Спосіб формування шарика на кінці дроту

Реферат: UA 80681 U UA 80681 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до обробки дроту, зокрема до способів формування з нього різноманітних виробів, і може бути використана в приладобудуванні, для виготовлення зондів Ленгмюра, в наукових дослідженнях, технологічному моніторингу плазми, виготовленні термопар, ювелірних виробів то що. Сферичні зонди Ленгмюра для дослідження плазми, незважаючи на те, що теорія для них розроблена краще, ніж для циліндричних зондів, рідко застосовуються на практиці через труднощі їх виготовлення (Методы исследования параметров плазменных образований/ Л.В. Литовченко/ - курс лекций для высших технических учебных заведений - Киев, "Миллениум", 2009-157 с). Точність показань і їх теплова інерційність залежить від розміру місця спаю, тривалості дії високої температури при виготовленні. Мінімізація цих параметрів покращує характеристики термопари. Відомий спосіб формування шарика на кінці дроту при виготовленні термопари (Ангерер Э. Техника физического эксперимента. М., Физматгиз, 1962 г., 452 с; h 11 p:// electricalschool.info/ main/ sovety/ 78-prostojj-sposob-izgotovlenija-termopar.html). Спосіб полягає в оплавленні кінців дроту електричної дугою. Недоліками цього способу є неконтрольований розмір утворюваного шарика у місці зварювання дротів, часткова зміна хімічного складу дроту. Як прототип вибраний спосіб формування шарика, що використовується при зварюванні дротових струмовідводів в електронних мікросхемах, технологія EFO (Кудряшов И. Технология микросварки проволочных выводов// Производство электроники: технологи, оборудование, материалы. №5, 2007 С. 1-6.). У цьому способі кінець дроту оплавлюється електричною дугою. Розмір кульки контролюється оптичним способом, управління відбувається мікропроцесором. Недоліками цього способу є необхідність мати складне і дороге стежаче обладнання, неконтрольований ступінь несферичності шарика. Задачею корисної моделі є формування на кінці дроту шарика заданих розмірів і сферичності, за мінімальній час, з мінімальними енерго- і трудовитратами. Поставлена задача вирішується способом формування шарика на кінці дроту, який полягає в тому, що шарик формують способом плавлення кінця дроту електричною дугою, згідно з корисною моделлю, сила струму і тривалість дії дуги визначаються кількістю тепла для плавлення і розігріву маси шарика заданого розміру при дотриманні достатньої взаємної компенсації діючих на шарик сил, а для забезпечення заданої сферичності використовують умови мікрогравітації і регулюють тепловідвід від шарика підігрівом дроту. Здійснюється пропонований спосіб наступним чином (Фіг. 1). Навпроти дроту 1 розташовують масивний електрод 2 (він має велику теплоємність і не плавиться в процесі формування шарика 3). Дрот 1 з'єднують з позитивним полюсом джерела живлення 4, негативний полюс якого з'єднують з електронним ключем 5. Другий контакт електронного ключа з'єднують з електродом 2. На дріт (в місці, де не буде формуватися шарик) поміщають нагрівач 6, який живиться через електронний ключ 7 від блоку живлення 8. За допомогою електронного ключа 5 замикають електричний ланцюг: дріт 1, джерело живлення 4, електрод 2 (при цьому між електродом і дротом запалюється електрична мікродуга 9). Мікродуга 9 оплавляє кінець дроту 1. Після плавлення необхідної частини дроту електронний ключ 5 розмикається. Оплавлена частина 3 (далі званий до остигання - розплав, після остигання - шарик) дроту 1 в процесі плавлення відчуває дію сил поверхневого натягу, пінч-ефекту, електронного тиску, сили тяжіння, кожна з яких викликає деформацію краплі і коливання її поверхні. Тому для того, щоб розплав встиг прийняти сферичну форму с точністю A t  необхідно виконати його охолодження до твердіння за час t o більшій, ніж час зменшення t капілярних коливань краплі до потрібної величини A t  . Оцінку A t  можна виконати, використовуючи вираз для моди коливань з найбільшою амплітудою і часом загасання (Щукин С.И. Исследование устойчивости капель по отношению к собственному и поляризационному зарядам: автореф. дис. на присвоен, научн. степени к-та физ.-мат. наук: спец. 01.04.14 / С. И. Щукин. - М, 1999.-16 с): 50 At   At  0exp t  xt,    8 / R3 55  12 , де: x  5 / R2 - декремент загасання коливань;  - кінематична в'язкість розплаву;  щільність металу;  - коефіцієнт поверхневого натягу розплаву; R - радіус кульки. Час остигання t варіюють зміною умов теплообміну розплаву з дротом 1 за рахунок його підігріву нагрівачем 6. З метою нівелювання впливу на форму кульки сили тяжіння запалювання дуги проводять в умовах мікрогравітації, для чого на час горіння мікродуги дріт 1 і електрод 2 1 UA 80681 U 5 переміщають вниз з прискоренням вільного падіння. З метою формування складу поверхні кульки плавлення проводять у відповідному газі (для формування чистої поверхні металу формування кульки проводять у вакуумі або атмосфері інертного газу). Для дротів різних металів діаметром менше 1 мм (а саме такі розміри становлять найбільший практичний інтерес) процес плавлення дугою в разі підключення позитивного полюса джерела живлення до дроту 1 можна вважати практично адіабатичним. Тому розміри утворюваної кульки можна оцінити з рівняння закону збереження енергії UIt  cmTm  T0   Lm , 10 15 де: U - напруга на мікродузі; I - струм дуги; t - термін дії дуги; m  4 / 3 R 3 ; Tm максимальна температура оплавленої частини дроту (тут не враховано зміну деяких параметрів з температурою, що при необхідності можна зробити). З метою перешкоджання великих деформацій розплавленої частини дроту і її відділення від дроту необхідно, щоб діючі на оплавлену частину переважаючі сили компенсувалися (якщо точніше, і це менш сильне умова, то імпульс сили за час дії мікродуги не повинен призводити до появи такого зміщення оплавленій частини, яке не згасає до моменту застигання розплаву), що виражається рівнянням Fe  Fp  F . 20 Сила електронного тиску Fe  I2mеU / e , 25 де: mе - маса електрона; e - заряд електрона. Сила пінч-ефекту   Fp   0 / 4I2 ln rd / rp , 30 де:  - магнітна проникливість;  0 - магнітна стала; rd - радіус дроту; rp - радіус дуги. Сила поверхневого натягнення F  2rd . 35 40 45 50 55 Відстань між дротом 1 і електродом 2 встановлюють 10 мкм - 300 мкм. Така довжина дуги призводить до малих втрат на випромінювання і розігрів дуги, оскільки при такій відстані електрони передають молекулам газу лише незначну частину своєї енергії (відношення мас молекули і електрона дорівнює декількох і більше тисяч), довжина вільного пробігу електрону порядку мікрометрів, отже на відстані 10 мкм електрон віддає менше 0,1 % своєї енергії. Уся остання енергія втрачається на нагрів і плавлення кінця дроту. Корисна модель дозволяє формувати шарик заданих розмірів на кінці дроту з малими затратами, за малий відрізок часу, з заданою сферичністю і можливістю формування хімічного складу поверхні. Можливість здійснення способу, що заявляється, показано наступними прикладами. Приклад 1 Була поставлена задача сформувати малий сферичного зонда Ленгмюра радіусом 200 мкм з дроту танталу радіусом 100 мкм. Для цього були використані блок живлення ВС-24, як електронний ключ були використані польовий транзистор IRFP054 і генератор імпульсів Г5-54. Величина електричного струму становила 60 А, тривалість імпульсу - 115 мкс. Відхилення поверхні отриманого шарика від сферичності зіставило 4 мкм, відхилення від заданого розміру 10 мкм (при розрахунку не враховувались залежності параметрів від температури). На фіг. 2 приведено фотографічне зображення отриманого зонда. Приклад 2. Була поставлена задача виготовити термопару. Шарик формувався на кінці скручених дротів з діаметром 90 мкм кожний. Один дріт виготовлено з алюмелю, другий - з хромелю. Були задіяні ті ж прилади, що і в попередньому прикладі. Величина електричного струму становила 2 UA 80681 U 60 А, тривалість імпульсу - 218 мкс. Отримати шарик на кінцях дротів радіусом 196 мкм. Виготовили ще 3 термопари, повторюваність розмірів зіставила 2 %. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб формування шарика на кінці дроту плавленням його кінця електричною дугою, який відрізняється тим, що сила струму і тривалість дії дуги визначаються кількістю тепла для плавлення і розігріву маси шарика заданого розміру при дотриманні достатньої взаємної компенсації діючих на шарик сил, а для забезпечення заданої сферичності використовують умови мікрогравітації і регулюють тепловідвід від шарика підігрівом дроту. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3