Термошкаф

Объектом герметизации является блок вычислителя БВ-104 фирмы Элкус. Блок вычислителя состоит из 4 плат с габаритными размерами – 96х90х(17xn) мм., где n – количество плат. Масса прибора 700г. Напряжение питания +27 В.

На основе заключений сделаем следующие выводы:1) конструкция  должна быть технологична 2) в конструкции должны максимально использоваться унифицированные, нормализованные и стандартные детали и материалы 3) конструкция РЭА должна иметь минимальные габариты и массу 4) конструкция  должна иметь простоту управления и обслуживания 5) минимально возможные затраты времени, труда на изготовление и иметь минимальную стоимость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Эскизный проект.

Конструкция корпуса  блока вычислителя должна надежно  защищать прибор от попадания воды и различных частиц. Рассмотрим вариант, показанный на рис.2.

 

Рис. 2

Крышка корпуса  имеет выступ, который надежно  садиться в корпус. Конструкция будет более надежная, если применить резьбовое соединение. От попадания пыли, солей и влаги во внутрь будет защищать герметик. Для удобного использования прибора необходимо, чтобы углы корпуса имели скругление, а поверхность была гладкая. Соединение будет разъемным, но с последующем демонтажем, т.к. после разъединении герметик будет неэффективно выполнять свои функции. Поэтому необходимо нанести дополнительный слой герметика.

 

 

 

Рис.3

Вариант, представленный на рис. 3, предполагает использование  резиновой прокладки. Но со временем прокладка, под воздействием влаги, будет разбухать и приведет к  расслоению.

Поэтому целесообразно применить  для защиты от воздействия внешних факторов герметик. Он так же надежно будет соединять корпус и крышку прибора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Технический проект.

3.1 Выбор вида герметизации.

Герметизация  РЭА  является надежным средством  защиты от воздействия от пыли, влажности  и вредных веществ окружающей среды. Различают индивидуальную, общую, частичную и полную герметизацию

Индивидуальная  герметизация допускает замену компонентов РЭА при выходе их из строя и ремонт изделия. При общей герметизацию (она проще и дешевле индивидуальной ) замена компонентов и ремонт возможны только при демонтаже гермокорпуса, что может вызвать затруднения. Выбор вида герметизации зависит от срока службы РЭА. Если он мал и отсутствует необходимость в уходе, то целесообразно герметизировать все изделия, в противном случае герметизируют компоненты или РЭА в целом.

Полная герметизация путем помещения  изделия в герметичный кожух является самым эффективным способом защиты, но и дорогим. При этом возникает необходимость в разработке специальных корпусов, способов герметизации внешних электрических соединителей, элементов управления и индикации. Стенки герметизируемых изделий должны противостоять значительным усилиям из-за разницы давлений внутри и снаружи изделия. В результате увеличения жесткости конструкции возрастает ее масса и размеры.

Для частичной герметизацию РЭА применяют пропитку, обволакивание,  заливку   как   компонентов,   так   и   РЭА   лаками,   пластмассами   или компаундами на органической основе. Они, как правило, не обеспечивают герметичность в течение длительного времени.

Выбираем полную герметизацию, так как она наиболее эффективно защищает прибор от проникновения  воды, газов, солей и вредных веществ, с последующим заполнением инертным газом при повышенном давлении. Заполнение газа необходимо для предотвращения образования каплей воды внутри корпуса при понижении температуры.

 

Основным требованием  к герметизации является предотвращение конденсация влаги внутри прибора конструктивного элемента даже при самых низких рабочих температурах. Для определения максимальной влажности и температуры герметичных приборов и их конструктивных элементов удобно пользоваться диаграммой влажности воздуха (диаграммой Молье)Рис 4.

Рис.4. Диаграмма  Молье.

 

Для герметизации в корпус закачивается воздух, так  как его применение широко распространено в практике герметизации, при этом в корпусе создается избыточное давление 1,5 атмосферы для предотвращения попадания воздуха во внутрь корпуса.

По диаграмме  Молье определяю, что азот необходимо закачивать при температуре -12 °С для того, чтобы предотвратить образования влаги внутри корпуса. Поставили жёсткие рамки относительной влажности.

Помимо закачивания воздуха бывает: пропитка, обволакивание и заливка.

Пропитка - процесс заполнения изоляционным пленкообразующим материалом пор и малых зазоров в компонентах РЭА с целью увеличения их электрической и механической (защита от повреждений) прочности, влаго-, нагрево- и химостойкости.

Обволакивание - процесс образования покровных оболочек на поверхности изделия, предназначенных для кратковременной работы в условиях воздействия влаги. Обволакиванию может предшествовать пропитка.

Заливка - процесс заполнения изоляционным материалом свободного пространства между узлом и стенкой защитного корпуса. Изделия без корпуса заливают в специальной форме. При помощи заливки можно нанести защитный слой компаунда на поверхность узлов РЭА, заполнять зазоры и т.п. Заливка выполняется при нормальном, повышенном давлении или под вакуумом. Наилучшие результаты дает чередование вакуума и повышенного давления. Заливка узлов РЭА, кроме защиты от метеорологических факторов, позволяет улучшить изделие с точными геометрическими размерами и высокой чистотой обработки поверхности, повышает механическую прочность.

Широкое распространение  эти методы защиты изделия получили благодаря простоте технологического процесса, минимальному расходу материалов. По степени обеспечения влагостойкости обволакивание уступает заливке.

Обволакивание, пропитка и заливка не заменяют полную герметизацию, т.к. не исключают проникновения влаги внутрь изделия [1].

Выбираем пропитку. Между корпусом и крышкой корпуса необходимо нанести слой герметика, для надежной защиты от попадания пыли и влаги. Слой герметика необходимо залить по всему контуру соединения. Процесс обволакивания не подходит, т. к. прибор будет сильно нагреваться. Процесс заливки ставит вопрос об ограничении температурного режима.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Выбор  материала

 

При конструировании  герметичных корпусов необходимо правильно выбрать материалы. Главным требованием к материалам, применяемым для изготовления герметичного корпуса, является устойчивость к воздействию влаги и коррозии.

Из  металлов целесообразнее выбирать алюминий, так как он сочетает в себе такие разные качества как:

высокую прочность  при небольшом весе;

пластичность;

устойчивость к воздействию внешней среды;

невысокую стоимость.

Все эти качества делают предпочтительнее выбор алюминия, как материала, из которого изготовят корпус.

Кроме того, рассматривая температурные режимы работы блока  вычислителя, алюминий имеет хорошую  теплопроводность. Коэффициенты теплопроводности материалов приведены в табл. 1

Таблица 1

 

Коэффициенты  теплопроводности К материалов, ккал/(м*ч*с С)

Материал	К
Серебро	360
Медь	340
Алюминий	174
Вольфрам	138
Латунь	100

 

Применение  серебра экономически нецелесообразно, применение меди ввиду прочностных  свойств так же неэффективно, алюминий представляется лучшим выбором в  качестве материала.

3.3 Разработка  конструкции элементов.

 

Герметичный корпус представляет собой две детали:

-алюминиевый  корпус. (Рис.5)

 

Рис.5 Алюминиевый корпус

- крышка (рис 6)

 

Рис.6  крышка

 

Габаритные  размеры герметичного корпуса в  первую очередь определяются габаритными размерами самого блока вычислителя БВ-104, после, необходимо обратить внимание на удобство монтажа плат блока вычислителя в корпусе. Важно избегать контакта, прямого или косвенного, плат блока вычислителя и корпуса, так как это приведет к быстрому выходу из строя БВ-104. При прямом контакте возможно короткое замыкание, при косвенном, то есть платы блока будут касаться проводов, выведенных от них к разъему, возможно протирание изоляции проводов, что так же может привести к короткому замыканию. Поэтому не обходимо свободное пространство вокруг плат блока вычислителя.

Таким образом, я определила размеры алюминиевого корпуса следующие:

• длина 113 мм;
• ширина 109 мм;
• высота 89 мм.

Алюминиевый корпус изготавливается  с помощью литья  с последующим фрезерованием из сплава алюминия АЛ9. Сплав  АЛ9 выбран исходя из того, что он хорошо поддается механической обработки. Из сплава этой марки уже производятся корпуса электродвигателей, насосов, компрессоров и т.д. [3].

В алюминиевом  корпусе предусмотрены два отверстия под трубки, через которые осуществляется закачка азота при герметизации. После чего трубки запаиваются припоем ПОС 61 с флюсом (хлористый цинк). Применение припоя ПОС 61 обусловлено его малым температурным интервалом кристаллизации, так как это позволяет избежать растрескивания при пайке, что обеспечивает непроницаемость воды в герметичный корпус блока вычислителя [1].

Крышка герметичного корпуса так же изготовляется  из алюминия, так как при выборе материалов необходимо учитывать разности электрохимических потенциалов. Так пара электрически контактирующих материалов в присутствии электролита (атмосферные осадки) может подвергаться контактной коррозии. Интенсивность коррозии зависит от разности потенциалов, возникающих на месте контакта металлов. При выборе материалов необходимо руководствоваться следующим:

• разность потенциалов двух метало должна быть малой;
• металлы следует покрывать защитными слоями.[2]

 

Таблица 2

Потенциал металлов

 

Поэтому разумно  использовать тот же материал, что  используется при изготовлении корпуса, то есть сплав алюминия АЛ9.

Соединение  корпуса и крышки осуществляется резьбовым соединением, а также  нанесением слоя герметика. Герметики применяются для устранения микродефектов (пор, трещин), также для стопорения, законтривания резьбовых соединений любого диаметра взамен разнообразных контрящих механических приспособлений. Это один из самых простых способов придания резьбовым соединениям устойчивости к действию вибрации, тряски, ударных нагрузок. Полностью заполня пространство между витками резьбы, герметик способствует равномерному распределению нагрузок по длине резьбы, устраняет утечку газов, жидкостей. При малых размерах герметичных швов допускается использование герметиков типа "Виксинта". Выберем "Виксинт К-18" - воздействие воздуха с повышенной влажностью, бензина и морской воды, а также температур 213...523°К в течение 200 ч. [4 ].

 

 

4. Защита аппаратуры от воздействия влажности

Алюминиевый корпус блока вычислителя  необходимо защитить от воздействия  внешней среды для увеличения его срока службы. Для этого применяются металлические, химические и лакокрасочные покрытия.

Металлические покрытия образуют с  основным материалом детали контактную пару. В зависимости от полярности потенциала различают покрытия анодные (отрицательный потенциал покрытия по отношению к основному металлу) и катодные (положительный потенциал покрытия). При коррозии может разрушаться как основной металл детали, так и покрытие. Разрушение происходит из-за наличия пор в покрытиях, повреждений в виде сколов, царапин, трещин, возникающих в процессе эксплуатации, и будут тем интенсивнее, чем больше разница электрохимических потенциалов между основным металлом и покрытием. При анодном покрытии вследствие коррозии разрушается само покрытие,  при катодном – основной металл.

В качестве материалов покрытий наибольшее распространение получили никель, медь, цинк, кадмий, олово и серебро. Толщина  покрытия выбирается в зависимости  от материала и способа нанесения  покрытия. Для улучшения механических и защитных свойств покрытий рекомендуются к применению многослойные покрытия из разнородных материалов.  Толщина покрытия обычно равна 1-15 мкм.

Оксидирование - получение окисной пленки на стали, алюминии и его сплавах. Покрытие имеет хороший внешний вид, антикоррозионные свойства, но оно микропористое и непрочное. Последнее свойство покрытия позволяет его использовать как грунт под окраску.

Анодирование - декоративное покрытие алюминия и его сплавов электрохимическим способом. Защитная пленка химически устойчива, обладает высокими электроизоляционными свойствами, надежно защищает от коррозии, может быть окрашена.