Файл: Бушминский, И. П. Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства учеб. пособие.pdf

ния электроды подаются в головку механизмом подачи. Используя электроды, состоящие из отрезков проволоки различного состава, можно получить многослойные по­ крытия.

Расстояние от сопла до покрываемой поверхности при напылении меди и латуни должно составлять 150—

пылением — способ универсальный, не требующий высо­ кой квалификации, характеризуется высокой производи­ тельностью. Так, металлизация волноводного корпуса средней сложности, предназначенного для работы на дли­ не волны 3 см, занимает около 20—30 мин.

При разработке технологического процесса металли­ зации распылением необходимо учитывать, что процесс надо вести в вытяжном шкафу.

§ 2.6. ВЫБОР МЕТОДА ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОРПУСОВ

Вопрос оптимальности выбора метода изготовления корпусов волноводных устройств неразрывно связан с анализом их конструктивного решения. Эта связь обус­ ловлена тем, что метод изготовления во многом опреде­ ляется конструкцией корпуса волноводного устройства и, наоборот, конкретный метод изготовления наклады­ вает ограничения на конструкцию. Так, если корпус вол­ новодного устройства изготовляют пайкой или сваркой, он обязательно будет сборным; при изготовлении корпу­

138

са литьем у него появятся литейные радиусы, уклоны, ребра жесткости для обеспечения плоскостности поверх­ ностей, может возрасти толщина стенок. При литье по выплавляемым моделям корпус будет цельным, под дав­ лением — сборным, состоящим из двух половин. Приме­ нение гальванопластики или комбинированных методов изготовления предъявляет особые требования к кон­ струкции корпуса волноводного устройства.

Поэтому при конструкторско-технологической разра­ ботке необходимо использовать обобщенные критерии, позволяющие анализировать и сравнивать варианты решений для создания конструкции и выбора метода изготовления. Критерием такой оценки может быть тех­ ническая эффективность, зависящая от надежности, ка­ чества, веса и себестоимости корпуса волноводного устройства.

В общем виде техническая эффективность представ­ ляет собой отношение затрат па производство годной продукции к затратам па производство всей продукции:

^ _^годной ^всей

Однако это выражение затрудняет учет таких факторов как надежность производственного процесса, качество, вес и себестоимость корпуса волноводного устройства при его разработке.

Для такой оценки можно использовать критерий эф­ фективности, предложенный Р. К- Раскиным:

э = н к вк тк вв,

где Н — надежность производственного процесса изго­ товления волноводного устройства; К в —■критерий веса корпуса волноводного устройства; Кт — критерий техно­ логической себестоимости изготовления корпуса волно-

оценить различные варианты решений, обратив основное внимание па критерии, играющие определяющую роль. Остальные критерии, которые для данного устройства не являются главными, принимаются равными единице.

Так, например, если разрабатывается волноводное устройство, основные требования к которому состоят в уменьшении веса, повышении надежности и уменьшении

139

себестоимости, то при расчете технической эффективно­ сти критерий взаимозаменяемости можно принять рав­ ным единице и т. д.

Рассмотрим структуру сомножителей, входящих в выражение эффективности. Под н а д е ж н о с т ь ю про­ изводственного процесса понимают способность процесса обеспечивать изготовление изделий в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями, т. е. годных изделий:

Я = Я ВХЯ ТЯ ВЫХ,

где # вх — надежность входного контроля; Я т — надеж­ ность технологического процесса; Нвых — надежность выходного контроля.

При различных методах изготовления корпусов вол­ новодных устройств надежность входного и выходного контроля можно принять неизменной. Определяющей будет надежность технологического процесса:

Я т= П / / „ i

где Hi — надежность i-ой операции; k — общее количе­ ство операций.

Вероятность появления на выходе технологического цикла, состоящего из К операций т, дефектных из­ делий:

Pi...n{m)= — е ~ \

т

Здесь к — математическое ожидание или, в данном слу­ чае, среднее значение числа дефектов, возникающих при рассматриваемом процессе.

Вероятность появления брака на одном рабочем ме­ сте можно определить с помощью статистического конт­ роля:

Роn = W ,

где к — среднее количество дефектов, допускаемое на ра­ бочем месте; К — количество операций, производимых на рабочем месте.

Значит надежность операции

^оп = 1— Л )П = 1— VAT.

Сравнивать надежность технологического процесса можно как при изготовлении различных конструкций

140

корпусов волноводных устройств с помощью одного тех­ нологического процесса, так и при изготовлении различ­ ных конструктивных модификаций корпуса различными технологическими процессами. В первом случае рас­ сматриваются значения надежностей «критических» опе­ раций, т. е. операций, надежность которых зависит от конструкции корпуса волноводного устройства. Во вто­ ром — сравнение надежности технологических процессов можно осуществить по надежности «критических» опера­ ций. Для формообразования число таких операций огра­ ничено и вероятность брака одна и та же. Это дает воз- мож-ность оценить надежность технологического процес­ са при данных условиях производства на основе преды­ дущих статистических исследований для конструкций одинаковой сложности.

Рассмотрим понятие к р и т е р и я в е с а К в корпуса волноводного устройства. Как уже отмечалось, для раз­ личных методов изготовления характерны разные кон­ структивные особенности корпусов волноводных устройств. Появление ребер жесткости при литье по выплавляемым моделям, фланцев для винтового соедине­ ния и крепежных винтов при изготовлении волноводного корпуса из двух половин литьем под давлением, толстого слоя диэлектрика, обеспечивающего механическую проч­ ность корпуса при гальванопластическом методе изготов­ ления, изменяет вес корпуса волноводного устройства в зависимости от способа изготовления. Технологические требования по совместимости материалов деталей конструкции заставляют иногда использовать ма­ териалы с удельным весом, отличным от минимально возможного.

Таким образом, различие методов изготовления и конструктивного оформления корпусов ведет к различию их в весе. Эти изменения веса учитываются его крите­ рием, который определяется как отношение гипотетиче­ ского (минимально возможного) веса корпуса волновод­ ного устройства к его реальному весу. Минимальным весом можно считать вес корпусов устройства, выпол­ ненного из металла с минимальным удельным весом и толщиной стенок, обеспечивающей заданную механиче­ скую прочность, у которого отсутствуют особенности конструкции, обусловленные спецификой изготовления:

К в В min/^реал'

141

Чем ближе это отношение к единице, тем лучше у волноводного корпуса весовой критерий. Под к р и т е- р и е м т е х н о л о г и ч е с к о й с е б е с т о и м о с т и из­ готовления корпуса волноводного устройства Кт пони­ мают величину, обратную технологической себестоимо­ сти С:

К т= 11C.

Технологическая себестоимость — это часть полной себестоимости, зависящая от варианта технологического процесса:

для единичной детали

C = a-\-blN гоя;

для годовой программы

Слг10д= а ^ ГОД+ Ь,

где а — текущие затраты на одну деталь; b — единовре­ менные затраты па годовую программу; Лф0д — годовая программа выпуска.

Величина Аггод обычно задана, а величины а и b определяются так:

^ = +

где т — затраты на основные материалы и технологи­ ческое топливо (с учетом сумм, возвращенных предприя­ тию при утилизации отходов материалов); /п — заработ­ ная плата производственных рабочих; /кз — заработная плата наладчиков оборудования; Р — затраты, связан­ ные с эксплуатацией оборудования нормальных приспо­ соблений и инструмента; i — стоимость специального инструмента и оснастки, необходимых для выполнения годовой программы; k — коэффициент, учитывающий срок службы оснастки, а также расходы, связанные с эксплуатацией, включая ремонт оснастки.

Затраты на основные материалы определяются из выражения

m = Cmqm- C Qq0,

где Ст и С0 — стоимость единицы (кГ, м3) материала и отходов соответственно; qmк q0— норма расхода мате-

142

риала на деталь и вес отходов на одну деталь соответ­ ственно.

Заработная плата производственным рабочим

мени (применительно к наладке), ч; г — число перенала­ док в год.

При сравнении конструктивных модификаций корпуса и технологических процессов уменьшение критерия тех­ нологической себестоимости говорит об ухудшении тех­ нической эффективности принятого конструкторско-тех­ нологического варианта.

Рассмотренные методы изготовления корпусов харак­ теризуются определенными значениями достижимой точности размеров, формы и чистоты поверхностей, изго­ товляемых деталей и сборочных единиц. Иногда эти показатели могут не совпадать с требованиями к точ­ ности размеров, формы и чистоте поверхностей корпуса волноводного устройства определенной конструкции. Тогда при этом процессе вероятность брака будет опре­ деляться технологическим процессом и конструкцией корпуса устройства. Для обеспечения соответствия пара­ метров требованиям технических условий существует два пути — разбраковка и настройка. При изменении процента брака в результате различия технологических процессов и модификаций конструкции изменение техни­ ческой эффективности учитывается к р и т е р и е м на ­ д е ж н о с т и . При использовании настройки или взаим­ ного подбора, собираемых в тракт волноводных устройств, в случае отсутствия элементов настройки из­

и настройки таких устройств служит мерой оценки тех­ нической эффективности метода изготовления корпуса волноводного устройства. Критерий взаимозаменяемости определяется как отношение трудоемкости сборки и на­

143

стройки устройства с номинальными размерами, формой и чистотой поверхностей к трудоемкости сборки и на­ стройки реального волноводного корпуса:

K B3= 0 „идеал№J '0^реал*

Если конструкцию корпуса волноводного устройства нельзя изменить, то выбор технологического процесса осуществляют по критерию минимальной себестоимости. При этом сравнивается технологическая себестоимость волноводного корпуса при различных технологических процессах его изготовления.

§ 2.7. ВНУТРЕННЯЯ ОТДЕЛКА КОРПУСОВ

Электрические характеристики устройств СВЧ зави­ сят от удельного сопротивления металла токонесущих поверхностей и их микрогеометрии.

Коррозия токонесущей поверхности ведет к появле­ нию на ней диэлектрического (AI2O3), полупроводнико­ вого (СигО) или проводящего слоя. Если продукт кор­ розии диэлектрик, то токи СВЧ текут под окисным слоем, если — полупроводник или проводник, часть тока течет в коррозионном слое, что вызовет рост активных потерь. Кроме того, коррозия может изменить микро­ геометрию и микроструктуру поверхностного слоя, уве­ личить шероховатость токонесущей поверхности. Поэто­ му даже, если продукт коррозии диэлектрик, затухание растет.

Устойчивость к коррозии зависит от использования защитных покрытий или материалов, не поддающихся воздействию окружающей среды.

Покрытия делятся на п р о в о д я щ и е и н е п р о в о ­ д я щ и е . Проводящие покрытия — это гальванические осадки. Если толщина покрытия больше глубины про­ никновения, то оно становится токонесущим слоем и за­ тухание зависит уже не от конструкционного материала стенок волновода, а от шероховатости поверхности осад­ ка, его удельного сопротивления (которое является функ­ цией структуры и пористости осадка) и рабочей частоты. При нанесении гальванических покрытий, если не при­ няты специальные меры, чистота поверхности ухудшает­

144

тухания для некоторых покрытий, вызванного шерохова­ тостью токонесущей поверхности.

Структура осадков и их удельное сопротивление за­ висят от способа нанесения, режимов осаждения и со­ ставов ванн. Поэтому при изготовлении волноводов не­ обходимо выбирать режим, при котором осадки имеют ' наименьшее удельное сопротивление. Коррозионная стой­ кость и устойчивость параметров осадков к воздей­ ствию окружающей среды определяются их пористостью. Основой повышения стойкости покрытий является умень­ шение пористости, а ее величина определяется составом электролита и катодной плотностью тока. Скорость раз­ вития коррозии в порах зависит от режимов промывки. Пористость осадков появляется и при колебании катод­ ной плотности тока, если электропитание осуществляется от нестабилизированного источника. Разброс расстояний между покрываемой поверхностью и анодом, глубины погружения в ванну ведет к разбросу пористости покры­ тий для партии устройств.

Наиболее широко применяется покрытие токонесу­ щих поверхностей с е р е б р о м из цианистых ванн, кото­ рое выполняет защитные функции, а также уменьшает активные потери. Цианистые электролиты имеют хоро­ шую рассеивающую способность и высокое качество осадков. Однако у них есть существенные недостатки: они ядовиты, неустойчивы, малопроизводительны.

При покрытии серебром изделий из меди и ее спла­ вов их поверхность предварительно амальгамируется в растворе следующего состава (гл) :

145