Проектирование технологического процесса сборки и монтажа усилителя низких частот

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Проектирование технологического процесса

1.1 Анализ исходных данных

1.2 Анализ технологичности конструкции изделия

1.3 Проектирование технологического процесса сборки и монтажа

1.3.1 Выбор типового ТП и его анализ

1.3.2 Формирование маршрута ТП

1.3.3 Разработка технологической схемы сборки изделия

1.3.4 Выбор и обоснования способов технологического оснащения

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Целью данного дипломного проекта является разработка конструкции усилителя низких частот, а также технологического процесса его изготовления и сборки.

В настоящее время в быту широко применяются различные устройства, для усиления и электроакустического воспроизведения музыкальных и речевых программ от источника сигнала, работающего в автомобиле, доме и тому подобное.

Целью данного дипломного проекта является разработка конструкторской документации с использованием средств P-Cad для проектирования модуля усилителя низких частот. В ходе проекта необходимо разработать чертеж печатной платы и чертеж модуля с печатным монтажом. Для подготовки чертежей будет использоваться программа AutoCAD.

Использование САПР при разработке конструкторской документации обусловлено высокими требованиями, предъявляемыми к проектируемой аппаратуре. Ужесточение этих требований вынуждает разработчика использовать в своей работе САПР, которые позволяют получить высокое качество документации при относительно небольших временных затратах.

В дипломном проекте при помощи пакета P-Cad будут решаться следующие конструкторские задачи:

Создание схемы электрической принципиальной;

Размещение элементов на поле печатной платы;

Автоматическая трассировка печатных соединений.

При помощи программы AutoCAD будут разрабатываться чертежи печатной платы и модуля с печатным монтажом.

В результате выполнения проекта необходимо получить следующие конструкторские документы:

- Чертеж схемы электрической принципиальной;

- Перечень элементов;

- Чертеж печатной платы;

- Сборочный чертеж модуля с печатным монтажом;

- Спецификацию.

1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

1.1 Анализ исходных данных

При проектировании технологического процесса (ТП) необходимо учитывать, что в него входят все действия по изготовлению, сборке, контролю качества выпускаемых изделий, хранению и перемещению его деталей, полуфабрикатов и сборочных единиц на всех стадиях изготовления, организации снабжения и обслуживания рабочих мест, участков и цехов; управлению всеми звеньями производства, а также комплекс мероприятий по технологической подготовке производства. Объем выпуска и трудоемкость характеризует тип производства и обуславливает маршрут изготовления деталей и сборки изделия. Предварительно тип производства определяется в зависимости от количества изделий, которые изготовляются за год.

Поскольку годовой объем выпуска 1500 штук в год, то такое производство нужно отнести к серийному. Серийное производство - такое производство, при котором процесс изготовления ведется партиями или сериями одинаковых изделий выпускаемых одновременно. При этом технологический процесс выпуска партии или серии регулярно повторяется через определенные промежутки времени.

На основании ГОСТ 3.1102-81 «Стадии разработки и виды документов» определяем стадию разработки технологической документации - разработка документации для серийного производства. Содержание работы - разработка технологической документации, предназначенной для изготовления и испытания изделий серийного производства и присвоением литеры «Б» на основании конструкторской документации, которая имеет литеру «Б».

На основании ГОСТ 3.1109-82 «Термины и определения основных понятий» выбираем вид технологического процесса по организации -серийное.

Зная тип производства, стадию разработки ТД по ГОСТ 3.1119-83 «Общие требования к комплектности документов на единичные техпроцессы» выбираем степень детализации описания и комплектность ТД. Степень детализации описания техпроцесса - операционное. Обязательным документом является МК - маршрутная карта. Документы, применяемые по усмотрению разработчика: ТЛ - титульный лист, ТИ - технологическая инструкция, КК - комплектовочная карта, КЭ - карта эскизов. Для разработки выбираем ТИ.

Для обеспечения высокой автоматизации сборки изделия, а также выполнения программы выпуска, приняты следующие меры: использование прогрессивных методов автоматизированного изготовления печатных узлов; применение современных технологических процессов к изделию в условиях серийного производства; изготовление печатных плат комбинированным методом; применяемая элементная база допускает автоматизированную подготовку к монтажу и установку на печатные платы.

В условиях рыночных отношений и высокой конкуренции со стороны зарубежных и отечественных фирм ключевым вопросом при конструировании является стоимость изделия. Для уменьшения себестоимости изделия нужно всячески снижать трудоемкость сборки, а так же немаловажной является задача обеспечения высоких эргономических показателей, являющихся фактором, оправдывающим стоимость изделия.

Таблица 1.1 - Нормы климатических воздействий для исполнения УХЛ 4.2

Параметр	Значение
Воздействия температуры, °С
Рабочие:
Верхнее	+35
Нижнее	+10
Среднее	+20
Предельные:
Верхнее	+40
Нижнее	+1
Воздействия относительной влажности, % при 25 °С
Рабочие:
Верхнее	98

1.2 Анализ технологичности конструкции изделия

Под технологичностью следует понимать совокупность свойств продукции, определяющую ее приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ.

На практике изделие может считаться технологичным, если оно удовлетворяет таким условиям:

1) в процессе его изготовления обеспечиваются минимально возможные затраты труда, материалов и минимальная технологическая стоимость;

2) в процессе технологической подготовки производства данного изделия обеспечивается минимум затрат на его проектирование и переналадку производства на его выпуск.

В соответствии с отраслевыми стандартами ОСТ 4ГО.091.219 и ОСТ 4ГО.050.021 все блоки электронных устройств по номенклатуре используемых показателей технологичности условно разделены на четыре класса: электронные, электромеханические и механические, радиотехнические, коммутационные и соединительные.

Для каждого класса установлен состав показателей технологичности, которые приняты за базовые для данного класса. Общее число показателей, характеризующих технологичность блоков конкретного класса, не должно превышать семи.

Уровень технологичности изделия - отношение достигнутого показателя технологичности к базовому.

Так как данное изделие относится к классу электронных блоков, оценку технологичности будем проводить путем расчета единичных и комплексного показателя.

К технологическим показателям относятся:

1) коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажу

К_ам.п=Н_{ам.п.ЭРЭ}/Н_ЭРЭ =50/50=1,

где Н_{ам.п.ЭРЭ} - число ЭРЭ, подготовка которых может осуществляться автоматизированным или механизированным способом, шт. ;

Н_ЭРЭ - общее число ЭРЭ, шт.;

2) коэффициент автоматизации и механизации монтажа

К_ам=Н_ам/Н_м=109/109=1 ,

где Н_ам- число монтажных соединений, осуществляемых автоматизированным или механизированным способом;

Н_м - общее число монтажный соединений;

3) коэффициент автоматизации и механизации операций контроля и настройки электрический параметров

К_ак=Н_ак/Н_к=4/4=1 ,

где Н_ак - число операций контроля и настройки, осуществляемы автоматизированным или механизированным способом ;

Н_к - общее число операций контроля и настройки;

4) коэффициент прогрессивности формообразования деталей

К_ф=Д_пр/Д=1/1=1,

где Д_пр - число деталей, шт., полученных прогрессивным способом (прессованием, литьем, штамповкой, пайкой, сваркой и т.п.);

Д - общее число деталей в изделии;

5) коэффициент применяемости ЭРЭ

К_п.ЭРЭ=1-(Н_{Т.ор.ЭРЭ}/Н_Т.ЭРЭ) =1-(0/50)=1,

где Н_{Т.ор.ЭРЭ} - число оригинальных ЭРЭ в блоке, шт;

Н_Т.ЭРЭ - общее число ЭРЭ в блоке;

6) коэффициент повторяемости ЭРЭ

К_{пов.ЭРЭ}=1-(Н_Т.ЭРЭ/Н_ЭРЭ)=1-(14/50)=0,72,

7) коэффициент использования микросхем и микросборок

К_{исп.м.с.}=Н_м.с/(Н_м.с+Н_ЭРЭ)=1/(1+50)=0,02,

где Н_м.с - общее число микросхем и микросборок в изделии.

Общий показатель оценки технологичности - комплексный показатель К, определяемый по формуле

,

где к_i - частный показатель технологичности;

_I - ранг показателя технологичности(таблица1.1);

n = 7 - общее число показателей технологичности конкретного класса блоков.

Значение комплексного показателя технологичности должно удовлетворять условию:

0 К 1.

Базовый показатель технологичности К_б определяется нормативно техническим документом в зависимости от класса блока, стадии разработки и типа производства. К_б для класса электронных блоков находится в пределах 0,5 - 0,8 (в расчете используем 0,65).

Уровень технологичности конструкции изделия при известном базовом показателе оценивается отношением полученного численного значения комплексного показателя технологичности к базовому, которое должно удовлетворять условию

К_у= К/К_б 1.

К_у=0,72/0,65=1,111

Так как К_у1, конструкция является технологичной и можно приступать к разработке технологического процесса.

Таблица 1.1 - Состав базовых показателей технологичности для электронных блоков.

№	Показатель технологичности	Обозначение	Значение	Ранг
1	Коэффициент использования микросхем	Кисп.м.с.	0,02	1,000
2	Коэффициент автоматизации и механизации монтажа	Ка.м	1	1,000
3	Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ	Ка.м.п	1	0,750
4	Коэффициент автоматизации и механизации операции контроля и настройки	Ка.к.	1	0,500
5	Коэффициент повторяемости ЭРЭ	Кпов.ЭРЭ	0,72	0,310
6	Коэффициент применяемости ЭРЭ	Кп.ЭРЭ	1	0,187
7	Коэффициент прогрессивности формообразования деталей	Кф	1	0,110

1.3Проектирование технологического процесса сборки и монтажа

1.3.1 Выбор типового ТП и его анализ

Необходимость освоения в короткие сроки большого количества новых изделий в совокупности с высокими требованиями к качеству и технико-экономическим показателям работы предприятий требуют постоянного совершенствования технологической подготовки монтажно-сборочного производства. Основным направлением такого совершенствования является унификация ТП в совокупности с унификацией собираемых элементов конструкции. Различают два вида унификации ТП: типизацию и групповые методы сборки и монтажа.

Типовой ТП - процесс изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками.

По типовому ТП легко составляется конкретный (разработанный) процесс сборки и монтажа изделия. Схема типового техпроцесса сборки блоков ЭА приведена на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 - Схема типового техпроцесса сборки блоков ЭА

Проведен анализ данного типового ТП и определен, какие операции необходимо выполнить. Прежде всего проводим распаковку и входной контроль всех имеющихся ЭРЭ, ПП и ИС. Подготовка навесных элементов к монтажу будет включать в себя следующие операции: обрезка, рихтовка, лужение выводов, флюсованние печатной платы. Маркировка узлов проводится не будет. Потом установка и приклеивание датчика. Далее происходит установка ЭРЭ на ПП. Контроль правильности установки ЭРЭ на ПП проводится визуально, механизированным или автоматизированным способом. Пайка ЭРЭ и радиокомпонентов осуществляется на автоматической линии пайки. Далее проводим контроль пайки. После этого выполняется очистка узла. Установку и пайку соединителя, регулировку узла и стопорение резьбовых соединений не проводим из-за отсутствия соединителя, резьбовых соединений и элементов, требующих регулировки. Потом выполняется (автоматизировано) влагозащита платы и сушка всего изделия. Последняя операция - окончательный контроль готового изделия. Схема проектирования техпроцесса сборки приведена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Схема проектирования техпроцесса сборки

1.3.2 Формирование маршрута ТП

Техпроцесс сборки и монтажа изделия включает следующие операции.

Для распаковки всех ИЭТ используем автомат модели АР-902. С завода-изготовителя ИЭТ поступают в разнообразной таре-упаковке, из которой необходимо ИЭТ переместить в промежуточную тару-кассету многоразового использования. Входной контроль и подготовка ИЭТ производится на полуавтомате модели ГГ- 387 и включает в себя контроль электрических параметров по принципу “годный-негодный”, подготовку: рихтовки выводов, подрезку выводов, изгиб выводов и укладку готовых ИЭТ в технологические кассеты.

Лужение проводится с помощью установки УГЛ-300 ГГМ2.339.002, которая предназначена для механизированного флюсования и горячего лужения выводов ИЭТ групповым способом, включая микросхемы. Установка всех ИЭТ на ПП производится с помощью полуавтомата мод. УСМ.КДА-1.

Приклеивание соединителя будет производиться вручную клеем ВС-350 ТУ38-105-1061-76.

Контроль правильности установки ЭРЭ на ПП выполняется тестером модели СМS 100.

Пайка ЭРЭ на ПП производится на линии паяния модели МЛП-0,1(ГГ-2149), которая предназначена для группового механизированного паяния волной припоя монтажных узлов на микросхемах и ИЭТ, а также для горячего лужения ПП с дозированием припоя на контактных площадках.

Контроль пайки всех ИЭТ выполняется тестером модели СМS 100.

Очистка узла производится на установке модели вИМ1.240.001, которая предназначена для промывки УПП от канифольных флюсов с помощью моющего типа «Электрин»(ТУ 38-407242-83) при температуре 60+(-)5С.

Влагозащита выполняется на установке модели ТС 608.00.00, которая предназначена для нанесения лака типа ЭП-9114 на УПП разной конфигурации.

Сушка лака производится на установке модели УТС-904.

Контроль параметров готового изделия выполняется установкой типа УТК - 3.

1.3.3 Разработка технологической схемы сборки изделия

Выбор технологического оборудования

Время выполнения операции рассчитано исходя из производительности оборудования.

Распаковка:

производительность (АР - 902) - 1800шт/ч.

колличество ИЭТ - 50шт.

t=50*60/1800=1,66мин.

2)Входной контроль:

производительность (ГГ-387) - 2400шт/ч.

количество ИЭТ - 50шт.

t=50*60/2400=1,25мин.

3)Лужение :

производительность (УГЛ - 300) - 400шт/ч.

количество ИЭТ - 50шт.

t=50*60/400=7,5мин.

4)Установка на ПП:

производительность (УСМ.КДА-1) - 600шт/ч.

количество ИЭТ - 50шт.

t=50*60/600=5мин.

6)Конроль установки:

производительность (СМS) - 400мм² за 10с

габаритные размеры платы - 109*91=9919мм²

t=(9919/400)*10с=248с=4,14мин.

7)Пайка:

производительность (МЛП-0,1) - 800шт/ч.

количество ИЭТ - 50шт.

t=50*60/800=3,75мин.

8)Контроль пайки:

производительность (СМS) - 400мм² за 10с

габаритные размеры платы - 109*91=9919мм²

t=(9919/400)*10с=248с=4,14мин.

9)Очистка узла:

производительность (вИМ1.240.001) - 100УПП/ч

t=1*60/100=0,6мин.

10)Влагозащита:

производительность (ТС 608.00.00) - 60…120УПП/ч

t=1*60/90=0,7мин.

11)Сушка:

производительность (УТС -904) - 30…60УПП/ч

t=1*60/45=1,3мин.

12)Выходной контроль:

производительность (УТК - 3) - 60 шт/мин.

t=50*1/60=0,83мин.

Определение такта выпуска

Под тактом выпуска понимается интервал времени между последовательным выпуском двух одинаковых единиц продукции поточной линии.

Величина такта определяется как отношение фонда времени, в каком либо его промежутке, к объему выпускаФ:

,

Ф - годовой фонд времени, ч. (4000ч.);

N_вып - годовой объем изделий, шт.;

= 1,02-1,03.

Количество рабочих мест и коэффициент загрузки оборудования по каждой операции занесены в таблицу 1.2

Таблица 1.2

№п/п	Наименование операции	Оборудование	Производительность оборудования, шт/ч.	Время,мин.	Кол-во рабочих мест	Коэф. загрузки оборудования
1	Распаковка	АР-902	1800	1,66	1	56%
2	Входной контроль	ГГ- 387	2400	1,25	1	42%
3	Лужение	УГЛ-300 ГГМ2.339.002	400	7,5	3	83%
4	Установка на ПП	УСМ.КДА-1.	600	5	2	83%
5	Приклеивание соединителя	вручную		10	1	61%
6	Контроль установки	СМS 100	400мм2 за 10с	4,14	2	64%
7	Пайка	МЛП-0,1(ГГ-2149)	800	3,75	2	63%
8	Контроль пайки	СМS 100	400мм2 за 10с	4,14	2	64%
9	Очистка узла	вИМ1.240.001	100 УПП/ч	0,6	1	27%
10	Влагозащита	ТС 608.00.00	60…120УПП/ч	0,7	1	33%
11	Сушка	УТС-904	30…60УПП/ч	1,3	1	62%
12	Выходной контроль	УТК - 3	60 шт/мин.	0,83	2	86%
Итого	40,87мин.

1.3.4 Выбор и обоснования средств технологического оснащения

Производство печатной платы является массовым. Поэтому технологический процесс ее сборки будет включать в себя в основном автоматизированное оборудование. Технологический процесс сборки ПП начинается с распаковки всех имеющихся ИЭТ на автомате модели АР-902.

Техническая характеристика.

Производительность, шт/ч 1800

Число кассет, шт. 12

Число ИС в кассете, шт. 26

Мощность, Вт 120

Габаритные размеры:

длина, мм 685

ширина, мм 600

висота, мм 1700

маса, кг 200

Входной контроль и подготовка ИЭТ производится на полуавтомате модели ГГ- 387 и включает в себя контроль электрических параметров по принципу “годный-негодный”, подготовку: рихтовки выводов, подрезку)выводов, изгиб выводов и укладку готовых ИЭТ в технологические кассеты. Используется в условиях серийного и массового производства.

Техническая характеристика.

Производительность, шт/ч 2400

Размеры ИЭТ:

с цилиндрическим корпусом:

длина, мм 7…36

диаметр, мм 2,7…16,6

с прямоугольным корпусом, мм 11,8*6,3; 20,8*9,8

Напряжение питания, В 220

Мощность, кВт 1,1

Габаритные размеры, мм 443*583*1583

Масса, кг 150

Лужение проводится с помощью установки УГЛ-300 ГГМ2.339.002, которая предназначена для механизированного флюсования и горячего лужения выводов ИЭТ групповым способом, включая микросхемы. Используется в условиях серийного и массового производства.

Техническая характеристика.

Производительность, шт./ч 400

Размеры рабочей зоны лужения:

Длина, мм 300

Ширина, мм 50

Количество ванн флюсования, шт 2

Количество ванн лужения, шт 2

Масса припоя в одной ванне лужения, кг 3

Глубина углубления выводов, мм 20

Час разогрева припоя до температуры 280С, мин 40

Границы регулирования температуры припоя 150...350

Напряжение питания 380/220(50Гц)

Мощность, кВт 1,5

Габаритные размеры:

Длина, мм 1550

Ширина,мм 750

Висота, мм 1440

Маса, кг 160

Установка всех ИЭТ на ПП производится с помощью полуавтомата мод. УСМ.КДА-1.

Полуавтомат состоит из:

накопителя ИЭТ. Основная функция накопителя - подача ИЭТ к зоне захвата манипулятора;

манипулятора;

механизма передвижения ПП;

системы управления.

Используется в условиях серийного и массового производства.

Техническая характеристика.

Производительность, шт./ч 600

Точность совмещения ИЭТ с контактными площадками, мм +(-)0,1

Число сменных инструментов пневмозахвата для разных ИЭТ, шт 4

Размеры обрабатываемых ПП, мм 200*200

Размеры устанавлеваемых ИЭТ, мм от1,5*2до20*20

Мощность, кВт 1,5

Габаритные размеры, мм 1350*625*1320

Контроль правильности установки ЭРЭ на ПП выполняется тестером модели СМS 100, который имеет три модификации: с индексом А - для контроля качества установки ИЭТ; с индексом В - для контроля ИЭТ и их полярности; с индексом С - для контроля ИЭТ и паяных соединений.

Техническая характеристика.

Максимальный размер ПП, мм 450*400

Продолжительность контроля ПП размером 400мм² ,с 10

Габаритные размеры,мм 1845*950*1950

Масса,кг 500

Пайка осуществляется с помощью линии пайки мод. МЛП-0,1 (ГГ-2149). Процесс пайки происходит в три этапы - флюсование, подогрев, пайка. Подача флюса на ПП осуществляется волновым способом. В качестве флюса используется канифоль сосновая марки А (ФКСп). Плотность флюса 0,897 г/см³. Подогрев ПП осуществляется для уменьшения термоудара, повышение скорости пайки и т.д. Температура подогрева 85 С. Пайка осуществляется двойной волной пропоя. Припой - ПОС-61. Температура пайки 235±5 С. Время пайки 1,5 секунд. Разряд работника - четвертый.

Техническая характеристика.

Производительность,шт/ч 800

Максимальные размеры паяемых ПП, мм 500*500

Напряжение питания, В 220

Мощность, кВт 30

Габаритные размеры, мм 1390*1370*6000

Масса установки, кг 872

Удаление остатков флюса осуществляется на установке вИМ1.240.001. Очищающяя жидкость - «Электрин». Температура 60±5 С. Сушка изделия осуществляется горячим воздухом при температуре 54 С. Разряд работника - четвертый.

Техническая характеристика.

Производительность ,УПП/ч 100

Максимальные размеры УПП, мм 450*450*40

Число ванн, шт 3

Затраты воды, дм 3/мин 41,6

Мощность, кВт 33

Напряжение питания, В 220/380

Габаритные размеры, мм 7000*1350*1330

Масса, кг 17000

Влагозащита выполняется на установке модели ТС 608.00.00, которая предназначена для нанесения лака типа ЭП-9114 на УПП разной конфигурации.

Техническая характеристика.

Производительность ,ПП/ч 60...120

Максимальные размеры ПП, мм 305*170

Число ванн, шт 1

Скорость центрифугирования, 1/мин 200...400

Время стекания лака, с 15...70

Габаритные размеры, мм 1060*1240*1900

Масса, кг 200

Сушка лака производится на установке модели УТС-904. Установка автоматически поддерживает заданный режим. Источник тепла - трубчатые электронагреватели в рефлекторами, которые обеспечивают сушение лаковых покрытий , от нижних слоев до верхних, что улучшает условия испарения растворителя, резко сокращает время сушения и исключает разрыв лаковой пленки.

Техническая характеристика

Производительность ,ПП/ч 30...60

Максимальные размеры ПП, мм 300*250

Температура сушения, С 60+(-)

Мощность, кВт 36

Напряжение питания, В 220/380

Габаритные размеры, мм 2000*790*2400

Масса, кг 1500

Для выполнения контроля на функционирования используется установка типу УТК - 3, что предназначена для автоматической прверки логического функционирования, контроля уровня напряжения логических сигналов и задержек их распостранения в цепях в условиях серийного производства.

Техническая характеристика

Производительность, шт/год

при контроле 300000

при диагностировании 80000

Число контролируемых каналов 192

Потребляемая мощность, кВт 25.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1 ГОСТ 3.1102-81 ”Стадии разработки и виды документов”.

2 ГОСТ 3.1109-82 ”Термины и определения основных понятий”.

3 Технология и автоматизация производства РЭА: Учебник для вузов/Под ред. А.П. Достанко. - М.: Радио и связь, 2009.

4 Технология производства ЭВМ - Достанко А.П. и др.:Учеб.-Мн.:Высшая школа, 2004.

5 Технологічне оснащення виробництва електронних обчислювальних засобів: Навч. Посібник/М.С. Макурін.-Харків: ХТУРЕ, 1996.