Разработка технологической схемы сборки электронного блока

Теоретические сведения

Сборка представляет собой совокупность технологических операций механического соединения деталей, ЭРЭ и интегральных микросхем (ИМС) в изделии или его части, выполняемых в определенной последовательности для обеспечения заданного их расположения и взаимодействия. Выбор последовательности операций сборочного процесса зависит от конструкции изделия и организации процесса сборки.

Технологический процесс сборки – это совокупность операций, в результате которых детали соединяются в сборочные единицы, блоки, стойки, системы и изделия. Простейшим сборочно-монтажным элементом является деталь, которая, согласно ГОСТ 2101-68, характеризуется отсутствием разъемных и неразъемных соединений.

Сборочная единица является более сложным сборочно-монтажным элементом, состоящим из двух или более деталей, соединенных разъемным либо неразъемным соединением. Характерным признаком сборочной единицы роцеется возможность ее сборки отдельно от других сборочных единиц.

Технологическая схема сборки изделия является одним из основных документов, составляемых при разработке ТП сборки. Она разрабатывается на основе схемы сборочного состава, при разработке которой руководствуются следующими принципами:

· схема составляется независимо от программы выпуска изделия на основе сборочных чертежей, электрической и кинематической схем изделия;

· сборочные единицы образуются при условии независимости их сборки, транспортирования и контроля;

· минимальное число деталей, необходимое для образования сборочной единицы первой ступени сборки, должно быть равно двум;

· минимальное число деталей, присоединяемых к сборочной единице данной группы для образования сборочного элемента следующей ступени, должно быть равно единице;

· схема сборочного состава строится при условии образования наибольшего числа сборочных единиц;

· схема должна обладать свойством непрерывности, т. Е. каждая последующая ступень сборки не может быть осуществлена без предыдущей.

Включение в схему сборочного состава технологических указаний превращает ее в технологическую схему сборки. Различают технологические схемы сборки «веерного» типа и технологические схемы сборки с базовой деталью.

Технологическая схема сборки «веерного» типа представлена на рисунке 2.1, а. на ней стрелками показано направление сборки деталей и сборочных единиц. Достоинством схемы является ее простота и наглядность, но она не отражает последовательности сборки во времени.

Схема сборки с базовой деталью (рисунок 2.1, б) устанавливает временную последовательность сборочного процесса. При такой сборке необходимо выделить базовый элемент, т. Е. базовую деталь или сборочную единицу, в рчестве которой обычно выбирают ту деталь, поверхности которой будут впоследствии использованы при установке в готовое изделие. В большинстве случаев базовой деталью служит плата, панель, шасси и другие элементы несущих конструкций изделия. Направление движения деталей и сборочных единиц на схеме показывается стрелками, а прямая линия, соединяющая базовую деталь и изделие, называется главной осью сборки. Точки пересечения осей сборки, в которые подаются детали или сборочные единицы, обозначаются как элементы сборочных операций, например: Сб.1-1, Сб.1-2 и т. Д., а точки пересечения вспомогательной оси с главной – как операции: Сб.1, Сб.2 и т. Д.

а б

а – «веерного» типа; б – с базовой деталью

рисунок 2.1 – Технологические схемы сборки

При построении технологической схемы сборки каждую деталь или сборочную единицу изображают в виде прямоугольника (рисунок 2.2, а), в котором указывают позицию детали по спецификации к сборочному чертежу (1), ее наименование (2) и обозначение (3) согласно КД, а также количество деталей (4), подаваемых на одну операцию сборки. Размеры прямоугольника рекомендуются 50´15 мм. Допускается изображение нормализованных или стандартных крепежных деталей в виде круга диаметром 15 мм, в котором указывают позицию по спецификации и количество деталей (рисунок 2.2, б).

Технологические указания по выполнению сборочных операций или электрического монтажа заключают в прямоугольник, ограниченный штриховой линией, а место их выполнения указывают наклонной стрелкой, направленной в точку пересечения осей сборки.

а б

а – детали и сборочные единицы; б – крепеж

рисунок 2.2 – Условные обозначения на технологической схеме сборки

Также на технологических схемах сборки оговаривают характер выполнения неразъемных соединений (сварка, пайка, склеивание, запрессовка и т. Д.); материал, применяемый при сборке; характер операций монтажа элементов (волной припоя, электропаяльником и т. Д.); характер операций влагозащиты изделия, контроля и маркировки (рисунок 2.3).

Содержание технологической схемы сборки электронного блока определяется его конструкцией. При наличии в конструкции изделия поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК) выделяют три основных варианта конструктивного исполнения блоков: чисто поверхностный монтаж (тип 1), при котором на одной или двух сторонах печатной платы расположены только ПМК; смешанный монтаж: (тип 2), когда на одной или двух сторонах печатной платы размещаются сложные ПМ-компоненты и компоненты со штыревыми выводами и смешанно-разнесенный монтаж (тип 3), при котором компоненты со штыревыми выводами размещаются на лицевой стороне печатной платы, а простые ПМК – на обратной стороне.

Технологический процесс сборки модуля типа 1 начинается с нанесения (чаще всего методом трафаретной печати) припойной пасты на контактные площадки (рисунок 2.4). Компоненты устанавливаются на печатную плату и осуществляется их пайка. Некоторые припойные пасты подсушивают перед пайкой для удаления летучих соединений и стабилизации свойств. Для плат с двухсторонней установкой компонентов приведенные выше операции повторяются. Компоненты, находящиеся на лицевой стороне печатной платы, повторно подвергаются нагреву. Однако вследствие действия сил поверхностного натяжения в припойной пасте они остаются на своих местах.

Технологический процесс сборки модуля типа 2 является комбинацией процессов сборки типов 1 и 3 и использует все операции, характерные для этих типов (рисунок 2.5). Это наиболее сложный вариант для практической реализации, потому что он содержит максимальное число операций.

Первой операцией технологического процесса сборки модуля типа 3 будет автоматизированная установка компонентов со штыревыми выводами с их подгибкой (рисунок 2.6). Она выполняется на серийном оборудовании. Далее плата переворачивается и на места установки ПМК наносится адгезив.

рисунок 2.3 – технологическая схема сборки электронного блока

С помощью автоматических укладчиков устанавливаются ПМК и осуществляется подсушивание адгезива в конвекционных или инфракрасных печах. После отверждения адгезива плата переворачивается обратно и производится пайка выводов традиционных и ПМ-компонентов волновой пайкой. Дискретные ПМ-компоненты за счет приклеивания во время пайки остаются на своих местах. Заключительные операции всех технологических процессов – очистка и контроль. Некоторые фирмы осуществляют пайку волной припоя и ПМ-корпуса ИМС (SO). Однако это не рекомендуется ввиду высоких тепловых нагрузок на корпуса, снижения коррозионной стойкости и надежности ИМС.

Для определения количества устанавливаемых ЭРЭ на плату в ходе выполнения сборочных операций необходим расчет ритма сборки:

, (2.1)

где Ф_д – действительный фонд времени за плановый период; N – программа выпуска.

действительный фонд времени за плановый период определяется как:

Ф_д=с·Д·к_п·41·60/5(мин), (2.2)

где с – количество рабочих смен; Д – количество рабочих дней за плановый период; к_п– коэффициент регламентированных перерывов (к_п=0,95).

трудоемкостьi-й операции сборки определяется исходя из производительности оборудования, применяемого для выполнения операции, и количества собираемых электрорадиоэлементов:

Т_i=n·60/П(мин) , (2.3)

где П – производительность единицы оборудования, шт/час;

n – количество собираемых электрорадиоэлементов.

Количество ЭРЭ, устанавливаемых на i-ой операции, должно учитывать соотношение

0,9 < Т_i / r < 1,2. (2.4)

Разработка технологических схем сборки способствует дифференциации процессов сборки, что значительно сокращает длительность производственного цикла.

После разработки технологической схемы сборки проводят расчет следующих коэффициентов:

1 Средняя полнота сборочного состава (количество сборочных единиц на каждой ступени сборки):

Е_ср = Е/(k – 1), (2.5)

где Е – количество сборочных единиц в схеме сборочного состава; k – показатель степени сложности сборочного состава, равный количеству ступеней сборки изделия.

(2.6)

где m_i – число групп, подгрупп, сборочных единиц.

Рисунок 2.4 – Схема технологического процесса сборки модуля типа 1

2 Показатель расчлененности данного процесса сборки М:

М = n/Е, (2.7)

где n – число рабочих операций, определенных для конкретных условий производства (при М < 1 ТП концентрирован, М > 1 – дифференцирован).

3 Коэффициент средней точности сборочных работ:

(2.8)

где k – показатель квалитета точности;

q – число сборочных единиц данного квалитета точности.

Установка ПМ-компонентов

Отверждение паяльной пасты

Пайка ПМ-компонентов

Очистка

Установка компонентов в отверстия

Двухсто-ронний монтаж

Нет

Да

Перевертывание платы

Нанесение адгезива на сторону 2

Установка ПМ-компонентов

Отверждение адгезива

Перевертывание платы

Пайка волной припоя

Очистка

Нанесение паяльной пасты

Очистка

Контроль, ремонт

Контроль, ремонт

Пайка волной припоя

Рисунок 2.5 – Схема технологического процесса сборки модуля типа 2

Установка компонентов со штыревыми выводами

Перевертывание платы

Нанесение адгезива

Установка ПМ-компонентов

Отверждение адгезива

Перевертывание платы

Пайка волной припоя

Очистка

Контроль, ремонт

Рисунок 2.6 – Схема технологического процесса сборки модуля типа 3

4 Коэффициент сборности изделия:

К_сб = Е/(Е+Д), (2.9)

где Д – количество деталей.

порядок выполнения задания

1 определить действительный фонд времени за плановый период.

2 Рассчитать ритм сборки.

3 определить последовательность операций сборки и их трудоемкость.

4 определить для каждой операции сборки отношение Т_i/Т_в.

5 разработать технологическую схему сборки.

6 Внести в схему технологические указания.

7 Рассчитать показатели сборочного состава.

8 вычертить технологическую схему сборки на листах формата А4.

Практическое занятие №3

Разработка маршрутной технологии сборки электронного блока и выбор оптимального варианта технологического процесса

Теоретические сведения

Сборку электронных блоков проводят в три этапа. На первом этапе (механическая сборка):

· выполняют неразъемные соединения деталей и сборочных единиц с платой (развальцовка, склеивание и т. д.);

· устанавливают крепежные детали (угольники, кронштейны и т. д.);

· закрепляют крупногабаритные (трансформаторы питания и т. д.) элементы собственным крепежом.

На втором этапе (электрический монтаж):

· выполняют заготовительные операции (подготовку проводов, жгутов, кабелей, выводов ЭРЭ);

· устанавливают навесные ЭРЭ и микросхемы на платы;

· выполняют электрические соединения (монтаж) в соответствии с электрической принципиальной или электромонтажной схемой;

· контролируют качество монтажа.

На третьем этапе:

· контролируют качество сборки и маркируют изделия;

· выполняют регулировочно-настроечные работы.

При выборе оптимального варианта ТП используют технико-экономические критерии — экономичность и производительность.

Экономичным считается процесс, который при заданных условиях обеспечивает минимальную технологическую себестоимость. Производительность соответствует наименьшим затратам живого труда и обеспечивает быстрый выпуск продукции в плановые сроки.

Для выбора оптимального варианта ТП по производительности рассчитываем производительность труда по каждому из вариантов. Производительность – количество изделий, которое изготовлено за единицу времени (час, смену):

(3. 1)

где Ф_д– действительный фонд времени за плановый период; n – количество операций ТП;Т_{шт i} – трудоемкость i-й операции.

При расчетах производительности труда необходимо различать штучно-калькуляционное и штучное время выполнения операции.

Штучно-калькуляционное время равно

,

(3.2)

где T_ШТ – штучное время, котороезатрачивается на каждое изделие;

Т_п-з – подготовительно-заключительное время, которое затрачивается на ознакомление с чертежами, получение инструмента, на подготовку и наладку оборудования на всю программу выпуска;

N – программа выпуска изделий.

Штучное время определяется по формуле

,

(3.3)

где Т_осн – основное время работы оборудования;

Т_всп – вспомогательное время на установку и снятие детали;

Т_обсл – время обслуживания и замены инструмента;

Т_пер – время регламентированных перерывов в работе.

Для сборочно-монтажного производства Т_осн и Т_всп объединяют в оперативное время Т_оп, а Т_обсл+Т_пер составляют дополнительное время, его задают в процентах от оперативного в виде коэффициентов. Согласно ОСТ 4ГО.050.012 «Нормирование сборочно-монтажных работ в производстве РЭА» штучное время определяется по формуле

(3.4)

где К₁– коэффициент, зависящий от сложности аппаратуры и типа производства;

К₂ – коэффициент, учитывающий подготовительно-заключительное время и время обслуживания в процентах от оперативного;

К₃ – коэффициент, учитывающий долю времени на перерывы в работе в процентах к оперативному времени и зависящий от сложности выполняемой работы и условий труда.

Оперативное время Т_опопределяют по техническим характеристикам оборудования в соответствии с формулой (2.3). Значения коэффициентов К₁ и К₂ выбирают по таблице 3.1, К₃ – по таблице 3.2.

Таблица 3.1 – Значения коэффициентов К₁ и К₂

Тип производства	К1 для аппаратуры	К2, %
	2-го поколения	3-го поколения	4-го поколения
Индивидуальное	1,3	1,8	2,0
Мелкосерийное	1,2	1,5	1,8	9,6
Серийное	1,0	1,2	1,5	7,6
Крупносерийное	0,75	0,9	1,12	5,4
Массовое	0,70	0,85	1,05	3,7

Ориентировочно подготовительно-заключительное время на всю годовую программу равно

,

(3.5)

где Т_{п-з. см} – сменная норма подготовительно-заключительного времени;

С – количество смен;

Д_р – количество рабочих дней в плановый период.

Сменная норма Т_п-з. определяется инструкцией по эксплуатации оборудования и выражает готовность оборудования на начало ТП (таблица 3.3).

Таблица 3.2 – Значения коэффициента К₃ в зависимости от условий работы

Характер работ	К3, %
Простые легкие
Простые средние
Простые в неблагоприятных условиях
Простые в тяжелых условиях
Простые с большим зрительным напряжением
Тяжелые или в особо неблагоприятных условиях
Особо тяжелые и в неблагоприятных условиях

Для выбора оптимального варианта ТП составляют два уравнения для вычисления суммарного штучно-калькуляционного времени сравниваемых вариантов в соответствии с технической нормой времени:

, ,

(3.6)

где m, n – число операций по вариантам.

Тогда критический размер партии изделий равен

(3.7)

Таблица 3.3 – Укрупненные нормы подготовительно-заключительного времени

Тип оборудования	Тп-з. см, мин
Простая оснастка	1—5
Оснастка средней сложности (с пневмо- или электроприводом)	10—15
Сложная технологическая и регулировочная оснастка	15—30
Полуавтоматы	15—25
Сложное автоматическое оборудование	20—30
Микропроцессорное оборудование, управляемые роботы	30—40
Установки волновой пайки	50—60

Если вариант ТП отличается большим уровнем автоматизации, то ему соответствует большее суммарное подготовительно-заключительное время вследствие сложности подготовки оборудования и одновременно меньшее суммарное штучное время.

Важным показателем правильности выбора технологического оборудования является коэффициент загрузки и использования оборудования по основному времени. Коэффициент загрузки оборудования К_з определяется как отношение расчетного количества единиц оборудования по данной операции n_р к принятому (фактическому) количеству n_пр:

К_з= . (3.8)

Расчетное количество единиц оборудования (рабочих мест) определяется как отношение штучного времени данной операции Т_шт к ритму выпуска r:

n_р= , (3.9)

Для наглядного представления о средней загрузке оборудования на линии и каждой единицы оборудования строят график загрузки (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – График загрузки оборудования на линии

порядок выполнения задания

1 в соответствии с «Общими правилами разработки ТП и выбора средств технологического оснащения» ГОСТ 14.301-73 разработать 2 варианта маршрутного ТП сборки электронного блока.

2 для каждого из вариантов выбрать технологическое оборудование по их техническим характеристикам, которые представлены в приложениях А –В.

3 Рассчитать трудоемкость операций для каждого из вариантов маршрутного ТП сборки, представляя результаты расчетов в виде таблицы 3.4.

4 определить трудоемкость ТП сборки по сравниваемым вариантам (пример таблица 3.5).

5 рассчитать N_кри определить оптимальный вариант маршрутного ТП сборки и монтажа блока ЭА.

6 Рассчитать коэффициенты загрузки оборудования по вариантам и определить средний коэффициент загрузки для участка.

Таблица 3.4 – Маршрутный ТП сборки и монтажа (вариант 1)

№ операции	Наименование операции	Оборудование, оснастка	Топер, м.	Тшт, м.	Тп-з., м.	Тшт-к, м.
Итого:

Таблица 3.5 – Результаты расчета трудоемкости по вариантам ТП

№	Последовательность операций	Вариант 1	Вариант2
Оборудование, оснастка				Оборудование, оснастка
	Механосборочная	Стол монтажный СМ-3, электроотвертка	1,5	1,4	—	Стол монтажный СМ-3, электроотвертка	1,5	1,4	—
	Подготовка ЭРЭ к монтажу	Стол монтажный СМ-3, приспособление для формовки и обрезки выводов	1,5	1,4	—	Стол монтажный СМ-3, приспособление для формовки и обрезки выводов	1,5	1,4	—
	Установка ЭРЭ на плату	Полуавтомат УР-10	0,8	0,74		Стол монтажный СМ-3, пинцет Пг7879-4512		9,2	—
	Пайка волной припоя	Установка пайки Hollis Engineering Astra-300	0,3	0,3		Установка пайки ЛПМ-300	0,5	0,46
	Пайка контактов	Паяльная станция	1,5	1,4		Стол монтажный СМ-3, паяльник ПСН-40	2,5	1,4
	Очистка и сушка платы	Линия промывки плат ЛПП-901	0,2	0,18		Ванна цеховая, щетка	1,8	1,66	—
	Маркировка	Рабочее место маркера	0,35	0,32		Рабочее место маркера	0,35	0,32
	Контроль визуальный	Рабочее место визуального контроля VS8	0,35	0,32		Приспособление визуального контроля ГГ63669.012	0,35	0,32
	Контроль электрический	Автомат MTS 180	0,35	0,32		Стенд контроля	1,35	1,32
Итого	7,8	6,38			19,85	18,38

Практическое занятие №4

Разработка операционной технологии и оформление комплекта