СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ИЗДЕЛИЙ С СОЕДИНЕННЫМИ ПРИПОЕМ ДЕТАЛЯМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C22B7/00 C22B25/06 

Изобретение относится к получению цветных металлов и сплавов из вторичного сырья и может быть использовано при регенерации изделий, имеющих детали, соединенные оловянно-свинцовым припоем, преимущественно печатных плат электронных блоков, с раздельным извлечением припоя и деталей.

Известен способ регенерации изделий, имеющих детали, соединенные припоем, преимущественно печатных плат (Като Сигеру, Рокукава Наганори, Сакамото Хироси. Извлечение металлов из печатных плат электронных блоков. Ресурсы, 1992, 4, N 1, с.13-21 (яп.); РЖ "Металлургия", реф. 6Г239, 1993), включающий полное разрушение изделий в молотковых дробилках, классификацию продуктов разрушения, многостадийную магнитную сепарацию железа и электростатическую сепарацию цветных металлов, в том числе олова и свинца, с последующим извлечением компонентов методами гидрометаллургии.

Гидрометаллургическая переработка смеси цветных металлов, содержащей помимо оловянно-свинцового припоя благородные и редкие металлы, присутствующие в материале контактов и навесных деталях, довольно сложна и связана со значительным расходом реагентов, хотя и позволяет обеспечить высокую степень извлечения и чистоты конечных продуктов.

Известен также способ регенерации изделий, имеющих детали, соединенные припоем, преимущественно пластинчатых радиаторов автомашин [1] включающий одностороннее размещение радиаторов относительно источника тепла, при этом пластины расположены вдоль направления нагрева, подачу дутья с температурой 350-750^oC и содержанием кислорода 6-21% со скоростью 1 м/с в течение 15-30 мин при одновременной вибрации радиаторов, нагрев радиаторов выше температуры плавления оловянно-свинцового припоя и отделение от них припоя и пластин, которые занимают вертикальное положение. Извлеченные пластины затем подвергают дроблению, магнитной сепарации, очистке и рассеву. Способ позволяет регенерировать около 75% припоя, частично загрязненного медью и цинком, и латунь, из которой изготовлены пластины, содержащую до 1,2% олова.

Известный способ реализуется устройством для регенерации изделий, имеющих детали, соединенные припоем, преимущественно пластинчатых радиаторов автомашин, содержащим термоизолированный корпус, внутри которого размещены один под другим нагреватель с опорой, выполненный в виде трубы с отверстиями для подачи горячего дутья и установленный горизонтально в верхней части корпуса, монтажное приспособление, имеющее боковую стенку, днище с отверстием, фиксаторы, два горизонтальных опорных элемента и вибраторы, соединенные с опорными элементами, перфорированную перегородку и приемники пластин и припоя.

Известные способ и устройство обладают рядом недостатков, которые снижают степень извлечения припоя и его чистоту. К ним следует отнести то, что нагрев и вибрационное воздействие сообщаются пластинами одновременно, в результате чего от изделия отделяются пластины, не полностью очищенные от припоя. Значительная длительность нагрева (15-30 мин) приводит к частичному разрушению поверхностного слоя пластин и загрязнению припоя. Используемое в прототипе вибрационное воздействие характеризуется пониженным фактором разделения по сравнению с центробежным. Создание же последнего невозможно при конструкции монтажного приспособления, принятого в прототипе.

Изобретение направлено на решение задачи повышения степени извлечения припоя и его чистоты при регенерации изделий печатных плат за счет приложения более высокого силового воздействия к предварительно нагретым изделиям, а также за счет более интенсивного нагрева припоя по сравнению с нагревом деталей и подложки изделия. Кроме того, изобретение решает задачу упрощения процесса и снижения его продолжительности при одновременном обеспечении сохранности извлекаемых деталей и плат для их дальнейшей переработки.

Задача решается тем, что в способе регенерации изделий, имеющих детали, соединенные припоем, преимущественно печатных плат, включающем размещение изделий, приложение к ним силового воздействия, нагрев изделий, отделение от изделий деталей и припоя и их сепарацию, согласно изобретению в качестве силового воздействия используют действие центробежных сил, нагрев изделий ведут при температуре 170-300^oC, а отделение деталей и припоя осуществляют при величине фактора разделения 150-800, причем силовое воздействие прикладывают к изделиям после их нагрева, а нагрев осуществляют в направлении от общего центра к периферии.

Задача решается также тем, что в устройстве для регенерации изделий, имеющих детали, соединенные припоем, включающем термоизолированный корпус, нагреватель с опорой, перфорированную перегородку, монтажное приспособление с отверстиями, имеющее боковую стенку, днище, фиксаторы изделий и опорный элемент, и приемники деталей и припоя, согласно изобретению в монтажном приспособлении отверстия выполнены в его боковой стенке, смежные по периметру участки боковой стенки размещены на в общем и целом равном расстоянии от центральной вертикальной оси приспособления, опорный элемент монтажного приспособления имеет форму вала и установлен соосно приспособлению, фиксаторы выполнены с возможностью закрепления изделия по периферии монтажного приспособления, нагреватель размещен внутри монтажного приспособления, а перфорированная перегородка установлена вертикально между термоизолированным корпусом и монтажным приспособлением.

Другим отличием устройства является то, что монтажное приспособление имеет цилиндрическую форму.

Еще одним отличием устройства является то, что монтажное приспособление имеет форму правильного многогранника.

Отличие устройства заключается также в том, что боковая стенка монтажного приспособления выполнена в виде верхнего и нижнего колец, соединенных вертикальными стойками, а днище представляет собой планшайбу с центральным концентрическим выступом и центральным отверстием, при этом нижнее кольцо имеет буртик по периферии верхней грани, насажано на выступ планшайбы и закреплено на ней посредством байонетного соединения.

Отличием устройства является и то, что вал монтажного приспособления выполнен полым и жестко установлен в центральном отверстии планшайбы, а опора нагревателя имеет трубчатую форму и размещена внутри вала.

Отличием устройства является также и то, что каждый фиксатор выполнен в виде обоймы, имеющей стопорный эксцентрик с поворотным рычагом и упор, при этом обойма размещена на соответствующей вертикальной стойке монтажного приспособления так, что упор обращен в сторону буртика нижнего кольца.

Размещение регенерируемых изделий в предлагаемом способе на общем и целом равном удалении от общего центра позволяет осуществить отделение деталей и припоя различных изделий при одном и том же факторе разделения и обеспечить их равномерный прогрев.

Использование центробежных сил при силовом воздействии на изделия позволяет активизировать операции отделения припоя и деталей от изделий и припоя от деталей при их сепарации.

Нагрев изделий при температуре окружающей среды менее 170^oC удлиняет термообработку изделий, что отрицательно сказывается на сохранности подложки и не позволяет регенерировать некоторые широко используемые типы припоев. Нагрев изделий при более 300^oC нежелателен в связи с разрушением полимерных материалов, входящих в состав радиодеталей и подложек (плат).

Отделение деталей и припоя при величине фактора разделения менее 150 не позволяет удалить из плат мелкие детали типа резисторов, керамических конденсаторов и т.п. При факторе разделения выше 800 имеет место механическое разрушение деталей в процессе их динамической сепарации.

Приложение силового воздействия к изделиям после их интенсивного нагрева позволяет отделять от подложки детали, практически не содержащие нерасплавленного припоя, при обеспечении сохранности подложки и деталей, что повышает степень извлечения припоя и его чистоту.

Осуществление нагрева от общего центра к периферии обеспечивает однонаправленное тепловое и центробежное силовое воздействие на припой и детали, что интенсифицирует процесс их отделения от подложки и повышает степень извлечения припоя за счет создания более равномерных условий обработки.

Выполнение в монтажном приспособлении устройства для регенерации изделий отверстий в боковой стенке приспособления позволяет осуществить нагрев изделий в направлении от центральной вертикальной оси монтажного приспособления и его периферии.

Размещение смежных по периметру участков боковой стенки монтажного приспособления на примерно равном удалении от центральной вертикальной оси приспособления позволяет производить отделение деталей и припоя различных изделий при одном и том же факторе разделения.

Выполнение опорного элемента монтажного приспособления в виде вала, установленного вертикально соосно приспособлению, позволяет сообщить монтажному приспособлению вращательное движение для создания центробежных сил, действующих в горизонтальных плоскостях.

Выполнение фиксаторов с возможностью закрепления изделий по периферии монтажного приспособления способствует обеспечению наибольшего и одинакового для различных изделий фактора разделения.

Размещение нагревателя внутри монтажного приспособления позволяет сформировать однонаправленное тепловое и динамическое воздействие на регенерируемые изделия.

Размещение перфорированной перегородки в вертикальной плоскости между термоизолированным корпусом и монтажным приспособлением обеспечивает возможность разделения деталей и припоя при их горизонтальном движении в направлении стенки корпуса.

Выполнение монтажного приспособления цилиндрическим или в форме правильного многогранника позволяет обеспечить симметричность расположения его отдельных частей и регенерируемых изделий относительно центральной вертикальной оси.

Выполнение боковой стенки монтажного приспособления в виде верхнего и нижнего колец, соединенных вертикальными стойками, позволяет осуществить нагрев закрепленных на ней изделий в направлении от центральной вертикальной оси приспособления к периферии и сделать боковую стенку съемной.

Изготовление днища монтажного приспособления в виде планшайбы с центральным концентрическим выступом упрощает центровку съемной боковой стенки относительно центральной вертикальной оси приспособления.

Наличие центрального отверстия в планшайбе необходимо для жесткого соединения монтажного приспособления с валом. Буртик, выполненный по периферии верхней грани, необходим для обеспечения нижнего упора при закреплении изделий. Байонетное соединение боковой стенки и планшайбы способствует оперативному монтажу и демонтажу боковой стенки и передаче ей крутящего момента.

Выполнение вала монтажного приспособления полым обеспечивает размещение в нем опоры нагревателя и способствует охлаждению подшипникового узла. Выполнение опоры нагревателя трубчатой формы обеспечивает подвод электропитания к нагревателю и хладагента к подшипниковому узлу.

Изготовление фиксатора в виде обоймы, размещенной на вертикальной стойке монтажного приспособления, позволяет перемещать фиксатор в вертикальной плоскости.

Стопорный эксцентрик с поворотным рычагом способствуют оперативному фиксированию обоймы на вертикальной стойке. Размещение обоймы на вертикальной стойке так, что упор обращен в сторону буртика нижнего кольца, позволяет фиксировать изделия по периферии монтажного приспособления.

Указанные выше свойства и функции совокупности признаков, входящих в заявляемое способ и устройство, позволяют повысить степень извлечения припоя и его чистоту при регенерации печатных плат электронных блоков, т.е. обеспечивают решение поставленной в изобретении задачи.

Пример 1. Осуществляют регенерацию печатных плат электронных блоков общим весом 2,7 кг. Навесные детали: резисторы, конденсаторы, микросхемы, реле соединены оловянно-свинцовым припоем ПОС-61. Печатные платы размещают в монтажном приспособлении вне устройства для регенерации на одинаковом удалении (250 мм) от общего центра вращения. Размещение производят таким образом, чтобы детали были ориентированы наружу от центра вращения. Предварительно осуществляют разогрев внутреннего пространства устройства до температуры 240^oC, контролируемой терморегулятором. Монтажное приспособление устанавливают внутрь устройства и платы нагревают в течение 1 мин до 220^oC. Затем монтажное приспособление приводят во вращение, обеспечивающее фактор разделения, равный 200. Продолжительность динамического силового воздействия 0,5 мин. За это время навесные детали и припой полностью отделяются от плат и сепарируются. Длительность процесса от начала размещения плат до их выгрузки составила 3 мин. Выход деталей равен 1,65 кг (61%), припоя 0,205 кг (7,6% ), остальное платы. Степень извлечения деталей составила 100% припоя 97% Загрязнения припоя органическими веществами и металлами (медью, серебром и т.п.) не зафиксировано.

Пример 2. Производят регенерацию печатных плат в соответствии с условиями примера 1. Отличие заключается в том, что общий вес регенерируемых плат составляет 3,01 кг, внутреннее пространство устройства разогревают до 240^oC, а нагрев плат осуществляют в течение 1 мин до 220^oC. Фактор разделения составляет 150, продолжительность динамического воздействия 0,67 мин. Длительность процесса составила 3,2 мин, выход деталей 1,5 кг (49,8%), припоя 0,223 кг (7,4%). Степень извлечения деталей равна 98% припоя - 95,6% Загрязнения припоя органическими веществами и металлами не обнаружено.

Пример 3. Производят регенерацию печатных плат согласно условиям примера 1. Отличие заключается в том, что вес плат составляет 2,19 кг, внутреннее пространство устройства разогревают до 300^oC, нагрев плат осуществляют в течение 0,6 мин до 260^oC. Динамическое воздействие продолжалось 0,2 мин. при факторе разделения 800. Продолжительность процесса 2,2 мин, выход деталей 0,687 кг (31,4%), припоя 0,151 кг (6,9%). Степень извлечения деталей составила 100% припоя 97,2% В регенерированном припое не обнаружено загрязняющих органических веществ и металлов.

Пример 4. Производят регенерацию печатных плат согласно условиям примера 1. Отличие заключается в том, что вес плат составляет 2,49 кг, детали соединены припоем ПОСК 50-18, внутреннее пространство устройства разогревают до 170^oC, а нагрев плат производят 1,5 мин до 155^oC. Динамическое воздействие составило 0,6 мин при факторе разделения 200. Продолжительность процесса равна 3,1 мин, выход деталей 1,13 кг (45,4%), припоя 0,219 кг (8,8%). Степень извлечения деталей составила 100% припоя 94% В регенерированном припое не обнаружено загрязняющих органических веществ и металлов.

Пример 5. Осуществляют регенерацию печатных плат общим весом 2,33 кг в соответствии с условиями примера 1. Отличие заключается в том, что внутреннее пространство устройства разогревают до 300^oC, нагрев плат производят в течение 0,6 мин до 260^oC. Динамическое воздействие продолжалось 0,2 мин. при факторе разделения 200. Продолжительность процесса составила 2,2 мин, выход деталей равен 1,004 кг (43%), припоя 0,147 кг (6,3%). Степень извлечения деталей 100% припоя 97% Загрязнения припоя органическими веществами и металлами не обнаружено.

На фиг.1 показан вертикальный разрез устройства для регенерации изделий, имеющих детали, соединенные припоем; фиг.2 узел 1 на фиг.1 в увеличенном изображении; на фиг. 3 частичный разрез монтажного приспособления на фиг.1 в увеличенном изображении.

Устройство для регенерации изделий (фиг.1-3) состоит из термоизоляционного корпуса 1, преимущественно цилиндрической формы, с крышкой 2, в центральной части которого размещен нагреватель 3 на неподвижной опоре 4 и монтажное приспособление 5, охватывающее нагреватель 3. Монтажное приспособление 5, преимущественно цилиндрической формы, установлено соосно нагревателю 3 и имеет боковую стенку 6 с отверстиями 7, смежные по периметру участки которой размещены на в общем и целом равном удалении от центральной вертикальной оси приспособления 5, днище, выполненное в виде планшайбы 8, фиксаторы 9 изделий 10 и опорный элемент, представляющий собой вал 11. Фиксаторы 9 изделий 10 выполнены с возможностью закрепления изделий по периферии монтажного приспособления 5. Вал 11 установлен вертикально соосно монтажному приспособлению 5 и жестко соединен с его днищем 8. Между термоизолированным корпусом 1 и монтажным приспособлением 5 вертикально установлена перфорированная перегородка 12, максимальный размер отверстий которой не превышает минимального размера деталей изделий 10. По периферии монтажного приспособления 5 ниже его уровня расположен кольцевой приемник 13 деталей, а в основании перфорированной перегородки 12 кольцевой приемник 14 припоя. Для облегчения транспортировки припоя в приемник 14 перегородки 12 и приемник 14 могут быть выполнены с подогревом (не показан).

Боковая стенка 6 монтажного приспособления может быть съемной. Для этого она выполнена в виде двух колец верхнего 15 и нижнего 16, соединенных рядом вертикальных стоек 17. Днище приспособления 5, представляющее собой планшайбу 8, имеет центральное отверстие 18 и концентрический выступ 19, на который насажено нижнее кольцо 16 боковой стенки 6 и закреплено посредством байонетного соединения 20. Соединение 20 представляет собой (фиг.2) паз 21, выполненный в нижней грани 22 нижнего кольца 16, и шпильку 23, жестко закрепленную на кромке 24 планшайбы 8 и входящую в паз 21.

Для создания упора при фиксировании изделий нижнее кольцо 16 имеет буртик 25, выполненный по периферии его верхней грани 26.

Вал 11 монтажного приспособления 5 может быть выполнен полым. Верхний конец вала 11 жестко установлен в центральном отверстии 18 планшайбы 8, а на нижнем его конце закреплен шкив 27 с приводным ремнем 28 от электродвигателя (не показан). Вал 11 снабжен подшипниковым узлом 29, который зафиксирован на опорной плите 30, выполняющей также теплоизоляционную функцию.

Опора 4 нагревателя 3 может иметь трубчатую форму. Опора размещена внутри полого вала 11 и снабжена системой водяного охлаждения (не показана), выход которой сообщен с кольцевым зазором, образованным опорой 4 и валом 11.

Фиксаторы 9 монтажного приспособления 5 выполнены каждый в виде обоймы 31 (фиг.3), которая имеет стопорный эксцентрик 32 с поворотным рычагом 33 и упор 34. Обойма 31 размещена на соответствующей вертикальной стойке 17 монтажного приспособления 5 так, что упор 34 обращен в сторону буртика 25 нижнего кольца 16. Это позволяет закрепить регенерируемые печатные платы 10 по периферии монтажного приспособления 5 таким образом, что детали 35, размещенные на подложке 36, обращены в сторону корпуса 1, а припой 37 в сторону нагревателя 3.

Работа устройства для регенерации изделий осуществляется следующим образом. Поворотом монтажного приспособления 5 в направлении, обратном вращению в рабочем режиме, выводят его из байонетного соединения с планшайбой 8 и извлекают из корпуса 1. Закрывают крышку 2 термоизолированного корпуса 1 и включают питание нагревателя 3, работа которого контролируется терморегулятором (не показан). Печатные платы 10, подлежащие регенерации, размещают по периферии монтажного приспособления 5 возле вертикальных стоек 17 таким образом, чтобы детали 35 были обращены в сторону корпуса 1 и закрепляют посредством фиксаторов 9. Для этого нижнюю кромку платы 10 упирают в буртик 25 нижнего кольца 16 и перемещают обойму 31 вдоль стойки 17, пока упор 34 не коснется верхней кромки платы. Затем поворотом рычага 33 жестко фиксируют упор 34. После того как внутреннее рабочее пространство устройства разогреется до температуры, превышающей температуру плавления припоя, монтажное приспособление с закрепленными платами помещают в корпус 1 и фиксируют посредством байонетного соединения 20. Закрывают крышку 1 и нагревают платы до температуры, фиксируемой термопарами (не показаны), которая обеспечивает полное расплавление припоя. После этого включают приводной электродвигатель, передающий вращение через ремень 28 и шкив 27 на вал 11 монтажного приспособления 5. Под действием центробежных сил детали 35 и припой 37 отделяются от подложек (плат) 36 и устремляются в направлении перфорированной перегородки 12. При взаимодействии с перегородкой 12 припой 37 проходит через нее и, ударяясь о стенку корпуса 1, падает в виде затвердевших или жидких капель в приемник припоя 14. Детали задерживаются перфорированной перегородкой 12 и падают в приемник деталей 13. По завершении регенерации отключают приводной электродвигатель, открывают крышку 2 и, выведя монтажное приспособление 5 из зацепления с планшайбой 8, извлекают его из корпуса 1. Крышку 2 закрывают. Поворотом рычагов 33 освобождают подложки 36 и заменяют их на нерегенерированные платы 10.

Как следует из примеров 1-5, использование предлагаемого способа и устройства для регенерации изделий позволяет по сравнению с прототипом повысить степень извлечения припоя на 20% Практическое отсутствие в нем примесей органических веществ и других металлов (меди, серебра) свидетельствует о высокой чистоте регенерируемого припоя. Предлагаемое устройство характеризуется быстродействием, простотой и надежностью в работе. При среднем времени цикла 2,6 мин часовая производительность устройства составляет 4-5 кг припоя.

Использование: получение цветных металлов и сплавов из вторичного сырья. Сущность: размещение регенерируемых изделий на равном удалении от общего центра вращения, нагрев изделий при температуре 170-300^oC в направлении от общего центра к периферии, приложение к ним силового воздействия центробежных сил, отделение от изделий деталей и припоя при величине фактора разделения 150-800 и их сепарация. Устройство, реализующее способ, характеризуется тем, что в монтажном приспособлении 5 для размещения и фиксирования изделий 10 боковая стенка 6 выполнена съемной в виде верхнего 15 и нижнего 16 колец, соединенных рядом вертикальных стоек 17. Боковая стенка 6 насажена нижним кольцом 16 на выступ 19 планшайбы 8 и закреплена на ней посредством байонетного соединения 20. Опорный элемент монтажного приспособления выполнен в виде полого вала 10, установленного вертикально и соосно ему, нагреватель 3 имеет опору 4 трубчатой формы и размещен внутри монтажного приспособления 5 по его центральной оси так, что опора 4 находится внутри вала 11. Фиксаторы 9 размещены на вертикальных стойках 17 так, что упоры 34 обращены в сторону буртиков 25, которыми снабжены нижние кольца 16. Повышается степень извлечения припоя и его чистота. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ регенерации изделий с соединенными припоем деталями, включающий размещение изделий, приложение к ним силового воздействия, нагрев, отделение от изделий деталей и припоя и их сепарацию, отличающийся тем, что изделия размещают вокруг центра нагрева, в качестве силового воздействия используют действие центробежных сил, нагрев ведут при 170 300^oС, а отделение деталей и припоя осуществляют при величине фактора разделения 150 800, причем действие центробежных сил осуществляют после нагрева изделий. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изделия размещают на равном удалении от центра нагрева, а нагрев осуществляют от центра к периферии. 3. Устройство для регенерации изделий с соединенными припоем деталями, содержащее термоизолированный корпус, нагреватель с опорой, перфорированную перегородку, монтажное приспособление с отверстиями, имеющее боковую стенку, днище, фиксаторы изделий и опорный элемент, приемники деталей и припоя, отличающееся тем, что в монтажном приспособлении отверстия выполнены в его боковой стенке, смежные по периметру участки боковой стенки расположены на равном расстоянии от центральной вертикальной оси приспособления, опорный элемент монтажного приспособления выполнен в форме вала и установлен вертикально соосно приспособлению, фиксаторы выполнены с возможностью закрепления изделий по периферии монтажного приспособления, нагреватель размещен внутри монтажного приспособления, а перфорированная перегородка установлена вертикально между термоизолированным корпусом и монтажным приспособлением. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что монтажное приспособление имеет цилиндрическую форму. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что боковая стенка монтажного приспособления выполнена в виде верхнего и нижнего колец, соединенных вертикальными стойками, а днище выполнено в виде планшайбы с концентрическим выступом и центральным отверстием, при этом нижнее кольцо имеет буртик по периферии верхней грани, насажено на выступ планшайбы и закреплено на ней посредством байонетного соединения. 6. Устройство по п.3, отличающееся тем, что вал монтажного приспособления выполнен полым и жество установлен в центральном отверстии планшайбы, а опора нагревателя имеет трубчатую форму и размещена внутри вала. 7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что каждый фиксатор выполнен в виде обоймы, имеющей стопорный эксцентрик с поворотным рычагом и упор, при этом обойма размещена на соответствующей вертикальной стойке мнтажного приспособления так, что упор обращен в сторону буртика нижнего кольца.