探究焊接組裝工裝在生產(chǎn)實踐中的設(shè)計與應(yīng)用

王精莉

（西安偉京電子制造有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

隨著焊接技術(shù)的不斷完善，電路板組裝生產(chǎn)對焊接技術(shù)的質(zhì)量要求也逐漸提高，為了確保焊接質(zhì)量，提高組裝生產(chǎn)效率，焊接人員需要合理應(yīng)用焊接工裝夾具[1]。近年來，焊接工裝夾具的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和精密化組合，使其被廣泛應(yīng)用在了生產(chǎn)實踐中，這表示焊接工裝夾具具有十分廣闊的發(fā)展空間，且能夠推電子生產(chǎn)行業(yè)發(fā)展。

1 焊接工裝夾具應(yīng)用作用及技術(shù)特點

1.1 焊接工裝夾具應(yīng)用作用

1.1.1 確保元器件及引線的貼裝精度

在電路板生產(chǎn)組裝過程中，焊接元器件的步驟為涂覆焊料，貼裝元器件然后焊接，涂覆焊料的精度要與元件精度完全匹配才能確保元件焊接質(zhì)量。焊料一般為焊錫膏，焊料片等焊接材料。在使用焊料片的焊接方式中，工裝能夠快速、準(zhǔn)確將焊接元器件放置在焊接位置上，在焊接過程中不會出現(xiàn)移位等，焊錫膏涂覆在貼裝元件過程中通過相關(guān)計算機軟件將元件焊接位置進行準(zhǔn)確定位，將元件貼裝在精確的位置上，貼裝精度為后續(xù)元器件焊接奠定了良好的基礎(chǔ)。引線焊接可通過人工整形后放置在焊接位置，實現(xiàn)自動焊接，整形后需要工裝防止位置偏移，需要工裝進行定位，因此焊接夾具設(shè)計的目的是為了滿足元器件及引線焊接過程中的精準(zhǔn)要求，可實現(xiàn)微電路模塊在組裝過程中質(zhì)量和一致性的要求。

1.1.2 確保電路板組裝過程中的焊接質(zhì)量

在焊接過程中，電路板受到熱應(yīng)力及局部元件焊接面積差異而受熱不均勻的影響，雖然焊接過程中，會根據(jù)焊料流動自對準(zhǔn)，但元件也會因為焊料的流動及引線定位差異與實際位置形成偏差，進而對元器件的質(zhì)量造成影響；而焊接工裝夾具能夠通過對元器件的定位和固定，計算出元器件焊接所需收縮余量，便于在設(shè)計和焊接過程中預(yù)留出相應(yīng)的收縮余量，進而實現(xiàn)對焊接應(yīng)力的有效控制，實現(xiàn)對局部熱變形及冷變形方向的有效控制，合理規(guī)避元器件質(zhì)量影響因素的不利影響，進而確保焊接質(zhì)量。同時工裝夾具在組裝過程中能夠提高效率，進而將更多的時間和精力放在焊接工裝夾具應(yīng)用性能提高及應(yīng)用功能完善上，形成工裝夾具應(yīng)用的良性循環(huán)模式。

1.1.3 確保電路板組裝效率

組裝元器件密度越來越高，焊接難度越來越大，返工成本越來越高，甚至很多元件無法返工造成經(jīng)濟損失，通過焊接工裝夾具及計算機軟件輔助，在焊接過程中提高定位準(zhǔn)確率和焊接質(zhì)量，提高了一次通過率，避免返工及二次損傷，提高了焊接效率及可靠性，尤其是在軍工等質(zhì)量等級高的產(chǎn)品上，焊接次數(shù)限制，返工不被允許，提高焊接效率及可靠性尤為重要。工裝夾具不僅還能夠節(jié)約生產(chǎn)成本，進而提高生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益。還能夠規(guī)避人工操作帶來的失誤，提高產(chǎn)品一致性[2]。

1.2 焊接工裝夾具應(yīng)用特點

1.2.1 焊接準(zhǔn)備工裝的應(yīng)用

在現(xiàn)階段電路板及系統(tǒng)級產(chǎn)品組裝生產(chǎn)過程中，工裝夾具早已成為元器件不可分割的一部分，焊接過程中首先部分元器件及引線需要進行整形，傳統(tǒng)的插件、貼裝元件整形已經(jīng)通過工裝整形，提高了成型的一致性，自動化生產(chǎn)的現(xiàn)代電阻組裝工藝中，一致性才能實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，BGA等焊接密度高的元件需要植球、預(yù)搪錫等預(yù)處理以提高焊接焊點質(zhì)量。再結(jié)合焊接過程中通過夾具和計算機軟件的準(zhǔn)確定位，高效地完成生產(chǎn)任務(wù)。

1.2.2 焊接工裝應(yīng)用過程

焊接工裝應(yīng)用的優(yōu)點電路板焊接過程中，受熱不均勻是造成質(zhì)量問題的關(guān)鍵因素，在設(shè)計焊接工裝時考慮到焊接過程定位、焊接的熱傳導(dǎo)及散熱，才能對元器件進行保護。焊接過程中電路板上元件只有定位準(zhǔn)備，元件需要焊盤及焊接面積匹配，容易發(fā)生偏移的元器件需要定位，焊接時電路板進入回流焊爐后無法調(diào)整焊接位置，因此更需要工裝的合理散熱與準(zhǔn)確定位，確保焊接過程中夾具應(yīng)用與電路板的匹配性。有效保護焊接元器件，避免損失。

2 焊接工裝夾具在生產(chǎn)實踐中的設(shè)計與應(yīng)用方式

2.1 在消費電子大批量生產(chǎn)過程中的應(yīng)用

隨著時代發(fā)展，消費的民用電子更新?lián)Q代原來越快，電子產(chǎn)品的組裝速度最為重要，自動化的程度也越來越高，因此在生產(chǎn)過程中工裝夾具的應(yīng)用來提高組裝焊接速度尤為重要。目前焊接技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了大規(guī)模的自動化生產(chǎn)，組裝焊接工裝在自動化生產(chǎn)中起到了決定性作用[3]。

2.2 在小批量多品種電路板生產(chǎn)中的應(yīng)用

航天、航空等方面的軍工電子類的特點是小批量多品種，高質(zhì)量。在生產(chǎn)過程中根據(jù)客戶需要進行設(shè)計生產(chǎn)，自動化的生產(chǎn)和檢驗不適合此類生產(chǎn)模式，但是小的工裝能提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，代替大量的人工成本，尤其是用自動焊接機器人代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工焊接，提高了產(chǎn)品的焊接一致性及人為因素造成的質(zhì)量問題，降低生產(chǎn)成本。

3 計算機技術(shù)在焊接工裝夾生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用方式

3.1 計算機輔助技術(shù)在夾具設(shè)計中的應(yīng)用

第一，通過計算機輔助技術(shù)，生產(chǎn)企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)對焊接工裝夾具規(guī)格的精細(xì)化調(diào)整，因此能夠提高夾具設(shè)計的精確程度，避免夾具由于細(xì)微設(shè)計誤差導(dǎo)致的設(shè)計失敗，同時還能夠降低設(shè)計成本，提高設(shè)計方案的可行性[4]。第二，通過計算機輔助技術(shù)，生產(chǎn)企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)對焊接工裝夾具應(yīng)用流程的模擬，進而在模擬過程中及時發(fā)現(xiàn)夾具設(shè)計問題不足之處，以及實際焊接操作存在的應(yīng)用誤差，并且能夠在軟件內(nèi)完成對夾具設(shè)計的定向調(diào)整，不斷完善夾具的外形及各項參數(shù)；此外，還能夠通過夾具應(yīng)用流程模擬來滿足業(yè)主對夾具設(shè)計的要求，通過模擬結(jié)果向業(yè)主進行夾具說明及展示。第三，通過計算機輔助技術(shù)，生產(chǎn)企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)對焊接工裝夾具設(shè)計的數(shù)據(jù)優(yōu)化，將需要的相關(guān)參數(shù)輸入到設(shè)計軟件中，便能夠有效控制夾具設(shè)計效果，同時實現(xiàn)對夾具的細(xì)節(jié)化調(diào)整。第四，通過計算機輔助技術(shù)，生產(chǎn)企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)對焊接工裝夾具設(shè)計各項因素的有效分析，精確夾具的設(shè)計周期較長，因為設(shè)計過程中需要考慮的因素較多，如結(jié)構(gòu)因素、力學(xué)因素、熱力因素等，通過軟件實現(xiàn)分析能夠避免開展物理實驗。第五，計算機輔助技術(shù)在焊接工裝夾具設(shè)計中的應(yīng)用只是初級階段，只有確保良好的夾具設(shè)計效果，才能夠確保后續(xù)夾具應(yīng)用質(zhì)量。

3.2 計算機輔助技術(shù)在生產(chǎn)控制中的應(yīng)用

第一，通過計算機輔助技術(shù)，生產(chǎn)企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)對焊接工裝夾具生產(chǎn)的精確控制，以此來確保夾具的應(yīng)用效果和熱應(yīng)力的分析；在設(shè)計工裝夾具的過程中，通常只會根據(jù)產(chǎn)品性能特點，達到焊接效果，未考慮到焊接過程中的熱應(yīng)力導(dǎo)致器件裂紋，產(chǎn)生失效等問題，設(shè)計工裝能夠反映焊接過程中溫度變化，自動根據(jù)產(chǎn)品特點進行調(diào)整，形成標(biāo)準(zhǔn)的焊接參數(shù)。

第二，通過計算機輔助技術(shù)，生產(chǎn)企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)對焊接工裝夾具生產(chǎn)過程的有效控制，并且操作方式及過程的靈活程度也要高于人為控制，能夠滿足不同的夾具生產(chǎn)要求，切實提高了夾具生產(chǎn)質(zhì)量和效率。第三，過計算機輔助技術(shù)，生產(chǎn)企業(yè)能夠提高對焊接工裝夾具生產(chǎn)技術(shù)的控制力度，更好的達到夾具生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，同時還能夠為后續(xù)夾具應(yīng)用提供清晰明確的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及定向調(diào)整方式，進而達到預(yù)期夾具應(yīng)用效果。第四，計算機輔助技術(shù)隨著信息技術(shù)的發(fā)展在不斷進步，其在焊接工裝夾具生產(chǎn)中的應(yīng)用能夠推動夾具功能創(chuàng)新及完善，生產(chǎn)企業(yè)能夠建立夾具生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)對夾具設(shè)計、生產(chǎn)、組合各項環(huán)節(jié)的有效整合，確保夾具生產(chǎn)流程的順暢程度，實現(xiàn)各項信息的共享，提高設(shè)計及生產(chǎn)信息的應(yīng)用率；同時還可以設(shè)置分階段夾具生產(chǎn)模式，第一階段為夾具設(shè)計系統(tǒng)的研發(fā)，第二階段為夾具設(shè)計系統(tǒng)的應(yīng)用及夾具生產(chǎn)，以第一階段為基礎(chǔ)，加上在第二階段的應(yīng)用實踐，進一步完善，形成一個不斷優(yōu)化的良性循環(huán)[5]。

3.3 計算機輔助技術(shù)在夾具組合中的應(yīng)用

第一，通過計算機輔助技術(shù)，生產(chǎn)企業(yè)能夠更好地滿足焊接工裝夾具組合需求，機械裝備生產(chǎn)所需的零部件不同，不同零部件生產(chǎn)所需要的夾具也同樣不同，因此涉及到了夾具組合應(yīng)用；而通過設(shè)計軟件，能夠直接對各種夾具組合方式進行模擬及調(diào)整，以此來滿足不同夾具組合要求，實現(xiàn)對夾具組合效果的準(zhǔn)確控制，進而高效完成夾具生產(chǎn)及組合任務(wù)。第二，通過計算機輔助技術(shù)，生產(chǎn)企業(yè)能夠更加方便、快捷地開展焊接工裝夾具組合操作，這是因為設(shè)計軟件自身能夠提供多種夾具組合方式，并且能夠確保組合的合理性和科學(xué)性，使得設(shè)計人員無需自行分析夾具組合模式，但需要注意的是，現(xiàn)階段夾具組合設(shè)計系統(tǒng)還有待進一步完善。第三，通過計算機輔助技術(shù)，生產(chǎn)企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)對焊接工裝夾具組合方案及流程的全面檢查，能夠檢查夾具組合方案，確保組合可靠性；能夠?qū)A具組合流程進行模擬，確保組合的可實踐性；能夠調(diào)整夾具組合數(shù)據(jù)，不斷完善組合效果；能夠輸入夾具組合功能要求，設(shè)計并形成相應(yīng)的組合方案。第四，目前，有限元技術(shù)在焊接工裝夾具組合中開始得到了廣泛應(yīng)用，這是因為該技術(shù)能夠有效綜合及分析夾具組合影響因素，如加工因素、加熱因素等，并且基于分析結(jié)果優(yōu)化組合流程，不斷優(yōu)化組合效果。

4 結(jié)語

盡管我國的焊接工裝夾具生產(chǎn)及應(yīng)用水平近年來已經(jīng)得到了大幅度提高，但是與發(fā)達國家相比依然存在一定差距。為了進一步提高焊接工裝夾具生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用質(zhì)量，生產(chǎn)企業(yè)需要積極引進及學(xué)習(xí)先進焊接工裝夾具生產(chǎn)技術(shù)，為其在電路板組裝生產(chǎn)中的應(yīng)用奠定技術(shù)基礎(chǔ)，同時還需要結(jié)合電路板組裝生產(chǎn)的實際要求，合理的設(shè)計并應(yīng)用焊接工裝夾具。