Для задач к вопросу №12,13

Контактные методы

г де ₁, ₂ - удельные сопротивление припоя и материала паяемой детали соответственно, b - ширина зоны соединения, h - толщина детали,  - толщина припоя

Фотоакустическая микроскопия

Поглощенное излучение I_a приводит к генерации периодических тепловых потоков Q_s и Q_g , распространяющихся в объекте и от его границы в окружающую газовую среду. Решением уравнения термодиффузии являются температурные волны, затухающие в е раз на длине распространения тепла µ_s,g в твердом теле и окружающей среде

где k_s,g – теплопроводность, ρ_s,g – плотность, с_s,g – теплоемкость твердого тела и газа соответственно, ω – угловая частота модуляции излучения.

Л азерная фотоакустическая микроскопия

Решением уравнения термодиффузии являются температурные волны, затухающие в е раз на длине распространения тепла L_s,g в твердом теле и окружающей среде

где k_s,g – теплопроводность, ρ_s,g – плотность, с_s,g – теплоемкость твердого тела и газа соответственно, ω – угловая частота модуляции излучения:

2 9. Погрешность позиционирования — отклонение заданной позиции исполнительного механизма от фактической при многократном повторении:

где X_i — отклонение координаты; k — количество повторений

Производственная площадь S_o, занимаемая оборудованием:

где L —суммарная длина основного оборудования вдоль фронта; a —расстояние от стены или колонны до рабочего места; h₁ —проход между оборудованием; b —ширина основного технологического оборудования; h₂ —расстояние между рядами оборудования.

коэффициенту использования производственной площади

n-количество единиц технол. оборудования; S_оi-площадь, занимаемая основным оборудованием; S_всп-площадь, занятая вспомогательным оборуд. и роботами;S-площадь здания.

Площадь, занятая промышленным роботом,

где k — коэффициент, учитывающий площадь, необходимую для эксплуатации, профилактики и ремонта ПР (1,2—1,5); L_ПР — длина ПР; h₃ — величина прохода; b_ПР — ширина ПР.

30. Расчет производительности роботизированной сборки

Q_ц=1/T_ц=60/(L_с/V_с+t_рп+t_xn+t_рз+t_хз)

Lc – длина поверхности сопряжения, Vc – скорость сопряжения, t рп – время рабочего перемещения, t хп – время возврата в исходную позицию, t рз., t хз – время зажима и разжима захвата.

3 1. Расчет пневмопривода

Усилие на штоке:

Д ля 2-х стороннего действия:

Время срабатывания:

где L – длина поршня,

d_ТР – диаметр трубопровода, V – скорость воздуха (10-15 мм/с).

Расчет технических данных оснастки

При расчетах чаще всего определяют механические характеристики работы приспособления. Усилие, разрабатываемое винтовым механизмом, зависит от величины приложенного момента, формы рабочего торца винта и вида резьбы.

Для винтов со сферическим торцом:

(5.2)

где F_прил – усилие, приложенное к рукоятке винтового механизма,

L – длина рукоятки,

r_ср – средний радиус резьбы,

 – угол подъема резьбы;

– приведенные угол и радиус трения.

Угол подъема резьбы и приведенный угол трения:

(5.3)

где S – шаг резьбы, мм;

f – коэффициент трения на плоскости;

 – половина угла при вершине профиля резьбы, град.

Для винтов с плоским торцом:

F = , (5.4)

где  – коэффициент трения на плоском торце;

D – наружный диаметр плоского торца, м.

Условие самоторможения винтового механизма:

 < _пр. (5.5)

Для резьбы величина угла подъема лежит в пределах 1,5– 4^o. Если приведенный угол трения изменяется в зависимости от величины коэффициента трения в пределах от 6 до 16^o , то условие торможения выполняется. Для расчета винтового механизма выбирают следующие исходные данные:

F_прил = 15–25 Н; L = 0,08–0,24 м; f = 0,1–0,15; r_ср = 0,45d;

D = 0,8d;  = 0,1;  = 120^o,

где d – номинальный диаметр резьбы, в мм.

КПД винтового механизма рассчитывается по формуле:

= . (5.6)

Для самотормозящихся винтовых механизмов КПД меньше 0,5. Выбрав номинальный диаметр винта в зависимости от требуемого усилия зажима F, проверяют прочность винта:

_р = < _р.доп, (5.7)

где _р – напряжение растяжения винта, Мпа;

_р.доп – допустимое напряжение растяжения материала винта, Мпа;

K – коэффициент, для метрической резьбы с крупным шагом – 0,5.

Для винтов с резьбой М6-М18, изготовленных из сталей обыкновенного качества марок Ст3, Ст5, допустимое напряжение до 200 Мпа, качественных сталей 10…85 – до 430 Мпа.

Усилие, развиваемое рычажным механизмом (рис. 5.2), определяется по формуле

F = F_прил , (5.8)

где L₁, L₂ – плечи рычага;

f_o – коэффициент трения на оси;

r – радиус оси.

Усилие зажима круговым эксцентриком определяют по формуле

, (559)

где F_прил – сила, приложенная к рукоятке эксцентрика (100–150 Н);

L₁ – плечо приложения силы, L₁ = L + 0,5D, где L – длина рукоятки;

D – диаметр кругового эксцентрика;

L₂ – расстояние от оси вращения эксцентрика до точки соприкосновения;  – угол трения между эксцентриком и изделием, град;

₁ – угол трения на оси эксцентрика, град;

 – угол подъема кривой эксцентрика, град.

Условие самоторможения кругового эксцентрика:

D/L  14, (6.10)

где L – эксцентриситет (1,5–5,0 мм).

При расклепывании усилие, прикладываемое к детали, определяют как:

F = (2 – 2,5)_вS, (5.11)

где _в – предел прочности материала детали на растяжение;

S – площадь приложения давления.

Для развальцовки это усилие определяется так:

F = _вS. (5.12)

При гибке выводов радиоэлементов усилие выбирается из условия

F_r = _т, (5.13)

где L – длина линии изгиба;

d – диаметр вывода;

B – плечо гибки, равное r+1,25d, где r – внутренний радиус гибки;

_т – предел текучести материала выводов.

Рассчитанное усилие, необходимое для работоспособности приспособления, должно быть в 5–8 раз меньше усилия, развиваемого приводом приспособления или технологическим оборудованием.

Усилие, развиваемое пневмоприводом (рис. 5.3):

F_п = D²p/4 – F_c, (5.14)

где D – диаметр поршня или диафрагмы в пневмоцилиндре;

p – давление сжатого воздуха;

F_c – усилие сопротивления возвратной пружины в крайнем рабочем положении поршня.

(5.15)

Время срабатывания пневмопривода:

где L – длина хода поршня;

d – диаметр воздухопровода; v – скорость подачи воздуха (150–250 м/с).

Разработка технологической планировки линии или участка ГАП

При проектировании однопредметной непрерывно-поточной линии, построенной на конвейере, проводят расчет в следующей последовательности:

12. определяют ритм выпуска изделий:

, (4.4)

где N_з – программа запуска изделий, N_тр – количество изделий, транспортируемых в пачке.

2) Рассчитывают количество рабочих мест, выполняющих параллельно одну и ту же операцию

, (4.5)

где T_оп.i – норма оперативного времени i-й операции.

3) Определяют коэффициент загрузки рабочих мест как отношение расчетного числа рабочих мест к принятому, фактическому

. (4.6)

Операции считаются синхронизированными, если 0,9<Кз.i<1,11,2.

4) Находят общее количество рабочих мест сборщиков на линии

. (4.7)

При количестве рабочих мест, равном или меньше 10, организация линии поточной сборки экономически нецелесообразно, если количество мест больше 50 – необходимо организовать две или более линий.

5) Рассчитывают общее количество рабочих мест на линии

, (4.8)

где К_рез – количество резервных мест (0,1–0,2)К_р; К_комп, К_контр – количество рабочих мест комплектовщиков и контролеров соответственно (при К_р.25 К_комп, К_контр  1.

12. Рассчитывают шаг конвейера d

, (4.9)

где V_н – скорость непрерывного движения ленты конвейера.

При пульсирующем движении ленты конвейера со скоростью V_n

, (4.10)

где Т_пр – время передвижения предмета на один интервал.

12. Определяют длину конвейера L

, (4.11)

где L_p – рабочая длина несущего органа конвейера; L₁, L₂ – длина приводной и натяжной станций соответственно, выбираемые по справочным данным (L₁ = L₂ = 1,5 м).

12. Рассчитывают количество предметов в заделе Nз, сборка которых не окончена

, (4.12)

где N_тех – технологический задел, представляющий собой изделия на сборке на рабочих местах линии; ;

N_тран – транспортный задел, определяемый при непрерывном движении конвейера как , при пульсирующем ‑ ,N_рез – резервный задел, равный 2–5 % от сменного выпуска изделий;N_обор – оборотный задел, создаваемый на комплектовочной и упаковочной площадках в размере сменной потребности линии.

Рациональность планировки участка определяется коэффициентом использования производственной площади К:

(4.13)

где S_oi – площадь, занятая основным оборудованием;

S_вспi – площадь, занятая вспомогательным оборудованием;

S – производственная площадь участка;

n – количество единиц технологического оборудования.

Рекомендуемые значения К≥0,65.

производственная площадь, занятая основным оборудованием, равна

S_oi = (L + b + 0,5h₁)(a + 0,5h₂), (4.14)

где L – длина основного оборудования вдоль фронта;

b – расстояние от стены или колонны до рабочего места;

h₁ – величина прохода между оборудованием;

a – ширина оборудования;

h₂ – расстояние между оборудованием по ширине.

Площадь под вспомогательное оборудование включает:

S_{всп i} = S_загр + S_разгр + S_пр, (4.15)

где S_загр, S_разгр – площади, занятые загрузочно-разгрузочными устройствами;

S_пр – площадь, занимаемая промышленным роботом (ПР), равна

S_пр = K (L + h) b, (5.16)

где L, b – длина и ширина ПР соответственно,

h – ширина прохода,

K – коэффициент, учитывающий площадь, необходимую для эксплуатации, профилактики и ремонта ПР.

Расчет показателей технологичности конструкций электронных модулей

Технологичность – это совокупность свойств конструкции, которые проявляются в оптимальных затратах труда, средств, материалов и времени при изготовлении, эксплуатации и ремонте изделия. Для оценки технологичности электронных блоков применяют систему базовых коэффициентов, рекомендуемых отраслевыми стандартами. Каждый из коэффициентов имеет свою весовую характеристику _i, определяемую в зависимости от его порядкового номера в группе (табл. 3.1).

Таблица 3.1Весовые характеристики коэффициентов технологичности

i	i	i	i
1	1,0	5	0,3
2	1,0	6	0,2
3	0,8	7	0,1
4	0,5

Комплексный показатель технологичности находится в пределах 0 < К  1 и определяется по формуле

(3.1)

Состав базовых показателей технологичности для электронных модулей с поверхностным монтажом в ранжированной последовательности приведен в табл. 3.2. Показатели технологичности вычисляются по следующим формулам.

Коэффициент автоматизации пайки электронных компонентов (ЭК):

К_АП = Н_АП / Н_ЭК, (3.2)

где Н_ЭК – количество ЭК в модуле; которое подсчитывается по спецификации на сборочный чертеж.

Н_АП – количество ЭК, пайка которых осуществляется на автоматах:

Н_АП = Н_{А СКВ} – Н_СКВ + Н_{А ПМ} – Н_ПМ, (3.3)

где Н_{А СКВ} и Н_{А ПМ} – соответственно количество ЭК сквозного и поверх-ностного монтажа, монтируемых на автоматах;

Н_СКВ и Н _ПМ – соответственно количество вручную монтируемых ЭК обычного и поверхностного монтажа.

Таблица 3.2

Показатели технологичности электронных модулей

i	Коэффициенты технологичности	Обозначение	i
1	Коэффициент автоматизации пайки ЭК	КАП	1,0
2	Коэффициент автоматизации установки ЭК	КАУ	1,0
3	Коэффициент снижения трудоемкости сборки и монтажа	КТ СБ	0,8
4	Коэффициент автоматизации операций контроля и настройки	КАКН	0,5
5	Коэффициент повторяемости ЭК	КПОВ	0,3
6	Коэффициент применения типовых техпроцессов	КТП	0,2
7	Коэффициент сокращения применения деталей	КСПД	0,1

Коэффициент автоматизации установки ЭК, подлежащих пайке:

К_АУ = Н_АУ / Н_ЭК, (3.4)

где Н_АУ – количество ЭК, устанавливаемых на плату автоматизированными способами, которое определяется как

Н_АУ = Н_{У СКВ} + Н_{У ПМ} (3.5)

где Н_{У СКВ} и Н_{У ПМ} – соответственно количество ЭК, монтируемых в отверстия платы, и поверхностного монтажа, устанавливаемых на плату автоматизированными способами.

Коэффициент снижения трудоемкости сборки и монтажа равен

К_{Т СБ} = 1 / Н_ВМ, (3.6)

где Н_ВМ – вид монтажа, определяемый по табл. 3.3.

Таблица 3.3Выбор вида монтажа

Вид монтажа	Поверхностный односторонний	Поверхностный двухсторонний	Смешанно-разнесенный	Смешанный
НВМ	1,2	1,4	1,8	2,8

Коэффициент автоматизации операций контроля и настройки:

К_АКН = (Н_АТ + Н_АФ) / H_КН, (3.7)

где Н_АТ – число автоматизированных операций внутрисхемного тестирования модуля;

Н_АФ – число автоматизированных операций приемочного функционального контроля модуля,

H_КН – число операций контроля и настройки.

Две операции: визуальный контроль и электрический являются обязательными. Если в конструкции имеются регулировочные элементы, то количество операций регулировки увеличивается пропорционально числу этих элементов.

Коэффициент повторяемости ЭК: К_ПОВ = 1 – Н_{Т ЭК} / Н_ЭК,

где Н_{Т ЭК} – количество типоразмеров ЭРЭ в модуле.

Под типоразмером ЭК понимаются его габаритные размеры и конфигурация (например, две микросхемы разного назначения, но в одинаковых корпусах имеют один и тот же типоразмер). Количество типоразмеров ЭК в модуле Н_{Т ЭК} определяется по спецификации к сборочному чертежу модуля.

Коэффициент применения типовых ТП равен

К_ТП = (Д_ТП+Е_ТП)/Д+Е (3.9)

где Д_ТП, Е_ТП – число деталей и сборочных единиц, изготавливаемых с применением типовых и групповых ТП;

Д, Е – общее число деталей и сборочных единиц, кроме крепежа.

Коэффициент сокращения применения деталей: К_СПД = 1 / Д,

где Д – количество деталей в модуле (без учета нормализованного крепежа). Количество деталей Д определяется по спецификации.

Для определения базового значения комплексного показателя вычисляется количество ЭК обычного и поверхностного монтажа в партии изготавливаемых модулей:

N_СКВ = N Н _СКВ, N_ПМ = N Н _ПМ , (3.11)

где N – объем партии изготавливаемых модулей.

Базовое значение комплексного показателя равно К_Б = (К_с N_СКВ + 0,8 N _ПМ) / (N_СКВ + N_ПМ), где К_с = 0,55, если N_СКВ < 50 000, и К_с = 0,70, если N_СКВ ≥ 50 000.

Значение комплексного показателя технологичности вычисляется по формуле (1.1) и рассчитывается уровень технологичности:

К_УТ = К / К_Б. (3.13)

Если К_УТ ≥ 1, то конструкция модуля в достаточной степени отработана на технологичность. Если К_УТ < 1, то конструкция признается нетехнологичной

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

, (3.14)

где Ф_д – действительный фонд времени за плановый период (год, квартал, месяц); N – программа выпуска.

действительный фонд времени за плановый период определяется как:

Ф_д= С·Д·t∙К_п·60 (мин), (3.15)

где С – количество рабочих смен; Д – количество рабочих дней за плановый период; t – продолжительность смены, час; К_П – коэффициент регламентированных перерывов (К_П=0,9–0,95).

трудоемкость i-й операции сборки определяется исходя из производительности оборудования, применяемого для выполнения операции, и количества собираемых элементов:

Т_i=n·60/П (мин) , (3.16)

где П – производительность единицы оборудования, шт/час;

n – количество собираемых элементов.

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

0,9 < Т_i / r < 1,2.

Монтаж и демонтаж SMD

Расчет мощности нагрева конвективным источником

Процесс передачи тепла от термофена к поверхности печатной платы описывается выражением:

где: λ – теплопроводность воздуха; S – площадь зоны нагрева; t – время нагрева; – разность температур между источником тепла и окружающей средой; l – расстояние от источника тепла до поверхности.

При расчёте количества тепла, выделяемого в рабочей зоне, необходимо учитывать конструктивный фактор, влияющий на рассеивание воздуха при выходе из сопла насадки термофена , который зависит от конструкции сопла, где: r – радиус сопла насадки; а – расстояние, на которое рассеивается воздух при выходе из сопла:

К оличество выделяемого тепла в рабочей зоне

Т емпературы нагрева в рабочей зоне зависит от времени, условий теплообмена и теплоемкости материала платы, где: Тн– температура теплоносителя; τ– постоянная времени нагрева

Ст- теплоёмкость материала печатной платы ; α – коэффициент теплообмена источника тепла с поверхностью печатной платы

Мощность конвективного нагрева:

Расчет мощности ИК нагрева

Интенсивность потока излучения:

г де: Ри– мощность источника, h– высота от источника ИК излучения до поверхности, x– длина зоны нагрева.

Температура в зоне ИК нагрева :

г де: K – постоянная Стефана-Больцмана.

где: Тн– температура в зоне нагрева; τ– время воздействия теплового потока ; τн– постоянная времени нагрева.

Герметизация

При пропитке пористых тел жидкость проникает в поры под действием сил поверхностного натяжения, или капиллярных сил. Высота h капиллярного подъема жидкости в капилляре диаметра D прямо пропорциональна коэффициенту поверхностного натяжения жидкости  и смачивающей способности cos и обратно пропорциональна диаметру капилляра D и плотности жидкости :

При капиллярном ультразвуковом эффекте образуется кумулятивные струи жидкости, при этом потенциальная энергия захлопывающегося кавитационного пузырька преобразуется в кинетическую энергию струи E_с, которая, попав в канал капилляра, вызывает увеличение высоты подъема жидкости:

— увеличение потенциальной энергии столба жидкости: ; H_m — максимальная высота подъема жидкости под действием ультразвука; А_тр — работа против сил трения.

Г ерметизация роликовой сваркой

Механическая система машины контактной сварки должна удовлетворять требованиям критерия Ньютона,

определяющим соотношение между усилием сжатия Р и приведенной массой m подвижных частей механизма сжатия при определенной длительности перемещения ролика t и величине осадки h_ос в процессе сварки. При соблюдении этого критерия будет исключен выплеск при сварке.

Скорость изменения сварочного тока I должна быть пропорциональна изменению площади контакта S_k- или величине осадки:

Соотношение между скоростью сварки v_CB, частотой следования импульсов I и количеством N сварных точек, при котором обеспечивается сплошность сварного шва, записывается так:

Герметизация плазменной сваркой

Критерий герметичности

Для случая молекулярного истечения газа размер течи определяется по формуле

где  — чувствительность схемы измерения; U — показания милливольтметра масс-спектрометра, мВ (фиксируется превышение отсчета прибора над фоном, который определяется заранее для каждого измерения); М, М_в — молекулярная относительная масса наполняющего прибор гелия и воздуха (соответственно 4 и 29);  — концентрация газа в приборе; Р_атм — атмосферное давление; P₁ — давление в откачиваемой камере; Р₂ — давление газа в приборе.

Для гелия формула (1) трансформируется в вид