Автоматизация сборки индикатора вибрации - технологичность

3 РАСЧЕТ ИЗДЕЛИЯ НА ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ

3.1. Определение совокупности технологических действий, необходимых для изготовления изделия

Основываясь на конструктивно-технологических особенностях печатных узлов и типового технологического процесса определим совокупность технологических действий, необходимых для изготовления ВИП.
Такой совокупностью технологических действий (операций) будет:
а) входной контроль;
б) расконсервация платы и ЭРЭ;
в) подготовка ЭРЭ к сборке и монтажу (рихтовка и обрезка выводов ЭРЭ);
г) обрезка выводов микросхем;
д) лужение выводов ЭРЭ и микросхем;
е) вклеивание ЭРЭ в микроленту;
ж) загрузка микросхем в кассеты;
з) установка ЭРЭ на печатную плату;
и) установка микросхем на печатную плату;
к) обезжиривание и флюсование платы;
л) пайка волной припоя;
м) промывка платы;
н) установка разъемов на плату;
о) установка съемников на плату;
п) защита контактных площадок и мест соединения от покрытия лаком;
р) лакирование ПП;
с) сушка ПП;
т) контроль качества сборки узла.

3.2 Выбор необходимых режимов технологических действий по изготовлению изделия

Все режимы технологических действий (операций) должны быть обоснованными и экономически целесообразными. Основными технологическими режимами операции лужения являются температура плавления припоя и время лужения.
Температуру лужения можно определить по рекомендациям ОСТ 4ГО.033.200 за формулой (3.1):

ТЛ=КР*ТПЛ, (3.1)

где КР – коэффициент растекаемости припоя, зависящий от пары соединяемых металлов и для пары медь-медь составляет 1,42;
ТПЛ – температура плавления припоя, °С для припоя ПОС-61 равна 183°С.
Температура пайки должна быть выше температуры плавления на 70…80 °С, т.е. как показано по формуле (3.2):

ТИ=ТПЛ+(70…80),°С, (3.2)

Так для пайки припоем ПОС-61 температура должна находится в пределах 260…280 °С [15].
Для лучшей очистки мест пайки от окислов и растекаемости расплавленного припоя в монтажной пайке применяют в основном спирто-канифольный флюс марки ФКСП, температурный интервал активности которого лежит в пределах 150…300°С.
Для операции установки ЭРЭ на плату технологическими режимами являются усилие схвата элемента за корпус, точность позиционирования и усилие прижима элемента к плате.
Точность позиционирования является одной из характеристик оборудования и оговорена в паспорте автомата.
Расчет режимов технологической операции формовки включает в себя определение внутреннего радиуса гибки выводов; усилий, прикладываемых к выводу при формовке; напряжений, возникающих в выводе и др.
Расчет минимального внутреннего радиуса гибки вывода элемента. Величина минимального радиуса гибки полностью определяется свойствами и толщиной материала вывода. Как правило материал вывода представляет собой сплав ковар марки 29НК ГОСТ 14080-68, характеристики которого приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1- Характеристики ковара 29НК

Минимальный радиус гибки провода определяем по формуле (3.3):

(3.3)

где Rmin – минимальный радиус гибки, мм;
d – толщина (диаметр) вывода, мм (для резистора МЛТ-0,125, d=0,7мм);
eПР – приведенное значение пластичности материала, равное 1,52.
Тогда данные значения подставляем в формулу (3.3) и получаем формулу (3.4):

(3.4)

Расчет прочности выводов. Вывод элемента, по теории сопротивления материалов, рассматривается как балка, закрепленная с двух сторон (рис.3.1).
 

Рисунок 3.1 - Схема заделки и крепления вывода ЭРЭ

Так как, заделка одной стороны вывода в корпусе элемента и крепление вывода в места пайки с другой, не позволяют поворота сечения вывода, то изгибающий момент в сечении 1-1будет [10] за формулой (3.5):

(3.5)

где М – изгибающий момент, Н×мм;
Р – сила, прикладываемая к концу вывода, Н;
l – расстояние от точки приложения силы до сечения, в котором имеет место изгибающий момент, мм (принимаем l=2мм).
Сила, прикладываемая к концу вывода определяется по формуле (3.6):

(3.6)

где Q – сила тяжести (вес), (для резистора МЛТ-0,125; Q=0,15г);
I – осевой момент инерции, мм4 ;
n – число выводов (для резистора n=2).
Осевой момент инерции рассчитываем по формуле (3.7)

(3.7)

где d – диаметр вывода, мм;

Тогда подставленные значения отобразят формулу (3.8):

, (3.8)

Определяем по формуле (3.6) силу, прикладываемую к концу вывода, которая показана на формуле (3.9):

, (3.9)

По формуле (3.5) определяем максимальный изгибающий момент, который показан на формуле (3.10):

, (3.10)

Наибольшая величина напряжения в выводе при изгибе достигает на поверхности вывода, приводящая к появлению трещин, разрывов. Для внешней поверхности вывода напряжение изгиба определяем по формуле (3.11):

(3.11)

где sВН – напряжение изгиба для внешней поверхности вывода, Н×мм2;
h – расстояние от нейтральной линии до поверхности вывода, мм (для вывода Æ0,7мм, h=0,35мм);
F – площадь поперечного сечения вывода, мм2;
R1 – наружный радиус гибки, мм;
y0 – смещение нейтральной линии, мм.
Определяем площадь поперечного сечения вывода за формулой (3.12):

, (3.12)

R1= 0,3+0,7=1мм – наружный диаметр гибки вывода, мм.
0,3мм – внутренний диаметр гибки вывода;
y0=0,01мм – смещение нейтральной линии вывода под действием усилий гибки.
По формуле (3.11) определяем:
, (3.13)

Для внутренней поверхности вывода напряжение гибки рассчитываем по формуле (3.14):
(3.14)

где R2 – внутренний радиус гибки, мм.
Тогда за формулой (3.14) получаем формулу (3.15):

(3.15)

Расчет растягивающих усилий, возникающих в выводах элемента (в нашем случае резистора типа МЛТ) при формовке.
Усилие формовки определяем по формуле (3.16):

(3.16)

где РФ – усилие, необходимое для формовки вывода, кг (Н);
W – момент сопротивления выводов, мм3;
n – показатель заноса прочности, n=2,3.
Момент сопротивления вывода рассчитываем по формуле (3.17):

(3.17)

По формуле (3.16) определяем усилие формовки и получаем формулу (3.18):

(3.18)

Растягивающее усилие от трения, действующее при гибке в месте контакта «матрица – вывод - пуансон» при приложении силы к середине вывода определяем по формуле (3.19):
S¢=1,5×РФ×f, (3.19)
где S¢ - растягивающее усилие, H;
f – коэффициент трения скольжения ковара по меди, f=0,15. Численный результат растягивающего усилия показан по формуле (3.20):

S¢=1,5×32,77×0,15=7,37H(3.20)

Растягивающее усилие, на вывод в месте заделки его в корпус резистора при формовке определяем по формуле (3.21):

(3.21)

где S¢¢ - растягивающее (отрывающее) усилие в месте заделки выводов в корпус резистора, H.
[РПР] – усилие прижима корпуса элемента к ПП, H. Численный результат растягивающего (отрывающего) усилия в месте заделки выводов в корпус резистора представлен по формуле (3.22):

(3.22)

Упрощенная схема формовки вывода резистора представлена на рис. 2.2.
Расчет растягивающих усилий, возникающих при обрезке. Величина растягивающего усилия, действующего на вывод в месте его заделки в корпус, определяется по формуле (3.23):
(3.23)

где Т – растягивающее усилие, H;
Z – зазор между режущими кромками инструмента (матрица-пуансон), мм (Z=0,05мм);
d – диаметр вывода, мм;
Ру, РZ – соответствующие усилия резания по оси Y и Z, H.

Рисунок 3.2 - Схема формовки вывода

Соответствующие усилия резания по оси Y показан по формуле (3.24):

(3.24)

по формуле (3.25):
(3.25)
где k – поправочный коэффициент, зависящий от угла засечки, k=0,4;
g - угловая деформация, g= 0,33.

Численное значение формул (3.24) и (3.25) представлено по формуле (3.26):

(3.26)
РУ= 1,25×(0,07)2×10,5=63H

Соответствующие усилия резания по оси Z представлено по формуле (3.27):

РZ=РУ×tgb, (3.27)

где b - угол отклонения усилия резания от направления скорости резания (угол скатывания), b=10°, (tg10°=0,176). За формулой (3.27) РZ=10,8H.
По формуле (3.11) определяем растягивающее усилие, которое представлено но формуле (3.28):

(3.28)
Упрощенная схема обрезки выводов представлена на рис. 3.3.
 

Рисунок 3.3 - Схема обрезки вывода

Математическая модель режимов операции формовки. Статистические данные видов и типов дефектов и их удельного объема в изделии показывают, что характерными дефектами, возникающими при механическом взаимодействии (формовке), делаются: нарушение герметичности корпуса ЭРЭ; нарушение целостности покрытия выводов; трещины, изломы в выводах ЭРЭ.
В процессе формовки вывод представляет собой некую балку, нагруженную определенными сосредоточенными нагрузками [5]. В близи характерных сечений балки (вывода)(рис.3.4, а-2) происходит пластический изгиб. Процессы формовки выводов характеризуются местом и силой приложения, а также длиной участка пластических деформаций.
Под действием пуансона в сечениях вблизи заделки (сечение АА¢, рис.3.4,б) развиваются напряжения превышающие временное сопротивление материала при растяжении (сжатии), возникает первый пластически деформируемый участок вывода. Этот период продолжается до тех пор, пока вывод не коснется матрицы в точке В (рис.3.4,в). сила Р0, изгибающая вывод до касания выводом матрицы в точке В, определится по формуле (3.29):

(3.29)

где М0 – изгибающий момент в сечении АА¢;
Z - зазор между матрицей и пуансоном, мм;
R – радиус закругления матрицы и пуансона, мм;
a=10…30° - (см. рис.3.4,б).
В момент, когда вывод получит дополнительную опору в точке В, участок вывода (рис.3.4,в) упруго изогнут, возникает второй пластический деформируемый участок. В сечении АА0¢ продолжается пластический изгиб.
Сила Р0¢, с которой пуансон действует на вывод, изгибая его, определяется по формуле (3.30):

(3.30)

а – конструкция вывода; б – начальный период формовки;
в – второй период формовки; г – третий период формовки вывода.

Рисунок 3.4 - К описанию операции формовки выводов

где b0 – расстояние (см. рис.3.4,в) от сечения АА0¢ до точки В матрицы, мм;
а0¢ - расстояние от сечения АА0¢до точки приложения силы Р0¢ пуансона (см. рис.3.4,в).
Сила SXo , с которой вывод растягивается определяется по формуле (3.31):

SXo¢=f×P0¢ (3.31)

где f – коэффициент трения между поверхностью матрицы и выводом.
Третий участок пластической деформации (рис.3.4,г) начинается в момент, когда угол a1³45°. Силы Р2 и Р1, изгибающие вывод в сечениях СС2 и СС1, определяются по формулам (3.32) и (3.33):

(3.32)

(3.33)

где М1 – изгибающий момент в сечении СС2 и СС1;
t – толщина (диаметр) вывода.
По моделям вида (3.17)-(3.20) можно определять изменение сил, действующих на пуансон и вывод в процессе формовки выводов ЭРЭ и микросхем при различных радиусах гибки R и зазорах Z, определяющих форму пуансона и матрицы.
Подготовленные элементы поступают на сборку с последующей пайкай, которая выполняется на установке типа «Волна» УГПВ-200.15. Режимы пайки: температура ванны расплавленного припоя Т=260±5°С, скорость движения конвейера с ПП J= 1,7м/мин угол наклона платы к волне припоя a=12°, время пайки 2с (время контакта с волной припоя).
Флюсование щеточное. Для лучшей адгезии припоя плату предварительно подогревают в модуле подогрева до температуры 110°С.
Очистка платы осуществляется в модуле очистки с технологическими режимами: моющая смесь – спирто-хладоновая (1:19) или типа «Электрин»; температура смеси 25-28°С; время промывки 15-20 мин.
Лакирование ПП осуществляется на установках мод.УЛПБ-110/80 со следующими режимами (ОСТ 5.9617-83): частота вращения центрифуги с ПП 200…250 мин-1, время центрифугирования 1…1,5 мин. Толщина покрытия лаком 0,5…0,8 мм. Покровный лак марки УР-231. Покрытие в три слоя, с промежуточной сушкой 10…15 мин. при температуре 45…60°С. Окончательная сушка ПП при температуре 60°С в течении 2…2,5ч.