МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

С.Ф. Соболев

Технология электромонтажа

Санкт-Петербург

2007 УДК 65.015.13 Соболев С.Ф.

Технология электромонтажа.

Методические указания по разработке курсового проекта и подготовки к занятиям по технологии электромонтажа. –СПб СПбГУ ИТМО-2008-88с.

Методические указания содержат описание видов электромонтажа наиболее часто применяемых в приборостроении и примеры оформления технологических процессов. Предлагаемый материал служит для разработки курсового проекта, выполнения домашних занятий, подготовки к лабораторным работам и выполнения технологической части дипломных проектов.

Методические указания предназначены для студентов по специальности мехатронные преобразователи, мехатроники и для других специальностях, изучающих технологию электромонтажа.

Рекомендовано к печати Советом факультета ТМиТ.

Протокол № от 2008 г.

В 2007 году СПбГУ ИТМО стал победителем конкурса инновационных образовательных программ вузов России на 2007–2008 годы. Реализация инновационной образовательной программы «Инновационная система подготовки специалистов нового поколения в области информационных и оптических технологий» позволит выйти на качественно новый уровень подготовки выпускников и удовлетворить возрастающий спрос на специалистов в информационной, оптической и других высокотехнологичных отраслях экономики.

© СПб СПбГУ ИТМО © Соболев С.Ф. Введение Разработчик новых технологий – это тот, кто двигает вперед прогресс, итогом его труда являются идеи и принципы.

Современное приборостроение все более и более содержит электромонтажные работы, как объемного электромонтажа, так и печатного монтажа с использованием поверхностного монтажа. Развитие микроэлектроники преобразило современные приборы. Структура современного прибора стала содержать значительно меньшее количество механических деталей и узлов за счет увеличения электронной техники. В общем виде структуру прибора можно представить так: датчики – электронная система преобразователей – исполнительные механизмы.

Создание и развитие информационной среды с использованием программного обеспечения базируется на использовании компьютеров, а это тоже приборы с применением технологии электромонтажа.

За последние годы отмечается стабильный и устойчивый рост производства электронной техники и в России примерно по 20 - 40% в год. Значение развития электроники огромно для всей страны. Отставание от США, Японии и Европы существенно и должно уменьшится за счет развития электронной промышленности. Развитие электроники важно и для реализации новых инновационных технологических задач в области: органической электроники, нанотехнологии, фотогальваники, зеленой электроники, микронанотехнологии и др.

Учебное пособие предназначено для студентов приборостроительных специальностей объемом 34 часа, в том числе 17 ч. лекции; лабораторные работы 8 ч. практические занятия 9 ч.

и выполнение курсового проекта. Лабораторные работы проводятся по следующим темам: пайка с использованием паяльной станции, работа по нанесению трафарета на плату и ознакомление с фотошаблоном, установка ЭРЭ поверхностного монтажа на плату с применением автомата, работа с программным обеспечением на ПК.

Курсовой проект и практические занятия проводятся по индивидуальному заданию, выдаваемому преподавателем. Выбор уровня сложности выполнения задания зависит от способностей и желания каждого студента под руководством преподавателя.

1. Основные положения Под электромонтажом приборов понимают ряд последовательных операций по электрическому соединению контактных выводов электрорадиоэлементов (ЭРЭ).

Производственный процесс – совокупность всех действий людей и орудий производства, необходимых на данном предприятии для изготовления или ремонта выпускаемых изделий.

Изделием называется любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии.

Производство классифицируется тремя категориями: типы, виды, части. Тип производства – важнейшая характеристика, от которой зависит объем подготовки производства для выпуска изделия. Различают три типа производства: массовый, серийный, единичный. Массовым называют производство, характеризуемое большим объемом выпуска изделий в течение, которого на большинстве рабочих мест выполняется одна рабочая операция, применяется наиболее производительное, дорогое оборудование (автоматы, полуавтоматы), рабочее место оснащается сложными, высокопроизводительными устройствами и приспособлениями, в результате этого достигается самая низкая себестоимость продукции. Серийным называют производство, характеризуемое изготовлением повторяющимися партиями изделий. Единичным называют производство, характеризуемое малым объемом выпуска одинаковых изделий, повторное изготовление которых, как правило, не предусматривается.

В современном приборостроении массовый тип производства преобладает, т.к. используется автоматизированное оборудование с целью повышения плотности монтажа, обеспечения качества и сокращения сроков выпуска изделий.

Вид производства – это классификационная категория производства, выделяемая по признаку применяемого метода изготовления изделия и наличия технологической подготовки производства. Например: литейное, сварочное, механообрабатывающее, электромонтажное, сборочно–регулировочное, и т.п. Части производства – это понятие включает в себя основное и вспомогательное производство. Основное производство – это производство, которое изготавливает изделие, а вспомогательное производство – это производство для обеспечения функционирования основного производства. К последнему относятся: изготовление и ремонт средств технологического оснащения, производство или подача сжатого воздуха, тепловой и электрической энергии и т.п.

Выбор конструкторского классификационного кода (обозначение конструкторского документа) ППМ производится с применением общесоюзного классификатора. Выписка из 75– го класса приведена в таблице 2.1.

Технологический процесс – часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и /или/ определению состояния предмета труда.

Под изменением состояния понимают изменение формы, размеров, физических свойств и т.п.

Изготовление, контроль, испытание ППМ – это тоже технологический процесс.

Виды технологических процессов могут быть: единичный (только на данное изделие), типовой (на группу конструктивно похожих изделий), групповой (на группу изделий имеющих конструктивную и технологическую общность), проектный, рабочий, перспективный, временный, маршрутный, операционный, маршрутно–операционный. Последние три определяют степень подробности в описании технологического процесса. В электромонтаже, как правило, применяются типовые технологические процессы и операции.

Сборка и электромонтаж являются наиболее трудоемкой стадией производства. В среднем трудоемкость сборки механических приборов составляет 40...50% от общей трудоемкости изготовления прибора, оптических приборов – 45...55%, электромеханических – 60...70%, приборов электронной техники 70...80%.

Сборка – это образование соединений составных частей изделия (ГОСТ 3.1109– 82).

Сборочная технологическая операция – это операция установки и образование соединений составных частей заготовки или изделия (ГОСТ 23887– 79).

Технологическая операция – это законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте или на рабочем месте бригады.

Монтаж – установка изделия или его составных частей на месте использования.

Электромонтаж – монтаж электроизделий или его составных: частей, имеющих токоведущие элементы.

Виды изделий: детали (Д), сборочные единицы (СЕ), комплексы и комплекты. Деталь – это изделие изготовленное из однородного по наименованию и марке материала. Понятие СЕ адекватно конструкторскому понятию узел, блок, но часто СЕ означает не полностью собранную СЕ. Это особенно проявляется на разных стадиях технологического процесса: предварительная, промежуточная, окончательная сборка. Комплекс – это два и более изделия изготовленные по отдельности, но предназначенные для совместной эксплуатации. Комплекс – это два и более изделия предназначенные для совместного использования и имеющие вспомогательное назначение. Например, запасные части, инструмент, приспособления и т.п.

Виды соединений (ГОСТ 14.320– 81): разъемные и неразъемные, подвижные и неподвижные, соединения по форме сопрягаемых поверхностей (плоские, цилиндрические, конические, сферические, винтовые, профильные), по методу образования соединений (резьбовые, шпоночные, прессовые, паяные, клееные, развальцованные и т.п.).

весьма разнообразны: пайка, накрутка, приклеивание, термосоединение, сварка, и т.п.

Классификация видов сборки: по объекту сборки – узловая, общая; по стадии сборки – предварительная, промежуточная, окончательная; по организаций производства – типовая поточная с использованием транспортных средств, типовая поточная без использования транспортных средств, групповая поточная с использованием транспортных средств, групповая поточная без использования транспортных средств, групповая не поточная, единичная; по последовательности сборки: последовательная, параллельная, последовательно–параллельная; по подвижности объекта сборки: подвижная с непрерывным перемещением, подвижная с периодическим перемещением, неподвижная (стационарная); по механизации и автоматизации: автоматическая, автоматизированная, механизированная, ручная; по точности сборки: в зависимости от метода сборки (всего шесть методов).

Схема сборки изделия (ССИ) – это графическое изображение в виде условных обозначений последовательности сборки изделия или его составной части.

ТССИ – это ССИ с нанесенной на нее технологической информацией: вид соединения, наименование операций сборки, – значение штучного времени, типа и модели оборудования и т.п. ССИ – разрабатывается конструктором и представляется в комплекте конструкторской документации.

Рис 2.1. Схема сборки применительно к ЭВМ.

На Рис. 2.1 представлена схема сборки применительно к ЭВМ. Расположение Д и СЕ произведено в соответствии со ступенями вхождения изделия. ССИ с базовой деталью приведена для ТЭЗ (технический элемент замены), что характерно для ППМ.

Технологичность сборки.

Общие требования к технологичности изделия и составных частей сборочной единицы, ГОСТ 14.203– 73, относятся и к изделиям приборостроения.

1. СЕ должна расчленяться на рациональное число составных частей.

2. Конструкция СЕ должна обеспечивать возможность компоновки из стандартных и унифицированных частей.

3. Технологическое оснащение должно быть по возможности не сложным.

4. Сборка СЕ должна иметь возможность механизации и автоматизации.

5. В конструкции СЕ должны быть предусмотрены элементы для автоматического захвата.

6. В СЕ должна быть четко выражена базовая часть.

7. Сборка должна производиться при неизменном базировании составных частей.

8. Необходимо совпадение конструкторских баз с технологическими и измерительными.

9. Сборка ОС должна производиться без разборки СЕ и составных, частей.

10. Необходимо обеспечить удобный доступ к местам для контроля, регулировки и т.п.

11. Компоновка СЕ и виды соединений должны обеспечить легкий съем частей с малым 12. Необходимо рационально располагать монтажные опоры, такелажные узлы и т.п.

Отработка конструкции на технологичность начинается с оценки схемы ППМ. Электрическая, электронная схема, в общем случае, считается технологичной, если: содержит максимальное количество унифицированных узлов и серийно выпускаемых ЭРЭ, и ее можно разбить на отдельные функциональные узлы, каждый из которых выполняется на плате печатного монтажа, унифицированного размера, основание платы изготавливается по типовому технологическому процессу, освоенному в производстве, точностные требования к конструкции обеспечиваются имеющимся оборудованием, монтажно– сборочные работы могут быть оснащены автоматизированным оборудованием.

Технологичность изделия в сборке оценивается и количественно комплексным показателем, определенным на основе базовых показателей.

где К – расчетный базовый показатель, – коэффициент весомой значимости показателя (табл.1);

i – порядковый номер показателя;

n – число базовых показателей.

Обозначения в табл.2.2.:

Нимс – число микросхем и микросборок в изделии;

Нэре – общее число ЭРЭ;

На.м – число монтажных соединений, осуществляемых автоматизированным и механизированным; способами;

Нм – число монтажных соединений;

НмпЭРЭ – число ЭРЭ, подготовка и монтаж которых осуществляется механизированным способом;

Нм.к.н. – число операций контроля и настройки, выполняемых механизированным и автоматизированным способами;

Нк.н – число операций контроля и настройки;

Нт.ЭРЭ – число типоразмеров ЭРЭ;

Нт.ор.ЭРЭ – число типоразмеров оригинальных ЭРЭ;

Д.пр – число деталей, получаемых прогрессивными методами формообразования (штамповкой, прессованием, литьем, на автоматах, на станках с ЧПУ и т.п.);

Д. – число деталей с/без нормализованного крепежа;

Д.т.ч. – число деталей, имеющих размеры с допусками по 7– му квалитету точности и ниже;

Дм – число деталей (заимствованных и стандартизованных), требующих обработки со снятием стружки;

Дт, Ет – число повторяющихся деталей и узлов в изделии, соответственно;

Ет.сл – число типоразмеров узлов, входящих в изделие, требующих регулировки в составе изделия, пригонки или совместной обработки с последующей разборкой и сборкой;

М – масса изделия без учета комплектующих;

Мм – маcca материала, израсходованного на изготовление изделия.

Полученные показатели сравниваются с нормативными значениями, приведенными в табл.3.

Нормативные комплексные показатели технологичности блоков, автоматизированных систем управления и электронно–вычислительной техники.

Таблица 2.3.

механические Уровень технологичности разрабатываемого изделия при известном нормативном показателе Кн оценивают отношением достигнутого комплексного показателя к нормативному. Это отношение должно удовлетворять условию. В качестве изделий – аналогов принимают наиболее современные конструкции, разработанные с учетом новейших достижений науки и техники, выпускаемые серийно.

Расчет комплексных показателей технологичности каждой группы изделий ведут по конструктивным и технологическим базовым показателям.

К конструктивным относятся:

Кисп.имс – коэффициент использования микросхем и микросборок;

Кпов.эрэ – коэффициент повторяемости ЭРЭ;

Кп.эрэ – коэффициент применяемости ЭРЭ ;

Кт.о. – коэффициент точности обработки;

Кпов.д – коэффициент повторяемости деталей и узлов;

Ксб – коэффициент сборности изделия;

Кс.сб – коэффициент сложности сборки.

К технологическим показателям относятся:

Ка.м. – коэффициент автоматизации и механизации монтажа;

Км.п. – коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ ;

Кмк.м – коэффициент автоматизации и механизации операций контроля и настройки электрических параметров;

Кф – коэффициент прогрессивности формообразования детали;

Кс.о. – коэффициент сложности обработки;

Ки.м. – коэффициент использования материалов.

Контрольные вопросы:

1. Какой тип производства преобладает в современном приборостроении.

2. Какой вид технологического процесса превалирует в технологии электромонтажа.

3. Понятия: технологический процесс и технологическая операция электромонтажа.

4. Технологичность конструкции прибора с электронной схемой.

5. Построение схемы сборки.

Установление методов сборки для электронных изделий имеет такое же большое значение, как и для механической сборки. Электрорадиоэлементы - резисторы, конденсаторы и др. имеют погрешности 5, 10 и даже 50%. Это значительно больше, чем у механических деталей в процентном отношении.

Метод полной взаимозаменяемости.

Метод полной взаимозаменяемости означает, что любая деталь, изготовленная в пределах допуска, удовлетворяет требованиям соединения одной детали с другой, т.е. обеспечивается требуемая посадка. На рис. 4а показана условна размерная цепь посадки с зазором. На рис. 4б показан разброс параметров детали в пределах допуска. На рис. 4в показан наибольший и наименьший зазоры удовлетворяющие требованием посадки с зазором.

Процесс сборки сводится к соединению деталей без дополнительной обработки и 100%-го контроля. Такая сборка является признаком наиболее высокой технологичности конструкции.

Метод применяется в массовом типе производства, упрощается организация сборочных потоков (конвейеров) и легко решается проблема запасных деталей и узлов. Однако, метод требует более высокой точности изготовления деталей. В электромонтажных работах метод применяется после инженерных расчетов позволяющих принять решение, что все ЭРЭ в соответствии с перечнем элементов и указанными допусками на каждый ЭРЭ обеспечать функционирование схемы.

Селективная сборка, или метод групповой, взаимозаменяемости.

детали, изготовленные с расширенными допусками, перед сборкой сортируются на группы по заранее установленным размерам. Сборку производят только с одинаковыми группами, рис. 4г.

Метод позволяет получить более высокую точность сборки при наличии широких допусков на изготовление деталей, но при этом необходимы 100%-й контроль и сортировка деталей. Метод применяется в любом типе производства. В электромонтажных работах метод применяется путем указания в технологическом процессе о необходимости проверки конкретных ЭРЭ по погрешностям в лаборатории входного контроля и, после этого, направлять на сборку.

Сборка методом неполной взаимозаменяемости.

При этом методе требуемая точность достигается только у наибольшей части соединяемых деталей. Метод основан на том, что распределение фактических размеров, как правило, соответствует нормальному распределению (рис.4б), при этом 99,73% всех деталей будут соответствовать условиям сборки. В электромонтаже применяется также как и в селективной сборке.

Сборка методом пригонки.

Требуемая точность замыкающего звена достигается в результате снятия или нанесения слоя материала с заранее определенной конструктором поверхности детали. Метод применяется при большом числе звеньев и требуемой высокой точности соединений в мелкосерийном и единичном типе производства. Однако, у метода пригонки имеются серьезные недостатки: прерывание процесса сборки, трудность нормирования доработки, наличие стружки на рабочем месте сборщика, нарушение антикоррозийного покрытия. Поэтому применение данного метода следует ограничивать. В электромонтажном производстве метод применяется при собственном изготовлении ЭРЭ. Например, намотка резисторов, лазерная подгонка ЭРЭ и т.п.

Сборка с применением компенсационных звеньев.

Требуемая точность собираемого изделия достигается изменением какого-либо параметра при изменении положения специального устройства без снятия стружки. Метод позволяет применять более дешевые технологические процессы изготовления деталей, но усложняет конструкции. Например, регулировочный винт, винт с эксцентриситетом и т.п. Наиболее широко применяется в электронных схемах путем введения подстроечных элементов. Это различные подстроечные резисторы, конденсаторы и др. ЭРЭ. Подстроечные элементы должны быть указаны на принципиальной электрической схеме и на общем виде, на сборочном чертеже. В технологическом процессе должно быть указано, как осуществлять настройку.

Сборка с применением компенсационных материалов.

Осуществляется путем введения деформируемых компенсаторов. В качестве материалов применяется резина, пластмасса и т.п. Сборка может осуществляться путем бесступенчатого изменения замыкающего звена, путем подбора компенсатора (прокладки), регулированием силового замыкания.

Настройка, контроль, испытания.

Настройка и регулировка — необходимые операции в общем технологическом цикле производства ЭА. Они должны обеспечить заданные параметры ЭА при наименьших затратах и устранить все неисправности, допущенные при сборке. Под регулировочными и настроечными операциями (РНО) понимают комплекс работ по доведению параметров ЭА до величин, соответствующих требованиям технических условий (ТУ) и нормалей. Целью является получение такого разброса параметров, который гарантирует эффективное функционирование аппаратуры в условиях эксплуатации, Проведение РНО необходимо, чтобы устранить погрешности изготовления деталей, элементов и сборки узлов, причем как вынужденных, так и предопределенных заранее. Причиной появления предопределенных погрешностей является искусственное завышение допусков на отдельные параметры в целях уменьшения себестоимости изделий или невозможности реализации требуемой точности.

Работы, выполняемые на РНО, включают настройку различных резонансных систем, сопряжение электрических, кинематических параметров отдельных узлов и всей аппаратуры в целом, установку определенных режимов отдельных блоков, узлов, подгонку некоторых элементов и т. д. Характер и объем РНО определяется видом и объемом производства, оснащенностью ТП.

Как этап производства РНО составляют в общем ТП ряд операций, не изменяющих схему и конструкцию изделия, а лишь компенсирующих неточность изготовления и сборки элементов ЭА собственного производства, а также комплектующих элементов. За счет такой компенсации достигается согласование входных и выходных параметров узлов и всех параметров изделия до оптимального значения, удовлетворяющего требованиям ТУ.

Важное значение имеет качество электроэнергии.

Показатели качества электроэнергии.

1. Коэффициент мощности 2. Коэффициент нелинейных искажений (КНИ) 3. Крест-фактор нагрузки 4. Неполадки в электросети 1. Коэффициент мощности Показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения, вносимые нагрузкой в электросеть. Равен отношению мощностей активной и полной P/S (Вт/ВА), потребляемых нагрузкой. Плохое значение коэффициента мощности - 0.8 и меньше (0.7 - у компьютерного оборудования, 0.65 - у двухполупериодных выпрямителей). При наличии только гармонических искажений коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига фаз между током и напряжением (cos j).

2. Коэффициент нелинейных искажений (КНИ) Показатель, характеризующий степень отличия формы напряжения или тока от идеальной синусоиды. Типовые значения КНИ: 0% - синусоида; 3…5% - форма, близкая к синусоиде;

до 21% - трапецеидальная или ступенчатая формы; 43% - прямоугольная форма.

3. Крест-фактор нагрузки Показатель, характеризующий способность источника ЭЭ питать нелинейную нагрузку, потребляющую импульсный ток. Равен отношению амплитуды импульсного тока в нелинейной нагрузке Im (нелин.) к амплитуде тока гармонической формы Im (лин.) при эквивалентной потребляемой мощности.

4.Неполадки в электросети Любые отклонения параметров питающего напряжения от установленных стандартных значений. На территории России определены такие параметры качества электроэнергии сети: