电阻蒸发镀膜机构设计及有限元仿真.docx

《电阻蒸发镀膜机构设计及有限元仿真.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电阻蒸发镀膜机构设计及有限元仿真.docx（44页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、摘要目前电镀机构的功能比较有限，一般只能使用原材料的镀膜固定设计和尺寸的零件，如果需要镀膜的其他尺寸和材料的零件，需要重新设计特殊的模型。不使用特殊型号，加工材料相同，但如果所需尺寸小于加工前的原材料，切割过程中可能会浪费部分原材料。因此，本课题除了对电阻蒸发镀膜机真空系统的设计和转架结构的设计外，还进行了夹具的创新设计，使电阻蒸发镀膜机具有通用化的功能。通过提出简单的设计理念来设计实现了电阻真空蒸发镀膜机，具体为真空室为主体，真空泵抽真空，可调换式蒸发源镀膜，以及转架结构旋转实现均匀镀膜等的主要设计。然后对某些零件进行有限元分析。此外，我还创新设计了一个镀件尺寸与镀材蒸发温度的调节机构，主要

2、目的是实现自定义且灵活地生产和降低生产成本，同时能节约部分材料，以响应绿色生产与节能减排。关键词：电阻蒸发镀膜；创新设计；调节机构；有限元分析ABSTRACTAtpresent,thefunctionsofelectroplatinginstitutionsarerelativelylimited,andtheycanonlyusethecoatingofrawmaterialstofixthedesignandsizeofparts.Ifothersizesandmaterialsofpartsneedtobecoated,specialmodelsneedtoberedesigned.No

3、specialmodelsareused,andtheprocessingmaterialsarethesame.However,iftherequireddimensionsaresmallerthantherawmaterialsbeforeprocessing,somerawmaterialsmaybewastedduringthecuttingprocess.Therefore,inadditiontodesigningthevacuumsystemandrotatingframestructureoftheresistanceevaporationcoatingmachine,thi

4、sprojectalsoinnovativelydesignedthefixturetomaketheresistanceevaporationcoatingmachineuniversal.Byproposingasimpledesignconcept,aresistancevacuumevaporationcoatingmachinewasdesignedandimplemented,withavacuumchamberasthemainbody,avacuumpumpforvacuumpumping,anadjustableevaporationsourceforcoating,anda

5、rotatingframestructuretoachieveuniformcoating.Thenperformfiniteelementanalysisoncertainparts.Inaddition,Ihavealsoinnovativelydesignedaregulatingmechanismforthesizeofplatingpartsandtheevaporationtemperatureofplatingmaterials,withthemainpurposeofachievingcustomizedandflexibleproductionandreducingprodu

6、ctioncosts,whilesavingsomematerialstorespondtogreenproductionandenergyconservationandemissionreduction.Keyword：Resistanceevaporationcoating;Innovativedesign;Regulatingmechanism;Finiteelementanalysis第1章绪论1.l课题的研究背景及意义电阻真空蒸发镀膜法，简称真空蒸镀，是一种在真空室里，加热电阻蒸发容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子从表面气化逸出，形成蒸气流，入射到固体（称为衬底或基片）表面，凝

7、结形成固态薄膜的方法。4镀膜目的一般可以分为3种：一种是强化性镀膜，主要用于工件表面的强化，如刀具耐磨性的强化镀膜;一种是保护性镀膜,主要用于工件表面防止腐蚀的保护镀膜;还有一种是装饰性镀膜，对产品进行表面镀膜，如对金属表带、手机壳和眼镜架等镀金银等来提升外观价值。根据不同材料镀不同的膜从而实现不同运用目的，如非金属透明材料的话是主要是获得某些光学特性比如偏光，反光等，一般用光学镀膜材料镀膜，要么就是玻璃的强化镀膜。不透明非金属材料主要就是强度和表面光滑度方面，主要是镀一些氧化物材料膜，或是一些消光树脂。金属材料主要是强度和防氧化防腐蚀方面，主要镀一些合金膜或者氧化材料膜，当然也能镀一些惰性金

8、属单质膜。其次就是镀贵金属膜的目的主要是为了美观和价值如镀金钳等，也有些是为了良好的物理化学性能如银钏等。本次电阻蒸发镀膜的课题研究的方向是想建立一套可调节式的电阻蒸发镀膜机。意义如下：本课题研究的意义：为解决工业生产对真空镀膜设备的功能单一，材料浪费，操作不便等问题，因此需要研究设计一款通用性的蒸发镀膜机构。电阻蒸发镀膜新技术的发展可以在改进蒸发源结构和材料、通用设计等方面为节约资源，保护环境，提升镀膜效率、降低成本等方面做出贡献，一机多用同时也能节省大量专用加工设备的制造。1.2 电阻蒸发镀膜机国内外研究现状及发展趋势1.2.1 国内外研究现状在国外，经过半个世纪的沉淀和发展，真空蒸镀膜技

9、术的许多子技术在许多工业领域能较为成熟地应用，逐渐形成了一个大型的薄膜制备和涂层产业链。改进了以电阻蒸发镀膜技术、真空磁控溅射镀膜技术和化学镀膜技术为代表的镀膜工业技术体系;不同涂层技术的技术相互交叉、融合，形成了一种多样、集成的涂层工艺，衍生出了与其他工业技术的融合技术。这些技术在能源领域如电力、石油、煤炭等行业，以及汽车零部件加工、废水处理、机械模具制造等领域的技术，在创新设计和工艺改进中发挥着重要作用。现目前，国外精密电阻蒸发镀膜技术和设备有其独特之处。我们必须相互学习，从本质是丰富学识，为国家镀膜领域添砖加瓦。国内设备在自动化、膜厚度控制的准确性和设备的可靠性方面都有所提高。国内工业中

10、用于蒸发涂层的蒸发源材料受蒸发温度的限制，难以使用高熔点的蒸发原料。电阻蒸镀机在真空蒸镀过程中，不能使用其他粘合剂，因此蒸镀涂层的附着力较差。为了确保电阻蒸汽涂层的附着力，随后必须进行特殊的喷涂和油处理。为了提高散热器的使用寿命，由氮化硼合成的使用寿命更长的导电陶瓷材料已被国内外用作加热器。因此，有必要在中国设计一种电阻蒸发涂层系统，该系统可以使用高端控制材料，可以控制涂层精度并具有良好的附着力，并可以应用于生产实践，以降低生产成本，提高生产效率。1.2.2 发展电阻蒸发镀膜技术的目标电阻蒸发镀膜技术的发展目标：目前电阻蒸发镀膜成本较高的原因有很大一部分主要就是蒸发源材料的消耗太快，且熔点也比

11、较高，导致通电加热的能耗较大。此外就是板材边料切除浪费以及尺寸不合需定制专用夹具这些方面都会造成成本上升。需要解决这类研发创新问题，可与企业和各大高校的进行合作，理论知识与实践制作进行完美结合，进行优化设计和创新设计以及选择合适蒸发源的材料。来降低生产成本的同时能提高生产水平，也可提高学校学生们的就业率和培养创新性人才。1.3 课题研究的主要内容首先通过查阅资料寻找目前电阻蒸发镀膜机的局限性或缺点。再根据这些问题尝试通过创新设计和优化设计来补足这些问题。确定好方向后，再查阅相关的设计手册和书籍确定各个结构的功能参数和外形参数，这个过程还包括参数的查阅、计算以及修改校核等然后根据外形参数使用So

12、lidWorks,和中望3D两种建模软件，双开对镀膜机进行模型搭建，这次3维就建模主要集中于通用化创新设计，包括箱体。合页，升降压夹机构、尺寸调节机构、转架结构等。搭建好的装配体及相关零件后对这些进行装配图、零件图、啮合图等的标注出图，本次出图为3张A0；最后从所有零件里选择几个重要的零部件进行有限元分析，比如箱体、承重杆等零部件进行加有限元分析，分析其结构是否设计合理以及可承受的加载范围等待，然后对整体设计进行总结，以完成本次课题设计。1.4 课题需要解决的主要内容本次需要解决的主要内容是根据现目前电阻蒸发镀膜机的缺点进行创新设计，即设计一个方便实用且通用化的电阻蒸发镀膜机模型，来补足部分电

13、阻蒸发镀膜机的缺点。而此次创新设计需要解决的问题是现目前电阻蒸发镀膜机功能单一，材料浪费等问题。材料浪费主要在于镀膜完成后对未镀膜部分的修剪，而功能单一的问题较多，如被镀件形状尺寸固定，蒸发源固定，及每种镀件都需要设计和使用与之相配合的专用电阻蒸发镀膜机，虽然目前电阻蒸发镀膜机从单一镀到批量镀件逐步成熟，但还是不能满足工业生产需求。为此，我将设计一个具有镀件尺寸电动调节功能、电动压夹功能、以及蒸发源镀材自定义的电阻蒸发镀膜机设计，同时还满足批量镀膜和3D异形镀膜。尺寸调节的目的是实现尺寸、外形自定义镀膜的同时减少修剪浪费，电动结构设计是为了操作方便，可通过PLC和位移角位移传感器对电机实现自动

14、化控制，蒸发发源自定义功能可实现镀膜尺寸加厚加大的处理以及不同镀膜材料复合镀膜的处理，为此蒸发源的调节、更换、添减操作需设计得都比较方便。这次通用化创新设计能补足现目前电阻蒸发镀膜机存在的大多数问题，这个设计对其他形式的镀膜机也适用。1.5 本章小结本次课题需设计电阻蒸发镀膜机方向，通过结合现有的真空镀膜机的真空系统设计进行学习，学明白其中的工作原理，进而设计真空室内部创新夹具以及夹具相关的转架结构，实现被镀膜件跟随尺寸调节和压夹结构共同旋转，从而使镀膜层能较为均匀地制作。然后合理选用各个机械泵，罗茨泵，扩散泵等各级抽气泵，再将选用好的抽气泵参数带入公式计算各部分的抽气速度，可通过合理搭配一台

15、或多台泵提高抽真空的速率，提升产品质量。本次课题设计对我来说，是一次熟悉和学习电阻蒸发镀膜机原理以及设计制造过程，为后续创新设计以及专业能力的综合训练提供一个参考和体验的机会。第2章电阻蒸发镀膜技术相关概论2.1 电阻蒸发镀膜工作原理电阻蒸汽涂层的功能原理：.在恒定真空度的镀膜仓中，通过电加热蒸发镀膜材料。蒸发的材料原子扩散到真空室，然后冷却蒸汽原子并附着到涂被镀件的表面，而吸附在涂覆工件表面上的蒸发原子又通过表面扩散扩散到工件的表面扩散，蒸发冷却后在形成的团簇原子间发生二维碰撞，其中的一部分原子在蒸发前在表面停留与扩散的蒸发原子碰撞，吸附或释放单个原子，当原子数超过一定临界值时，成为稳定的核

16、，连续吸附其他扩散原子，逐渐生长，最终与相邻的稳定核熔融，形成工件的连续表面膜；电阻蒸发镀膜是指在特定要求条件的真空度下，将蒸发源材料与被镀件同时放在真空室中，然后通过加热蒸发源材料让其挥发，当蒸发的气体镀膜材料与被镀件表面接触后便在镀件表面上聚积形成具有一定厚度的膜层。（如图2-1所示为电阻蒸发镀膜简易原理示意图）：图电阻延拓信厢原理示童图2.2 蒸发镀膜的方法本节主要介绍两种蒸发镀膜的方法，电阻真空蒸发镀膜法和电子束真空蒸发镀膜法，其中电阻真空蒸发镀膜法是课题必选方法，而电子束真空蒸发镀膜法是对蒸发镀膜相关知识的拓展学习，电阻真空蒸发镀膜法：该涂层工艺采用铝丝等材料，这些材料具有较高的熔融温度，可用于高电阻加热镀膜原材料蒸发或使用其它容器储存用于电阻加热镀膜的蒸发源材料。该镀膜方法的优缺点：真空度要求较低，使用的蒸发原料成本相对较低，因此镀膜机成本也相对较低。但镀层精度低，仅适用于大面积和粗镀行业。另外，电阻加热的温度