Обслуживание установки нанесения упрочняющих покрытий УВНИПА-1-001

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В основе вакуумной ионно-плазменной технологии получения покрытий положен принцип осаждения частиц (атомов, ионов, кластеров) на поверхности изделий в вакууме из плазмы, генерируемой тем или иным способом. При этом объемные свойства обрабатываемых изделий не нарушаются, а изменяются свойства поверхности, придавая ей требуемые функциональные характеристики.

В отличии от других способов получения покрытий (гальванический, лакокрасочный и др.) данный метод выгодно отличается экологической чистотой и возможностью получения широкого спектра покрытий различных как по составу, структуре и свойствам.

Вакуумно ионно-плазменный метод относится к области высоких технологий и находит самое широкое применение в современном производстве.

На сегодняшний день на предприятии работают две технологические линии, предназначенные для нанесения покрытий различного функционального назначения.

1. Анализ технического задания

Для систематизации, закрепления и расширения теоретических и практических знаний и навыков по предмету “Наладка и эксплуатация оборудования для термических и вакуумно - элионных процессов” введена курсовая работа на тему: “Обслуживание установки нанесения упрочняющих покрытий «УВНИПА-1-001». Двухпороговый компаратор. В содержание должно входить: назначение устройства и принцип его работы, порядок подготовки к работе, экология, охрана труда, техническая обслуживание, неисправности и методы их устранения, а также разработанный алгоритм аттестации вакуумной системы.

2 Обзор современного оборудования магнетронного напыления (ОРАТОРИЯ)

Примененные на этих установках магнетроны ООО "ИОНТЕК С" отличают следующие основные преимущества:

- использование мишеней простой геометрической конфигурации взамен дорогостоящих сборных и профилированных;

- низкотемпературный режим нанесения покрытий;

- использование водоохлаждаемого анода для сбора электронного тока

В дальнейшем магнетроны РМ1-20090/5-01(-02) и РМ1-110/3-02 были успешно внедрены в производстве серийной продукции на предприятиях.

В настоящее время, на основании накопленного опыта разработок магнетронных распылительных устройств для распыления ферромагнитных материалов, включая химически чистое железо, для установок «Оратория-29» и «Оратория-2М» спроектировано и изготовлено для НПО ИТ (МО, г. Королев) магнетронное распылительное устройство PM1-212112/5-02 для распыления сплошных мишеней из ферромагнитных материалов: Ni - толщиной 12 мм, Fe и пермаллой (80%Ni/20%Fe) - от 6 мм.

Это свидетельствует о том, что магнетронное распыление высшая ступень технического уровня и за ним будущее.

3. Назначение, устройство и принцип работы вакуумной системы

Назначение:

Установка предназначена для нанесения алмазоподобных упрочняющих покрытий на режущий инструмент, микроинструмент и изделия, работающие на трение и износ.

Установка изготовлена в исполнении УХЛ категории 4.2 по ГОСТ 15150-69 и предназначена для работы в помещениях, характерных незначительными избытками явного тепла (84 кДж/м3ч и менее), соответствующихСН245-71 для категории работ средней тяжести при атмосферном давлении (1000±40) гПа (750±30) мм. рт. ст.

Питание установки осуществляется от трёхфазной 4-проводной сети переменного тока напряжением 380 В, частотой 50 Гц.

Нормы качества электрической энергии по ГОСТ 13109-67.

Установка обеспечивает работу при подаче:

1) холодной водопроводной воды ГОСТ 2874-82 под давлением 0,3 МПа- 0,4 МПа (3,06 кгс/см2 - 4,08 кгс/см2) с температурой на входе 288 К±5 К

(15 * С ± 5*С) и с расходом не менее 1,2 м3/ч;

2) горячей водопроводной воды ГОСТ 2874-82 с температурой на входе 358 К ± 5 К (85* С ± 5* С) и с расходом не менее 0,8 м3/ч;

3) сжатого воздуха кл. 5 ГОСТ 17433-80 под давлением 0,5 МПа-0,6 МПа (5,1 кгс/см2 - 6,12 кгс/см2);

4) азота жидкого технического первого сорта ГОСТ 9293-74 в сосудах криогенных типа АСД-16 ГОСТ 16024-79;

5) азота газообразного, высшего сорта ГОСТ 9293-74;

6) аргона газообразного по ГОСТ 10157-79;

• Основные технические данные и характеристики

• Габаритные размеры установки 3000x1760x2000 мм.

• Масса установки не более 2500, кг.

• Количество вращающихся позиций для установки обрабатываемых деталей не более 54 шт.

• Время достижения давления 13,3 Па (Ю-1 мм. рт. ст.) в рабочей камере не более 3 мин.

• Предельное статочное давление в рабочей камере с использованием жидкого азота (КР) - не более 1.33 * 10"4 Па (Ю-6 мм. рт. ст).

• Примечание: знаком (КР) отмечены параметры, которые являются критериями работоспособности.

• Время достижения давления 1.33* 10~4 Па (Ю-6 мм. рт. ст) в рабочей камере (КР) не более 30 мин.

• Суммарное натекание и газоотделение в рабочую камеру (КР) не более 13,3 м3 мкПа/с (Ю-4 л. мм. рт. ст./с).

Система напуска газа обеспечивает напуск технологического газа по двум каналам в рабочую камеру в диапазоне от 1.3 * 10 4 Па (10"5 мм. рт. ст) до 4-Ю"1 Па (3 * 10 ~3 мм. рт. ст.).

Приводы каруселей обеспечивают независимое вращение дисков каруселей с частотой вращения не менее 1,5 об/мин.

Привод заслонки обеспечивает перевод и фиксацию в следующих положениях:

1) источник ионов закрыт;

2) источник ионов открыт.

Источник питания генератора углеродной плазмы обеспечивает следующие параметры:

1) диапазон регулирования выходного напряжения для заряда накопительных конденсаторов (КР) от 100 В (не более) до 500 В (не менее);

2) точность поддержания выходного напряжения на накопительных конденсаторах при частоте не более 10 Гц - ± 2%;

3) диапазон регулирования напряжений второй ступени блока поджига от 200 В (не менее) до 600 В (не более);

4) точность поддержания напряжения второй ступени блока поджига ± 5%;

5) максимальная частота следования импульсов поджига (35±3) Гц.

Источник питания электродугового испарителя имеет следующие параметры:

1) напряжение холостого хода (КР) не менее 60 В;

2) напряжение постоянного тока на любой ступени тока нагрузки не менее 2 В;

3) ступенчатая регулировка тока нагрузки с точностью +20% / -10% со значениями: 55, 75, 90, 110, 150, 180 А;

4) коэффициент пульсаций при токе нагрузки 90 А, не более ±10%;

Устройство управления поджигом дуги обеспечивает подачу управляющих импульсов напряжения с частотой (3±0,25) Гц на устройство поджига дуги.

Задающее устройство обеспечивает работу испарителя в дискретном режиме со следующими длительностями горения и паузы:

Горение - 1, 2, 3, 4, 5 с.

Пауза -1,2,3,4,5 с.

Точность поддержания длительности горения и паузы ±0,5 с.

Источники питания магнитных катушек электродугового сепарированного испарителя имеют следующие параметры:

1) постоянный ток в нагрузке (КР) от 0,1 А (не более) до 3 А (не менее).

Источники высокого напряжения блока управления высоким и низким напряжением имеют следующие параметры:

1) ступенчатая регулировка напряжения с точностью ±10% со значением (КР): 800, 1000, 1500, 2000. 2500 В;

2) ток короткого замыкания при напряжении 2500 В - (1,5±0,2) А.

• Источники низкого напряжения блока управления высоким и низким напряжением имеют следующие параметры:

1) диапазон плавного регулирования напряжения (КР) от 40 В (не более) до 180 В (не менее);

2) максимальный ток при напряжении 180 В не более (1,5±0.2) А.

Установка сохраняет работоспособность при отклонениях напряжений питающей сети на ±10% от номинального значения.

Контроль температуры деталей в процессе отработки технологии нанесения упрочняющих покрытий ведётся бесконтактным преобразователем излучения.

Максимальная электрическая мощность, потребляемая установкой, не более 30 кВт.

Установка обеспечивает работу в следующих режимах:

- ручной;

- автоматический.

Система управления обеспечивает следующие блокировки:

- закрытие запорной арматуры вакуумной системы в случае прекращения подачи электроэнергии;

- невозможность открытия натекателя при откачке камеры;

- невозможность открытия затвора при давлении в камере выше 13,3 Па (10"' мм. рт. ст.);

- отключение и невозможность включения высокого и низкого напряжения на карусели, отключение и невозможность включения испарителей и источника ионного травления при закрытии затвора;

- отключение высокого напряжения от источника ионного травления и испарителей при уменьшении расходов охлаждающей воды через соответствующие магистрали ниже заданного уровня.

Устройство и работа установки

В основе работы установки лежит способ нанесения износостойких алмазоподобных покрытий на режущий инструмент, микроинструмент, а также на детали, работающие на трение и износ с помощью импульсного генератора углеродной плазмы, имеющего среднюю энергию ионов продядка 100 эВ, что исключает необходимость дополнительного ускорения ионов с помощью приложения отрицательного потенциала к подложке. Импульсный характер процесса конденсации, отличающийся длительными паузами (длительность паузы более чем в 10 раз превышает длительность плазменного разряда) позволяет улучшить отвод тепла из зоны конденсации, что обеспечивает формирование алмазоподобных структур в более широком диапазоне температур конденсации.

В установке для предварительной ионной очистки обрабатываемых деталей используется источник ионного травления типа "Радикал".

Окончательная очистка, нагрев деталей, закреплённых на планетарной карусели, и нанесение подслоя титана производится с помощью с электродутового испарителя с сепарацией плазменного потока в магнитном поле. Применение этого испарителя исключает возможность попадания на обрабатываемые детали капельной фазы распыляемого материала.

Для улучшения очистки на карусель подаётся отрицательный потенциал, что способствует внедрению ионов титана в поверхностный слой обрабатываемых деталей.

Установка состоит из четырёх основных частей: стойки питания генератора углеродной плазмы, блока питания испарителя, стойки питания и управления и блока вакуумного.

В блоке вакуумном установки расположены все основные технологические узлы и системы, а стойки питания обеспечивают питание и управление следующих устройств:

- импульсного генератора углеродной плазмы;

- электродугового испарителя с сепарацией плазменного потока;

- источника ионного травления типа "Радикал";

- приводов каруселей;

- привода заслонки;

- системы напуска газа;

- системы водоснабжен; - системы вакуумной.

4. Возможные неисправности и методы их устранения

Наименование неисправности	Вероятная причина	Метод устранения
1. Не включается установка	Сработал автомат защиты QP1 в стойке питания и управления	Ручку автомата QPI отвести вниз до отказа и взвести вверх до щелчка
2. Не включается механический насос	Сработал автомат защиты QF2 в стойке питания и управления	Ручку автомата QF2 отвести вниз до отказа и взвести вверх до щелчка
3. Не включается один из клапанов: форвакуумный клапан, байпасный клапан, высоковакуумный клапан, заслонка, клапан напуска, клапан азота, клапан холодной воды, клапан горячей воды, натекатель.	Перегорел один из предохранителей FU2.. .FUII в блоке вакуумном 1	Проверить и заменить
4. Не включается нагреватель диффузионного насоса	Сработал автомат защиты QF3 стойки питания и управления	Ручку автомата QF3 отвести вниз до отказа и взвести вверх до щелчка
5. Не включается привод вращения каруселей	Перегорел предохранитель FU1 в блоке вакуумном	Проверить и заменить
6. Не регулируется давление газов в рабочем объёме. Не включается клапан газовый	Перегорел предохранитель FU1 в блоке управления газом. Перегорел предохранитель FU1 в блоке управления газом	Проверить и заменить Проверить и заменить
7. Не включается блок питания испарителя при нажатой кнопке в БУИ	Перегорел один из предохранителей FU1...FU3 в БПИ. Сработал автомат защиты QFI в БПИ	Проверить и заменитьч Ручку автомата отвести вниз до отказа и взвести вверх до щелчка.
8. Не горят лампы "СЕТЬ" в БПИ	Перегорел один из предохранителей FU1...FU3 в БПИ. Неисправны лампы HL1...HL3.	Проверить и заменить. Проверить и заменить.
9. Нет поджигающего импульса при нажатии кнопки SB2 СЕТЬ в БУИ, не загорается дуга	Отсутствие контакта в разъёме ХРЗ БУИ. Обрыв цепи контакта реле К2.4 в БУИ	Проверить и устранить Проверить и устранить
10. Не горит одна из ламп СЕТЬ HL1 ...HL3 при нажатии кнопки SB 1.1 СЕТЬ в БУВН	Перегорел один из предохранителей FU1...FU3. Неисправна одна из ламп HL1...HL3 СЕТЬ	Проверить и заменить Проверить и заменить
11. Нет поджигающего импульса 1 ступени "+800 В"	Перегорел предохранитель FU1 в "блоке поджига И"	Проверить и заменить
12. Не регулируется напряжение на накопительных ёмкостях	Перегорел предохранитель FU1 в блоке регулирования напряжения	Проверить и заменить
13. Не включается счётчик импульсов в стойке питания генератора углеродной плазмы	Перегорел предохранитель FU1 в счётчике импульсов	Проверить и заменить
14. Не включается блок питания магнитных катушек	Перегорел предохранитель FU1 в блоке питания отклоняющей системы	Проверить и заменить
15. Не включается блок питания БП-94	Перегорел предохранитель в БП-94	Проверить и заменить
16. Не включается блок управления заслонкой	Перегорел предохранитель FU1 в блоке управления	Проверить и заменить
17. Не включается блок управления технологическим процессом	Перегорел предохранитель FU1 или FU2 в блоке управления технологическим процессом	Проверить и заменить

5. Описание двухпорогового компаратора

Двухпороговый компаратор (или компаратор «с окном») фиксирует, находится ли входное напряжение между двумя заданными пороговыми напряжениями или вне этого диапазона. Для реализации такой функции выходные сигналы двух компараторов необходимо подвергнуть операции логического умножения (рис. 107а). Как показано на рис. 107б, на выходе логического элемента единичный уровень сигнала будет иметь место тогда, когда выполняется условие U1<Uвх<U2, так как в этом случае на выходах обоих компараторов будут единичные логические уровни. Такой компаратор выпускается в виде ИМС мА711 (отечественный аналог - 521СА1).

магнетронный распыление углеродный плазма



Рис. 107. Схема двухпорогового компаратора (а) и диаграмма его работы (б)

Параметры компараторов

Параметры, характеризующие качество компараторов, можно разделить на три группы: точностные, динамические и эксплуатационные.

Компаратор характеризуется теми же точностными параметрами, что и ОУ.

Основным динамическим параметром компаратора является время переключения tп. Это промежуток времени от начала сравнения до момента, когда выходное напряжение компаратора достигает противоположного логического уровня. Время переключения замеряется при постоянном опорном напряжении, подаваемом на один из входов компаратора и скачке входного напряжения Uвх, подаваемого на другой вход. Это время зависит о величины превышения Uвх над опорным напряжением. На рис. 8 приведены переходные характеристики компаратора mА710 для различных значений дифференциального входного напряжения Uд при общем скачке входного напряжения в 100 мВ. Время переключения компаратора tп можно разбить на две составляющие: время задержки tз и время нарастания до порога срабатывания логической схемы tн. В справочниках обычно приводится время переключения для значения дифференциального напряжения, равного 5 мВ после скачка.



Рис. 8. Переходная характеристика компаратора ?А710 при различных превышениях скачка входного напряжения Uд над опорным: 1 - на 2 мВ; 2 - на 5 мВ; 3 - на 10 мВ; 4 - на 20 мВ

6. Расчет ключа на транзисторе VT2 КТ315Б

Ключевые схемы используются для построения генераторов и формирователей импульсов, а также различных логических схем цифровой вычислительной техники. Ключ выполняет элементарную операцию инверсии логической переменной и называется инвертором.В статическом режиме ключ находится в состоянии «включено» (ключ замкнут), либо в состоянии «выключено» (ключ разомкнут). Переключение ключа из одного состояния в другое происходит под воздействиям входных управляющих сигналов: импульсов или уровней напряжения. Простейшие ключевые схемы имеют один управляющий вход и один выход.

Основу ключа составляет транзистор в дискретном или интегральном исполнении.

Расчёт ключа производится с целью обеспечения статического и динамического режимов, при которых в заданном диапазоне происходит надёжное включение и выключение транзистора с требуемым быстродействиям.

Данный транзистор имеет следующие параметры при Тп = 25°С: h 21 мин = 50; Ь21мак = 350; Шэ нас = 0,4В; 1к нас = 20мА; Ибэ нас =1,1В; ибэ мак = 6В; 1к мак = ЮОмА.

Порядок расчета:

1. Выбор источника коллекторного питания. Значение источника Е выбирают по заданной амплитуде выходного напряжения

Е = (1,11) х U = (1,11) х 9 = 9,68(B), при этом должно выполняться неравенство

Е х идоп = 20(B), выбираем Е < 9,7 В.

2. Нахождение базового тока насыщения транзистора.

16 нас = Шит / ( R5 + R6 + R7 ) 16 нас = 9В / ( 50 + 100 + 470 )кОм = 8,1мкА

3. Нахождения коллекторного тока насыщения транзистора.

1к = h 21э 16 + 1кэо ~ h 21э 16.

щ

IK Hac = h2l3 х 16 Ik нас = 350 х 8,1 х 0,000001 = 20мА, что соответствует табличному значению.

4. Помехоустойчивость транзисторного ключа тем больше, чем выше коэффициент насыщения:

К нас = 16 нас /16 гр = h 21э 16 нас / 1к нас К нас = 350 х 8,1 х 0,000001 20 х 0,001 = 1,0125

5. При переключении входного напряжения ток базы меняет направление, и становиться равным:

16 = (U6 - ибэ нас )/ R6 16 = (9В - 1,1В)/1,4Мом = 0 А (транзистор закрыт)

7. Охрана труда

К работе на установке допускаются лица, изучившие настоящее техническое описание и инструкцию по эксплуатации, инструкцию по технике безопасности при работе на данном оборудовании, а также прошедшие местный инструктаж по безопасности труда.

Установку может обслуживать один оператор, имеющий квалифицированную группу по технике безопасности не ниже третьей.

Перед эксплуатацией установку подключить к цеховому контуру заземления, для чего соединить болты заземления всех составных частей установки с цеховым контуром заземления голым медным проводом с сечением не менее 10 мм2.

Регламентные работы, осмотры и ремонт механизмов производить только после отсоединения сетевого жгута установки от сети питания.

Запрещается во время работы отключать кабели, соединяющие между собой отдельные составные части установки.

Запрещается работа на установке при снятых обшивках и кожухах, выдвинутых блоках, открытых дверях составных частей установки.

При необходимости доступа к элементам источника высокого напряжения (источника питания ионной очистки БП-94), расположенного в верхней части нижней половины стойки питания и управления, следует отключить установку от питающей сети и снять при помощи специального разрядника остаточные статические заряды с выходных конденсаторов БП-94.

Запрещается пользоваться огнём при работе по обезжириванию и чистке установки и инструмента бензином и спиртом.

Запас бензина и спирта, предназначенного для промывки и чистки установки, не должен превышать потребности для проведения этих работ. Сосуды под спирт и бензин должны быть небьющимися, с герметически закрывающимися крышками.

Снятие, осмотр и ремонт нагревателя паромасляного насоса производить только после отключения установки от сети питания.

Заливку жидкого азота в сосуд Дьюара АСД-16 производить осторожно, не допуская разбрызгивания жидкого азота и попадания капель на незащищённые^части тела.

Работы с кристаллом КРС-5У-ИК-1 выполнять в резиновых перчатках. По окончании работ вымыть руки с мылом.

8 Экология

Установки следует хранить в условиях, установленных для группы "2" по ГОСТ 15150-69. '

В помещении для хранения установок наличие в воздухе паров кислот, щелочей и прочих агрессивных примесей не допускается.

Средний срок сохраняемости установок не более 3-х лет

Заключение

В ходе курсового проектирования разработан алгоритм технического обслуживания источника углеродной плазмы. Изучена работа установки упрочняющих покрытий УВНИПА-1-001.

Применение методов упрочнения инструментов за счёт сложного легирования инструментальных материалов в настоящее время в большей степени ограничено из-за дефицитности ряда элементов. В связи с этим актуальной задачей является создание принципиально новых инструментальных материалов, так называемых композиционных, которые обладают повышенной поверхностной износостойкостью наряду с относительно высокой прочностью и вязкостью основы.

Таким образом, нанесение износостойких покрытий на инструментальные материалы позволяет приблизиться к решению задачи "идеального" инструментального материала, обладающего высокой износостойкостью.

Перечень используемых источников

1. Установка нанесения упрочняющих покрытий УВНИПА-1-001: Техническое описание и инструкция по эксплуатации 3.279.070 ТО. - АО "Кварц", г. Калининград, Россия, 1996.

2. 3ащита от коррозии. Покрытия металлические и неметаллические неорганические.- Москва, 1990. - Т. 1.

3. Установка нанесения упрочняющих покрытий УВНИПА-1-001: Формуляр 3.279.070 ФО.

Размещено на Allbest.ru