3. Химическое фрезерование (контурное травление)

Сущность процесса химического фрезерования заключается в регулируемом удалении материала с поверхности заготовки растворением его в травителе за счет химической реакции. Участки заготовки, неподлежащие растворению, покрывают защитным слоем химически стойкого материала.

Скорость съема многих материалов составляет до 0,1 мм/мин.

Преимущества процесса:

• высокая производительность и качество обработки,

• возможность получения деталей сложной конфигурации как малой так и значительной толщины (0,1-50) мм;

• малые энергетические затраты (преимущественно используется химическая энергия);

• короткий цикл подготовки производства и простота его автоматизации;

• безотходность за счет регенерации продуктов процесса.

В процессе обработки съем материала может производиться со всей поверхности заготовки, на различные глубины или на всю толщину детали (сквозное фрезерование). Химическое фрезерование включает следующие основные этапы: подготовку поверхности заготовки; нанесение защитного слоя рисунка; химическое травление; удаление защитного слоя и контроль качества изделий (см .рис .3.1).

Подготовка поверхности - это очистка ее от органических и неорганических веществ, например, с помощью электрохимического обезжиривания. Степень очистки определяется требованиями к последующим операциям.

Нанесение защитного слоя рисунка осуществляется способами: ручной и механизированной гравирования по оплошному (лаковому, восковому) слою, способом ксерографии, трафаретной, офсетной, а также фотохимической печати.

В приборостроении наибольшее применение получил способ фотохимической печати, который обеспечивает малые размеры изделий и высокую точность. В данном случае для получения защитного слоя заданной конфигурации используют фотошаблон (фотокопия детали в увеличенном масштабе на прозрачном материале). В качестве защитного слоя применяют жидкие и пленочные фоторезисты, обладающие светочувствительностью. Жидкие, наиболее освоенные в промышленности, требуют высокого качества очистки поверхности заготовок. Для нанесения их на поверхность используют один из способов: погружение, полив, распыление, центрифугирование, накатывание валками, напыление в электростатическом поле. Выбор способа зависит от типа производства (непрерывное нанесение или на отдельные заготовки); требований к толщине и равномерности образуемой пленки, которые определяют точность размеров рисунка и защитные свойства резиста.

Рис. 3.1. Общая схема технологического процесса химического фрезерования.

Фотохимическая печать защитного рисунка кроме операции нанесения фоторезиста и его сушки, включает операции экспонирования слоя фоторезиста через фотошаблон, проявление рисунка и дубление защитного слоя. При проявлении определенные участки слоя фоторезиста растворяются и удаляются с поверхности заготовки. Оставшийся слой фоторезиста в виде рисунка, определенного фотошаблоном, после дополнительной термической обработки - дубления - служит защитным слоем при последующей операции химического травления.

Операция химического травления определяет окончательное качество и выход годной продукции. Процесс травления протекает не только перпендикулярно поверхности заготовки, но и вбок (под защитный слой), что снижает точность обработки. Величину подтравливания оценивают через фактор травления, который равен , где Н_тр - глубина травления, е - величина подтравливания. Скорость растворения определяется свойствами обрабатываемого металла, составом травящего раствора, его температурой, способом подачи раствора на поверхность, условиями отвода продуктов реакции и поддержанием травящих свойств раствора. Своевременное прекращение реакции растворения обеспечивает заданную точность обработки, которая ориентировочно составляет 10% от глубины обработки (травления).

Широкое применение в настоящее время находят травители на основе солей с амином - окислителем, среди которых наиболее часто используют хлор, кислородные соединения хлора, бихромат, сульфат, нитрат, перекись водорода, фтор. Для меди и её сплавов, ковара, стали и других сплавов наибольшее распространение получили растворы хлорного железа ( FeCl₃ ) с концентрацией от 28 до 40% (весовых) и температурой в пределах (20 - 50) С, которые обеспечивают скорость растворения (20 - 50) мкм/мин.

Среди известных способов травления различают погружение заготовки в спокойный раствор; в перемешиваемый раствор; набрызгивание раствора; распыление раствора; струйное травление (горизонтальное или вертикальное). Лучшую точность обработки обеспечивает струйное травление, которое заключается в том, что травящий раствор под давлением через форсунки подается на поверхность заготовки в виде струй.

Контроль качества деталей включает визуальный осмотр их поверхности и измерение отдельных элементов.

Процесс химического фрезерования наиболее выгоден при изготовлении плоских деталей сложной конфигурации, которые в ряде случаев могут быть получены и механической штамповкой. Практикой установлено, что при обработке партий деталей в количестве до 100 тыс. выгоднее химическое фрезерование, а свыше 100 тыс. - штамповка. При очень сложной конфигурации деталей, когда невозможно изготовление штампа, применяется только химическое фрезерование. Следует учитывать, что процесс химического фрезерования не позволяет изготовлять детали с острыми или прямыми углами. Радиус закругления внутреннего угла должен быть не менее половины толщины заготовки S, а внешнего угла - более 1/3 S , диаметр отверстий и ширина пазов деталей должны быть более 2 S.

Метод нашел широкое применение в электронике, радиотехнике, электротехнике и других отраслях в производстве печатных плат, интегральных схем, при изготовлении различных плоских деталей со сложной конфигурацией (плоских пружин, растровых масок для кинескопов цветных телевизоров, масок с рисунком схем, используемых в процессах термического напыления, сеточек для бритв, центрифуг и других деталей).