Curs Materiale si componente

I

Cuprins Cap.1. Principii de fabricaie i calitate n Industria Electronic ......... 1

1.1. Tendine n evoluia componentelor electronice ................................ 1 1.2. Asimilarea n fabricaie a produselor electronice............................... 2

1.2.1. Studiul tehnico-economic ................................................................ 2 1.2.2. Proiectarea electric ....................................................................... 4 1.2.3. Modelarea comportrii componentelor electronice i proiectarea

circuitelor ........................................................................................ 5 1.2.4. Proiectarea constructiv i tehnologic a modulelor

(subansamblurilor) i ansamblurilor generale ................................. 8 1.2.5. Pregtirea fabricaiei ..................................................................... 10 1.2.6. Fabricaia ...................................................................................... 11 1.2.7. Exploatarea i ntreinerea produselor electronice ........................ 12

1.3. Calitatea n industria electronic ..................................................... 12 1.3.1. Definiii. Concepte generale .......................................................... 12 1.3.2. Noiuni despre calitate .................................................................. 14 1.3.3. Indicatori de calitate ...................................................................... 15

Cap.2. Proprietile tehnice i tehnologice ale materialelor electrotehnice ............................................................................ 21

2.1. Proprieti chimice ........................................................................... 21 2.2. Proprieti fizice ............................................................................... 22 2.3. Proprieti mecanice ........................................................................ 24

2.3.1. Elasticitatea materialelor metalice ................................................ 26 2.3.2. Plasticitatea materialelor metalice ................................................ 27 2.3.3. ncercarea la traciune a materialelor metalice ............................. 29 2.3.4. Ruperea materialelor .................................................................... 31 2.3.5. Fluajul materialelor ....................................................................... 32 2.3.6. Oboseala materialelor ................................................................... 33 2.3.7. Duritatea materialelor.................................................................... 34 2.3.8. Reziliena ...................................................................................... 37

2.4. Proprieti termice ........................................................................... 37

Cap.3. Conducia electric ................................................................... 41 3.1. Bazele fenomenului conduciei electrice ......................................... 41 3.2. Factori care influeneaz conductibilitatea electric a materialelor

metalice ........................................................................................... 43 3.2.1. Influena temperaturii .................................................................... 43 3.2.2. Influena impuritilor..................................................................... 45 3.2.3. Influena solicitrilor mecanice ...................................................... 46

3.3. Supraconductibilitatea ..................................................................... 47 3.3.1. Aplicaii ale materialelor supraconductoare .................................. 56

3.4. Conducia electric a semiconductorilor .......................................... 57 3.4.1. Conducia intrinsec i conducia extrinsec ................................ 57 3.4.2. Factori care influeneaz proprietile semiconductoare ............... 58

3.5. Proprietile electroizolante ale materialelor ................................... 61 3.5.1. Rigiditate dielectric, polarizare, permitivitate ............................... 61

II

3.5.2. Pierderi n dielectrici ......................................................................63 3.5.3. Factori care influeneaz proprietile electroizolante ...................64

Cap.4. Materiale conductoare. Metale ................................................. 67 4.1. Caracteristici generale ..................................................................... 67 4.2. Dependen proprietilor materialelor conductoare de diferii factori

......................................................................................................... 67 4.2.1. Influena temperaturii .....................................................................68 4.2.2. Influena strii de agregare ............................................................68 4.2.3. Influena naturii i coninutului de impuriti ...................................69 4.2.4. Influena solicitrilor mecanice ......................................................71 4.2.5. Influena tratamentului termic ........................................................71 4.2.6. Coroziunea metalelor ....................................................................71

4.3. Materiale de mare conductivitate electric ...................................... 73 4.3.1. Cuprul i aliajele sale ....................................................................73 4.3.2. Aluminiul i aliajele sale.................................................................77

4.4. Materiale conductoare cu mare rezistivitate electric ..................... 80 4.4.1. Materiale pentru rezistoare de precizie i etalon ...........................80 4.4.2. Materiale pentru reostate...............................................................81 4.4.3. Materiale utilizate n electrotermie .................................................82

4.5. Materiale conductoare pentru contacte electrice ............................. 83 4.5.1. Materiale pentru contacte fixe .......................................................84 4.5.2. Materiale pentru contacte de rupere ..............................................84 4.5.3. Materiale pentru contacte alunectoare ........................................86

4.6. Materiale cu utilizri speciale ........................................................... 87 4.6.1. Materiale pentru termobimetale .....................................................87 4.6.2. Materiale pentru termocuple ..........................................................87 4.6.3. Aliaje de lipit ..................................................................................88

Cap.5. Materiale electroizolante .......................................................... 91 5.1. Caracteristici generale ..................................................................... 91 5.2. Polarizaia temporar a materialelor izolatoare ............................... 91

5.2.1. Polarizaia electronic ...................................................................94 5.2.2. Polarizaia ionic ...........................................................................96 5.2.3. Polarizaia de orientare..................................................................98 5.2.4. Polarizaia de neomogenitate ......................................................103

5.3. Polarizaia permanent a materialelor izolatoare .......................... 104 5.3.1. Fenomenul piroelectric ................................................................104 5.3.2. Fenomenul piezoelectric..............................................................105 5.3.3. Efectul de electret ........................................................................107

5.4. Dependena proprietilor dielectrice ale materialelor electroizolante de diveri factori ............................................................................. 108

5.4.1. Rezistivitatea ...............................................................................109 5.4.2. Rigiditatea dielectric ..................................................................111 5.4.3. Permitivitatea electric ................................................................116 5.4.4. Factorul de pierderi .....................................................................118 5.4.5. Pierderi n materiale dielectrice ...................................................119

5.5. Clasificarea materialelor electroizolante ........................................ 122 5.5.1. Clasificarea dup stabilitatea termic ..........................................122

5.6. Materiale electroizolante gazoase ................................................. 124 5.6.1. Aerul ............................................................................................124 5.6.2. Hidrogenul ...................................................................................125 5.6.3. Gaze electronegative ..................................................................125

III

5.6.4. Alte gaze ..................................................................................... 126 5.7. Materiale electroizolante lichide .................................................... 127

5.7.1. Uleiul mineral .............................................................................. 127 5.7.2. Uleiuri sintetice ........................................................................... 128

5.8. Materiale electroizolante solide organice ...................................... 129 5.8.1. Materiale organice micromoleculare ........................................... 129 5.8.2. Materiale organice macromoleculare .......................................... 130 5.8.3. Celuloza i derivaii si ............................................................... 135 5.8.4. Cauciucuri i elastomeri .............................................................. 136 5.8.5. Siliconii ........................................................................................ 137

5.9. Materiale electroizolante solide anorganice .................................. 138 5.9.1. Mica i produsele pe baz de mic ............................................. 138 5.9.2. Sticlele ........................................................................................ 139 5.9.3. Ceramica electrotehnic ............................................................. 140 5.9.4. Alte materiale anorganice ........................................................... 142 5.9.5. Lacuri electroizolante .................................................................. 142

5.10. Compounduri ................................................................................. 144 5.11. Produse pe baz de rini sintetice .............................................. 144

5.11.1. Mase plastice presate ................................................................. 144 5.11.2. Mase plastice stratificate ............................................................. 144 5.11.3. Folii electroizolante ..................................................................... 145 5.11.4. Fire i esturi ............................................................................. 145 5.11.5. Materiale expandate (poroplaste) ............................................... 146

5.12. Materiale compozite ...................................................................... 146

Cap.6. Materiale magnetice ................................................................ 149 6.1. Proprieti magnetice generale...................................................... 149

6.1.1. Pierderi n materiale magnetice .................................................. 153 6.2. Caracteristici generale ale materialelor magnetice ....................... 153 6.3. Dependena proprietilor magnetice de diveri factori ................. 155

6.3.1. Influena temperaturii .................................................................. 155 6.3.2. Influena impuritilor................................................................... 156 6.3.3. Influena solicitrilor mecanice .................................................... 157 6.3.4. Influenii tratamentelor termice .................................................... 157 6.3.5. Influena altor factori ................................................................... 158

6.4. Materiale magnetice moi ............................................................... 158 6.4.1. Fierul ........................................................................................... 158 6.4.2. Oeluri i fonte ............................................................................. 159 6.4.3. Aliaje fier-siliciu ........................................................................... 159 6.4.4. Aliaje fier-aluminiu ...................................................................... 160 6.4.5. Aliaje nichel-fier .......................................................................... 160 6.4.6. Aliaje cu inducie de saturaie mare ............................................ 161 6.4.7. Aliaje eu proprieti speciale ....................................................... 162 6.4.8. Ferite magnetic moi .................................................................... 162 6.4.9. Materiale magnetodielectrice ...................................................... 163

6.5. Materiale magnetice dure .............................................................. 164 6.5.1. Oeluri martensitice i aliate ........................................................ 165 6.5.2. Aliaje plastice .............................................................................. 165 6.5.3. Aliaje cu magnetostriciune mic ................................................ 165 6.5.4. Aliaje pe baz de mangan i din metale preioase ...................... 166 6.5.5. Aliaje cu durificare prin dispersie de faz .................................... 166 6.5.6. Ferite magnetic dure ................................................................... 167 6.5.7. Alte materiale pentru magneilor permaneni .............................. 167

IV

6.6. Materiale cu proprieti magnetice reduse (nemagnetice) ............ 168

Cap.7. Rezistoare ............................................................................... 169 7.1. Elemente de circuit ........................................................................ 169 7.2. Rezistoare - generaliti ................................................................. 171 7.3. Structura constructiv a rezistoarelor fixe ..................................... 172

7.3.1. Elementul rezistiv ........................................................................172 7.3.2. Suportul izolant ............................................................................173 7.3.3. Terminalele ..................................................................................174 7.3.4. Protecia rezistoarelor la aciunea factorilor mecano-climatici .....175

7.4. Tehnologia de fabricaie a rezistoarelor bobinate ......................... 176 7.4.1. Tehnologia rezistoarelor bobinate de medie putere ....................176 7.4.2. Tehnologia rezistoarelor bobinate de mare putere ......................177

7.5. Tehnologia de fabricaie a rezistoarelor peliculare ........................ 178 7.5.1. Tehnologia rezistoarelor cu pelicul rezistiv pe baz de carbon178 7.5.2. Tehnologia rezistoarelor cu pelicul rezistiv pe baz de oxizi

metalici ........................................................................................181 7.5.3. Tehnologia rezistoarelor de volum ..............................................182 7.5.4. Tehnologia straturilor subiri pentru fabricarea rezistoarelor........183 7.5.5. Tehnologia straturilor groase .......................................................185

7.6. Structura constructiv i tehnologia rezistoarelor variabile (poteniometrelor) .......................................................................... 188

7.6.1. Tipuri de poteniometre................................................................188 7.6.2. Structura constructiv a rezistoarelor variabile ............................189

7.7. Caracteristicile rezistoarelor fixe .................................................... 191 7.7.1. Rezistena nominal i tolerana acesteia (R, t) ..........................191 7.7.2. Puterea de disipaie nominal (Pn) ..............................................194 7.7.3. Tensiunea nominal (Un) ............................................................194 7.7.4. Zgomotul rezistoarelor .................................................................194 7.7.5. Intervalul temperaturilor de lucru .................................................195 7.7.6. Coeficientul de variaie cu temperatur al rezistenei ..................195 7.7.7. Precizia rezistoarelor ...................................................................195

7.8. Caracteristicile rezistoarelor variabile ............................................ 196 7.8.1. Caracteristici electrice .................................................................196

7.9. Criterii de alegere a rezistoarelor .................................................. 197 7.10. Fiabilitatea rezistoarelor ................................................................ 198

Cap.8. Condensatoare ........................................................................ 201 8.1. Clasificarea condensatoarelor ....................................................... 201 8.2. Caracteristicile i formele constructive ale condensatoarelor fixe . 202

8.2.1. Capacitatea nominal (Cn) ..........................................................202 8.2.2. Tensiunea nominal (Un) ............................................................204 8.2.3. Rezistena de izolaie (R iz) ..........................................................205 8.2.4. Tangenta unghiului de pierderi (tg) ............................................205 8.2.5. Intervalul temperaturilor de lucru .................................................206 8.2.6. Coeficientul de variaie a capacitii cu temperatura (C) ............207 8.2.7. Coeficientul de variaie a capacitii (K) ......................................207 8.2.8. Capacitatea specific ..................................................................207

8.3. Materiale utilizate la fabricarea condensatoarelor ......................... 208 8.3.1. Armturile ....................................................................................208 8.3.2. Dielectricul ...................................................................................208

8.4. Tehnologia de fabricaie a condensatoarelor fixe .......................... 211 8.4.1. Tehnologia de fabricaie a condensatoarelor ceramice ...............211

V

8.4.2. Tehnologia de fabricaie a condensatoarelor cu mic ................. 213 8.4.3. Tehnologia de fabricaie a condensatoarelor cu sticl ................ 214 8.4.4. Tehnologia de fabricaie a condensatoarelor cu hrtie ............... 214 8.4.5. Tehnologia de fabricaie a condensatoarelor cu pelicul din

material plastic ............................................................................ 216 8.4.6. Tehnologia de fabricaie a condensatoarelor electrolitice ........... 217

8.5. Tehnologia de fabricaie a condensatoarelor variabile .................. 221 8.5.1. Caracteristicile i construcia condensatoarele variabile ............. 221 8.5.2. Tehnologia de fabricaie a condensatoarelor variabile cu aer ..... 223 8.5.3. Tehnologia de fabricaie a condensatoarelor variabile cu dielectric

solid ............................................................................................ 224 8.6. Tehnologia de fabricaie a condensatoarelor semireglabile .......... 224

8.6.1. Condensatoare semireglabile cu aer .......................................... 225 8.6.2. Condensatoare semireglabile cu dielectric anorganic ................. 225 8.6.3. Condensatoare semireglabile cu dielectric organic ..................... 226

8.7. Tehnologia de fabricaie a condensatoarelor de trecere ............... 226 8.8. Fiabilitatea condensatoarelor ........................................................ 227 8.9. Criterii de alegere a condensatoarelor .......................................... 228

Cap.9. Bobine ...................................................................................... 233 9.1. Calculul inductivitii ...................................................................... 233 9.2. Construcia i tehnologia de fabricaie a bobinelor........................ 236

9.2.1. Tipuri constructive de carcase pentru bobinaj ............................. 236 9.2.2. Materiale conductoare pentru bobinaj ......................................... 237 9.2.3. Tipuri de bobinaje ....................................................................... 239 9.2.4. Impregnarea bobinajelor ............................................................. 242 9.2.5. Tehnologii de realizare a nfurrilor ......................................... 243 9.2.6. Miezuri magnetice pentru bobine ................................................ 244

9.3. Ecranarea bobinelor ...................................................................... 249 9.4. Fiabilitatea bobinelor ..................................................................... 250

Cap.10. Alte componente pasive ......................................................... 253 10.1. Rezonatorul piezoelectric .............................................................. 253 10.2. Lmpi cu descrcare n gaz sau n vid .......................................... 254 10.3. Sigurana fuzibil ........................................................................... 255 10.4. Becul .............................................................................................. 255 10.5. Electromagnetul, releul .................................................................. 256

10.5.1. Caracteristicile electromecanice ale electromagneilor ............... 257 10.6. Contacte electrice .......................................................................... 257

10.6.1. Procese fizico-chimice care afecteaz starea suprafeei de contact .................................................................................................... 261

10.6.2. Materiale pentru construcia contactelor ..................................... 262 10.7. ntreruptoare ................................................................................ 263 10.8. Fotorezistorul sau detectorul fotoconductiv ................................... 264

10.8.1. Caracteristici specifice fotorezistoarelor:..................................... 265 10.9. Termistoare.................................................................................... 267

10.9.1. Termistoare cu coeficient de temperatur negativ. ..................... 268 10.9.2. Rezistoare dependente de temperatur cu coeficient de

temperatur pozitiv ..................................................................... 270 10.10. Varistoare ...................................................................................... 271 10.11. Descrctoare electrice ................................................................. 273

10.11.1. Descrctoare cu rezistent variabil - DRV ........................ 274

VI

10.11.2. Descrctoare cu rezistent variabil i suflaj magnetic .......275 10.11.3. Parametrii i caracteristicile descrctoarelor cu rezistent

variabil .......................................................................................276 10.11.4. Descrctoare cu oxizi metalici .............................................278

10.12. Elemente de afiare ....................................................................... 278 10.12.1. Tubul catodic .........................................................................278 10.12.2. LCD .......................................................................................282 10.12.3. Plasma ..................................................................................284 10.12.4. Plasma vs LCD ......................................................................285

Cap.11. Cablaje imprimate ................................................................... 289 11.1. Generaliti .................................................................................... 289 11.2. Structura i clasificarea cablajelor imprimate ................................ 290

11.2.1. Suportul electroizolant .................................................................290 11.2.2. Traseele conductoare ..................................................................290 11.2.3. Adezivi .........................................................................................291

11.3. Metode i tehnologii de realizare a cablajelor imprimate .............. 292 11.3.1. Realizarea cablajelor imprimate monostrat prin metode de

corodare ......................................................................................295 11.3.2. Realizarea fotooriginalului ...........................................................297 11.3.3. Realizarea cablajelor imprimate multistrat ...................................299 11.3.4. Realizarea cablajelor folosind folia de transfer a desenelor PnP-

Blue .............................................................................................301 11.4. Echiparea cablajelor imprimate cu componente electronice ......... 302 11.5. Protecia la perturbaii electromagnetice ....................................... 303

11.5.1. Alegerea tipului de cablaj imprimat ..............................................306 11.6. Criterii de montare a componentelor ............................................. 306

11.6.1. Tehnica lipirii componentelor .......................................................307 11.7. Componente pasive pentru SMT ................................................... 309

11.7.1. Rezistoarele ................................................................................309 11.7.2. Condensatoare ............................................................................311 11.7.3. Termistoare .................................................................................313 11.7.4. Bobinele ......................................................................................313 11.7.5. ntreruptoare SMD .....................................................................313 11.7.6. Cristale cuar de tip SMD.............................................................313

Materiale i componente electronice

1

Cap.1. Principii de fabricaie i calitate n Industria Electronic

1.1. Tendine n evoluia componentelor electronice n actuala etap de dezvoltare a tiinei i tehnologiei se nregistreaz un

avnt deosebit al electronicii i microelectronicii, la ptrunderea ei, practic n orice domeniu de activitate al societii umane. Prin posibilitile pe care le ofer: miniaturizare i superminiaturizare, vitez de calcul, memorare, amplificare etc. poate rspunde oricrei solicitri. Cum diversitatea acestora poate fi extrem de mare, satisfacerea cerinelor impuse se poate asigura prin sintetizarea lor, prin crearea unor funcii specifice, plecnd de la componente care printr-o interconectare corespunztoare s genereze funciile respective.

Electronica nceputului de secol este caracterizat prin creterea gradului de integrare att la nivelul componentelor electronice ct i la cel al subansamblurilor i modulelor electronice.

Ofensiva declanat de industria semiconductoarelor prin coborrea sub bariera de un micrometru (INTEL urmeaz s treac la tehnologia CMOS de 0,09 micrometri), folosirea n realizarea circuitelor a unor limi ce au n prezent valori de zecimi de micrometru i introducerea noilor tehnologii care utilizeaz metalizarea cu cupru n loc de aluminiu, au fcut s poat fi incluse n cadrul unui circuit integrat un numr extrem de mare de pori logice i tranzistoare (peste 10 milioane de pori i peste 100 de milioane de tranzistoare) reunite prin conexiuni n funcii complexe. Elementele enumerate se gsesc pe o singur pastil de siliciu (chip). Circuitele integrate pe baz de siliciu fabricate n prezent conin pn la 2200 de conexiuni fr ca prin aceasta s se considere c s-a atins vreo limit. Drept urmare, a crescut numrul de conexiuni dintre chip i lumea exterioar, mrindu-se n acelai timp frecvena de lucru a microprocesoarelor. Se preconizeaz c n foarte scurt timp calculatoarele s conin microprocesoare de 5 GHz.

Toate aceste performane ale componentelor electronice, de neimaginat cu puin timp n urm, conduc la conceperea i realizarea de module electronice din ce n ce mai performante. De altfel, aa cum componentele montate pe suprafa (tehnologia SMD Surface Mounted Device) au revoluionat industria electronic la mijlocul anilor 1980, noile componente din categoria Chip Package, chip Size Package i Flip Chip vor provoca modificri importante n industria electronic viitoare. Prin urmare, vor avea loc modificri i n ceea ce privete modulele electronice i aparatura electronic n general, att din punctul de vedere al proiectrii ct i al tehnologiilor de fabricaie. Dac se coreleaz noile dimensiuni, pe care se preconizeaz c le vor avea componentele electronice (cu circa 20 %

Principii de fabricaie i calitate n Industria Electronic

2

mai mari ca ale chip-ului de siliciu), cu duritatea din ce n ce mai mare a componentelor coninute de modulele electronice, rezult de la sine concluzia c la conceperea modulelor este nevoie de folosirea unor programe care s permit automatizarea proiectrii.

1.2. Asimilarea n fabricaie a produselor electronice

1.2.1. Studiul tehnico-economic

Studiul tehnico-economic reprezint un act de concepie cu implicaii hotrtoare n stabilirea parametrilor tehnici i economici ai viitorului produs electronic, i nu numai, ce urmeaz a fi proiectat. La nivelul studiului tehnico-economic se abordeaz o serie de probleme i anume:

stabilirea unei soluii de principiu pentru funcionarea produsului nou;

precizarea unor materiale i tehnologii utilizate la fabricarea viitorului produs;

eventualele dezvoltri ale unor capaciti de producie; piaa intern i piaa extern a produsului; programarea asimilrii noului produs etc.

Prin prisma acestor aspecte studiul tehnico-economic reprezint una dintre

cele mai importante activiti din succesiunea activitilor ce se ntreprind pentru asimilarea unui nou produs.

Pentru elaborarea studiului tehnico-economic este necesar s se acorde o importan deosebit studiului de marketing. Acest studiu va preciza anumite condiii specifice legate de:

gradul de saturaie al pieei; segmentarea pieei; corelarea unor funcii ale produsului cu necesitile utilizatorului

etc. n baza datelor oferite de studiul tehnico-economic, se valideaz tema de

proiectare, n varianta care corespunde n cea mai mare msur strategiei i politicii economice a firmei, prin luarea n consideraie a unor factori tehnici, economici i sociali.

Tema de proiectare trebuie s conin toate datele n msur s exprime concret, exact i complet comanda. Aceasta urmeaz s prezinte succesiv parametri tehnico-economici pe care trebuie s-i aib n vedere proiectantul la elaborarea documentaiei tehnice pentru fabricarea noului produs.

Principalele date coninute n tema de proiectare sunt: destinaia i condiiile de exploatare ale produsului; caracteristicile de baz ale acestuia;


3

cerinele principale din punct de vedere constructiv i funcional; parametri garantai; standardele sau normele interne; indicatori tehnico-economici i de exploatare; volumul produciei (numrul de produse i ealonarea n timp a

acestora).

Figura 1-1 Etapele principale ale unui lan tehnologic

Dezvoltarea, fabricaia, ntreinerea i utilizarea unui echipament trebuie tratate ca o unitate i n acest sens se vorbete despre un lan tehnologic. Prin aceasta se consider totalitatea pailor individuali care pornesc de la cercetare i conduc apoi prin construcia echipamentului, pregtirea documentaiei tehnice i a mijloacelor de fabricaie (SDV-urilor), fabricaia, testarea, repararea


4

subansamblurilor, montarea echipamentelor, punerea lor n stare de funcionare i n final, la testarea ntregului echipament. n Figura 1-1 se indic principalele etape ale lanului tehnologic corespunztor realizrii unui echipament electronic.

1.2.2. Proiectarea electric

Inginerului proiectant de circuite i se indic comportarea funcional a unui circuit sau bloc, denumite i modul electronic i i se cere s proiecteze interconexiunile elementelor componente astfel nct modulul electronic (subansamblul) respectiv i, respectiv ansamblul complet s aib caracteristicile prescrise.

ndeplinirea acestor cerine nu este uoar. Pentru aceasta inginerul are nevoie de experien, pricepere i intuiie. El trebuie s cunoasc perfect proprietile de circuit ale componentelor electronice disponibile i s aib capacitatea de a putea prevedea comportarea circuitelor formate prin interconectarea acestor componente.

Cunoaterea proprietilor de circuit ale componentelor electronice permite stabilirea unui model al comportrii componentei, care, de obicei, de exprim sub forma unor circuite echivalente constituite din elemente idealizate i abstractizate.

Anticiparea comportrii circuitelor formate prin interconectarea componentelor electronice are la baz descrierea matematic a interconexiunilor circuitelor echivalente componentelor fizice, ceea ce face obiectul teoriei circuitelor (reelelor).

Modulele electronice sunt structuri fizice alctuite din componente electronice i neelectronice destinate s satisfac cerinele funcionale ce ar urma s le prezinte aparatul i/sau echipamentul care le conine.

Un modul electronic se bazeaz pe o reuniune de componente ce pot fi grupate n dou categorii diferite. Una conine toate componentele electronice, mecanice, electromecanice, optice etc., fabricate de firme specializate, de cele mai multe ori n cantiti uriae. Este vorba aici de componentele normalizate (standardizate) care se afl prezente n cataloagele de firm, iar la conceperea subansamblului (modulului electronic) sunt extrase din datele de catalog informaiile referitoare la componentele care vor aparine modulului proiectat. Componentele normalizate sunt concepute, proiectate i fabricate de mari concerne internaionale. Asupra performanelor componentei normalizate, proiectantul modulului electronic nu poate interveni i reprezint o condiie iniial de la care se pleac n conceperea schemei electrice ce va sta la baza modulului.

A doua categorie de componente o constituie structurile de interconectare i spre deosebire de componentele normalizate, sunt dedicate aplicaiei ce urmeaz a fi creat sau altfel spus sunt specifice unui anumit modul electronic.

S-ar putea face observaia c n etapa proiectrii schemei electrice i ulterior modului electronic, componentele normalizate ce alctuiesc modulul electronic exist fizic, chiar i dac numai n cataloage, iar structurile de interconectare nu exist. Ele, ulterior gndirii schemei electronice, urmeaz s fie concepute i apoi fabricate pentru a deveni, la rndul lor, componente. Acest din urm aspect dorete s scoat n eviden responsabilitatea major ce revine inginerului proiectant n etapa proiectrii electrice.


5

1.2.3. Modelarea comportrii componentelor electronice i proiectarea circuitelor

Una dintre problemele importante ale tehnologiei electronice este alegerea i utilizarea raional a componentelor de circuit. Pentru ca inginerul electronist s poat soluiona cu succes aceast problem are nevoie de caracterizarea sau descrierea exact a comportrii electrice a componentelor. Orice modelare a comportrii electrice a unui component constituie un circuit echivalent.

Gsirea unui circuit echivalent al unei componente implic executarea unor msuri asupra comportrii sale la borne, iar proprietile msurate folosesc ca model pentru componenta n cauz i se pot prezenta sub form de relaii funcionale stabilite empiric. Trebuie remarcat faptul c determinarea comportrii la borne a componentelor nu poate furniza informaii dect despre comportarea acestora n condiiile concrete n care s-a efectuat msurarea. Nu exist posibiliti de extrapolare a acestor rezultate n legtur cu comportarea componentei n condiii modificate.

Dac unele mrimi variabile la bornele componentei depind nu numai de valorile instantanee ale celorlalte variabile, ci i de viteza de variaie a acestora, este necesar ca msurtorile la borne s se efectueze n regim dinamic, adic n condiii care s corespund ct mai mult cu cele reale, n care va lucra componenta n cauz.

Modelarea comportrii unei componente ncepe cu o analiz teoretic a comportrii fizice i cu interpretarea msurtorilor. Pe baza unei astfel de analize, inginerul poate s descrie fenomenele electrice printr-un grup de relaii funcionale, ale crei variabile sunt de regul tensiunile la borne i curenii, inclusiv vitezele de variaie ale valorilor lor.

Devine astfel posibil analiza comportrii circuitului n care este folosit componenta respectiv, cu ajutorul metodelor numerice i grafice.

De multe ori exist necesitatea analizei comportrii circuitelor prin utilizarea unei game largi de metode analitice. Aceasta impune adoptarea pentru componente a unor circuite echivalente pentru care relaiile funcionale reflect de fapt interconectarea corespunztoare a unor elemente de circuit idealizate. Aceste elemente de circuit reprezint abstracii definite matematic, care exprim relaii simple ntre cureni i tensiuni sau ntre vitezele de variaie ale acestora i care sunt foarte larg folosite n calculul i proiectarea circuitelor. La modelarea diferitelor componente fizice n circuit se va folosi un numr mai mare sau mai mic de elemente de circuit idealizate, dup complexitatea componentei i dup precizia dorit descrierii comportrii acesteia.

Pe baza analizei comportrii fizice interne a componentei (dispozitivului), inginerul stabilete configuraii de elemente idealizate, caracteristice comportrii componentei.

Pentru ca procesul de modelare s fie complet este necesar s se efectueze msurtori n condiiile reale de lucru. n acest fel se poate determina cantitativ comportarea la borne a componentei, precum i valorile concrete ale diferiilor parametri ce caracterizeaz elementele idealizate din schema echivalent.

Precizia cu care circuitul echivalent descrie componenta trebuie s fie considerat corespunztoare numai pentru aplicaia respectiv. O precizie sporit


6

a modelului atrage dup sine sporirea complexitii circuitului echivalent, care implic dificulti mai mari n analiza circuitului n care este folosit componenta respectiv.

O remarc important care trebuie fcut n acest context este aceea c este important s se aleag un model care s nu fie mai complicat dect cere nsi natura aplicaiei i precizia descrierii.

Figura 1-2 Schema bloc a unui circuit electronic

Proiectarea electric a circuitelor vizeaz determinarea parametrilor elementelor componente, pentru ca circuitul s ndeplineasc funcia cerut. De regul, funcia cerut se exprim prin mrimile electrice de la bornele de ieire ale circuitului (Figura 1-2), n funcie de mrimile electrice de la intrarea circuitului (ca date ale problemei) i de parametrii elementelor componente care formeaz circuitul i care constituie necunoscutele problemei.

n proiectarea circuitelor inginerul electronist apeleaz la diferite modele matematice, care s descrie ct mai fidel comportarea componentelor electronice n interconexiunile lor din circuite.

n general numrul ecuaiilor care se pot scrie la proiectarea unui circuit este mai mic dect numrul necunoscutelor problemei, ceea ce determin pe proiectant s decid asupra alegerii potrivite pentru o parte din parametrii necunoscui. De aici rezult posibilitatea obinerii mai multor variante de soluii i necesitatea optimizrii rezultatului.

Pentru ca schemele electrice proiectate i realizate fizic s asigure funcia electric cerut, este necesar s se aib n vedere faptul c circuitele echivalente ale componentelor care au format configuraia topologic a schemei realizate reprezint numai n mod aproximativ comportarea structurii fizice, ceea ce impune ca experimentarea de laborator s nsoeasc proiectarea prin calcul. Rezultatele experienei pot determina reconsiderarea schemelor echivalente ale componentelor, modelarea iniial nefiind cea corespunztoare. Se reiau calculele, dup care se cere o nou verificare experimental. Ciclul se poate repeta de mai multe ori. Aceasta constituie una dintre particularitile proiectrii n electronic.

n proiectarea electric a circuitelor electronice este necesar s se in seama de faptul c n fabricarea componentelor electronice exist muli factori care determin o abatere aleatoare a parametrilor acestora de la valorile prescrise, n jurul unor valori medii. Aceste abateri sunt determinate de factori ca: neomogenitatea materiei prime, variaia n timp a condiiilor de fabricaie (de exemplu, temperatura unor incinte, gradul de acuratee, gradul de oboseal al operatorilor etc.), erori n msurarea diferiilor parametri ai mediului, precum i a mrimilor care caracterizeaz componentele etc. Abaterile parametrilor de la anumite valori prescrise constituie aadar un fenomen obiectiv. Deoarece la realizarea fizic a circuitelor n timpul fabricaiei se folosesc componente care nu au parametri de lucru riguros egali cu cei rezultai din proiectare, orice tem de


7

proiectare a circuitelor electronice permite ca parametrii de ieire ai acestora s se afle n limite admise, denumite tolerane.

Calculele efectuate la proiectarea circuitelor electronice conduc la determinarea aa-ziselor tolerane globale care in seama att de toleranele de fabricaie, ct i de variaia parametrilor componentelor n timpul exploatrii (n special datorit mbtrnirii materialelor) eventual i de ali factori neluai n considerare de fabricanii de componente electronice.

De cele mai multe ori activitile incluse n sistemul de concepie i fabricaie reprezint aciuni de rutin cu impact minor n planul creativitii, al conceperii schemei electronice, dar cu repercusiuni majore asupra funcionrii i costului circuitului (subansamblului electronic). Apariia calculatoarelor a condus la folosirea lor n activitile de proiectare. Pe msura creterii performanelor lor i a apariiei de programe de aplicaie performante, calculatoarele au fost incluse n automatizarea activitilor impuse n sistemul de concepie i fabricaie. Dac iniial software-ul de aplicaii a fost orientat cu prioritate spre eliberarea factorului uman de la activitile extrem de obositoare i cu satisfacii profesionale reduse cum ar fi trasarea legturilor dintre componentele electronice plasate pe substratul modulului electronic, cu timpul s-au creat programe care acoper practic ntreaga gam de activiti ce sunt incluse n sistemul de concepie i fabricaie. S-au dezvoltat programe care s permit conceperea schemei electrice direct cu calculatorul i ulterior crearea modulelor electronice, respectiv a structurii de interconectare precum i programe care s efectueze simularea funcionrii i optimizarea schemei electronice, analiza termic i de fiabilitate a modulului electronic, analiza compatibilitii electromagnetice sau analiza integritii semnalelor.

Analiza compatibilitii electromagnetice stabilete n ce msur modulul (subansamblul) electronic depete n funcionare o limit admis a influenrii electromagnetice a mediului ambiant.

Analiza integritii semnalelor evideniaz felul n care structura de interconectare, prin elementele parazite (capaciti, inductane, rezistene) pe care le conine i care de fapt reprezint elemente de circuit ce trebuie incluse n schema electric, modific funcionarea electric iniial, adic a schemei simulate naintea lurii n consideraie a felului n care sunt conectate ntre ele circuitele schemei electrice. Se poate face aprecierea c s-a ajuns la situaia de a putea realiza i analiza n mod virtual un model electronic. Aceste programe performante contribuie n mod hotrtor la scurtarea la maximum a duratei de concepere, ceea ce n literatura american de specialitate se ntlnete sub sintagma time to market. Deinerea n sistemul de concepie i fabricaie de programe performante contribuie la reducerea numrului de iteraii proiectareexperimentareprototip, ajungndu-se uneori chiar la eliminarea lor, n acest fel fiind micorat costul general al produsului, ceea ce reprezint un factor esenial n asigurarea competitivitii companiei. n acest context este necesar ca ntre activitile sistemelor de concepie i fabricaie s se asigure o adaptabilitate. Aceasta nseamn c rezultatul (output) pentru o etap s poat fi preluat ca intrare (input) pentru o activitate ulterioar i acest lucru s se desfoare fr ca factorul uman care realizeaz transferul s adauge informaii suplimentare.


8

1.2.4. Proiectarea constructiv i tehnologic a modulelor (subansamblurilor) i ansamblurilor generale

Studiul de design Activitatea de proiectare modern a subansamblurilor i ansamblurilor

electronice ncepe cu un studiu de design. Studiul de design are ca scop determinarea soluiei generale cu privire la

forma, dimensiunile principale, politica de tipizare a blocurilor, prescripiile ergonomice i estetica produsului.

Rolul coordonator pe care l are design-ul n proiectarea produsului electronic a aprut ca o necesitate social, deoarece impactul produsului cu lumea nconjurtoare nu trebuie s provoace reacii negative, de respingere. Din acest considerent, proiectantul de produse electronice i extinde preocuprile de la produsul singular la ntreg sistemul din care face parte, planificnd ntreaga activitate, antrennd specialiti din diferite domenii de activitate pentru dezvoltarea produsului i anticiparea anumitor situaii.

Este un mod nou de abordare a creaiei industriale, n care metodologia design-ului i are locul bine stabilit, design-ul fiind cel ce sintetizeaz i valorific informaiile provenite din studiile de psihologie, sociologie, marketing, tehnologie i analize economice.

Participarea design-ului la creaia industrial este cu att mai important cu ct societatea tinde s renune la standardizare n favoarea diversificrii. Aceasta este strns legat de tehnologiile automatizate i de nivelul industrial al fiecrei ri. Pe msur ce tehnologiile devin tot mai complexe, costul diversificrii devine comparabil cu cel al standardizrii, deoarece trecerea de la o fabricaie la alta se face cu ntreruperi minime n procesul tehnologic.

Automatizarea industrial se ndrept tot mai mult spre diversificare i nu spre serii mari standardizate. Ideea seriilor mari standardizate ce par a fi economice se dovedete a fi fals, deoarece, pe zi ce trece, produsele respective i gsesc tot mai puini cumprtori, aprnd stocuri nevandabile.

Design-ul poate pune la dispoziia industriei electronice produse care satisfac o gam ct mai mare de preferine, realizate cu un consum ct mai mic de materiale i energie, genernd o evoluie permanent a tehnologiei i culturii prin calitile funcionale i estetice pe care le confer produselor industriale.

n prezent, n domeniul industriei electronice se folosesc structuri din aluminiu i mase plastice, care permit utilizarea unor tehnologii de mare productivitate, obinerea unor caliti estetice superioare i a unor mase foarte reduse.

Design-ul aparatelor presupune rezolvarea urmtoarelor probleme: structura aparatelor, finisajul aparatelor i inscripionarea acestora.

n ceea ce privete structura aparatelor este necesar s se abordeze separat structura aparatelor electronice de laborator i structura aparatelor electronice de uz casnic, care include i grupa aparatelor portabile.

n cazul unui studiu de casete pentru aparatura electronic de laborator s-a dovedit a fi economic realizarea de profiluri din aluminiu, deoarece seriile de aparate sunt mici i diverse din punct de vedere al gabaritului. Nu sunt lipsite de interes nici profilurile din tabl de oel ambutisate i acoperite galvanic cu diferite metale (Zn, Cd .a.).


9

Existena pe plan mondial a mai multor sisteme modulare (cum ar fi de exemplu, modulul de 20 mm i modulul de 19") a dus la impunerea unui sistem liber pe cele trei dimensiuni. Dac la aceasta se mai adaug faptul c se utilizeaz sertare interschimbabile i suprapunerea de aparate pentru economie de spaiu i dac se ine seama i de posibilitile de transport i de costul sczut, apare ca o necesitate adaptarea sistemului profilurilor de aluminiu la aparatura electronic de laborator.

Pentru aparatura de uz casnic, problema unui sistem constructiv unitar este mai dificil, deoarece intervine o relaie nou i deosebit de important, confortul de utilizare, rezultat din relaia intim dintre om i obiect. Pornind de la acest parametru, toate celelalte ar trebui, n msura posibilitilor, s participe la realizarea unei relaii optime utilizatorprodus. Dac nu se ine cont de acest lucru se poate ajunge la o ntrebuinare anevoioas sau chiar la respingerea produsului de ctre beneficiar.

Calitile ergonomice ale produsului devin preponderente n studiul de design i, de cele mai multe ori, sistemul constructiv adoptat este ndreptat spre o tehnologie de prelucrare a maselor plastice sau de turnare sub presiune a aluminiului, dac este justificat.

Destinaia produsului, determin, printre altele i alegerea tipului corespunztor de mas plastic: polietilen, polipropilen, polistiren, ABS, PVC etc. Acestea au preuri diferite care variaz i n funcie de aditivii care se adaug masei de baz (n special colorani, antistatizani etc.).

innd seama de marea diversitate de produse electronice, cu diferite destinaii, sunt de luat n calcul i tehnologiile hibride n sistemele constructive ale aparaturii electronice, cum sunt: profiluri din aluminiu + tabl ambutisat (i acoperit); aluminiu turnat sub presiune + mase plastice; folii din mase plastice + profiluri de aluminiu, materiale compozite etc.

Finisajul aparatelor presupune utilizarea unor materiale care se diversific din ce n ce mai mult, o dat cu punerea la punct a noii tehnologii de fabricaie, de acoperire etc.

n funcie de condiiile climatice, de materialele ce compun structura aparatelor se pot folosi pentru finisaj diverse variante, cum ar fi: vopselurile plastice de tip poliuretanic i vinilic ce dau efecte de calitate foarte bune, sunt rezistente la condiiile mecano-climatice cele mai dificile, avnd diferite culori. Aceste vopseluri se pot aplica pe toate tipurile de materiale utilizate la confecionarea structurii aparatelor electronice. Se folosesc deopotriv lacuri lucioase i mate.

Inscripionarea aparatelor a fcut salturi remarcabile de la pantografiere la fotografiere i n ultima vreme serigrafiere, ce permite imprimarea unui numr nelimitat de culori pe acelai panou.

Pentru cazuri deosebite se poate folosi i inscripionarea cu fascicul laser, care nu disloc material ci modific structura materialului supus radiaiei, crend o diferen de culoare ntre zona radiat i materialul de baz neradiat. Design-ul subansamblurilor (modulelor) este marcat de tipizarea blocurilor funcionale care trebuie prelungit pn la sistemul lor constructiv i la elementele mecanice i electrice de legtur.


10

Elaborarea i omologarea prototipului Realizarea prototipului unui produs este util, n principal, pentru a verifica

funcionalitatea acestuia n limitele performanelor stabilite. Este necesar s se aib n vedere totodat i concluziile studiului de

design, precum i posibilitile de reproductibilitate n vederea produciei, urmrindu-se intuirea de detaliu a construciei definitive, a tehnologiei i a sculelor.

Design-ul oricrui aparat sau echipament electronic este, nainte de toate, o construcie mecanic, ce trebuie s funcioneze ireproabil. n aceast construcie intervin, de regul, o serie de elemente constructive de mecanic fin. Dar, n afar de aceasta, funcionalitatea este grevat de servituii eseniale din punct de vedere electronic. De aceea, rspunderea realizrii prototipului revine inginerului electronist. Din motive economice, prototipul se execut numai cu scule existente sau cu dispozitive simple, n secii speciale de prototipuri, utiliznd mult manoper de prelucrare, ajustaj, montaj i reglaj, pe baza unei documentaii constructive provizorii i, pe ct posibil, folosind materiale i metode de execuie ct mai apropiate de cele ce vor fi utilizate n producie.

Omologarea prototipului const n verificarea performanelor obinute de prototip prin ncercri i msurtori de laborator, de ctre proiectant i de ctre un organ neutru, pentru a se putea sesiza greelile sistematice i subiective.

Rezultatele ncercrilor i msurtorilor se nscriu ntr-un buletin de ncercri, care joac un rol important n aprecierea produsului.

Proiectul de execuie i documentaia tehnologic Pe baza rezultatelor obinute la elaborarea, ncercarea i msurarea

prototipului, precum i a recomandrilor fcute la omologarea acestuia, se trece la realizarea construciei definitive. Se precizeaz fiecare detaliu constructiv (form i dimensiuni, tratament, material, acoperire protectoare, amplasarea organelor de fixare, a pieselor de reglaj etc.), se stabilesc forma i traseele circuitelor electrice i design-ul. n aceast etap de asimilare a produsului se indic i tehnologiile de fabricaie, i se definitiveaz desenele de detaliu i de ansamblu. Rezultatul acestei faze se concretizeaz prin proiectul de execuie, care urmeaz s fie corectat, parial, ntr-o faz ulterioar.

Pe baza desenelor de execuie i a mrimii seriei de fabricaie se stabilesc tehnologiile de fabricaie, mainile unelte i echipamentele necesare, SDV-urile, spaiile de producie, fluxurile tehnologice, specializarea utilajelor, punctele i dispozitivele de control, modul de circulaie al pieselor i subansamblurilor ntre faze, planurile de debitare a materialelor, pregtirea i transportul lor la locul de munc, consumurile specifice i estimarea timpilor de execuie, ceea ce constituie documentaia tehnologic. Documentaia tehnologic se materializeaz n fie tehnologice (proceduri de lucru).

1.2.5. Pregtirea fabricaiei

Pregtirea fabricaiei cuprinde urmtoarele activiti: proiectarea i execuia sculelor, verificatoarelor i dispozitivelor

(SDV-uri);


11

proiectarea i execuia utilajelor nestandardizate de fabricaie i control.

La elaborarea proiectelor de SDV-uri i utilaje concur uniti specializate

de proiectare, iar la execuia acestora, matrierii i seciile de automatizare. O atenie deosebit se acord sculelor complexe (cu care se execut mai

multe operaii simultan) i sculelor multiple (pentru mai multe piese simultan), n vederea creterii productivitii utilajelor.

De asemenea, se urmrete alimentarea automat a mainilor, separarea discurilor i controlul statistic sau automat, automatizarea unor operaii de pregtire i montaj al pieselor.

Pentru verificarea, sortarea i reglarea subansamblurilor i montajelor electrice, magnetice, electromagnetice i electronice se proiecteaz i se execut dispozitive i utilaje tehnologice, care s permit operaii rapide i obiective, viznd pe ct posibil automatizarea lor.

Dup definitivarea SDV-urilor i a utilajelor se trece la execuia unui prototip cu scule, a crei funcionalitate demonstreaz c piesele executate cu SDV-uri sunt corespunztoare.

Executarea seriei zero (care cuprinde un numr de exemplare, ce se stabilete n funcie de mrimea seriei de fabricaie) se face dup testarea prototipului cu SDV-uri i definitivarea sculelor i utilajelor. n aceast etap se experimenteaz fabricaia n condiii de producie i cu personalul de producie.

n aceast faz se corecteaz i se completeaz documentaia de fabricaie, care capt forma definitiv.

Din lotul seriei zero, se ncearc i se msoar n laboratoare un eantion format dintr-un numr de exemplare, prelevat conform normativelor.

Buletinul cu rezultatele acestor ncercri i msurtori servete la omologarea produsului.

Dup omologarea produsului, se execut o nou documentaie corectat i completat pe baza observaiilor i a recomandrilor comisiei de omologare a produsului.

1.2.6. Fabricaia

Procesul de fabricaie cuprinde urmtoarele activiti: aprovizionarea cu materii prime i materiale; procesele tehnologice de fabricaie pentru piese i subansambluri; fabricarea de piese i subansambluri; montajul produselor i reglajul acestora; ambalarea i desfacerea.

Dup intrarea n fabricaie, produsul este urmrit sistematic prin operaii de

control care au rolul de a identifica toate detaliile care tind ca produsul s nu fie conform i intervenind cu corecturile necesare. Dintre cauzele care conduc la obinerea unor produse neconforme se pot desprinde: nerespectarea riguroas a detaliilor tehnologiei de ctre executani; calitatea necorespunztoare a SDV-urilor


12

i utilajelor i uzurii acestora; calitatea necorespunztoare a materialului; controlul necorespunztor.

Produsul este supus unor verificri periodice, urmrind respectarea condiiilor tehnice prescrise n documentaia tehnic sau n caietul de sarcini i la nevoie se vor lua msuri intervenind pe fluxul tehnologic acolo unde este cazul.

n condiiile n care pentru unele subansambluri pentru care exist un sistem integrat de proiectare i fabricaie (aa cum este cazul modulelor electronice), intervenia pe fluxul tehnologic este foarte uor de fcut, i atunci cnd se constat o problem tehnic pe linia de fabricaie ea poate fi rezolvat prin intervenii n etapa de proiectare, dac este cazul, i toat aceast aciune se poate desfura ntr-un timp foarte scurt.

1.2.7. Exploatarea i ntreinerea produselor electronice

Exploatarea raional i ntreinerea produselor electronice n exploatare constituie una dintre condiiile eseniale ale satisfacerii cerinelor beneficiarului.

Printre problemele tehnice ridicate de exploatarea i ntreinerea produselor electronice se remarc:

organizarea serviciului de exploatare; constituirea stocului de piese de schimb; evidena comportrii aparatelor i echipamentelor electronice din

punctul de vedere al fiabilitii; organizarea inspeciilor i rennoirilor; organizarea depanrii etc.

Datorit complexitii din ce n ce mai sporite a echipamentelor electronice,

i face loc tot mai mult tendina ca exploatarea i ntreinerea (asigurarea mentenanei) s rmn n sarcina productorului. n aceste condiii, productorul este nevoit s-i creeze uniti de service.

n prezent, pe lng o calitate deosebit a produselor, asigurarea de ctre firma productoare de echipamente a unui service corespunztor, constituie una din condiiile cuceririi i meninerii pieei.

1.3. Calitatea n industria electronic

1.3.1. Definiii. Concepte generale

n condiiile unei dezvoltri fr precedent i a unei concurene din ce n ce mai acerbe, nregistrate n special n domeniul industriei electronice (n ultimii 30 de ani n microelectronic complexitatea a crescut cu un factor de aproximativ patru la fiecare trei ani), problema asigurrii calitii produselor capt o importan din ce n ce mai mare.


13

Creterea deosebit a importanei calitii a fost determinat, n principal, de sporirea continu a exigenei clienilor i a societii, creterea complexitii produselor i a proceselor de realizare a acestora.

Atenia acordat problemei calitii pune n lumin, ns i dificultatea unei definiii a acesteia, care s fie att complet, ct i precis.

n sensul cel mai cuprinztor, calitatea este nsuirea unui produs de a satisface o necesitate real. n sensul cel mai precis, calitatea reprezint proprietatea ca performanele produsului s se nscrie ntre limitele specificate.

Ambele definiii sunt perfectibile. Prima nu permite constituirea unei msuri a calitii, iar a doua presupune existena unui proiect perfect, n care toate performanele i limitele lor sunt prevzute cu exactitate, ceea ce, n realitate nu este posibil. Cele dou definiii se completeaz. De aceea, definiia precis este utilizat ca fundament al teoriei matematice a calitii, fiind mereu amendat i extins n lumina definiiei complete.

Figura 1-3 Controlul cibernetic al nivelului de calitate

Domeniul tehnologiei electronice, prin dinamismul lui, a condus la conturarea unei concepii noi n domeniul calitii, concepie care s-a impus i n domenii mai tradiionale. Dezvoltarea unei teorii a calitii capabile s dea o msur exact a calitii produselor a nsemnat un pas fundamental n cadrul acestei concepii, care se axeaz pe pstrarea unui nivel controlabil al calitii, optim din punct de vedere economic.

Figura 1-4 Nivelul optim al calitii

nivelul optim al calitii din punct de

vedere economic

msuri tehnice produs

msurarea (certificarea)

calitii


14

n Figura 1-3 se pun n eviden dou trsturi eseniale ale concepiei actuale n domeniul calitii.

Prima trstur care se desprinde este aceea c scopul activitii de control nu este ndreptat nspre creterea calitii cu orice pre, ci spre meninerea unui nivel optim al acesteia. Nivelul optim de calitate, apreciat din punct de vedere al costurilor, rezult punnd n balan cheltuielile legate de consecinele unei caliti slabe a produselor (produse cu mai multe neconformiti) cu cheltuielile datorate asigurrii calitii (Figura 1-4).

n acest sens este necesar ca n domeniul teoriei calitii s se utilizeze modele statistico-matematice, acestea fiind singurele modele capabile s ofere concluzii rapide i sigure la un nivel de precizie prestabilit.

1.3.2. Noiuni despre calitate

Caracterul dinamic al tehnologiei electronice implic n afara precizrii riguroase a noiunii de calitate, i o mbogire a coninutului ei, n special n ceea ce privete caracterul evolutiv n timp. n domeniile tradiionale, metodele coeficienilor de siguran garantau faptul c, dac un produs este corespunztor la momentul realizrii sale, el i pstreaz proprietile un timp suficient de lung comparativ cu durata lui de utilizare.

Evoluia rapid a materialelor i tehnologiilor de fabricaie aplicate la construcia componentelor electronice i a aparaturii electronice face ca o asemenea metod s fie inoperant. Prin urmare n cadrul noiunii de calitate se opereaz cu urmtorii parametrii: conformitatea, fiabilitatea i mentenabilitatea.

Conformitatea include coninutul tradiional al noiunii de calitate: proprietatea ca produsul s fie corespunztor din punct de vedere al condiiilor impuse prin proiect i din punct de vedere al cerinelor beneficiarului.

Conform acestui concept n baza standardului actual de asigurare a calitii (SR EN ISO 9001) orice abatere a produsului de la condiiile impuse poart denumirea de neconformitate.

Fiabilitatea reprezint domeniul calitii care se refer la evoluia n timp a performanelor produsului. Aceasta se definete ca fiind proprietatea unui produs (sistem, subsistem, aparat, component) de a-i pstra performanele n limitele stabilite ntr-un interval de timp i n condiii determinate.

Ea se noteaz cu R (Reliability) i se exprim prin probabilitatea ca funcia cerut s fie ndeplinit n timpul unei anumite perioade de timp T fr ca unitatea (produsul) respectiv s se defecteze. Dup cum rezult din definiie, fiabilitatea ne d probabilitatea ca n timpul perioadei T s nu se produc nici o defectare care s influeneze ndeplinirea funciei cerute la nivelul (produsului) unitii considerate. Aceasta nu nseamn c prile redundante n-au voie s se defecteze. Dimpotriv, ele pot s se defecteze i fr ntreruperi la nivelul unitii considerate, dar cu ajutorul mentenanei pot fi meninute n funciune. Din acest motiv realizarea fiabilitii dorite la produsele realizate cu ajutorul tehnicii i tehnologiilor moderne reprezint o problem mult mai greu de rezolvat dect n cazul produselor tehnice realizate cu tehnici mai puin automatizate.

Alturi de costurile de fabricaie i de parametrii tehnici i fizici ai produsului respectiv, fiabilitatea este un factor hotrtor de evaluare. Tehnica


15

fiabilitii ca latur a sistemului de asigurare a calitii are sarcina de a recunoate din vreme toate posibilitile de defectare, s descopere cauzele i s prevad msurile care s mpiedice apariia defectelor.

n acest context fabricantul de componente electronice se va preocupa de fizica mecanismelor de defectare i, pe aceast baz, va trebui s gseasc o tehnologie care s poat asigura o fiabilitate optim a componentelor corespunztoare unui nivel de calitate optim, din punct de vedere al costurilor.

Dimpotriv, misiunea principal a fabricantului de aparatur i echipamente electronice este de a realiza cu ajutorul componentelor pe care el nu le poate influena, practic, n nici un fel i care au o fiabilitate destul de sczut sisteme tehnice cu fiabilitate impus (de obicei ridicat).

Mentenabilitatea reprezint capacitatea de restabilire a performanelor determinat de asigurarea eficienei n exploatare a produsului. Ca i fiabilitatea, mentenabilitatea este un parametru de concepie al sistemelor electronice. Ea este o calitate a echipamentului n ntregime, care-l face uor de reparat la locul de utilizare, sau dac este vorba despre un echipament mic n atelier. Mentenabilitatea este realizat favorabil, dac media timpului total de diagnostic, reparaie, nlocuire i control este inferioar valorii dorite pentru toate defectrile relativ frecvente pentru un echipament.

1.3.3. Indicatori de calitate

Toate laturile noiunii de calitate sunt descrise prin modele statistico-matematice, pe baza crora se definesc indicatorii de calitate, mrimi ce caracterizeaz cantitativ calitatea unui produs.

Pentru a defini indicatorii de calitate se va considera n continuare c este vorba despre un produs electronic, caracterizat printr-o singur performan. Aceast restrngere nu diminueaz generalitatea definiiilor.

Indicatori de conformitate Conform interpretrii statistice, caracteristica msurabil este o variabil

aleatoare continu, caracterizat de o anumit densitate de probabilitate (). Pentru exemplificare, se prezint n Figura 1-5, o densitate de probabilitate

normal, model statistic des (dar nu exclusiv) utilizat n analiza conformitii produselor. n ansamblul su, densitatea de probabilitate asociat caracteristicii descrie complet conformitatea produsului.

Mai sintetic, aceasta poate fi exprimat prin media i dispersia ale caracteristicii, interpretate ca variabile aleatoare, i prin proporia de defecte dat de probabilitatea de depire a limitelor de toleran. Se obin, astfel, trei indicatori de conformitate dependeni. Media i dispersia sunt indicatori utilizai ndeosebi n controlul prin msurare, iar proporia de defecte n controlul atributiv. Se observ c proporia de defecte este cu att mai redus cu ct media este mai apropiat de centrul cmpului de toleran i cu ct dispersia este mai mic. Definiiile matematice ale indicatorilor de conformitate sunt date n Tabelul 1-1.


16

Figura 1-5 Definirea indicatorilor de conformitate

Tabelul 1-1 Simboluri i definiii matematice pentru principalii indicatori de conformitate Indicator Simbol Definiie

Densitatea de probabilitate a performanei

() Limita raportului ntre probabilitatea ca performana s fie situat n intervalul (, + ) i mrimea acestui interval, cnd 0:

() = lim0

( < + )

Media caracteristicii msurabile

Valoarea medie a performanei produsului:

= ()0

Dispersia caracteristicii msurabile

Dispersia performanei produsului:

= ( )20

()

Proporia defectelor

Probabilitatea ca performana s fie n afara limitelor de toleran Ti i Ts:

= ()0

+ ()

O cale mai direct este utilizarea noiunii de defectare n timp: performana

se modific printr-un proces aleator nestaionar, atingnd la un moment dat limita cmpului de toleran, moment la care se produce defectarea produsului. Durata de la un moment iniial oarecare (la care se tie c produsul este corespunztor) pn la defectare este o variabil aleatoare, ce caracterizeaz statistic fiabilitatea produsului.

Indicatorii de fiabilitate sunt mrimi caracteristice ale acestei variabile aleatoare, cum ar fi: funcia de repartiie, densitatea de probabilitate, media, dispersia etc. Simbolurile i definiiile lor matematice sunt cuprinse n Tabelul 1-2. Dintre indicatorii cuprini n aceast tabel, cea mai mare importan pentru caracterizarea produselor electronice o au funcia de fiabilitate (), rata de defectare () i media timpului de funcionare m. Este de dorit ca toate valorile


17

acestor trei indicatori s fie precizate n vederea caracterizrii produsului, n caz contrar rezultnd o viziune unilateral asupra fiabilitii acestuia.

Tabelul 1-2 Simboluri i definiii matematice pentru principalii indicatori de fiabilitate

Indicator Simbol Definiie Unitate de msur

Funcia de repartiie a timpului de funcionare

() Probabilitatea ca un produs s se defecteze n intervalul (0, t):

() = ( ) - Funcia de fiabilitate

() Probabilitatea ca un produs s funcioneze fr defectare n intervalul (0, t), n condiii determinate:

() = ( > )

-

Densitatea de probabilitate a timpului de funcionare

() Limita raportului dintre probabilitatea de defectare n intervalul (, + ) i mrimea intervalului , cnd 0: f() = lim

0

( < + )

ore-1

Rata (intensitatea) de defectare

() Limita raportului dintre probabilitatea de defectare n intervalul (, + ) condiionat de buna funcionare n intervalul (0, ) i mrimea intervalului , cnd 0:

() = lim0

( < + / > )

ore-1

Media timpului de funcionare fr defectri: -MTTF; -MTFF; -MTBF

Valoarea medie a timpului de funcionare:

= ()0

ore

Dispersia timpului de funcionare

Momentul centrat de ordinul doi al timpului de funcionare:

= ( )2()0

ore2

Abaterea medie ptratic a timpului de funcionare

= D

ore

Cuantila timpului de funcionare

Timpul n care un produs funcioneaz cu o anumit probabilitate (1 F):

( ) =

ore


18

Funcia de fiabilitate reprezint probabilitatea de bun funcionare ntr-un interval de timp bine determinat, sau altfel spus, ndeplinirea cu succes a unei misiuni bine precizate.

n domeniul componentelor electronice, un astfel de indicator este mai puin util dect media timpului de funcionare pn la defectare. Acest din urm indicator nu necesit precizri suplimentare pentru definirea lui i permite o ierarhizare comod a componentelor din punctul de vedere al fiabilitii. Din contr, n cazul sistemelor electronice, funcia de fiabilitate este un indicator mai adecvat, deoarece un sistem poate fi inferior altuia, n medie, dar superior n condiii de utilizare particulare.

Observaii:

1. Dup caz, n loc de ore, indicatorii de fiabilitate pot fi exprimai n numr de acionri, cicluri de funcionare etc.

2. Funcia de fiabilitate pe un interval (t1, t2) se definete prin relaia:

(1, 2) = (2)(1) 3. Media timpului de funcionare reprezint valoarea medie a timpului

de funcionare pn la defectare (MTTF), n cazul produselor nereparabile, sau pn la prima defectare (MTFF), n cazul produselor reparabile. Dac repararea poate fi asimilat cu nlocuirea, reprezint valoarea medie a timpului de funcionare ntre dou defectri succesive (MTBF).

n sfrit, rata de defectare prezint importan deoarece permite o

distincie ntre tipurile de uzur ale produselor (Figura 1-6).

Figura 1-6 Rata de defectare

n Figura 1-6 se prezint cea mai general form a ratei de defectare. n aceast reprezentare se disting trei zone (perioade):

n prima perioad, rata de defectare scade (uzur negativ) i probabilitatea de defectare a sistemului este cu att mai sczut cu ct vrsta acestuia este mai mare;

n a doua perioad, caracterizat de o perioad de defectare constant, uzura sistemului este nul;

n a treia perioad, rata de defectare devine pozitiv.


19

Duratele celor trei perioade difer de la un produs la altul. n cazul componentelor electronice, perioada uzurii nul sau aproape nul este destul de ndelungat, n timp ce n cazul echipamentelor, cea mai ntins este, n general, perioada uzurii negative, cu o vitez de scdere mic a ratei de defectare (o pant mic a curbei de variaie).

Exprimarea analitic a indicatorilor de fiabilitate se bazeaz pe adoptarea unei anumite legi de repartiie a timpului de funcionare pn la defectare. Aceste legi de repartiie caracterizeaz categorii largi de produse, fr s se poat stabili o coresponden biunivoc ntre legea de repartiie i produsul considerat.

Tabelul 1-3 Simboluri i definiii matematice pentru principalii indicatori de fiabilitate

Indicator Legea de repartiie a timpului de funcionare

Exponenial Normal Weibull Log-normal

() 1 00 1 () 00 () 0 0 0 ()0 () 1

02 exp 12 00 2 ( )1 102 exp 12() 00 2 () 102 exp 12 00 2

0

0

( )1

1

02exp 1

2()0

02

0()

0

1 0 + 1 + 1 0 + 022

12

02 2 2

+ 1 + 2 1

+ 1 (20 + 02) [(02 1)] 1

0

2

+ 1 + 2 1

+ 1 0 + 022 (02 1)

1

11 0 + 1()0 + 11 [0 + 1()0] Observaii:

1. () = 12

2

2 este funcia Laplace, iar 1 este

inversa acesteia. 2. () = 1 ()0 este funcia Euler de spea 1.

n tabela 1.3 sunt prezentate legile de repartiie cele mai utilizate pentru

caracterizarea fiabilitii componentelor i a sistemelor electronice i se dau expresiile indicatorilor de fiabilitate pentru fiecare lege de repartiie n parte.

Se poate observa c, n cazul legii de repartiie exponeniale, se obine o rat de defectare constant i egal cu parametrul al legii, ceea ce face ca aceast lege de repartiie s fie foarte mult utilizat n domeniul aprecierii fiabilitii componentelor i sistemelor electronice. De asemenea, se poate aprecia c, n cazul acestei legi, rata de defectare este inversul mediei timpului de funcionare, astfel nct, oricare dintre aceti doi indicatori poate fi adoptat pentru caracterizarea sintetic a fiabilitii unui sistem.

n toate cazurile n care ipoteza unei rate de defectare constant este justificat, se prefer utilizarea acesteia n locul mediei timpului de funcionare,


20

eliminndu-se astfel inconvenientul subiectiv al unor valori ale ratei de defectare 105 106 ore-1, iar anumite tipuri de circuite integrate ating chiar valori de 108 109 ore1. Exprimnd asemenea nivele de fiabilitate cu ajutorul mediei timpului de funcionare s-ar crea impresia fals a imposibilitii defectrii prin comparaie cu scara uman a valorilor timpului. De exemplu, un circuit integrat cu rata de defectare = 106 ore1 are o medie a timpului de funcionare de un milion de ore. Funcia sa de fiabilitate ntr-un interval de funcionare de un an (10 000 de ore) este de 0,99, ceea ce, pentru o singur component, nu este deloc exagerat.

Noiunea de calitate nu este epuizat prin definirea indicatorilor de conformitate, fiabilitate i mentenabilitate. n prezent standardele de calitate, ca de altfel toate standardele din Romnia, se aliniaz la normele Comunitii Europene.


21

Cap.2. Proprietile tehnice i tehnologice ale materialelor

electrotehnice

Cunoaterea exact a proprietilor materialelor electrotehnice reprezint o cerin fundamental pentru utilizarea corect a acestora. ntr-adevr, introducerea ntr-un agregat a unui material cu proprieti incompatibile cu mediul n care se afl acesta poate avea consecine nedorite att asupra duratei de via a agregatului nsui, ct i asupra instalaiilor electrice aferente.

Domeniile de utilizare a materialelor electrotehnice fiind foarte largi, iar solicitrile la care acestea snt supuse fiind foarte diferite (att ca natur ct i ca intensitate), nu se poate face o mprire strict a proprietilor materialelor n principale i secundare". Aceasta cu att mai mult cu ct o serie de proprieti neelectrice (termice, mecanice) considerate ca secundare constituie, de foarte multe ori, criteriile de baz n alegerea materialelor pentru realizarea ansamblurilor fundamentale ale instalaiilor electrice. De aceea se impune o cunoatere complet a tuturor proprietilor materialelor.

2.1. Proprieti chimice Deoarece materialele electrotehnice se utilizeaz fie grupate n diferite

scheme de izolaie, fie n contact direct cu mediul nconjurtor sau cu alte medii utilizate ca ageni de rcire, prezint o importan deosebit cunoaterea compatibilitii fiecrui material fa de corpurile cu care vine n contact. Un exemplu clasic de incompatibilitate l constituie izolarea direct a conductoarelor din cupru cu cauciuc vulcanizat, deoarece cuprul reacioneaz cu sulful (pe care l extrage din cauciuc) ceea ce determin o deteriorare rapid a izolaiei.

Coroziunea reprezint aciunea distructiv, chimic sau electrochimic, pe care o serie de ageni chimici (oxigenul, apa, acizii etc.) o exercit asupra corpurilor (n special asupra metalelor). Din acest punct de vedere, sensibilitatea unui material depinde de natura i gradul su de puritate, de natura i concentraia impuritilor pe care le conine, precum i de caracteristicile agenilor activi coninui n mediile cu care materialul vine n contact.

Solubilitatea unui material se apreciaz prin cantitatea de substan care trece n soluie n unitatea de timp de pe unitatea de suprafa a materialului sau prin concentraia soluiei saturate a materialului dizolvat ntr-un solvent dat. O substan se dizolv mai uor ntr-un solvent de aceeai natur chimic i care conine n moleculele sale grupri de atomi asemntoare cu ale substanei date. Astfel, hidrocarburile saturate solide nepolare sau slab polare (parafina etc.) se

Proprietile tehnice i tehnologice ale materialelor electrotehnice

22

dizolv uor n hidrocarburi lichide (benzen etc), substanele polare se dizolv uor n lichide polare etc. Solubilitatea scade cu scderea temperaturii i cu creterea gradului de polimerizare a substanei de dizolvat.

Rezistena la solveni reprezint capacitatea unui material de a-i pstra proprietile atunci cnd vine n contact cu un solvent lichid sau cu vaporii si.

Indicele de aciditate Ia caracterizeaz dielectricii lichizi i reprezint cantitatea de hidroxid de potasiu (KOH), msurat n mg, necesar pentru neutralizarea acizilor organici existeni ntr-un gram din materialul considerat, n cazul uleiului de transformator, indicele de aciditate are valori cuprinse ntre 0,03 i 0,05 mg KOH/g.

2.2. Proprieti fizice Porozitatea P a unui corp se definete prin raportul dintre volumul porilor

Vp i volumul total Vt al corpului P - Vp/Vt. Porozitatea prezint importan ndeosebi n cazul materialelor

electroizolante. Acestea pot prezenta pori deschii, seminchii sau nchii, cele care conin primele dou tipuri de pori nefiind utilizate n medii umede dect impregnate. Cele mai reprezentative materiale poroase sunt produsele pe baz de celuloz (la care porozitatea poate ajunge la 50%).

Permeabilitatea fa de aer Pa se caracterizeaz prin volumul de aer Va care strbate, ntr-un interval de timp t, o suprafa de arie A a unei mostre de material de grosime h, datorit diferenei dintre presiunile p1 i p2 ale aerului pe cele dou fee ale mostrei de ncercat:

= (12) 4 (1) Pentru hrtie electrotehnic de 0,01 m, = 3,2 1012 4.

Permeabilitatea la umiditate Pu caracterizeaz capacitatea unui corp de a se opune trecerii vaporilor de ap prin el i prezint o importan deosebit n alegerea materialelor pentru protecia mpotriva umiditii (lacuri de acoperire, mantale pentru cabluri etc.) (Tabelul 2-1).

Se determin cu relaia:

= (12) (2) n care m reprezint masa vaporilor de ap, iar p1, p2, A, h i t au aceeai semnificaie ca n Tabelul 2-1. Valorile sale depind de natura i structura materialelor i sunt cuprinse ntre 2,11 1016

(pentru polietilen) i 71013

(pentru acetat de celuloz).


23

Tabelul 2-1 Higroscopicitatea i permeabilitatea la umiditate a unor materiale electroizolante

Materialul Higroscopicitatea dup 24 de ore n ap [%]

Permeabilitatea la umiditate

Rin fenolic 0,1...0,4 100 Polietilen 0,01 2...4 Polistiren 0,01...0,05 56...73 Policlorur de vinil 0,01...1,0 10...23 Polimetacrilat 0,3...0,5 85 Rini epoxi 0,1...0,4 21...23 Poliamide 0,04...2,0 233 Rini melaminice 0,5...0,7 -

Umiditatea U reprezint cantitatea de ap aflat ntr-un material i se

exprim n procente fa de cantitatea maxim de ap pe care o poate conine materialul. Aceast caracteristic este legat de porozitatea corpului, de umiditatea i temperatura mediului nconjurtor, precum i de intervalul de timp n care corpul se afl n mediul considerat. Dup un anumit timp corpul ajunge la o umiditate de echilibru Ue, a crei valoare depinde de natura i temperatura mediului ambiant. n cazul materialelor polare (sticl, mic etc.) la care interaciunea dintre moleculele de ap i material este mai puternic dect cea dintre moleculele de ap se formeaz o ptur de ap la suprafaa materialului. Pentru corpurile fibroase se stabilete o umiditate convenional: aceasta reprezint valoarea umiditii de echilibru a materialului aflat n aer, n condiii normale de presiune, temperatur i umiditate (p=10 N/m2, t = 20C, Ur,aer -65%).

Umiditatea relativ a aerului reprezint raportul dintre presiunea vaporilor de ap aflai efectiv n aerul din atmosfer i presiunea vaporilor necesari pentru a satura atmosfera.

Higroscopicitatea H reprezint valoarea umiditii de echilibru a unui corp i se determin cu relaia H = (m' - Hm)/Hm, n care Hm reprezint masa corpului n stare uscat, iar m' masa corpului inut timp de 24 h n aer la temperatura normal (t = 20C) i Ur = 100%. Deoarece ptrunderea umiditii provoac modificri ale proprietilor electrice ale corpurilor, higroscopicitatea se poate determina i prin msurarea variaiei permitivitii sau conductivitii electrice a acestora.

Absorbia de ap Aa caracterizeaz capacitatea corpurilor de a absorbi i reine apa. Se determin cu relaia A = (m - m)/m, unde m reprezint masa corpului n stare uscat, iar m masa corpului inut, un anumit interval de timp, n ap. Absorbia de ap ia valori cuprinse ntre 0,006% (n cazul polietilenei) i 70% (n cazul fibrei Vulcan).

Vscozitatea dinamic caracterizeaz starea de fluiditate a unui lichid i se poate determina cu relaia:

= 84

2 (3)

unde V reprezint cantitatea de lichid ce trece n intervalul de timp sub aciunea presiunii p, printr-un vas capilar de lungime l i raz r.


24

Vscozitatea cinematic reprezint raportul dintre vscozitatea dinamic i densitatea a lichidului ( = /) i se msoar n m2/s. n cazul uleiului de transformator vscozitatea cinematic are valoarea 3,510-6m2/s la 20C i 10-6 m2/s la 50C.

2.3. Proprieti mecanice Piesele confecionate din materiale metalice (metale sau aliaje), folosite cu

cea mai mare pondere n construcia de maini i utilaje, sunt supuse n timpul utilizrii (exploatrii) la aciunea unor ncrcri mecanice (fore) exterioare. Ca efect al aciunii forelor exterioare, n aceste piese se creeaz aa-numitele fore interioare sau eforturi i piesele se deformeaz.

Pentru a pune n evidenta existenta forelor interioare se consider un corp metalic aflat n echilibru sub aciunea unui sistem de forte F1, F2, Fn, aa cum se arata n Figura 2-1 a. Secionnd corpul cu un plan virtual (imaginar) S, se obin prile I i II, avnd suprafeele de separare S1 i S2. Pentru meninerea echilibrului prilor I i II este necesar ca, pe fiecare element de arie A al suprafeelor de separare, s acioneze cte o for interioar de legtura F, aa cum se prezint n Figura 2-1 b. Folosind relaia:

= lim0 (4) se definete (n orice punct curent P asociat unui element de arie A al suprafeelor de separare) mrimea vectoriala pn, numit tensiune (mecanic) total sau vector tensiune, care caracterizeaz distribuia eforturilor (forelor interioare) pe unitatea de suprafa a unei seciuni (virtuale) considerate ntr-o pies solicitat mecanic; intensitatea (modulul) vectorului tensiune se msoar n N/m2 (sau N/mm2).

Conform definiiei, pn depinde n principal de intensitatea forei F, determinata de intensitile forelor exterioare i de orientarea elementului de arie A (definit de poziia i orientarea planului virtual de secionare S). Vectorii tensiune pn, corespunztori tuturor orientrilor posibile ale elementului de arie A asociat unui punct curent P, definesc starea de tensiuni mecanice n punctul respectiv.

Vectorul tensiune pn din orice punct curent P al seciunii virtuale S se poate descompune n dou componente: o component a, numit tensiune (mecanic) normal, orientat dup normala n a seciunii S i o component , numit tensiune (mecanic) tangenial, orientat dup o direcie situat n planul seciunii S , aa cum se poate observa n Figura 2-1 c.


25

Figura 2-1 Schemele de definire a tensiunilor mecanice n corpurile solide supuse aciunii unor fore (ncrcri) exterioare

Deformaiile produse corpului de solicitrile exterioare depind de strile de tensiuni ce se creeaz sub aciunea acestor solicitri. Aa cum se prezint n Figura 2-1, n funcie de tipul tensiunilor mecanice care acioneaz, deformaiile elementelor de volum ale corpului pot fi: deformaii liniare (alungiri sau scurtri), produse prin aciunea tensiunilor normale i deformaii unghiulare (lunecri), produse prin aciunea tensiunilor tangeniale.

Figura 2-2 Tipuri de deformaii produse de tensiunile mecanice: a - deformaii liniare; b - deformaii unghiulare

Pentru exprimarea analitic a dependenelor dintre tensiunile create sub aciunea solicitrilor mecanice exterioare i deformaiile produse, se definesc deformaiile specifice liniare (alungiri sau scurtri specifice) i deformaiile specifice unghiulare (lunecri specifice) , cu relaiile: =

; =

(5)

Comportarea unei piese la solicitrile mecanice produse de forele exterioare depinde de anumite nsuiri specifice materialului metalic din care este confecionat piesa, numite proprieti mecanice. De obicei, proprietile

a b


26

mecanice ale unui material metalic se determin prin ncercri mecanice, constnd din solicitarea unor epruvete (probe cu configuraii i dimensiuni bine definite, prelevate din materialul supus cercetrii) n condiiile adecvate evidenierii proprietilor urmrite. Cu ajutorul ncercrilor mecanice se obin date calitative privind comportarea materialelor n condiiile de solicitare corespunztoare acestor ncercri i valorile unor mrimi fizice sau convenionale, numite caracteristici mecanice, care se pot utiliza ca parametri cantitativi de exprimare a proprietilor mecanice.

2.3.1. Elasticitatea materialelor metalice

Elasticitatea este proprietatea unui material de a se deforma sub aciunea solicitrilor mecanice i de a reveni la forma iniial cnd solicitrile i-au ncetat aciunea.

S-a stabilit pe cale experimental c, n cazul n care solicitrile mecanice aplicate asupra unei piese creeaz stri de tensiuni capabile s produc numai deformaii elastice ale materialului acesteia, este valabil legea lui Hooke, adic dependena dintre tensiunile generate de solicitrile mecanice i deformaiile specifice de natur elastic produse este liniar. Astfel, n cazul unei piese metalice care sufer deformaii elastice sub aciunea unei solicitri de ntindere sau compresiune mono-axial, starea de tensiuni generat n pies este caracterizat numai printr-o te

Documents

Curs Materiale si componente