Участок заливки и герметизации: назревшая необходимость модернизации

№ 8’2014
PDF версия
При производстве техники специального назначения часто используют отечественные компаунды и герметики. Это и всем известные компаунды типа «Виксинт», и эпоксидные компаунды типа ЭД‑20, КДС‑174, и клеи-герметики ВК‑9, ВГО и другие. До настоящего времени применение этих материалов было возможно в основном ручным способом, с помощью подручных средств и без соответствующего профессионального оснащения и автоматизации участков заливки и герметизации. Как ни удивительно, но важные производственные участки, обеспечивающие повышенную надежность техники, все годы бурного обновления отечественных производств были неоправданно забыты и на многих предприятиях выглядят точно так же, как и 20–40 лет назад. Как следствие, страдают качество, надежность и технологичность отечественной продукции. Могут ли участки заливки и герметизации по уровню автоматизации, технологичности и качества соответствовать современным цехам микроэлектроники, сборки печатных узлов и металлообработки? Могут. Именно об этом данная статья и описанные в ней результаты опытно-конструкторских работ.

Существующая ситуация с организацией участков заливки и герметизации

Прежде всего, следует отметить, что многие из отечественных компаундов и герметиков, применяемых при производстве техники специального назначения, разработаны в середине прошлого века, но отнюдь не утратили своей актуальности, широко используются и зачастую являются весьма конкурентоспособными с точки зрения эксплуатационных свойств. Кроме того, в большинстве случаев только отечественные компаунды и герметики прописаны в спецификациях, неоднократно проверены и одобрены для применения в производстве изделий специального назначения.

Ахиллесовой пятой клеев и компаундов отечественного изготовления остается их крайне низкая технологичность. Вызвано это следующими факторами:

  • нестабильность свойств компонентов от партии к партии и широкий диапазон допуска по технологическим параметрам (например, динамическая вязкость, соотношение смешивания компонентов и др.);
  • трудно реализуемые пропорции смешивания компонентов: например, для получения готовой смеси компаунда «Виксинт У‑1-18» необходимо смешать пасту У‑1 и катализатор № 18 в соотношении 400:1 по объему (и это при колоссальной разности в вязкости);
  • необходимость введения в компаунд абразивных наполнителей (в частности, кварца, алюминиевой пудры) для придания дополнительных свойств.

Перечисленные особенности приводят к тому, что в большинстве случаев заливка и герметизация с помощью отечественных компаундов выполняется вручную. Из-за технологических особенностей материалов и ручного применения на многих предприятиях России инженеры сталкиваются с трудностями в построении стабильного процесса заливки и герметизации, повышенным расходом материалов, браком продукции. Специалистам предприятий приходится непосредственно контактировать с вредными компонентами при подготовке и смешивании компаундов (рис. 1).

Типичная картина на участке заливки компаундов на производстве специальной техники в России

Рис. 1. Типичная картина на участке заливки компаундов на производстве специальной техники в России

На большинстве производств ручной технологический процесс заливки выглядит таким образом:

  • с помощью бытовых весов отмеряют необходимое количество компонентов;
  • затем компоненты сливаются в общую тару, в которой производится смешивание либо вручную, либо с помощью подручных бытовых или строительных приборов (например, кухонных миксеров, электродрелей и шпателей);
  • далее приготовленный таким образом компаунд загружают в шприц, из которого и производят дозирование непосредственно в изделие (иногда с предварительной дегазацией материала).

Такая организация процесса может привести к следующим последствиям:

  • нередко нарушается пропорция смешивания из-за значительного человеческого фактора и использования примитивных бытовых весов и миксеров. Как следствие, время отверждения материала может «плавать» в широких пределах, а в некоторых случаях полимеризация материала оказывается вообще невозможной (рис. 2);
  • конечные свойства материала могут не соответствовать требуемым эксплуатационным характеристикам (адгезия, прочность, эластичность, твердость);
  • при ручном смешивании в смесь попадает большое количество воздуха, который останется в полимеризованном материале и может привести к отказам при эксплуатации;
  • сразу же после смешивания компоненты материала начинают реагировать. Это приводит к изменению вязкости во времени, то есть каждое изделие фактически заливается материалом с разной вязкостью. Как следствие, возможно плохое заполнение изделия материалом, снижение адгезии, отсутствие герметичности.
Бракованная продукция после ручной заливки двухкомпонентным компаундом

Рис. 2. Бракованная продукция после ручной заливки двухкомпонентным компаундом

Важно помнить, что факт некачественной заливки трудно проконтролировать в закрытом объеме разъема или изделия. И даже при налаженном выходном контроле продукции дефект операции заливки может проявить себя в самый неподходящий момент, порой только при эксплуатации изделия в жестких условиях.

Все усугубляется тем, что даже при наличии эффективного выходного контроля и надежном методе обнаружения некачественной заливки или герметизации полностью удалить компаунд из изделия в случае необходимости крайне трудоемко, а зачастую невозможно. Соответственно, невозможно или крайне затруднительно и проведение ремонта и повторной заливки. Поэтому необходимо так организовать процесс заливки и герметизации, чтобы результат был 100% стабильным от изделия к изделию и все составляющие процесса контролировались, измерялись и если нужно — автоматически корректировались.

Пример применения двухкомпонентного компаунда «Виксинт У‑2-28»

Рис. 3. Пример применения двухкомпонентного компаунда «Виксинт У‑2-28»

На рис. 3 отчетливо видно, что заполненный вручную разъем содержит большое количество полостей и пузырей, что является результатом ручного смешивания и дозирования. Неполное либо пористое заполнение корпуса разъема может привести к «натягиванию» влаги внутрь, коррозии электрических соединений в местах пайки, токам утечки, а в результате — и к отказу техники. Выявить данный дефект визуально, по внешним признакам практически невозможно.

 

О современном подходе к организации технологического процесса заливки на базе отечественных материалов

Таким образом, для обеспечения качественной заливки и герметизации изделий необходимо переходить от ручного труда к автоматизированным системам подготовки смешивания и дозирования компаундов. Современные решения в данной области позволяют обеспечить качественную подготовку компонентов материалов (в том числе с вакуумированием, нагревом), стабильное и повторяемое смешивание компонентов в правильной пропорции с соотношением от 100:100 до 100:0,25, точное дозирование материалов со 100%-ным повторением объема дозы для каждого изделия.

При этом работа с большинством отечественных двухкомпонентных компаундов на современном оборудовании до недавнего времени была попросту невозможной из-за значительного различия свойств зарубежных и российских материалов, а также сложных характеристик отечественных материалов, практически исключающих автоматизированное применение.

Для выхода из сложившейся ситуации и обеспечения возможности модернизации участков заливки и герметизации было принято решение о тестировании наиболее популярных российских материалов и серии опытно-конструкторских работ в области двухкомпонентных систем дозирования для специфики отечественных предприятий. Участие в данной работе принимали группа компаний «Остек» и технологический партнер из Германии — Dopag. Цель исследования — сконструировать системы дозирования, способные эффективно и стабильно работать с отечественными материалами типа «Виксинт», ЭД‑20, КДС‑174, ВК‑9 и другими.

Для тестовых работ с материалами «Виксинт К‑68», ПК‑68, ВК‑9, КДС‑174 испытания проводились на модернизированной установке Dopag Eldomix 103 (рис. 4) с высокоточными шестеренчатыми насосами и сменным вращающимся статическим смесителем, сочетающим преимущества динамического и статического миксеров. Данный тип оборудования обеспечивает качественное смешивание компонентов материала и не требует дорогостоящей промывки растворителем. Результаты тестов фиксировались в отчетах, и для каждого материала были подобраны оптимальные параметры работы оборудования.

Лабораторная установка DOPAG Eldomix 103

Рис. 4. Лабораторная установка DOPAG Eldomix 103

Для материалов «Виксинт У‑1-18», «Виксинт У‑2-28», «Виксинт У‑4-21» в качестве базы для построения системы дозирования была выбрана установка Dopag Metamix (рис. 5), доработанная с учетом технологических особенностей материала. Была внедрена система специально созданных высокоточных дозирующих клапанов. Особенностью данной установки является забор основного компонента прямо из заводской тары (30 л) без доступа воздуха, а также использование стандартного статического смесителя.

Установка подготовки, смешивания и дозирования двухкомпонентных высоковязких компаундов Dopag Metamix

Рис. 5. Установка подготовки, смешивания и дозирования двухкомпонентных высоковязких компаундов Dopag Metamix

Для отработки процесса дозирования материала с абразивными наполнителями (КДС‑174 с кварцем и алюминием) модернизирована и доработана установка Dopag Metamix. Конструкция ее дозирующих поршневых насосов позволяет уверенно работать с абразивными наполнителями, например кварцем с частицами до 100 мкм, а индивидуально управляемый сервопривод каждого насоса гибко выставляет необходимые коэффициенты смешивания. Для удаления большого количества воздуха из смеси после введения наполнителя использован вакуумируемый бак компонента А (рис. 6). В бак А также встроена система агитации (помешивания) смеси и рециркуляции для предотвращения расслоения смеси и выпадения твердого осадка.

Процесс вакуумирования смолы КДС‑174 после введения твердого наполнителя

Рис. 6. Процесс вакуумирования смолы КДС‑174 после введения твердого наполнителя

В результате проделанных работ при использовании перечисленных модернизированных систем дозирования Dopag компоненты материалов были смешаны до однородной гомогенной массы, во всех случаях произошло полное отверждение материала без содержания воздуха в объеме (рис. 7). Подобные результаты являются отличным показателем. Достигнуть подобной повторяемости при ручном смешивании затруднительно. Усовершенствованные установки Dopag полностью отвечают требованиям для работы с материалами «Виксинт У‑1-18», «Виксинт У‑2-28», «Виксинт У‑4-21», КДС‑174, ВК‑9, ПК‑68 и другими.

Образцы отвержденного материала

Рис. 7. Образцы отвержденного материала:
а) КДС‑174 с введенными твердыми наполнителями;
б) ВК‑9; в) «Виксинт ПК‑68»

 

Заключение

По итогам проделанных работ цель была достигнута — появилось семейство машин Dopag, обеспечивающих автоматизированное применение отечественных материалов. Отклонения в коэффициенте смешивания для всех исследованных материалов составили не более 3%, что полностью отвечает технологическим требованиям. Компоненты материалов во всех случаях смешаны до однородной гомогенной массы, а также произошло полное отверждение материала. А ведь еще до недавнего времени вопрос модернизации участков заливки и герметизации оставался нерешенным.

В результате внедрения рассмотренных или аналогичных решений предприятия могут получить контролируемый, стабильный технологический процесс заливки и повысить качество продукции. Еще раз подчеркнем: автоматизация технологического участка заливки позволит увеличить производительность, обеспечить точность смешивания и дозирования клеев и герметиков, минимизировать человеческий фактор, повысить качество и надежность специальной техники отечественного производства.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *