形狀復(fù)雜、并難于用其他方法加工成形的零件。鑄件質(zhì)量可以小至幾克，壁厚薄至0.5mm，鑄出孔徑最小可達(dá)1mm。 用于各種合金材料，尤其適用于那些高熔點合金及難切削加工合金的鑄造。 生產(chǎn)批量不受限制，單件、小批量、大批量生產(chǎn)均可。 但熔模鑄造工序繁雜，生產(chǎn)周期長，鑄件的尺寸和質(zhì)量受到鑄型（沙殼體）承載能力的限制（一般不超過25 kg）。4.5金屬零件成形熔模鑄造工藝過程 4.5金屬零件成形4.5.1金屬零件的液態(tài)成形2壓力鑄造

33、壓力鑄造是在壓鑄機上將熔融的金屬在高壓下快速壓入金屬型，并在壓力下凝固，以獲得鑄件的方法。4.5金屬零件成形4.5.1金屬零件的液態(tài)成形1）壓力鑄造的優(yōu)點（1）壓鑄件的尺寸比普通鑄件精度高，壓鑄件組織致密，可提高鑄件的強度和表面硬度。（3）壓鑄件中便于嵌鑄其他材料的零件，從而簡化制造工藝，減少裝配工時。（4）由于在高壓下充填鑄型，提高了液態(tài)金屬的充型能力，故能壓鑄出形狀較復(fù)雜的零件，如鋅合金壓鑄件最小壁厚可達(dá)0. 3mm，可鑄出0. 7mm的小孔。必要時用壓鑄工藝還可鑄出螺紋、齒輪、花紋等。（5）生產(chǎn)效率高，4.5金屬零件成形圖4-39立式壓鑄機工作過程1定型；2壓射活塞；3動型 4下活塞；5

34、余料；6壓鑄件；7壓室4.5金屬零件成形4.5.1金屬零件的液態(tài)成形2）壓鑄的缺點（1）壓鑄時，由于充型速度快，型腔中的空氣很難完全排出，鑄件表面下常有氣孔等，所以壓鑄件不宜進(jìn)行較大余量的加工，以免氣孔暴露出來。同時，內(nèi)含氣孔的壓鑄件不能進(jìn)行熱處理。用昂貴，故不宜小批量生產(chǎn)。（3）壓鑄設(shè)備和壓鑄型費（2）壓鑄的合金種類因模具壽命而受到限制4.5金屬零件成形4.5.2金屬材料的塑性成形塑性成形是金屬材料成形方法之一。它是對金屬材料施加外力作用，利用金屬的塑性使其產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定的形狀、尺寸、組織和性能的工件的加工方法，也稱為塑性加工或壓力加工。 4.5金屬零件成形4.5.2金屬材料

35、的塑性成形圖4-40塑性成形的基本方法1鍛造鍛造是塑性體積成形工藝，近代的精密鍛造工藝是在古老的自由鍛造的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。4.5金屬零件成形4.5.2金屬材料的塑性成形精密鍛造具有以下特點：（1）材料利用率高。致性好（2）產(chǎn)品的精度較高，尺寸一（3）鍛造可使金屬晶粒細(xì)化，能提高鍛件的力學(xué)性能（4）勞動生產(chǎn)率高。（5）由于精密鍛造所用模具的制造成本較高，故只有在生產(chǎn)批量較大時，經(jīng)濟上才有利。儀器儀表元器件制造中常用的精密鍛造工藝有精密模鍛、擺動碾壓、液態(tài)模鍛、粉末鍛造、冷擠壓、精壓、閉塞式模鍛等。4.5金屬零件成形4.5.2金屬材料的塑性成形1）精密模鍛（1）工藝過程。（2）精密模鍛工藝特點。

36、2）擺動碾壓4.5金屬零件成形4.5.2金屬材料的塑性成形3）液態(tài)模鍛液態(tài)模鍛實際上是鑄造和鍛造工藝的組合，是把液態(tài)金屬直接澆入金屬模內(nèi)，然后在一定時間內(nèi)以一定的壓力作用于液態(tài)（或半液態(tài)）金屬上，使之成形，并在此壓力下結(jié)晶和塑性流動。 （1）液態(tài)模鍛的工藝過程。（2）液態(tài)模鍛工藝的主要特點。4.5金屬零件成形4.5.2金屬材料的塑性成形（1）液態(tài)模鍛的工藝過程。圖4-44液態(tài)模鍛的工藝過程4.5金屬零件成形4.5.2金屬材料的塑性成形（2）液態(tài)模鍛工藝的主要特點。 在成形過程中，液態(tài)金屬在壓力下完成結(jié)晶凝固。 已凝固的金屬在壓力作用下，產(chǎn)生塑性變形，使制件外側(cè)壁緊貼模膛壁，液態(tài)金屬自始至終獲得

37、等靜壓。 液態(tài)模鍛對材料的選擇范圍很寬，鋁、銅等有色金屬，以及黑色金屬的液態(tài)模鍛已大量用于實際生產(chǎn)中。4.5金屬零件成形4.5.2金屬材料的塑性成形4）粉末鍛造（1）粉末鍛造的原理。（2）粉末鍛造的優(yōu)點。5）冷擠壓6）精壓7）閉塞式模鍛圖4-45粉末鍛造的工序圖4-46冷擠壓的基本類型1凹模；2凸模；3工件4.5金屬零件成形4.5.2金屬材料的塑性成形2沖壓沖壓是通過沖壓模具使板料產(chǎn)生分離或變形以獲得零件制品的工藝方法。由于沖壓通常在冷態(tài)下進(jìn)行，所以也稱為冷沖壓。 4.5金屬零件成形4.5.2金屬材料的塑性成形精密沖壓的基本工序可分為分離工序（主要是精密沖裁）和成形（變形）工序兩大類 1）精密

38、沖裁2）精密沖壓中的成形工序3）精密沖壓工藝的新進(jìn)展（1）精密沖裁復(fù)合工藝。（2）FCF工藝。4.5金屬零件成形圖4-47精壓分類和精壓原理圖4-48錐形齒輪的閉塞式模鍛過程圖4-49V形環(huán)齒圈壓板的精密沖裁 圖4-50 小間隙、圓角刃口沖裁 4.5金屬零件成形圖4-51沖裁-壓沉孔復(fù)合工藝圖4-52FCF工藝加工法制作零件4.6連接工藝 儀器制造中常用的連接方法有焊接、膠接與機械連接（鉚接、螺紋連接）。三種連接可以單獨使用，也可以組合使用。不論是哪種連接，連接的目的都是為了使儀器易于制造、裝配和修理，并降低制造成本。 4.6連接工藝 4.6.1焊接工藝焊接工藝作為永久性的連接工藝可以加工制造

39、其他方法難以或無法制造的一些特殊形狀的零件。目前，已經(jīng)發(fā)展了多種不同的焊接方法，可以歸納為熔焊、壓焊和釬焊三大類。1熔焊熔焊（熔化焊）是利用外加熱源使焊件局部加熱至熔化狀態(tài)（一般還同時熔入填充金屬），然后冷卻結(jié)晶使被焊件連成一體的焊接方法，如手工電弧焊、氣焊、埋弧自動焊、氣體保護焊、電渣焊等。 熔焊：是焊接過程中，將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，不加壓完成焊接的方法。在加熱的條件下增強了金屬的原子動能，促進(jìn)原子間的相互擴散，當(dāng)被焊金屬加熱至溶化狀態(tài)形成液體熔池時，原子之間可以充分?jǐn)U散和緊密接觸，因此冷卻凝固后，即形成牢固的焊接接頭（可用冰作比喻）。常見的有氣焊、電弧焊、電渣焊、氣體保護焊等都屬于熔焊

40、的方法。圖4-53 鎢極惰性氣體保護電弧焊1噴嘴；2鎢極；3電弧；4焊縫；5工件；6熔池；7填充焊絲；8惰性氣體熔焊1、氣焊：利用氧乙炔或其他氣體火焰加熱母材和填充金屬，達(dá)到焊接目的。火焰溫度為3000左右。適用于較薄工件，小口徑管道、有色金屬鑄鐵、釬焊。2、手工電弧焊：利用電弧作為熱源熔化焊條與母材形成焊縫的手工操作焊接方法，電弧溫度在6000-8000左右。適用于黑色金屬及某些有色金屬焊接，應(yīng)用范圍廣，尤其適用于短焊縫，不規(guī)則焊縫。3、埋弧焊：(分自動、半制動)電弧在焊劑區(qū)下燃燒，利用顆粒狀焊劑，作為金屬熔池的覆蓋層，將空氣隔絕使其不得進(jìn)入熔池。焊絲由送絲機構(gòu)連續(xù)送入電弧區(qū)，電弧的焊接方向

41、、移動速度用手工或機械完成。適用于中厚板材料的碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅等直焊縫及規(guī)則焊縫的焊接。4氣電焊：（氣體保護焊）利用保護氣體來保護焊接區(qū)的電弧焊。保護氣體作為金屬熔池的保護層把空氣隔絕。采用的氣體有惰性氣體、還原性氣體、氧化性氣體適用于碳鋼、合金鋼、銅、鋁等有色金屬及其合金的焊接。氧化性氣體適用于碳鋼及合金鋼的合金5、離子弧焊：利用氣體在電弧中電離后，再經(jīng)過熱收縮效應(yīng)、機械收縮效應(yīng)、磁收縮效應(yīng)而產(chǎn)生的一種超高溫?zé)嵩催M(jìn)行焊接，溫度可達(dá)20000左右。4.6連接工藝 2壓焊壓焊是指用壓力作用于加熱（或不加熱）的焊件，使焊接頭處緊密接觸，產(chǎn)生塑性變形、再結(jié)晶和原子擴散而結(jié)合，從而實現(xiàn)焊接，

42、包括電阻焊、摩擦焊、擴散焊、超聲波焊等。是焊接過程中必須對焊件施加壓力（加熱或不加熱），以完成的焊接方法。這類焊接有兩種形式，一是將被焊金屬接觸部分加熱至塑性狀態(tài)或局部熔化狀態(tài)，然后施加一定的壓力，以使金屬原子間相互結(jié)合形成牢固的焊接接頭，如鍛焊、接觸焊、摩擦焊和氣壓焊等就是這種壓焊方法。二是不進(jìn)行加熱，僅在被焊金屬的接觸面上施加足夠的壓力，借助于壓力所引起的塑性變形，以使原子間相互接近而獲得牢固的接頭，這種方法有冷壓焊、爆炸焊等（主要用于復(fù)合鋼板）。 圖4-54常用的電阻焊方式壓焊1、摩擦焊：利用焊件間相互摩擦，接觸端面旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱能，施加一定的壓力而形成焊接接頭。適用于鋁、銅、鋼及異種金屬

43、材料的焊接。2、電阻焊：利用電流通過焊件產(chǎn)生的電阻熱，加熱焊件（或母材）至塑性狀態(tài)，或局部熔化狀態(tài)，然后施加壓力使焊件連接之一起。適用于可焊接薄板、管材、棒料。4.6連接工藝 3釬焊釬焊是指在接頭之間加入熔點遠(yuǎn)比母材熔點低的合金，通過局部加熱使這些合金熔化，借助于液態(tài)合金與固態(tài)接頭的物理、化學(xué)作用而達(dá)到焊接的目的。釬焊用的合金稱為釬料。圖4-55釬焊接頭舉例是采用比母材熔點低的金屬材料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點，低于母材熔點的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭之間間隙并與母材相互擴散實現(xiàn)聯(lián)接焊件的方法。常見的釬焊方法有烙鐵焊、火焰釬焊。 釬焊1、烙鐵釬焊：利用電烙鐵或火焰加熱烙鐵的熱量

44、。加熱母材局部，并使填充金屬熔入間隙，達(dá)到連接的目的。適用于熔點300的釬料。一般用于導(dǎo)線，線路板及原件的焊接。2、火焰釬焊：利用氣體火焰為加熱源，加熱母材，并使填充金屬材料熔入間隙，達(dá)到連接目的適用于、不銹鋼、硬質(zhì)合金、有色金屬等一般尺寸較小的焊件。4.6連接工藝 4焊接新工藝的發(fā)展在相當(dāng)多的高新技術(shù)領(lǐng)域，普通電弧焊已不能滿足要求。真空電子束焊接、等離子焊接、激光束焊接擴散焊等高能量密度焊接新工藝獲得了較大的發(fā)展。4.6連接工藝 4.6.2膠接工藝 膠接（又稱為粘合、粘接）是一種廣泛應(yīng)用的連接方法。膠接就是把兩個同類或不同類的固休，利用介于兩者表面的另一種物質(zhì)的作用，把它們牢固地結(jié)合起來。這

45、介于兩固體表面的物質(zhì)稱為膠粘劑（又稱為粘接劑）。4.6連接工藝 4.6.2膠接工藝 1膠接工藝的特點（1）適用范圍廣（2）連接處應(yīng)力分布均勻。（3）接頭密封性好。（4）膠接連接成本低，工藝過程易實現(xiàn)機械化、自動化。4.6連接工藝 4.6.2膠接工藝 2膠接工藝膠接工藝流程如圖4-56所示。對于不同的粘接材料，必須選擇相應(yīng)的表面處理工藝。金屬表面只需用合成洗滌劑或有機溶劑進(jìn)行清洗，并進(jìn)行干燥。常用的溶劑有汽油、三氯乙烯和丙酮等。 圖4-56膠接工藝流程4.6連接工藝 4.6.2膠接工藝 3膠接接頭的結(jié)構(gòu)形式膠接接頭的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，常用的有對接、斜接、嵌接、搭接、角接、T形接與套接等.圖4-5

46、7膠接接頭的結(jié)構(gòu)形式4.6連接工藝 4.6.2膠接工藝 4膠粘劑的選擇（1）改性環(huán)氧樹脂膠。（2）第二代（又稱改性）丙烯酸樹脂膠粘劑（SGA）。（3）聚氨酯膠粘劑。（4）紫外固化膠粘劑。（5）無機膠。（6）其他功能膠。4.6連接工藝 4.6.3機械連接1鉚接鉚接是利用鉚釘或被連接零件上起鉚釘作用的鉚接頸，把零件連接在一起的一種永久性的連接方法。 2螺釘和螺紋連接螺釘連接和螺紋連接是儀器制造中廣泛使用的一種可拆連接。螺釘連接是利用螺釘、螺栓與螺母等把被連接零件接合在一起，螺紋連接是利用被連接零件本身所具有的螺紋進(jìn)行連接的。 圖4-58 鉚釘連接1鐓頭；2鉚桿；3鉚釘4.7刻劃工藝 在儀器加工過程

47、中，為了測量和瞄準(zhǔn)，常使用一些帶有分劃的零件，如刻尺、度盤、分劃板和光柵等。這就需要在零件表面加工制作出成組的線條、字母、數(shù)字、指標(biāo)及各種形式的圖案。制造這些線條或圖案的工藝稱為刻劃或分劃。需要進(jìn)行刻劃的零件基體常采用玻璃、金屬等。 圖4-60各種類型的刻度、分劃元件4.7刻劃工藝 4.7.1機械刻劃機械刻劃是在刻線機上進(jìn)行的?？叹€機是一種專用精密機床，它是按一定方向和規(guī)定的距離（或角度）移動（或轉(zhuǎn)動）毛坯或刻刀進(jìn)行刻劃的?？虅潤C按照加工形式可分為圓度刻線機和長度刻線機兩種 1圓度刻線機圓度刻線機用于平面、圓柱面或錐面上的圓分度刻劃。按刻劃精度也可分為四級2長度刻線機長度刻線機用于平面與圓柱面

48、長度刻度尺上的刻劃加工。按照刻劃精度也可以分為四級4.7刻劃工藝 4.7.2 機械-物理法刻劃與機械-化學(xué)法刻劃 機械-物理法刻劃又稱為機械-鍍鉻法刻劃該刻劃法是先對涂在玻璃基底上的蠟層進(jìn)行機械浮刻，然后進(jìn)行真空鍍鉻，再除去蠟的底層，最后得到鉻質(zhì)線條,此法可獲得12m的細(xì)線條. 機械-化學(xué)法刻劃是先對涂在零件表面上的耐酸保護層（蠟層）進(jìn)行機械刻劃（一般稱浮刻），然后用化學(xué)法進(jìn)行腐蝕，使零件表面得到分劃。也可以在玻璃上先鍍金屬層，再涂耐酸保護層，經(jīng)刻刀在保護層上浮刻后，用酸腐蝕金屬而得到鍍層分劃，該方法常稱為機械-鍍膜-化學(xué)腐蝕法。此方法可用于玻璃或金屬材料的刻劃，線條寬度可達(dá)23m。4.7刻劃工藝 圖4-63 機械-物理法刻劃與機械-化學(xué)法刻劃4.7刻劃工藝 4.7.3 照相復(fù)制法刻劃照相復(fù)制法刻劃從工藝上可分為兩個步驟：第一步是制