Технология приборостроения [Учебное пособие]

Описание

Учебное пособие «Технология приборостроения» предназначено для студентов всех образовательных программ направления «Приборостроение», в которых изучаются проблемы технологического характера. Для студентов образовательных программ 200101 и 200107 учебным планом предусматривается изучение дисциплин с таким названием. Кроме того, изложенные в данном учебном пособии технологии используются в процессе проектирования изделий. Все вышесказанное в полной мере относится и к области машиностроения. Таким образом, данное пособие будет полезным и для студентов, и для преподавателей большинства технических образовательных программ. Рекомендовано УМО по образованию в области приборостроения и оптотехники в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 200100 –Приборостроение.

Оглавление

Санкт-Петербург1
20081
В. А. Валетов, Ю. П. Кузьмин, А. А. Орлова, С. Д. Третьяков2
Технология приборостроения2
Оглавление4
Введение8
Глава 1. Отработка конструкций деталей10
на технологичность10
1.1. Общие понятия и определения11
1.2. Обеспечение технологичности12
Глава 2. Точность изготовления деталей приборов19
и методы ее обеспечения19
2.1. Метод пробных ходов и промеров20
2.2. Метод автоматического получения размеров на настроенных станках22
2.3. Систематические погрешности обработки24
2.3.1. Погрешности, возникающие вследствие неточности, износа25
и деформации станков25
2.3.2. Погрешности, связанные с неточностью и износом режущего инструмента26
2.3.3. Погрешности, обусловленные упругими деформациями технологической системы под влиянием нагрева27
2.3.4. Погрешности теоретической схемы обработки28
2.3.5 . Погрешности, вызываемые упругими деформациями заготовки28
2.4. Случайные погрешности обработки30
2.4.1. Законы рассеяния (распределения) размеров30
2.4.2. Составляющие общего рассеяния размеров деталей36
Рассеяние размеров деталей, связанное с погрешностью настройки оборудования. Погрешность настройки станка изменяется как случайная величина в результате воздействия погрешности регулирования положения режущего инструмента и отдельных узлов станка относительно установленного инструмента и под влиянием погрешности измерения пробных заготовок, по которым производится настройка станка. Погрешность положения режущего инструмента на станке определяется точностью используемых при настройке регулировочных средств (лимбов, индикаторов, миниметров, упоров и др.). При упрощенных расчетах точности обработки можно принимать равной цене деления регулировочного устройства или предельной погрешности мерительного инструмента, с помощью которого регулируют положение режущего инструмента. Точность установки требуемого положения отдельных узлов станка (например, стола фрезерного станка по высоте относительно положения шпинделя) относительно установленного режущего инструмента зависит от конструкции и состояния станка и определяется по его характеристикам. Погрешность измерения пробных заготовок принимается равной предельной погрешности используемого измерительного инструмента. Суммарная погрешность настройки в общем случае определяется выражением, приведенным ниже.40
(2.11)41
2.5. Суммарные погрешности изготовления деталей42
2.6 Практическое применение законов распределения размеров45
для анализа точности обработки45
2.7 Технологические размерные цепи49
Глава 3. Оптимизация характеристик поверхностного слоя изделий приборостроения51
3.1. Микрогеометрия и ее оптимизация51
3.2.Технологические остаточные напряжения57
3.3. Нанесение покрытий на поверхности изделий60
3.3.1. Современные технологии нанесения покрытий63
3.3.1.1. Газодинамический метод63
3.3.1.2. Импульсно плазменная технология нанесения покрытий65
3.3.1.3. Нанесение покрытий с помощью вращающихся валков66
3.3.1.4. Технология нанесения порошковых полимерных покрытий67
Глава 4. Принципы и особенности базирования70
при использовании современного оборудования70
4.1. Классификация баз по различным признакам72
4.2. Разновидности технологических баз76
4.3. Назначение технологических баз81
4.4. Принцип совмещения (единства) баз82
4.5. Принцип постоянства баз85
Глава 5. Современные методы проектирования техпроцессов и оформления технологической документации86
5.1. Методы проектирования87
5.1.1. Современные САПР ТП89
5.1.2. Система «TechCard»90
5.1.3. Система «T-FLEX Технология92
5.1.4. Система «САПР ТП ВЕРТИКАЛЬ»94
5.1.5. САПР ТП TechnologiCS95
5.1.6. Система «МАС ПТП»98
5.1.7. Система "ТИС-Адрес"98
5.2. Оформление технологической документации99
Глава 6. Основы технологии сборки элементов точной механики100
6.1. Селективная сборка или метод групповой взаимозаменяемости100
6.2. Основной принцип адаптивно-селективной сборочной технологии106
6.3. Определение и оптимизация границ групп допусков113
6.4. Реализация АСС115
Глава 7. Применение RP-технологий в производстве элементов, приборов и систем.119
Предисловие119
7.1 Основные технологии быстрого получения прототипов изделий124
7.1.1 Стереолитография125
7.1.2. Технологии с использованием тепловых процессов136
7.1.2.1. Технология SLS136
7.1.2.2 LOM - технология140
7.1.2.3 FDM - технология142
7.1.3 Трехмерная печать (3D Printers)147
7.1.3.1. Genisys (Stratasys)160
7.1.3.2. Z 402 (Z Corporation)161
7.1.3.3. Actua 2100 (3D Systems)162
7.1.4 Практическое применение RP - технологий163
7.1.4.1. QuickCast. Литье по выжигаемым стереолитографическим моделям164
7.1.4.2 Литье в эластичные силиконовые формы в вакууме166
7.1.4.3. Промежуточная оснастка167
7.1.4.4 RP - технологии с использованием листовых материалов170
7.2 Проектирование и изготовление - единый процесс создания изделий172
7.2.1 Предисловие172
7.2.2. Проектирование изделия - изготовление изделия - быстрое усовершенствование изделия174
7.2.3. Последовательность создания изделия176
7.2.4. Критические факторы успеха и стратегии конкуренции178
7.2.5 Ключевой фактор - время179
7.2.6 Одновременное проектирование - конкурентоспособное проектирование183
7.2.6.1 Классические ступени проектирования изделий183
7.2.6.2. Требования к новым методам проектирования изделий185
7.2.6.3. Принцип одновременности инженеринга186
7.2.7. Модели188
7.2.7.1. Классификация моделей188
7.2.7.2. Влияние моделей на ускорение процесса проектирования изделий190
7.2.7.3. Мотивация через модели193
7.2.8. Создание моделей с помощью RP - технологий, как элемент одновременного инженеринга195
7.2.8.1. RP - модели как гарантия обязательной базы данных196
7.2.8.2. Определения: быстрое прототипирование, быстрое изготовление, быстрое производство197
7.2.8.3. Взаимосвязь RP - моделей и фаз проектирования изделий200
Глава 8.Основы технологии изготовления и сборки элементов радиоэлектронной аппаратуры202
8.1. Электронные и микроэлектронные элементы202
8.1.1 Типы полупроводниковых структур202
Рис. 8.1. Схема классификации полупроводниковых структур203
Немагнитные полупроводниковые структуры в свою очередь делятся на элементы, химические соединения, твердые растворы.204
Элементы Германий. Этот элемент не так прочен, как титан или вольфрам. Он не может служить почти неисчерпаемым источником энергии, как уран или плутоний. Не свойственна ему и высокая электропроводность, сделавшая медь главным металлом электротехники. И не германий, а железо – главный элемент нынешней техники в целом. Тем не менее, этот элемент – один из самых важных для технического прогресса, потому что наряду с кремнием и даже раньше кремния германий стал важнейшим полупроводниковым материалом. Формально, полупроводник – это вещество с удельным сопротивлением от тысячных долей до миллионов Ом на 1 см. Рамки «от» и «до» очень широкие, но место германия в этом диапазоне совершенно определенное. Сопротивление сантиметрового кубика из чистого германия при 18°С равно 72 Ом. При 19°С сопротивление того же кубика уменьшается до 68 Ом. Это вообще характерно для полупроводников – значительное изменение электрического сопротивления при незначительном изменении температуры. С ростом температуры сопротивление обычно падает. Оно существенно изменяется и под влиянием облучения, и при механических деформациях. На свойства германия сильно влияют даже ничтожные количества примесей. Добавка элемента V группы позволяет получить полупроводник с электронным типом проводимости. Так готовят ГЭС (германий электронный, легированный сурьмой). Добавив же элемент III группы, мы создадим в нем дырочный тип проводимости (чаще всего это ГДГ – германий дырочный, легированный галлием).204
Химические соединения Весьма обширна группа полупроводниковых неорганических соединений, которые могут состоять из двух, трех и большего числа элементов. Кристаллическая структура многих соединений характеризуется тетраэдрической координацией атомов, как это имеет место в решетки алмаза. Такие полупроводниковые соединения получили название алмазоподобных полупроводников. Среди них наибольший научный и практический интерес представляют бинарные соединения типа AIII ВV , которые в настоящее время являются важнейшими материалами полупроводниковой оптоэлектроники. Эти соединения являются ближайшими электронными аналогами кремния и германия. Они образуют в результате взаимодействия элементов III-б подгруппы Периодической таблицы (бора, алюминия, галлия, индия) с элементами V-б подгруппы (азотом, фосфором, мышьяком и сурьмой). Многообразие свойств полупроводников типа А В обуславливает их широкое применение в приборах и устройствах различного технического назначения. Особый интерес к этой группе материалов был вызван потребностями оптоэлектроники в быстродействующих источниках и приемниках излучения. Существенными преимуществами таких приборов являются малые габаритные размеры, простота конструкции, возможность внутренней модуляции излучения путем изменения управляющего напряжения, совместимость с элементами интегральных микросхем по рабочим параметрам и технологическим операциям. Твердые растворы204
Большинство алмазоподобных полупроводников с родственными свойствами образуют между собой изовалентные твердые растворы. В твердых растворах путем изменения состава можно плавно и в достаточно широких пределах управлять важнейшими свойствами полупроводников, в частности, шириной запрещенной зоны и подвижностью носителей заряда. Это открывает дополнительные возможности для оптимизации параметров полупроводниковых приборов, позволяет добиться лучшего согласования физических характеристик различных компонентов электронной аппаратуры.205
8.1.1.1. Кремний и его применение205
8.1.2. Дискретные электрорадиоэлементы208
8.1.2.1 Резисторы209
8.1.2.2. Конденсаторы212
8.1.2.3. Катушки индуктивности215
8.1.2.4. Трансформаторы217
8.1.2.5. Диоды220
8.1.2.5.1. Светодиоды220
8.1.2.6. Транзисторы225
8.1.2.6.1. Пластиковые транзисторы228
8.1.3. Технология изготовления тонкопленочных интегральных микросхем230
8.1.3.1. Классификация и назначение интегральных микросхем230
Рис. 8.33. Современная интегральная микросхема230
8.1.3.1.1. Классификация интегральных микросхем230
По степени интеграции. Названия микросхем в зависимости от степени интеграции (в скобках указано количество элементов для цифровых схем):231
По технологии изготовления.231
Полупроводниковые микросхемы – монолитные ИМС, все элементы и межэлементные соединения которых выполнены в объеме и на поверхности полупроводника (например, кремния, германия, арсенида галлия). Изготавливают из особо чистых полупроводниковых материалов (обычно кремний, германий), в которых перестраивают саму решётку кристаллов так, что отдельные области кристалла становятся элементами сложной схемы. Маленькая пластинка из кристаллического материала размерами ~1 мм2 превращается в сложнейший электронный прибор, эквивалентный радиотехническому блоку из 50-100 и более обычных деталей. Он способен усиливать или генерировать сигналы и выполнять многие другие радиотехнические функции.231
По виду обрабатываемого сигнала233
Аналоговые (входные и выходные сигналы изменяются по закону непрерывной функции в диапазоне от положительного до отрицательного напряжения питания)233
8.1.3.1.2 Назначение интегральных микросхем234
8.1.3.2. Материалы для изготовления тонкопленочных и толстопленочных интегральных схем234
8.1.3.2.1.Напыление частицами237
8.1.3.2.2. Физико-химические способы получения пленочных покрытий239
8.1.4. Технология изготовления полупроводниковых интегральных микросхем242
8.1.4.1.1. Подготовка поверхности243
8.1.4.1.2. Нанесение фотослоя243
8.1.4.1.3. Совмещение и экспонирование245
8.1.4.1.4. Проявление247
8.1.4.1.5.Травление247
8.1.5 Электрический монтаж кристаллов интегральных микросхем на коммутационных платах249
8.1.5.1. Проволочный монтаж250
8.1.5.2. Ленточный монтаж250
8.1.5.3. Монтаж с помощью жестких объемных выводов251
8.1.5.4. Микросварка252
8.1.5.5. Изготовление системы объемных выводов254
8.2.1. Основные характеристики печатных плат256
8.2.1.1. Материалы, используемые для изготовления печатных плат257
8.2.1.2. Точность печатных плат259
8.2.1.3. Отверстия печатных плат260
8.2.1.4. Толщина печатных плат261
8.2.2. Типы печатных плат261
8.2.2.1. Односторонние печатные платы262
8.2.2.2. Двухсторонние печатные платы263
8.2.2.3. Многослойные печатные платы264
8.2.2.4. Гибкие печатные платы268
8.2.2.5. Рельефные печатные платы270
8.2.2.5.1. Технологии изготовления рельефных печатных плат271
8.2.3. Технологические процессы изготовления печатных плат272
8.2.3.1. Основные методы изготовления печатных плат272
8.2.3.2. Аддитивная технология274
8.2.3.3. Комбинированный позитивный метод275
8.2.3.4. Тентинг-метод276
8.2.3.5. Струйная печать как способ изготовления электронных плат277
8.2.3.6. Технологии настоящего и будущего280
8.2.4. Сборка и монтаж печатных плат281
8.2.5. Методы контроля печатных плат285
Важнейшими критериями для оценки возможности использования ПП являются наличие электрических соединений, обеспечивающих необходимую нагрузочную способность, электрическая прочность изоляции между проводящими слоями, легкость установки навесных элементов и хорошие свойства контактов, а также высокая надежность в условиях транспортировки и эксплуатации.285
8.2.5.1. Система контроля качества печатных плат Aplite 3286
Рис. 8.67. Интерфейс Системы Aplite 3287
8.2.5.2. Электрический контроль печатных плат291
8.3. Современное оборудование для изготовления радиоэлектронной аппаратуры293
Глава 9. Основы и перспективы развития технологии приборостроения на базе НАНО- компонентов301
9.1. Основные понятия301
9.2. Материалы для нанотехнологий309
9.2.1. Фуллерены309
9.2.2. Нанотрубки312
9.2.3. Ультрадисперсные наноматериалы315
9.3. Оборудование для нанотехнологий317
9.4. Развитие нанотехнологий325
9.4.1. Новейшие достижения325
9.4.2. Перспективы развития328
9.4.3. Проблемы и опасности329
Литература331
КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ ПРИБОРОСТРОЕНИЯ334

Технология приборостроения [Учебное пособие]

Скачать

Описание

Оглавление

Ещё от Коллектив авторов