Разработка технологического процесса сборки и монтажа блока бесперебойного питания

Полученное значение деформации при ударе приблизительно совпадает с амплитудой виброперемещения заданного ГОСТ 16019-78 (0,5…0,8мм). Можно сделать вывод, что использовать защиту от ударных нагрузок нет необходимости.

1.6 Анализ элементной базы

Таблица 1.5 - Анализ элементной базы

2. Технологическая часть

2.1 Анализ технического задания на проектирование технологического процесса

Блок бесперебойного питания относится к электронным аппаратам. В соответствии с техническим заданием годовой объем выпуска - 100000 штук, исходя из этого, определяем, что тип производства - массовый.

Согласно СОУ МПП 01.110-076:2004 стадия разработки технологической документации устанавливается в зависимости от стадии разработки конструкторской документации. Конструкторская документация имеет литеру “О”, что соответствует документации, разрабатываемой для массового производства.

Вид технологического процесса - единичный, так как все изготавливаемые изделия имеют одно наименование, типоразмер и конструктивное оформление.

Комплект технологических документов выбирается исходя из типа производства, стадии разработки и степени детализации описания. Для массового производства разрабатываем маршрутную карту, так как в ней мы указываем сокращённое описание всех технологических операций и последовательность их выполнения.

2.1.1 Технологическая характеристика элементной базы

Блок состоит из ИЭТЭ, которые по своим конструктивно-технологическим особенностям подразделяется на следующие группы:

а) 1 - группа - неполярные ИЭТЭ с цилиндрической формой корпуса и осевыми выводами (резисторы, конденсаторы, предохранитель, диоды);

б) 8 - группа - ИЭТЭ с прямоугольной и цилиндрической формой пластмассового корпуса с тремя однонаправленными выводами (транзисторы);

в) 9 - группа - ИЭТЭ с прямоугольной формой корпуса и двусторонним расположением выводов перпендикулярно основанию корпуса (микросхемы).

Перечисленные радиоэлементы характеризуются такими параметрами:

- массой;

- габаритными размерами;

- жесткостью выводов;

- точностью изготовления корпусов;

- конфигурацией;

- допустимыми значениями механических и температурных воздействий на корпус и выводы.

Для автоматизации операций ориентации ИЭТЭ и контроля правильности установки их в электронных сборках, при выполнении сборочно-монтажных работ, ИЭТЭ 8 и 9 группы должны иметь четко выраженный и конструктивно оформленный ключ. Важнейшее значение для обеспечения автоматизации имеет упаковка ИЭТЭ, в соответствии с техническими условиями оборудования, они должны поставляться в таком виде:

- ИЭТЭ 1 группы поставляются вклеенными в двухрядную липкую ленту;

- ИЭТЭ 8 группы с проволочными выводами, а также транзисторы поставляются вклеенными в однорядную перфорированную ленту. Шаг вклейки зависит от размера корпуса;

- ИЭТЭ 9 группы, как правило, поставляются ориентированными, в специальных прямоточных технологических кассетах.

Выбранная элементная база соответствует основным техническим требованиям по стойкости к технологическим воздействиям, а именно:

- конструкция ИЭТЭ обеспечивает трехкратное воздействие групповой пайки, и лужения выводов горячим способом без применения теплоотвода, и образования надежного паяного соединения;

- выводы и контактные площадки ИЭТЭ обеспечивают паяемость с использованием спиртоканифольных флюсов;

-стойкость покрытий и маркировочные обозначения сохраняются при очистке печатной платы в моющих средствах.

2.1.2 технологическая характеристика монтажного основания

Плата имеет габаритные размеры 112.5х100х1.5мм, исходя из расположения элементов на ней. Основание платы выполнено из одностороннего стеклотекстолита СФ-1-50-1.5.

Величина модуля упругости стеклотекстолита . При проведении монтажных операций возможно коробление плат, при этом стрела прогиба может достичь 1.0 мм.

Центры базовых отверстий применяются для фиксации печатной платы, они располагаются в верхних и нижних углах координатной сетки. Диаметр базовых отверстий в соответствии с требованиями выполнены диаметром 3мм. Базовые отверстия располагаются вдоль узких сторон платы. Вокруг базовых отверстий предусматриваются свободные от элементов зоны диаметром минимум 3мм. Всего же отверстий с диаметром 3мм - 4 шт. На печатной плате расположены монтажные отверстия с диаметрами 1 и 6.4 мм. Общее количество отверстий составляет 101 шт.

Печатная плата имеет зоны свободные от ИЭТЭ для фиксации их в направляющих координатного стола сборочного автомата ГПС, накопителях ПП и транспортной таре. Эти зоны расположены вдоль узких краев ПП на расстоянии 5мм от кромки края ПП.

2.1.3 Конструктивно-технологическая характеристика блока как объекта автоматизированной сборки и монтажа

С точки зрения сборки и монтажа блока для изготовления в ГПС, блок характеризуется следующими техническими требованиями:

- электронный модуль функционально закончен, его электрический контроль можно организовать на специализированном производстве (участке);

- для обеспечения применения групповой пайки волной припоя все ИЭТЭ со штырьковыми выводами располагаются на ПП с одной стороны;

- вокруг ИЭТЭ, устанавливаемых автоматически на ПП, предусмотрены свободные зоны - зоны работы инструмента установочных головок. Для повышения плотности монтажа допускается применение принципа «наложения» свободных зон. При этом обязательным становится необходимость соблюдения такой последовательности установки ИЭТЭ на плату, при которой сперва устанавливаются ИЭТЭ с большими габаритными размерами и многовыводные, а в после - с меньшими габаритными размерами;

- для ИЭТЭ с цилиндрическими корпусами и осевыми выводами применяются П - образная формовка и установка на ПП;

- конструкция блока исключает применение прокладок между ИЭТЭ и ПП, экранов и изоляционных трубок на корпусах и выводах ИЭТЭ;

- в конструкции блока предусматривается не хаотичное, а упорядоченное расположение ИЭТЭ на ПП;

- установка ИЭТЭ на ПП производится по второму и четвертому варианту, и выводы элементов слегка подгибаются, для фиксации перед пайкой.

2.2 Проверочный анализ изделия на технологичность

2.2.1 Определение технологичности конструкции

Все блоки ЭА разбиты условно на 4 класса:

а) электронные;

б) радиотехнические;

в) электромеханические, механические;

г) соединительные, коммутационные.

В ОСТ4 ГО.091.219 приводится состав базовых показателей, их ранжирование, последовательность по значимости, коэффициенты веса (см. табл. 2.1), а также указывается необходимость определения показателей на различных стадиях разработки блоков.

Таблица 2.1 - Состав базовых показателей технологичности для электронных блоков

Таблица 2.2 - Исходные данные для электронного блока

Коэффициент использования микросхем определяется по формуле (2.1)

,(2.1)

где -- количество микросхем;

-- количество ЭРЭ.

,

Коэффициент автоматизации монтажа определяется по формуле (2.2)

, (2.2)

где -- количество монтажных соединений выполненных автоматизированным способом;

-- общее количество монтажных соединений.

,

Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажу определяется по формуле (2.3)

, (2.3)

где -- количество ЭРЭ, подготовка которых может осуществляться при помощи средств автоматизации и механизации;

,

Коэффициент автоматизации и механизации операций контроля и настройки определяется по формуле (2.4)

, (2.4)

где -- количество операций контроля и настройки выполняемых при помощи средств автоматизации и механизации. К ним относят также те операции контроля и настройки, для выполнения которых средства автоматизации и механизации не требуются

-- общее количество операций контроля и настройки.

,

Коэффициент повторяемости ЭРЭ определяется по формуле (2.5)

, (2.5)

где -- количество типоразмеров ЭРЭ.

,

Коэффициент применяемости ЭРЭ определяется по формуле (2.6)

, (2.6)

где -- количество типоразмеров оригинальных ЭРЭ. К ним относятся те ЭРЭ, которые производятся на предприятии, осуществляющем сборку.

,

Коэффициент прогрессивности формообразования определяется по формуле (2.7)

, (2.7)

где -- количество деталей изготовленных прогрессивными методами (штамповка, прессование, литьё под давлением и пр.);

-- общее число деталей (плата).

,

Комплексный показатель технологичности учитывает не только значения каждого коэффициента, но и значимость каждого из них. Определённые выше значения единичных показателей технологичности, а также ранг (значимость) каждого из них сведены в таблицу 2.3.

Таблица 2.3 -- Единичные показатели технологичности

Комплексный показатель технологичности определяется по формуле (2.8)

. (2.8)

После подстановки значений из таблицы 2.1, получено

.

Уровень технологичности конструкции определяется формулой (2.9)

, (2.9)

где -- базовый уровень технологичности конструкции.

.

Поскольку уровень технологичности , блок является технологической конструкцией, мы можем составить технологический процесс.

2.2.2 Оценка степени подготовленности объекта сборки к автоматическому производству

В основу методики положен принцип поэлементного анализа конструкции изделия и его деталей, а также свойств материалов с точки зрения возможности и технической целесообразности автоматизированного выполнения дискретных сборочных операций на основе дифференцированной схемы для оценки степени сложности детали и пригодности её к сборке на сборочном автомате.

Схема дифференциации содержит семь ступеней, каждая из которых характеризует строго определённую совокупность признаков, определяющих конфигурацию, физико-механические свойства, сцепляемость, показатели симметричности, соотношения размеров, специфические свойства и т.д.

Таблица 2.4 -- Оценка подготовленности диодов КД212А и КД213А

Таблица 2.5 -- Оценка подготовленности диодов КЦ410А

Таблица 2.6 -- Оценка подготовленности конденсаторов КМ-6-N90

Таблица 2.7 -- Оценка подготовленности микросхем К1401СА1

Таблица 2.8 -- Оценка подготовленности микросхем КР142ЕН12А и КР142ЕН5В

Таблица 2.9 -- Оценка подготовленности предохранителей ВПБ6-11

Таблица 2.10 -- Оценка подготовленности резисторов С2-33Н АИ и Р1-71

Таблица 2.11 -- Оценка подготовленности светодиодов АЛ307Д

Таблица 2.12 -- Оценка подготовленности транзисторов КТ3102А и КТ815А

Для оценки сложности автоматизации сборки изделия используют сумму баллов, которая определяется как сумма баллов входящих в изделие деталей по формуле (2.10)

, (2.10)

где -- сумма баллов i-ой детали;

-- число одноимённых i-ых деталей;

-- число наименований деталей, входящих в изделие.

В результате расчётов, получено следующее значение

Существенной оценкой совершенства пригодности конструкции изделия к автоматизированной сборке являются средние значения суммы баллов и категории сложности.

Среднее значение суммы баллов определяем по формуле (2.11)

, (2.11)

Категорию сложности определяем по формуле (2.12)

, (2.12)

где -- общее число деталей, входящих в изделие;

-- категория сложности i-ой детали.

Таким образом, получены следующие результаты:

,

.

Полученные результаты показывают, что модуль относится к третьей категории сложности, для которой сумма баллов лежит в пределах от 20 до 25. Здесь требуется тщательный анализ изделия по отдельным параметрам и элементам конструкции с учётом сложности технологического процесса и создания средств автоматизации.

2.3 Проектирование технологического процесса

2.3.1 Проектирование единичного технологического процесса

Массовое производство - непрерывное изготовление продукции с соблюдением ритмичного равномерного выпуска. Рабочие места имеют узкую специализацию, каждый рабочий выполняет строго определенную операцию.

А так же необходимость освоений 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. Сборочные работы в зависимости от уровня кооперации иногда составляют 40%-60% от общей трудоемкости изготовления электронной аппаратуры. 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. Из типового ТП, который независимо от назначения изделий на ПП, способов и технологических средств, их реализации, включает в себя комплексы:

- подготовительных операций;

- сборочных (установочные) операций;

- операций пайки (монтажные);

- операций по отмывке остатков флюса, сушки, лакировки (защитные), маркировки, контроль (заключительные).

Результатом выполнения конструкторской части является разработка конструкции модуля блока бесперебойного питания, а также, конструкторская документация. Однако этого не достаточно для запуска модуля в производство, для этого необходимо разработать технологический процесс производства модуля. По ДСТУ 2960-94 технологический процесс - часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. Большинство ТП разрабатываются на основе существующих типовых технологических процессов. Это позволяет упростить процесс проектирования новых ТП, а также сократить время проектирования. Это связано с тем, что отпадает необходимость полностью разрабатывать ТП. Достаточно лишь проанализировать существующий типовой ТП, добавив необходимые операции и сократив не нужные.

Разрабатывать единичный ТП сборки модуля блока бесперебойного питания удобно на основании типового ТП сборки электронного модуля первого уровня разукрупнения, схема которого представлена на рисунке 2.1.

Приведенный типовой ТП довольно точно соответствует процессу изготовления блока бесперебойного питания, однако, необходимо внести ряд изменений. Т.к. на сборку поступают уже промаркированные элементы и плата, то операция маркировки исключается из единичного ТП. После установки элементов на плату целесообразно произвести контроль правильности установки. Также необходимо провести контроль после очистки узла от остатков флюса. Это позволит выявить некачественную пайку на раннем этапе, что улучшит экономические показатели производства. После контроля пайки не обходимо провести влагозащиту, что защитит паяные соединения от воздействия внешних факторов. Кроме того, конструкцией не предусмотрена автоматическая установка соединителей, регулируемых элементов и резьбовых соединений, поэтому соответствующие операции исключаются из единичного ТП.

Рисунок 2.1 -- Типовой ТП сборки РЭМ-1