Технологический процесс сборки и регулировки источника очистки ионного

Министерство  образования Республики Беларусь

Учреждение образования 

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ 

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Факультет компьютерного проектирования

Кафедра электронной техники и технологии

К защите допустить

____________ В.В. Боженков

«___» ______________ 2012г.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

НА ТЕМУ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС СБОРКИ И РЕГУЛИРОВКИ

ИСТОЧНИКА ОЧИСТКИ  ИОННОГО

Выполнила:                                                                                     Принял:

 ст. гр 911101                                                                                  Боженков В.В.

Громова А.Г.   

Минск 2012

Введение

Ионный источник— устройство для получения направленных потоков (пучков) ионов. Ионный источник является важной частью ускорителей заряженных частиц, масс-спектрометров, ионных микроскопов, электромагнитных разделителей изотопов и многих других устройств. Принцип действия ионных источников основан на формировании высокоплотной плазмы ионизацией рабочего газа в тлеющем разряде в скрещенных электрическом и магнитном полях, отборе ионов с границы плазмы и ускорении их электрическим полем.

Типовые схемы  ионно-лучевой обработки поверхностей и объектов в вакууме:

Целью настоящей работы является разработка технологического процесса сборки источника очистки ионного. Технология ионной очистки предназначена для финишной очистки поверхности подложки пучком ускоренных ионов с энергией до 1500 эВ от молекулярных частиц, адсорбированных газов, полимерных фрагментов, паров воды, а также для атомарной активации поверхностных связей подложки непосредственно перед нанесением тонкопленочного покрытия. Применение технологии ионно-лучевой очистки гарантирует существенно более высокую степень адгезии по сравнению с традиционными методами (например, тлеющий разряд или плазменная очистка), что в итоге обеспечивает более длительную и надежную эксплуатацию деталей с покрытиями.

1.Описание принципа  работы собираемого устройства.

Рис.1. Принципиальная схема ионного источника.

Основными элементами устройства являются катод, анод и магнитная  система, состоящая из магнитопровода и магнита. Силовые линии магнитного поля замыкаются между полюсами магнитного контура.

При подаче постоянного напряжения между анодом (положительный потенциал) и катодом (отрицательный или  нулевой потенциал) возникает неоднородное электрическое поле и возбуждается аномальный тлеющий разряд. Наличие  замкнутого магнитного поля между полюсами магнитного контура позволяет локализовать плазму разряда в разрядном промежутке между анодом и катодом. Эмитированные  с катода под действием ионной бомбардировки электроны захватываются  магнитным полем, им сообщается сложное  циклоидальное движение по замкнутым  траекториям в зазоре между магнитными полюсами, анодом и катодом. Электроны  оказываются как бы в ловушке, создаваемой с одной стороны  магнитным полем, возвращающим ионы на катод, с другой – самим катодом, который, обладая отрицательным  зарядом, отталкивает электроны. Электроны  циклируют в ловушке до тех  пор, пока не произойдет несколько ионизирующих столкновений с атомами рабочего газа, в результате которых электрон, теряя полученную от электрического поля энергию, создает ионы.

Большинство ионов, участвующих  в работе источников с замкнутым  дрейфом электронов, однозарядные. Причина этого объясняется элементарно: как только атом теряет электрон, ускоряющее электрическое поле мгновенно выдергивает  его из области плазмы до того, как  произойдут последующие столкновения с высокоэнергетичными электронами  и, следовательно, ионизация. Многозарядные  ионы являются результатом столкновений с электронами, обладающими энергией, которой достаточно, чтобы за раз  выбить два или более электронов из нейтральных атомов. Количество подобных столкновений в сравнении  со столкновениями, выбивающими по одному электрону, пренебрежительно мало.

Рис.2. Распределение потенциала и форма магнитного поля.

Эффективное действие источника  с замкнутым дрейфом электронов основано на снижении мобильности электронов плазмы в магнитном поле. Магнитное  поле между внешним и внутренним полюсами магнитного контура общепринятой осесимметричной конфигурации источников с замкнутым дрейфом электронов существует преимущественно в радиальном направлении. Распределение радиального магнитного поля и результирующее распределение осевого потенциала  вместе с движением электронов по спиральной траектории отображены на рисунках 2 и 3. Ионы входят в зону замкнутого дрейфа со стороны анода, где и ускоряются, формируя ионный пучок (слева направо на рисунке 3).

Осевое изменение силы радиального магнитного поля (рис.2а) имеет колоколообразное распределение, достигая максимума возле полюсов магнитного контура и снижаясь около анода и выходного конца источника. В результирующем распределении потенциала (рис.2б) максимум изменения потенциала лежит в области, где сила магнитного поля также максимальна.

Рис.3. Азимутальный дрейф электронов.

Азимутальный дрейф электронов изображен на рисунке 3. Этот дрейф направлен по нормали к приложенным как электрическому E_z так и магнитному B_r полям (направление ЕхВ), следовательно, он и составляет ток Холла. Осевая плотность электронов в каждый текущий момент времени есть результат столкновений электронов с другими электронами, ионами, нейтральными атомами газа, стенками канала и колебаниями потенциала плазмы. Вследствие пониженной мобильности электронов по нормали к магнитному полю плазма способна противостоять существенной силе электрического поля, допуская утечку небольшого числа электронов из области замкнутого дрейфа. При соблюдении данного условия электрическое поле передает энергию в основном ионам, увеличивая их кинетическую энергию.

Если дрейф электронов затруднен, будет генерироваться вторичное  электрическое поле. Это вторичное  поле в конечном итоге выльется в  компоненту дрейфа электронов, направленную параллельно приложенному электрическому полю между анодом и катодом, и, как следствие, в повышенную электронную проводимость. Для достижения высокого КПД источника с замкнутым дрейфом электронов необходимо обеспечить дрейфовое движение электронов без столкновений, то есть по замкнутому пути. Вдобавок к тому, что дрейфовый путь должен быть замкнутым, необходимо обеспечить высокую степень однородности как плотности плазмы, так и силы магнитного поля. Требуемая однородность обычно достигается путем использования осесимметричной (круглой), конфигурации источника, однако возможно использование и протяженной овальной формы (так называемый протяженный гоночный трек).

Электроны заперты внутри зоны замкнутого дрейфа, в которой, в основном, и существует ускоряющее поле. Они покидают эту зону достаточно редко, для того, чтобы эти потери полностью замещались электронами, эмитированными катодом, и вторичными электронами, полученными при ионизации  нейтральных атомов рабочего газа. Условие квазинейтральности

,                                                           (2.2)

где n_e – концентрация электронов; n_i – концентрация ионов.

соблюдается в области  замкнутого дрейфа, как, впрочем, и в  области ионного пучка за пределами  источника.

Мощность разряда при  постоянной мощности источника зависит  от значений давления (р) и магнитной индукции (В). Эксперименты показывают, что с ростом магнитной индукции (до 0,04 Тл) при низких значениях давления мощность разряда сначала резко возрастает, потом замедляется и при В=0,08…0,1 Тл становится максимальной.

Напряжение зажигания  в источнике с замкнутым дрейфом  значительно ниже, чем в обычных  диодных системах. Это объясняется  тем, что еще до наложения электрического поля электроны, всегда присутствующие в рабочей камере и обеспечивающие первые акты ионизации в развитии лавинного процесса пробоя газового промежутка, захватываются магнитной  ловушкой, вследствие чего их концентрация в этой области оказывается выше, чем в объеме камеры, что и способствует возникновению разряда при более низких напряжениях.

2.Анализ технических  требований к качеству сборки.

2.1. Дистиллированная  вода. Требования по ГОСТ 6709-72.

Настоящий стандарт распространяется на дистиллированную воду, получаемую в перегонных аппаратах и применяемую  для анализа химических реактивов  и приготовления растворов реактивов. Дистиллированная вода широко используется в различных отраслях промышленности (для изготовления косметики, тосолов ), в химических лабораториях, на химических производствах и т.д. Основным показателем, контролируемым при использовании дистиллированной воды, является электрическая проводимость, которая не должна превышать 5 мкСм/см. Основными способами получения дистиллированной воды является мембранная очистка или выпаривание.

2.2. Аргон газообразный  и жидкий. Технические условия  по ГОСТ 10157-79.

Настоящий стандарт распространяется на газообразный и жидкий аргон, получаемый из воздуха и остаточных газов  аммиачных производств и предназначаемый  для использования в качестве защитной среды при сварке, резке  и плавке активных и редких металлов и сплавов на их основе, алюминия, алюминиевых и магниевых сплавов, нержавеющих хромоникелевых жаропрочных  сплавов и легированных сталей различных  марок, а также при рафинировании  металлов в металлургии.

2.3. Шрифт 4-Пр3 СТБ 992-95.

Настоящий стандарт распространяется на шрифты приборной гарнитуры для  нанесения надписей методом плоской  печати на средства измерений и автоматизации, радиоэлектронную аппаратуру и вычислительную технику и устанавливает начертания и основные размеры. Шрифты допускается  использовать для нанесения надписей на упаковке и в сопроводительной документации. Стандарт не распространяется на шрифты для надписей, наносимых на изделия авиационного приборостроения.

Шрифт Пр3-приямое нормальное полужирное начертание.

2.4.Технические требования по СТБ 1022-96.

Материалы и покупные изделия, предназначенные для изготовления сборочных единиц, должны иметь документы  о качестве, подтверждающие их соответствие требованиям нормативных документов на поставку. Покупные изделия, сборочные  единицы, детали и материалы, поступающие  на сборку, выдерживают до температуры  помещения сборочного цеха. Покупные изделия, сборочные единицы и  детали, поступающие на сборку, должны быть расконсервированы и тщательно  очищены. При сборке не допускается  нанесение механических повреждений  на применяемые покупные изделия, сборочные  единицы и детали.

Требования  к неподвижным соединениям

Неподвижные соединения сборочных  единиц не должно иметь качки, люфтов, относительного перемещения и проворачивания закрепляемых составных частей относительно друг друга.

Требования  к резьбовым соединениям

Крепежные детали в резьбовых  соединениях должны быть затянуты плотно и равномерно. Шлицы в головках винтов, а также грани болтов и  гаек, недолжны быть сорваны и смяты.При  установке винтов их головки не должны выступать над поверхностью закрепляемых составных частей.

Требования к подвижным соединениям

Откидные, выдвижные и  съёмные части сборочных единиц должны свободно открываться, откидываться, выдвигаться, сниматься и устанавливаться  на место, обеспечивая совпадение и  правильную работу установочных, крепежных, контактных и других соединений. Ручки  управления, настройки и регулировки, закрепленные на оси, не должны проворачиваться  и качаться.

Упаковка

Выбор упаковки сборочных  единиц должен осуществляться исходя из конструктивных особенностей сборочных  единиц с учетом требований к их защите, условий поставок, транспортирования  и хранения. Упаковка должна обеспечить защиту сборочных единиц от загрязнений, воздействия климатических и  механических факторов, агрессивных  паров и перегрузок, возникающих  при транспортировании, погрузочно-разгрузочных работах и хранении. В каждую упаковочную единицу должен быть вложен упаковочный лист, содержащий:

- наименование и (или)  товарный знак предприятия-изготовителя;

- условное наименование  или обозначение сборочной единицы;

- количество сборочных  единиц в упаковке;

- дату упаковки;

- штамп упаковщика.

3.Выбор и обоснование  метода достижения точности замыкающего  звена.

Обеспечение требуемого качества изделий, в том числе (и прежде всего) показателей назначения, технологичности  и надежности, определяется достижением  заданных параметров замыкающих звеньев  размерной цепи. Именно с этой целью  выявлялись размерные цепи и их уравнения, устанавливающие функциональные связи  замыкающих и составляющих звеньев.

Задачи размерных расчетов в их прямой и обратной постановках  считаются решенными, если между  заданными параметрами замыкающего  звена и параметрами, рассчитанными  по уравнениям размерных цепей, достигнуты следующие соотношения:

В настоящее время для  достижения точности замыкающего звена различают следующие методы: полной взаимозаменяемости, неполной взаимозаменяемости, групповой взаимозаменяемости, регулирования, пригонки.

Применительно к производственным технологическим процессам указанные  методы характеризуют методы сборки изделий и соответственно виды сборочных  работ, выполняемых с целью обеспечения  требуемой точности замыкающих звеньев  размерных цепей.

В процессе сборки ионного  источника очистки реализуется  метод регулирования. Метод регулирования — метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена без удаления материала с компенсатора.

Изменение компенсирующего  звена при сборке изделия достигается  или применением специальных  конструктивных устройств (компенсаторов) с помощью непрерывных либо периодических  перемещений: деталей по резьбе, клиньям, коническим поверхностям, эксцентрикам и т.д., или подбором сменных деталей  типа прокладок, колец и втулок.

В качестве неподвижных конденсаторов  обычно применяют комплекты из деталей  изделия, например сменных колец, втулок, шайб и т.д., подбираемых при сборке по месту до достижения требуемой  точности замыкающего звена, или  наборы прокладок одинаковой или разной толщины, подбираемых по месту с той же целью. Подвижные компенсаторы — это устройства или отдельные детали, за счет регулировки которых, достигаемой перемещением или поворотом, обеспечивается требуемый размер замыкающего звена.

Подвижные компенсаторы по непрерывности регулирования разделяют  на компенсаторы с периодическим  регулированием (резьбовые, клиновые, эксцентриковые и др.) и компенсаторы с непрерывным регулированием, как  правило автоматического регулирования. При использовании подвижных  и неподвижных (набор прокладок) компенсаторов создаются условия  для поддержания требуемой точности замыкающего звена в процессе эксплуатации.

По назначению все типы компенсаторов делят на группы, компенсирующие линейные или угловые размеры. Расчет параметров размерных цепей проводят методом максимума-минимума или  вероятностным методом.

К недостаткам метода регулирования  относят некоторое усложнение конструкции  введением конструктивного компенсатора и усложнение сборки из-за необходимости  проводить регулировку. Метод нашел  широкое применение для многозвенных цепей с высокими требованиями к  точности замыкающих звеньев.

Решение прямой задачи. Допуски  всех составляющих звеньев размерной  цепи при методе регулирования назначают  в соответствии с экономически приемлемыми  в данных условиях допусками.

Для обеспечения необходимой  точности замыкающего звена при  методе регулирования набор сменных  деталей (сменных колец, втулок, шайб и др.) или наборы прокладок одинаковой или разной толщины должны состоять из нескольких групп (ступеней), число  которых определяется требуемой  величиной компенсации и заданным допуском замыкающего звена.

Такие ступени регулирования  должны быть обеспечены и при прерывисто-фиксированном  регулировании с помощью специальных  компенсирующих устройств.

4. Расчёт комплексного показателя технологичности изделия.

Под технологичностью конструкции  понимается совокупность свойств, определяющих её приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и выполнения работ. Отработка конструкций на технологичность ведется по выполненным чертежам и должна предшествовать разработке технологических процессов и представляет собой часть работ по обеспечению технологичности на этапах разработки конструкции изделия и постановке её на производство.

Отработка конструкций на технологичность должна производиться как конструкторами, так и технологами, а также производственниками, в процессе подготовки производства к выпуску изделия. Отработка конструкции на технологичность производится на всех стадиях разработки конструкции, при технологическом оснащении производства и изготовлении изделия.

Технолог работает над технологичностью конструкции исходя из следующих положений и в следующей последовательности:

1. Определяется вид изделия - деталь или сборочная единица. Для детали - одни требования технологичности, для сборки - другие.

2. Определяется тип производства, в условиях которого будет изготовляться конструкция.

3. Устанавливается вид  технологичности. Технологичность подразделяют на производственную и эксплуатационную. Производственная технологичность проявляется в сокращении затрат, средств и времени на конструкторскую подготовку производства, технологическую подготовку производства и изготовление изделия. Эксплуатационная технологичность проявляется в сокращении затрат средств и времени на техническое обслуживание изделия и ремонт изделия.

Производственная технологичность должна обеспечивать снижение трудоемкости и себестоимости изготовления изделия. Эксплуатационная технологичность должна обеспечивать снижение трудоемкости и стоимости обслуживания изделия в процессе эксплуатации (непосредственное обслуживание, профилактика, подготовка к ремонту, ремонт и т.п.).

4.Определяется вид оценки  технологичности конструкции. Технологичность можно оценить качественно и количественно. Качественная оценка предшествует количественной и определяется на основе опыта терминами: "хорошо", "плохо", "лучше". Производственная технологичность достигается и оценивается, в первую очередь, качественно за счет:

1. Повышения серийности при изготовлении (обработке, сборке, испытаниях и т.п.) как следствие создания единообразных конструкций путем:

а) унификации, изделий, сборочных  единиц и деталей путем приведение нескольких разных конструкций к одной, в частности, за счет заимствования из других изделий и повторяемости деталей и сборочных единиц в пределах, одного изделия;

б) создания параметрических  рядов на основе базовой конструкции;

в) стандартизации изделий, сборочных единиц, деталей и их элементов (резьбовых элементов, диаметров отверстий, галтелей и т.п.). Здесь возможны следующие категории стандартов: ГОСТ, ОСТ, РСТ, СТП, международные стандарты, например ISO и другие. Каждая новая деталь приводит к разработке нового технологического процесса.

2. Рационального назначения материалов и снижения его расходов за счет:

а) выбора наиболее дешевого материала без потери качества производства;

б) выбора наиболее дешевого вида заготовок: прокат, литье, штамповка и др.;

в) наиболее экономного расходования материалов путем изменения конструкции, назначения припусков и др.;

г) выбора наиболее легко  обрабатываемого материала;

д) сокращения объема дорогой  механической обработки;

е) снижения массы деталей и изделия в целом;

ж) ограничения номенклатуры применяемых материалов в изделии.

3. Выбора рациональных  по форме и элементам конструкций деталей, обеспечивающих:

а) жесткость конструкции;

б) взаимозаменяемость (отсутствие иди сокращение пригоночных операций);

в) удобство и низкую стоимость изготовления деталей за счет

правильной расстановки  размеров;

г) правильное расположение элементов детали и их унификации и др.

4. Изучении условий производства, где будет изготавливаться изделие:

а) наличия оборудования, оснастки, унифицированных технологических процессов, традиций производства, наличия квалифицированных кадров;

б) применение прогрессивных  технологических процессов;

в) применение средств автоматизации  производственных процессов и многое другое.

Учитывая вышеизложенное, становится ясным, что конструктор может создать качественную, технологическую конструкцию изделия, сборочной единицы и, особенно, детали только хорошо зная производство и технологию изготовления изделия. То, что технологично в условиях одного производства, может стать не технологичным в условиях другого. Отработка конструкции изделия на технологичность представляет собой комплекс работ по снижению трудоемкости, материалоемкости и себестоимости в процессе разработки, изготовления и эксплуатации изделия.

Для оценки технологичности  используется как частные показатели уровня технологичности, характеризующие  отдельные свойства конструкции, так  и комплексные показатели  уровня, характеризующие всю или некоторую  совокупность ее свойств.

1.Коэффициент стандартизации:

К_ст = = = 0,62;                                                                   (3.1)

Е_ст, Д_ст – количество стандартных сборочных единиц и деталей;

Е, Д – общее количество сборочных единиц и деталей;

φ = 0,6.

2. Коэффициент  унификации

К_ун = = = 0,27;                                                                      (3.2)

Е_у, Д_у – количество унифицированных сборочных единиц и деталей;

Е, Д – общее количество сборочных единиц и деталей;

φ = 0,3.

3.Коэффициент  повторяемости изделий:

К_п = = = 0,84;                                                                      (3.3)

N – общее число изделий;

n – число типоразмеров;

φ = 0,1.

4.Коэффициент  сложности сборки изделия:

К_ун = = = 0,42;                                                                          (3.4)

N_е, N_д – количество сборочных единиц и деталей, требующих предварительной механической доработки;

Е, Д – общее количество сборочных единиц и деталей;

φ = 0,25.

5.Коэффициент  повторяемости на уровне детали:

К_п = = = 0,70;                                                                       (3.5)

N – общее число деталей;

n – число типоразмеров;

φ = 0,1.

6.Коэффициент  автоматизации и механизации:

К_м = = = 0,77;                                                                    (3.6)

П_м – количество механизированных операций;

П_о – общее количество операций;

φ = 0,7.

7.Коэффициент  расчленённости технологического  процесса:

К_р = = = 0,69;                                                                                           (3.7)

Е – число независимых  сборочно-технологических процессов;

Е_о – общее число сборочно-технологических процессов;

φ = 0,15.

Комплексный показатель технологичности:

К_т = = =

= 0,49.

Из полученного результата ( 0,49 ˃ 0,45) можно сделать вывод, что изделие технологично.

5.Разработка технологической схемы сборки изделия.

Анализ и синтез изделия  и сборки могут быть успешно выполнены  только тогда, когда структура изделия  сделана легкообозримой. Для этого  используются схемы сборочного состава (элементы) и технологические схемы  сборки. Построение таких схем даёт возможность определить конструктивные и сборочные элементы изделия  и их взаимную связь, а также представить  в легкообозримом виде проект технологического процесса сборки.

Схематическое изображение взаимной связи конструктивных или сборочных элементов изделий называют соответственно схемами конструктивных и сборочных элементов изделия. Эти схемы используются для целей как конструктивного, так и технологического анализа и синтеза изделия и процесса.

При анализе изделия и  процесса его сборки необходимо наряду с установлением обычных характеристик  условий выполнения процесса во времени  и пространстве определить: