Учебник по Технологии

правильность своих высказываний и с благодарностью воспримет любые замечания и предложения, в той или иной мере касающиеся данной проблемы.

459

Г л а в а 6

Сущность и особенности сборки радиоэлектронных средств

6.1. Анализ точности сборочного соединения

6.1.1. Основные понятия теории точности

Важной характеристикой производственных процессов является достижение требуемой точности их выполнения, которая определяется допустимыми величинами первичных погрешностей. Под точностью изготовления понимают степень соответствия полученных характеристик детали или узла РЭС заданным техническим условиям.

Анализом точности основных операций проектирования технологического процесса называется изучение причин возникновения погрешностей, способов их устранения и предупреждения.

Первичные погрешности, возникающие вследствие колебаний физико-химических процессов производства, условно подразделяются на конструкторские и производственные.

Конструкторские погрешности – это такие погрешности, которые возникают в процессе проектирования РЭС, разработки и проектирования технологической оснастки для ее изготовления и настройки. Причины таких погрешностей заключаются в замене точных формул приближенными, в использовании приблизительных данных для различных коэффициентов, в округлении полученных величин. Конструкторские погрешности возникают также в результате недостаточного учета реальных условий эксплуатации (температуры, вибраций, нагрузок и т.п.) и недостаточно тщательной предварительной проверки конструкций РЭС перед запуском их в производство. Расчет и анализ конструкторских погрешностей при проектировании базируются на теории чувствительности.

Производственными называются такие погрешности, которые возникают в процессе изготовления элементов РЭС и их сборки. Производственные погрешности в свою очередь подразделяются на систематические и случайные. Систематические погрешности вызываются определенно действующими, детерминированными при-

459

чинами. Значение этих погрешностей и знак их отклонения от среднего значения номинала постоянны во времени. Например, неточность в измерительном устройстве станка для резки проводов вызывает погрешность длины отрезков, которая будет носить систематический характер. Случайные погрешности – это погрешности, имеющие для различных элементов партии различные значения, характер изменения которых не может быть определен без статических методов обработки. Случайные погрешности вызываются неточностью установки детали, инструмента, колебаниями припусков, неравномерностью обработки, непостоянством состава применяемых материалов и т.п.

Производственные погрешности, характеризующие степень точности технологического процесса, определяются двумя методами: расчетным и статистическим. Расчетный метод основан на использовании математической зависимости между величиной погрешности и причиной, вызвавшей ее, а статистический метод – на теории вероятности и математической статистике.

В зависимости от объекта исследования понятие производственной погрешности видоизменяется. Так, для РЭС в целом производственные погрешности представляют собой колебания характеристик составных частей, поступающих на общую сборку, обусловленные неточностью их изготовления. Ошибка показаний РЭС определяется колебаниями характеристик датчика, электрической дистанционной передачи, указателя и других элементов, входящих в общую сборку. При этом следует иметь в виду, что возможны взаимная компенсация погрешностей сборочных элементов, трансформация законов их распределения вследствие избирательности погрешностей и изменение результативной погрешности прибора вследствие возможности в ряде случаев регулирования собранной аппаратуры.

Наиболее часто встречаются первичные производственные погрешности, получающиеся при отклонении выполняемого технологического процесса от расчетного.

6.1.2. Систематические и случайные погрешности

Рассмотрим основные факторы, вызывающие производственные погрешности.

460

Систематические погрешности в зависимости от причин, их порождающих, можно разделить на следующие группы:

1)методические погрешности;

2)погрешности, порождаемые сознательно допускаемыми отступлениями от точной схемы процесса обработки;

3)погрешности, порождаемые неточностями оборудования, инструмента и оснастки;

4)погрешности, порождаемые деформациями в системе станок – инструмент – деталь под влиянием действующих на эту систему усилий;

5)погрешности, порождаемые температурными деформациями;

6)погрешности, порождаемые деформациями, возникающими вследствие остаточных напряжений.

Погрешности методического характера присущи данному методу получения деталей и обусловливаются теоретической невозможностью обеспечения точности изготовления заданной детали. Примером может служить невозможность получения заданных малых характеристик (например, сопротивления) пленочной схемы из-за дифракции электронного луча при напылении.

Погрешности, порождаемые сознательно допускаемыми отступлениями от точной схемы течения технологического процесса, могут быть допущены в тех случаях, когда эти отступления позволяют упростить и удешевить процесс обработки, а величина их такова, что они в сумме с прочими погрешностями не превышают допуска.

Погрешности, порождаемые неточностями станков, приспособлений и инструмента, возникают как следствие дефектов оборудования. Допускаемые неточности новых станков в ненагруженном состоянии (так называемые нормы точности станков) и методы их испытания на точность приведены в соответствующих ГОСТах. Кроме неточностей изготовления, следует учитывать также неточности, происходящие вследствие износа станка. Влияние той или иной неточности станка на точность обработки (изготовления) в ряде случаев можно устранить с помощью компенсаторов.

Допускаемые точности инструмента регламентируются ГОСТами и нормалями. Кроме неточностей изготовления инструментов, нужно учитывать неточности, порождаемые их износом.

Погрешности, порождаемые деформациями системы «станок – инструмент – деталь» под действием усилий резания, возникают из-

461

за того, что система, включающая все устройства и приспособления, связывающие ее отдельные звенья, не является абсолютно жесткой. Под действием прилагаемых к этой системе усилий в ней происходят деформации, являющиеся одним из основных источников погрешностей обработки.

Все деформации системы можно разделить на две категории:

1)деформации обрабатываемых деталей, деформации отдельных деталей станков, приспособлений и инструмента;

2)деформации в местах соединений деталей и узлов станка.

Деформации обрабатываемых деталей под действием зажимных усилий и усилий резания, а также деталей станков, приспособлений и инструментов в принципе можно рассчитать обычными методами расчета сопротивления материалов.

Причинами, вызывающими деформации в местах соединения деталей и узлов станка, являются зазоры и упругие отжатия в стыках; последние происходят главным образом из-за деформации неровностей на стыковых поверхностях. Из-за этих деформаций изменяется взаимное расположение частей станка, что оказывает большое влияние на точность обработки.

Погрешности, порождаемые температурными деформациями, происходят под действием:

а) тепла, выделяющегося при трении между отдельными деталями станка;

б) тепла, выделяемого в процессе резания; в) колебаний температуры в помещении.

Деформации, возникающие вследствие остаточных напряжений, можно разделить на следующие категории:

а) напряжения, возникающие при заготовительных операциях (литье, сварка, ковка и штамповка);

б) напряжения, возникающие при механической обработке резанием;

в) напряжения, возникающие при термообработке. Влияние этих погрешностей можно уменьшить, улучшив конструкцию детали, совершенствуя методы обработки, вводя в технологический процесс специальные операции (например, старение).

Если обработать партию деталей по одному и тому же технологическому процессу, то их размеры будут различаться. Это явление называется рассеиванием размеров. Рассеивание размеров – ре-

462

зультат действия многочисленных производственно-технологиче- ских факторов, степень влияния каждого из которых в отдельности невелика. Если какой-либо фактор явно доминирует над остальными, то он может и должен быть рассмотрен отдельно, а погрешность, вызываемая им, рассчитана как систематическая или случайная. К случайным факторам относятся колебания припусков на обработку, механических свойств материала, усилий, величины подачи и т.п. Случайные погрешности рассчитываются методами математической статистики. Основное средство статистического метода оценки случайных погрешностей – построение кривых распределения. Анализ факторов, влияющих на точность производства радиоэлектронных деталей, как показали многочисленные исследования, подчиняется закону Гаусса.

Уравнение кривой нормального закона распределения имеет

вид

		1				−	(x− xср )2
y =					e		2σ2	,	(72)
	σ
			2π
где σ – среднеквадратическое отклонение;								σ2 –	дисперсия; x –
									ср
математическое ожидание; х –		текущее значение измеряемой вели-
чины.

Среднеквадратическое отклонение, определяемое экспериментально, будет равно

				σэ =		k		(xi − xср )2
						∑ ni		,			(73)
						i=1		N
				k
				∑ xi ni			x1n1 +…+ xk nk
где			=	i=1	=					,
		x
				N			n1 + n2 +…+ nk
где k –	число интервалов отклонений; n1, n2 ,…, nk –										количество де-

талей в каждом интервале; N – общее количество деталей; ni – частота в i-м интервале (i = 1, 2, ..., k).

Полная база рассеивания нормального закона p будет равна 6σ , и при налаженном технологическом процессе должно быть выполнено условие 6σ ≤ δ , где δ – поле допуска детали.

463

Рассматриваемый метод широко используется для анализа процессов механической обработки. Желая установить степень влияния какого-либо фактора на точность обработки, технолог сравнивает кривые распределения, построенные в результате измерения двух партий деталей. Количество деталей, подлежащих измерению для определения среднеквадратического отклонения, зависит от точности, с которой необходимо определить это отклонение.

Из математической статистики известно, что среднеквадратическая ошибка при определении среднеквадратического отклонения

равна ±				σ			, а при определении среднеарифметического зна-
		2	(	n −1
				)
чения ±σ /
				n , где n – количество измерений.
Для получения σ с точностью ±5 % нужно решить уравнение
							0, 05σ =				σ
													.
									2	(	n −1
											)

В тех случаях, когда количество измерений (деталей) меньше 25, необходимо оценить степень точности и надежности xср и

σ , полученных в результате измерения. Такую задачу можно решить следующим образом. Пусть среднеарифметическое значение, полученное на основании измерения n деталей, равно xср , а средне-

квадратическое значение σ. Зададим точность ε , с которой мы хотим определить xср , и найдем в зависимости от количества изме-

ренных деталей n надежность α .

Надежность α равна вероятности того, что истинное среднеарифметическое a находится в пределах xср − ε < a < xср + ε .

Точность определяется по формуле

ε= t1σ ,

n

откуда

t1 = ε σn .

Зная n и ε , можно найти t1 и, пользуясь табличными данными, определить вероятность р.

464

При известном значении вероятности отказа находим надежность функционирования системы 1 – р.

Следует отметить, что при статистических методах анализа важно знать, с какой степенью приближения эмпирическую кривую распределения, характеризующую какой-либо технологический процесс, можно принять за кривую нормального распределения. Эта задача решается на основе хорошо разработанной теории оценок.

Предельные значения большинства перечисленных погрешностей могут быть установлены из аналитических зависимостей или найдены экспериментально. Допустимые при настройке РЭС погрешности систематического характера могут быть компенсированы дополнительной подстройкой.

Следует отметить, что технологические погрешности обычно составляют основную долю показаний РЭС. Поэтому определение их величины является первоочередной задачей при решении размерной и физической взаимозаменяемости.

Особенно важным является вскрытие закономерностей образования погрешностей сборочных операций.

Предполагая, что детали точны и качество их соответствует техническим условиям, рассмотрим основные причины и пути образования погрешностей сборочных операций. К ним могут быть отнесены:

1)колебания физических (функциональных) параметров деталей, комплектуемых в данном сборочном элементе, и изменение этих параметров в процессе сборки из-за ее специфических условий;

2)деформации деталей при их соединении, колебания усилий соединения;

3)неопределенность положения деталей в пределах зазора замыкающего звена;

4)несоосность деталей и их неуравновешенность;

5)неправильность ориентации деталей вследствие погрешностей их формы;

6)контактные деформации и переходные сопротивления;

7)недостаточные прочность и сопротивление изоляции, короткозамкнутые витки, изменение емкости монтажа и взаимные электрические влияния деталей и узлов;

465

8) старение деталей и сборочных элементов; местные нарушения их свойств вследствие конструктивных дефектов, случайных перенапряжений при сборке, хранении и контроле.

Расчет точности сборочного элемента может охватывать несколько параметров (погрешностей) из числа рассмотренных (или других), а также иметь целью определение доминирующей погрешности.

6.2. Схемы сборки радиоэлектронных средств

Простейшим сборочно-монтажным элементом является деталь, характеризуемая отсутствием каких-либо соединений.

Характерным признаком узла с технологической точки зрения является возможность его сборки отдельно от других элементов изделия.

Узел, входящий непосредственно в изделие, называется груп-

пой.

Все остальные узлы, собираемые до образования группы, называются подгруппами разного порядка. Так, подгруппа, входящая в группу, называется подгруппой первого порядка, входящая в нее – второго порядка и т.д.

Расчленение изделий на сборочные элементы производится путем построения схемы сборочного состава. Наибольшее распространение получили схемы сборки с базовой деталью и схемы «веерного» типа.

Схема сборки «веерного» типа показывает, из каких деталей образуется сборка. Например, что детали 1.1 и 1.2 входят в сборку Сб. 1.1, которая в свою очередь входит в часть изделия Сб. 1.

Схема сборки « веерного» типа

Направление движения деталей и узлов показано стрелками. К базовой детали 1.1 вначале присоединяется деталь 1.2, в результате образуется сборочный узел K1 (К 1.1), затем присоединяется Cб. 1.2 и т.д., до получения готового изделия.

466

Каждый компонент изделия на схеме обозначают прямоугольником, разделенным на три части:

Наименование комплекта

Номер комплекта Число комплектов

Достоинством такой схемы являются ее простота и наглядность, но она не отражает последовательность сборки.

Если на схемах сборки даются указания о технологических операциях, например, «Узел Сб. 2.3 припаять к узлу Сб. 4.2», «просверлить» и т.д., то она называется технологической схемой сборки

(рис. 116).

Сб.1

Сб.2

Сб.3

Сб.4

Сб.1.1

Сб.1.2

Сб.2.1

Сб.2.2

Сб.3.1

Сб.3.2

Сб.4.1

Сб.4.2

II−Иззделие

II − Механизм

III − Узел I V − Деталь

Рис. 116. Схема сборки «веерного» типа

Схема сборки с базовой деталью отражает последовательность процесса сборки. Базовой деталью является плата, панель или другая деталь, с которой начинается сборка, направление движения деталей и сборочных единиц показано стрелками (рис. 117).

Как правило, развернутые схемы сборочных элементов могут быть превращены в технологические схемы сборки внесением дополнительных надписей, определяющих содержание сборочных операций и приемов.

467