Реферат на тему склеивание материалов

Обновлено: 30.06.2024

Применение клеев в промышленности дает большой экономический эффект и способствует ускорению научно-технического прогресса в стране.

Клеи классифицируются (рис.2) по областям их преимущественного применения: для склеивания металлов друг с другом и с неметаллическими материалами; для склеивания неметаллических материалов; для склеивания резин между собой и приклеивания их к металла; для склеивания силикатных оптических стекол и органических стекол между собой и приклеивания их к металлам.

Факторы, влияющие на прочность клеевого соединения

Факторы влияющие на прочность клеевого соединения

Прочность клеевого соединения обусловлена адгезионным взаимодействием соединяемых поверхностей с клеевой прослойкой, а также негезионной прочностью этой прослойки и соединяемого материала к конструкцией соединительного шва.
Прочность клеевого соединения, его качество зависит от ряда факторов, многие из которых являются взаимоисключающими или одновременно изменяющими несколько характеристик клеевого соединения. К этим факторам относятся: свойства склеиваемого материала (структура и полярность его макромолекул, растворимость и смачиваемость, состояние поверхности и др.), а также форма соединяемых деталей и площадь контакта, режим склеивания.

Молекулярная теория адгезии, согласно которой, сцепление между разнородными телами обусловлено действием межатомных (химических) и (или) межмолекулярных (физических) сил, имеющих электрическую природу.
В соответствии с этой теорией, для обеспечения высокой адгезионной прочности необходимо присутствие в клее и на склеиваемых поверхностях химически активных, полярных или способных поляризоваться групп. В этом случае между соединяемыми поверхностями возникают соответственно химические, ориентационные связи.
Положительное влияние полярности на прочность склеивания подтверждается тем, что хорошими клеящими свойствами по отношению к полярным полимерам и пластмассам на их основе обладают полимеры, макромолекулы, которых содержат уретановые, изоцинатные, гидроксильные, эпоксидные, карбоксильные, и другие полярные группы (полиуретаны, карбоксилсодержащие каучуки и др.)
Повышение полярности клея приводит к росту его адгезии, но повышение полярности клея при неполярном или слабополярном склеиваемом материале приводит к снижению прочности соединения. Основной путь повышения адгезии к таким неполярным полимерам, как полиэтилен, полиизобутилен, политетрафторэтилен, - применение клеев менее полярных, чем склеиваемые материалы.
Высокая прочность сцепления клея со склеиваемым материалом, различающихся полярностью, достигается, если поверхностная энергия первого равна или меньше поверхностной энергии второго. При соединении материалов различной полярности высокая прочность достигается при использовании клея на основе полимера, макромолекулы которого содержат различные по полярности и реакционной способности группы.
Одной из причин снижения прочности после достижения максимального значения можно считать повышение хрупкости клеевой прослойки. Таким образом, усиление внутри и межмолекулярного взаимодействия в пределах одной фазы препятствует взаимодействию на границе раздела фаз. Следовательно, применение клея, в состав которого входят соединения с оптимальным содержанием активных групп, - один из эффективных способов регулирования прочности клеевых соединений.
Клеевые соединения в большинстве случаев эксплуатируются в условиях действия высоких температур, а межмолекулярные связи в этих условиях оказываются недостаточно устойчивыми. Наиболее высокую прочность соединения достигают с помощью такого клея, который обеспечивает образование межатомных связей между ним и склеиваемым материалом.
Если скорость растекания клея оказывается ниже, чем скорость его отверждения, то на склеиваемых поверхностях остаются незаполненные клеем полости.
При склеивании, например, отвержденных реактопластов желательно, чтобы поверхность была по возможности более гладкой.
Адгезия, которая была достигнута на стадии формирования клеевого шва, может изменяться в процессе отверждения и (или) затвердевания клеевой прослойки. Усадка полимера в этом случае может привести к увеличению расстояния между взаимодействующими молекулами или атомными группами и снижению в результате этого адгезионной прочности или к возникновению остаточных напряжений.
В процессе эксплуатации соединения адгезионная прочность может изменяться под влиянием окружающей среды (агрессивные среды, температура, постоянно действующие нагрузки и др.), а также в результате различия деформационных теплофизических и других характеристик клеевой прослойки и соединяемых материалов или химических и физических процессов, протекающих внутри клеевого шва и на поверхности его контакта с соединяемыми материалами.

Кагезионная прочность соединяемых материалов

Прочность клеевого соединения, зависит от состояния склеиваемых поверхностей. В общем случае свойства поверхности полимеров корригирует с их когезионной прочностью. Однако возможны и отклонения в случае соединения полимеров, поверхность которых либо покрыта веществами с низкой поверхностной энергией и (или) низкой кагезионной прочностью.
Существенное влияние на прочность клеевых соединений деталей из термопластов оказывает морфология их поверхности, которая, в свою очередь, определяется технологией изготовления деталей.
Прочность склеивания полимерных материалов, считающихся плохо склеивающимися – таких, как полиамид, можно в десятки раз увеличить, если пленки этих полимеров получать на подножках из материалов с высокой поверхностной энергией(например, на алюминии), а затем металл удалять не механически, а растворением, поскольку при этом образуется пленка с высокой прочностью поверхностного слоя.
Аморфные не ориентированные термопластичные полимеры склеиваются легче, чем частично ил полностью кристаллические, так как у последних остается больше функциональных групп, способных взаимодействовать с функциональными группами клея. Кроме, того поскольку диффузия компонентов клея возможна только в более разрыхленные аморфные участки, повышение степени кристалличности снижает суммарную эффективную площадь контакта клея со склеиваемым материалом.
Прочность склеивания полимеров с низкой адгезией и поверхности полимерных материалов возрастает в десятки и сотни раз при увеличении степени шероховатости последней.
Если полимер набухает в растворителе или пластификаторе клея, то их действие на склеиваемую поверхность может привести к ее растрескиванию. В свою очередь, пластификатор из пластика может мигрировать и границе раздела, следовательно, влиять на процесс отверждения или затвердения клея.

Склеивание. Краткая историческая справка

Техникой склеивания человек стал пользоваться еще с первобытных времен. Наблюдения и навыки древних позволяли им выделять клеящие составы из растительного и животного материала, которые до сих пор широко используются при работе с пористыми материалами, например бумагой.

В XVII веке производство клеев было поставлено на промышленную основу. Были построены первые заводы, вырабатывающие клей из костей, мездры и отходов рыбного промысла. В начале XX века начали производство казеинового (на основе молочного белка) клея. Недостатки клеев животного происхождения заключались в ограниченной стойкости к действию влаги и в достаточно быстром грибковом заражении. Это стало важным стимулом для создания новых клеев, основой которых являлись синтетические смолы и другие искусственные материалы.

Быстрое развитие этой отрасли началось в 30-е годы. Фенолоформальдегидные смолы явились первыми синтетическими смолами, сыгравшими важную роль в технике склеивания. Первоначально их использовали для дерева и фанеры. Затем требования, связанные с необходимостью создания клеев для соединения металлов, привели к разработке модифицированных композиций на основе фенольных смол, содержащих в своем составе синтетический каучук, позволяющий снизить угрозу расслоения клеевых соединений. В 50-е годы в качестве основы клея были предложены эпоксидные смолы, что дало возможность исключить растворитель из состава клея. Затем начали применяться клеи на основе полиуретановых, акрлилатных (в том числе цианакрилатных) смол, появились мономерные, водорастворимые и другие клеи.

В настоящее время сфера применения клеев обширна и разнообразна. Они находят применение в промышленных процессах, где используются в больших количествах, и в таких сборочных процессах, где требуется лишь небольшое количество клея. Переработка бумаги, упаковка, деревообрабатывающая промышленность все еще являются главными потребителями клеев, но в то же время возросло их применение в строительстве, на транспорте, в наружной рекламе. В последние десятилетия было разработано много новых синтетических смол, послуживших основой для создания более простых, эластичных и долговечных клеев, соединяющих самые разнообразные материалы. Разработка новых клеев сопровождается и совершенствованием оборудования и технологии склеивания.

Факторы, определяющие целесообразность склеивания

Основная функция клея - скрепление деталей или элементов конструкции между собой и сохранение соединенных частей в эксплуатационных условиях в соответствии с конструктивными требованиями. Выполняя эту роль, адгезивные материалы позволяют решать многие проблемы, связанные с формированием соединения, упрощают и ускоряют процессы сборки, создают возможности для самого разнообразного конструирования. Несомненно, процесс склеивания во многих случаях является более рациональным и экономичным, чем традиционные методы неразъемного соединения деталей.

При рассмотрении клеев с точки зрения их применения необходимо обращать внимание на следующие аспекты.

Склеивание может оказаться единственным возможным способом образования соединения. Применение механических методов соединения (например, клепка, пайка, сварка, крепление винтами или гвоздями) часто приводит к короблению, изменению цвета, коррозии или ухудшению качества материалов, вследствие проявления других отрицательных факторов или дефектов.

Склеивание может быть предпочтительным перед другими способами с точки зрения сокращения затрат и улучшения качества изделия за счет снижения объема механической обработки.

В некоторых случаях при изготовлении клееных конструкций может потребоваться дополнительное подкрепление с помощью других методов сборки. Области применения, в которых клеи рациональны, следующие:

· соединение разнородных материалов (сочетание металлов, резин, пластиков, вспененных материалов, древесины, стекла и т.д.);

· соединение разнородных металлов, образующих коррозионно-опасные пары (железо с медью, например);

· склеивание многослойных конструкций, в частности трехслойных с заполнителем (сотовым или пенным), изготовление листовых слоистых материалов (пластиков, сочетания древесины с металлом);

· приклеивание усиливающих элементов конструкции - элементов жесткости;

· конструкционное склеивание - создание элементов, испытывающих напряжения на сдвиг и сжатие, полностью исключая механические способы крепления;

· герметизация соединений - стыков, швов, технических отверстий, образующихся при клепании, винтовых и болтовых соединений;

· крепление малопрочных хрупких элементов (тонких пленок, фольги и т.д.);

· склеивание элементов конструкций специальной формы, если площадь склеивания велика или соединение осуществляется во многих точках одновременно, либо требуется точная подгонка между сопрягаемыми элементами конструкции;

· временное крепление элементов конструкции, целью которого является использование клеевого соединения по истечении некоторого времени. Оно осуществляется с помощью клеящих лент, а также клеями для закрепления и фиксации различных деталей (вместо механических устройств перед использованием других средств сборки).

Способность соединять самые разнообразные металлы, которые могут существенно отличаться по свойствам, модулю упругости и толщине. Склеиванием можно соединять тонколистовые детали, тогда как другие способы соединения обычно неприемлемы.

Более равномерное распределение напряжений в склеиваемых элементах, чем при сварке, клепке, резьбовых соединениях. Это обусловлено значительной концентрацией напряжений, возникающих при сварке, а также отсутствием отверстий под заклепки и болты.

Возможность экономичной и быстрой сборки, замены нескольких видов сборки единым способом склеивания, одновременной сборки многих элементов конструкции.

Многообразие адгезивных материалов по форме и способам нанесения позволяет приспособить их ко многим производственным процессам.

Прочность клееной конструкции часто выше, а стоимость ниже, чем прочность и стоимость той же конструкции, выполненной альтернативными методами сборки. Применение клееных соединений вместо заклепочных и болтовых может привести к значительному снижению веса конструкции.

Деформационная способность многих адгезивных материалов обеспечивает возможность поглощать, перераспределять или более равномерно передавать напряжения от одного элемента конструкции к другому.

Возможность соединять чувствительные к нагреву материалы, деформирующиеся или разрушающиеся от сварки или пайки.

Клеи могут служить герметизирующим материалом, предотвращающим воздействие влаги и химических реагентов. Во многих случаях клеевой шов является тепло-, звуко- и электроизолятором, а также может существенно уменьшить электролитическую коррозию между разнородными материалами.

Специальные клеи позволяют выполнять работы по склеиванию в различных климатических условиях без применения сложного оборудования и подвода тепла.

Процесс склеивания может оказаться сложным из-за необходимости осуществлять тщательную подготовку поверхности склеиваемых элементов и сохранять их в чистоте, приготавливать и наносить клей на склеиваемую поверхность, поддерживать определенную температуру, давление и влажность в процессе склеивания, а также вследствие длительного времени отверждения (иногда с обеспечением длительного нагрева и приложения нагрузки) и применения различных приспособлений.

Необходимо весьма тщательно проектировать клеевое соединение, устранять воздействие на него отслаивающих и растягивающих нагрузок, а также напряжений, возникающих в результате различия в коэффициентах термического расширения склеиваемых элементов и клеевого шва.

Недостаточная теплостойкость клеевого шва ограничивает применение клеевых конструкций до определенных температур, в то время как клепаные, сварные и паяные соединения удовлетворительно работают при более высоких температурах. Некоторые клеи недостаточно стойки к тепловому и механическому удару.

Невозможно сразу получить оптимальную прочность соединения, как это, например, можно сделать при сварке. Часто очень трудно обеспечить требуемый уровень контроля качества клеевых соединений.

Возможное ухудшение прочностных характеристик соединения при действии тепла, холода, биосреды, химических реагентов, пластификаторов, радиационного облучения и других эксплуатационных факторов, несовместимость клея с материалом склеиваемых элементов и, как следствие, возможность появления коррозии.

Клеевое соединение - неразъемное соединение деталейс помощью клея, наносимого на соединение поверхности.

Склеивание применяется для закрепления элементов на платах, шасси и лицевых панелях, для соединения различных прокладок и уплотнительных колец с металличекими деталями; вообще склеивают материалы и их сплавы, натуральные, синтетические и слоистые материалы, стекло, керамику, спкаемые материалы.

Замена сварки, пайки, заклепочных соединений склеиванием уменьшает массу конструкции, позволяет соединить почти любые материалы, упрощает процесс сборки. По сравнению с другими способами соединения достоинство клеевого соединения состоит в равномерности распределения механических напряжений по шву. Обычно в зоне соединения при склеивании не возникает коррозия, в большинстве случаев эти соединения непроницаемы для паров, жидкостей, герметичны, вакуумплотны, поглощает вибрации (снижают шум). В этом состоят основные преимущества клеевого соединения.

Клеевые соединения не выдерживают длительное время большие нагрузки, при повышенных температурах, особенно во влажной атмосфере или при низких температурах снижается прочность кллевого соединения. В этом состоят основные недостатки таких соединений.

Физико-химические основы склеивания

В основе процессов склеивания материалов находятся явления когезии и адгезии. Когезия - это сцепление частиц одного и того же материала, адгезия - это сцепление частиц раздичных материалов; причиной когезии и адгезии явдяются силы межмолекулярного взаимодействия. Кроме того в процессе склеивания возникает сложные физико-химические явления, адсорбция, электростатические силы, диффузия (у высокомолекулярных полимеров).

Незначительное влияние на клеящую способность оказывает механическое сцепление клеящего вещества (механическая адгезия).

Для качественного соединения необходима соответствующая подготовка склеивающих поверхностей и достаточное смачивание клеящим веществом.

Клеящими веществами являются высокополимерные синтетические смолы или реактивные смеси различных химических структур. Для металлов применяют растворы смол: эпоксидной, фенольной, полиэфирной, полиуретановой и силиконовой, а для пластмасс растворы смол, кроме перечисленных, поливиниловых соединений, полиамидов, полиакрилатов, производных каучука и аминопластов. Отверждение клеящего вещества осуществляется или посредством химической реакции или посредством испарения и диффузии.

Вид клеевого соединения ыбирается так, чтобы возникали в нем в основном сдвигающие нагрузки, а остальные виды нагрузок были минимальными (рис.1).

Рис.1. Виды нагрузок на клеевые соединения:

При всех видах соединений клеевой шов должен воспринимать всю нагоузку и поэтому должен иметь возможно большую поверхность, однако длина соединения должна быть ограничена некоторой величиной. Изгибание, как и скалывающие нагрузки привождят к надрыву соединениня у концов перекрытия. С увеличением толщины щва увеличивается изгибающий момент, поэтому толщина пленки клеящего вещества должна быть равномернойи не превышать 0,2 мм.

Прочность соединения определяется свойствами отвержденного клея в клеевом соединении, прочностью склеиваемого материала и видам соединения.

Вид клеевого соединения определяется конфигурацией детали и нагрузкой. Прочным клеевым соединением является одинарная нахлестка, двойная нахлестка, нахлестка с подсечкой, соединение с скошенными кромками, полушиповое, с двойной накладкой, со скошенными накладками и др. (Рис.2.). Кроме того клеевые соединения часто применяют в комбинации с другими типами соединений ( сварными, клепанными, резьбовыми) для придания соединениям дополнительных свойств - герметичности, прочности, вибростойкости.

К клеям предъявляют следующие требования: нейтральность к склеиваемым материалам, стойкость к воде, к воздействию различных сред, к нагреванию, охлаждению, резким перепадам температур; грибостойкость; высокие адгезионные и когезионные свойства; простота наненсения на поверхность; хорошее заполнение зазоров между соединяемыми поверхностями; продолжительная жизнеспособность приготовленного клея; возможность склеивания при комнатной и повышенных температурах и низком давлении.

При выборе клея необхидимо учитывать физико-химические и технические свойства, а также условия эксплуатации изделия.

Краткая зарактеристика клеев: предел прочности при сдвиге при температуре 20 о С - 60. 320 кгс/см 2 , соединяют в зависимости от марки клея различные металлы с металлами и неметаллами, неметаллы с неметаллами, стойкость к воздействию внешних сред (бензина, керосина, масла, температуры, холода и др.), интервал рабочих температур (-60. 250 о С), виброустойчивость и др. Лучшими клеями для склеивания полимера является раствор или расплав этого полимера.

Для достижения электропроводностипри сохранении прочности и применяют токопроводящие клеи (контаколы)- смеси токопроводящего материала (металлического порошка или пудры и т.п.) со связующей смолой. Такие клеи склеивают различные электро- и радио детали, их применяют для изготовления печатных схем. Для склеивания серебряных, медных, платиновых, палладиевых поверхностей, покрытых припоем ПОС61 применяют клей контакол К-4.

Технологический процесс склеивания состоит из следующих операций:

1. подготовка поверхностей вклеиваемых деталей,

2. подготовка клея,

3. нанесение клея на склеиваемые поверхности,

4. сушка (открытая выдержка) нанесенного клея перед сборкой соединяемых детелей,

5. сборка деталей,

7. отверждение клеевых швов (открытая выдержка при определенных температуре и давлении в течении заданного времени),

8. зачистка клеевых соединений,

9. контроль качества соединения.

Качество подготовки поверхностей в значительной мере определяет прочность соединения. Поверхности тщательно пригоняют одна к другой, очищают от загрязнений, в некоторых слечаях повышают шероховатость поверхности для увеличения поверхности склеивания, создают промежуточные слои, имеющие повышенную адгезию к поверности металла, а клеи к ним. Оптимальная шероховатость поверхности R_z =20. 6,3 мкм. Иногда перед склеиванием на поверхность наносят защитное покрытие, препятствующее коррозии.

Обработку выполняют механическим, химическим или физическим способами.

Механическим способом удаляют: а) остатки лака, грязь, оксидные слои, окалину после прокатки, прессовочные пленки и прилипшие отслаивающиеся вещества (удаляют посредством пескоструйной или дробеструйной обработки обезжиренным материалом, шлифования, зачистки наждаком, полирования, очистки стальными щетками, пламенной струи, снятия стружки); б) лаки и жиры удалять растворителями при погружении деталей в ацетон, бензин, хлористые и фтористые углеводороды или водные растворы моющих веществ (акрил, акрилсульфанол, щелочные растворы тринатрий фосфата). Быстро очищают почерхность при ультразуковой обработке с мощьностью колебаний 5. 10 Вт/см 2 .

Химические способы обработки поверхности применяют только для пластмасс; способы оказывают термическое или электрическое воздействие на поверхность детали. К термическим способам относят пламенные способы (например, обработка газовым пламенем).

К электрическим способам относят : облучение элементарными частицами, обладающими большой энергией; обработка электрическим разрядом в газовой атмосфере; обработка тлеющим разрядом низкого давления. Подготовка клея заключается в тщательном смешивании исходных компонентов. Смешивание выполняется в тех случаях, когда клеящее вещество состоит из двух и более компонентов. При смешивании не должны быть замешаны воздушные пузырьки. Для приготовления больших количеств клея используют вакуумные смесители. Срок применения холодных клеящих веществ ограничен. Обычно смешивание производят перед их употреблением.

Способ нанесения клея определяется его кнсистенцией (пустотой, вязкостью). Жидкотекучие клеи наносят кистью, пульверизатором или погружением и накатыванием с помощью валика. Пастообразные клеи наносят шпателем. Твердые клеи перед употреблением сначала разжижают (для хорошего смачивания поверхностей). Для этого склеиваемые детали нагревают и их поверхность посыпают порошком клеящего вещества. При автоматическом склеивании используют клеевые пленки.

Соединение склеиваемых деталей производится в приспособлениях, обеспечивающих при отверждении клея фиксирование деталей в определенном положении. Фиксирование деталей выполняют с помощью стальных стяжных лент, болтовых соединений снабженных прцжинами, грузов, струбцин, скоб, прессов и прессформ. При склеивании на всю поверхность должно действовать постоянное давление. Величина давления зависит от иарки клея. Отвеждение клея производится в нагревательных печах, обеспечивабщих равномерный нагрев.

Для нагревания соединяемых элементов при сушке применяют сушильные камеры (шкафы), обдувку теплым воздухом, контактные и рефлекторные электронагреватели, ТВЧ, инфракрасные лучи.

Сборку склеиваемых деталей производят запрессовкой в пневматических, гидравлических, винтовых прессах, автоклавах и с помощью специальных приспособлений. Требуемый подогрев детелей при сборке выполняют на прессах с электроподогревом или паровым обогревом. Режимы склеивания (время, давление, температура) определяет применяемый состав клея.

Контроль соединения в готовых изделиях выполняют по этапам:

· внешний осмотр изделия, простукивание и проверка с помощью специальных приборов без разрушения соединения

· испытания образцов - свидетелей или образцов, вырезанных из изделий

· испытания разрушением определенного процента изделий от серии и др.

Рис.2. Виды клеевых соединений с рекомендуемым действием нагрузок (указаны стрелкой):

а) одинарная нахлестка

б) встык с односторонней накладкой

в) встык с двусторонней накладкой

г) нахлестка с подсечкой

д) со скошенными кромками

е) угловые соединения.

1. Капелюшник И.И., Михаев И.И., Эльдман В.Д. Технология склеивания деталей в самолетостроении. М., Машиностроение. 1972.

2. Михалев И.И, колобова З.Н., Батизат В.П. Технология склеивания деталей. М., Машиностроение. 1965. 278с.

3. Новые технологические процессы в точном приборостроении. Под редакцией Р. Зевинга. М. Энергия. 1973. 440с.

Клеевым называется неразъёмное соединение составных частей изделия с применением клея. Действие клеев основано на образовании межмолекулярных связей между клеевой плёнкой и поверхностями склеенных материалов. Применяют для соединения металлических, неметаллических и разнородных материалов. Клеевые соединения применяют в таких ответственных конструкциях, как летательные аппараты и мосты.
Склеивание - это способ создания неразъемного соединения элементов конструкции с помощью клея. Процесс склеивания основывается на явлении адгезии - сцепления в результате физических и химических сил взаимодействия клея с различными материалами при определенных условиях.

Введение……………………………………………………………. 3
1. Достоинства клеевых соединений…………………………………………….4
2. Недостатки клеевых соединений……………………………………………. 4
3. Классификация клеев…………………………………………………………..4
4. Конструирование клеевых соединений……………………………………….5
5. Расчет клеевых соединений……………………………………………………8
6. Обозначение клеевых соединений…………………………………………….9
7. Расчет на прочность клеевых соединений…………………………………..10
8. Контроль качества клеевых соединений…………………………………….10
9. Контроль качества клея……………………………………………………….14
Список использованной литературы…………………………………………. 16

Файлы: 1 файл

Копия Клеевые соединения.docx

1. Достоинства клеевых соединений…………………………………………….4

2. Недостатки клеевых соединений……………………………………………. 4

4. Конструирование клеевых соединений……………………………………….5

5. Расчет клеевых соединений…………………………………………………… 8

6. Обозначение клеевых соединений…………………………………………….9

7. Расчет на прочность клеевых соединений…………………………………..10

8. Контроль качества клеевых соединений…………………………………….10

Список использованной литературы…………………………………………. 16

Склеивание - это способ создания неразъемного соединения элементов конструкции с помощью клея. Процесс склеивания основывается на явлении адгезии - сцепления в результате физических и химических сил взаимодействия клея с различными материалами при определенных условиях.

1. Достоинства клеевых соединений

1) возможности соединения практически всех конструкционных материалов в любых сочетаниях, любой толщины и конфигурации;

3) коррозийная стойкость соединений;

4) не создают концентрации напряжений,

5) не вызывают коробления деталей;

6) надёжно работают при вибрационных нагрузках;

7) клеевые соединения дешевле;

8) клеевые конструкции при прочих равных условиях обладают меньшей массой.

2. Недостатки клеевых соединений

1) сравнительно невысокая прочность, в особенности при неравномерном отрыве;

3) низкая теплостойкость;

4) необходимость соблюдения мер по технике безопасности (установка приточно-вытяжной вентиляции);

5) для большинства соединений требуется нагрев, сжатие и длительная выдержка соединяемых деталей.

3. Классификация клеев

По природе основного компонента различают клеи:

В зависимости от склеиваемых материалов и условий работы:

- БФ-2, БФ-4 (склеивания стали, алюминиевых и медных сплавов, стекла, пластмасс, кожи);

- клей 88 (склеивание металлов и неметаллов, дюралюминия с кожей и резиной, дерева с резиной и других материалов);

- эпоксидный клей ЭД-20 (склеивание и герметизации неразъёмных соединений из стали, алюминия, керамики, стекла и других материалов, обеспечивая термостойкое соединение).

По геометрии клеевого шва:

- по косому срезу рис.1.а,

- с накладными 1.б,

Рисунок 1. Виды клеевых соединений листов

4. Конструирование клеевых соединений

Элементы конструкции, сборка которых осуществляется склеиванием, должны иметь для этого специально спроектированное соединение. При проектировании клеевого соединения необходимо:

• определить величину и тип нагрузки на всю конструкцию и особенно на клеевое соединение;

• определить изменение свойств клеевого соединения под воздействием среды, в которой оно будет работать;

• выбрать материал конструкции;

• рассчитать размеры и остальные конструкционные параметры соединения с учетом запаса прочности;

• выбрать технологию склеивания (обработку поверхности, способ нанесения клея, режим отверждения);

• экономически обосновать выбранную конструкцию и технологию.

При конструировании клеевых соединений необходимо учитывать следующие рекомендации:

• площадь склеивания должна быть как можно большей;

• нагрузку должна нести максимальная часть площади склеивания;

• необходимо добиваться, чтобы напряжение в клеевом шве действовало в направлении его максимальной прочности;

• оптимальные зазоры между склеиваемыми поверхностями в зависимости от марки клея и конструкции должны быть в пределах:

0,05. 0,15мм при склеивании металлов между собой;

0,05. 0,2мм при склеивании металлов с неметаллическими материалами;

0,1. 0,2мм при склеивании металлов с резиной.

В процессе эксплуатации клеевые соединения воспринимают различные нагрузки, которые могут быть приведены к четырем основным типам (рис. 2). В табл. 1 представлены типы конструкций клеевых соединений, способных воспринимать различные нагрузки.

Рис. 2. Основные типы нагруження клеевого соединения:

а - сдвиг; б - равномерный отрыв; в - отдир; г - внецентровой отрыв

Таблица 1. Рекомендуемые типы конструкции клеевых соединений в зависимости от направления нагрузки

Стыковые с одной и двумя накладками

Угловые с загибом кромки

Соединения полых профилей

С формированным гладким раструбом

Тавровые с уголком

С двухраструбной муфтой

С гладкой надвижной муфтой

Стыковые с нахлестом

5. Расчет клеевых соединений

Для расчета наиболее распространенных соединений пользуются приближенными формулами.

Действующие напряжения при сдвиге нахлесточного соединения:

где F - сдвигающая сила; b, a - ширина и длина нахлестки.

Для неответственных соединений длина нахлестки

где s - толщина склеиваемых листов.

При динамических нагрузках прочность при сдвиге принимают равной 1/3 ее значения при статическом нагружении.

Расчетные формулы для определения действующих напряжений в соединениях на "ус" листов и труб представлены в табл. 2.

Таблица 2. Расчетные формулы для определения напряжений в клеевых соединениях на "ус"

Касательные напряжения τ

Обозначения: F — растягивающая сила; М — изгибающий момент; θ — угол скоса; r0, r1 - внешний и внутренний радиусы трубы; s - толщина листов; b - ширина листа.

Для клеевых соединений деталей из полимерных, композитных и других материалов с малым модулем упругости уточненные расчеты следует вести с учетом деформации деталей.

Эпюра удельных нагрузок имеет обычную вогнутую форму с максимальными значениями по концам.

В случае приклейки полки линейно-упругого уголка к жесткому основанию и действия отрывающей нагрузки вдоль другой полки распределение давления в клеевом слое подчиняется зависимостям для балки на упругом основании.

В реальных конструкциях наблюдается значительный разброс показателей прочности. Это следует учитывать при проектировании конструкций, вводя коэффициент запаса прочности, который назначают в результате экспериментальной отработки клеевого соединения.

В зависимости от степени ответственности конструкции и условий ее работы выбирают значение коэффициента запаса прочности от 1,5 до 3.

6. Обозначение клеевых соединений

1. В клеевых соединениях (ГОСТ 2.313-82) место соединения элементов изображается сплошной линией толщиной 2мм (рис. 3, а). Для обозначения клеевого соединения применяют условный знак, который наносят на линии-выноски сплошной основной линией.

2. Швы, выполняемые по замкнутой линии, следует обозначать окружностью диаметром от 3 до 5мм тонкой линией (рис. 3 б, в).

При необходимости в том же пункте технических требований следует приводить требования к качеству шва.

4. При выполнении швов клеями различных марок всем швам, выполняемым одним и тем же материалом, следует присваивать один порядковый номер, который следует наносить на линии- выноске. При этом в технических требованиях материал следует указывать записью по типу:

Клей БФ-4 ГОСТ. (№3)

Рис. 3. Обозначение клеевых соединений на чертежах

7. Расчет на прочность клеевых соединений

- расчёт шва на прочность клеевого шва нахлёсточного соединения производят по формуле:

τ ́ = F / ( b ∙ l ) ≤ [ τ_c ́ ]

где - расчётное напряжение на срез в клеевом шве.

Допустимое напряжение на срез шва для клея БФ-2 = 15…20 Н/мм2, для клея БФ-4 = 25…30 Н/мм2.

8. Контроль качества клеевых соединений

Для определения качества склеивания используют три группы показателей: технологические (т.е. соответствие используемой технологии техническому заданию), технические (механические и прочие свойства клеевых соединений) и показатели надежности (долговечность и пр.). Показатели долговечности относятся к важнейшим характеристикам, определяющим возможность использования клеев для решения конкретных задач.

Каждая склеенная конструкция имеет свои особенности и эксплуатируется в определенных условиях. Поэтому проводят специальные испытания склеенных изделий (стендовые), которые максимально приближены к реальным условиям эксплуатации.

Все существующие методы контроля можно условно разделить на три группы: методы разрушающего контроля, неразрушающего и методы оценки долговечности склеенных изделий в процессе их эксплуатации.

Методы разрушающего контроля. Основным преимуществом этих методом является их простота и информативность. Именно на основании результатов экспериментальных исследований определяют перечень клеев, рекомендуемых к применению. Результаты экспериментальных исследований используются:

непосредственно при проектировании изделий и их расчетах, например на прочность, используются упругие характеристики клеев;

для сравнительного анализа свойств различных материалов используют величины разрушающих напряжений.

Методы и технологии. Для обеспечения качества склеивания хороши все средства при условии, если они:

являются достоверными и отражают реальные условия нагружения;

имеют невысокую стоимость, поскольку все затраты, расходуемые на проведение контрольных операций приводят к увеличению стоимости выпускаемой продукции;

На основании данных требований разработана методика проведения контроля качества склеивания. Существуют и другие средства и методы контроля, однако они являются собственностью разработчиков, которые хотят сохранить их конфиденциальность. Приведем некоторые примеры использования специфических методов контроля:

прочность при кручении — изгиб — удар. Такие методы используются для определения качества крепления полов транспортных средств;

циклические нагрузки — кручение. Данные методы применяются для оценки качества склеивания вала рулевого управления и карданной передачи в конструкции автомобилей и в судостроении;

сжатие при воздействии волы. Данные методы используются при оценке клеев при изготовлении корпусов кораблей или отсеков подводных лодок.

В процессе эксплуатации клеевые соединения подвергаются не только воздействию расчетных нагрузок, но и возможно возникновение внештатных ситуаций, и в этих случаях возникают экстремальные нагрузки. Они не являются продолжительными, однако и в этих условиях клеевое соединение должно быть прочным и надежным.

Подготовка поверхности к склеиванию. Проведение этой операции зависит от нескольких факторов: вида соединяемых материалов, размера и формы заготовок, типа используемого клея, условий склеивания. Склеиваемые поверхности очищают от масла, смолы, грунта, сажи и других загрязнений. На поверхностях не должно быть опилок, стружки, пыли. Влажность древесины должна быть не более 10%. Покоробленность… Читать ещё >

Склеивание заготовок (получение клееных заготовок) ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Во многих случаях полученные в результате первичной механической обработки чистовые заготовки используют для изготовления мебельных и столярных плит и щитов. Для того чтобы обеспечить прочность материала, заготовки склеивают между собой.

Основные положения принципа соединения деталей способом склеивания приведены в параграфе 4.2. В данном параграфе рассматриваются особенности технологических процессов формирования плитных материалов с применением клеевых соединений.

Технологический процесс склеивания. Клеевые соединения древесины, как описывалось выше, делят на угловые соединения, соединения по ширине (сплачивание) и соединения по длине (сращивание). Перечисленные соединения выполняют путем соединения боковых либо торцовых поверхностей деталей.

Клеевые соединения должны максимально обеспечивать прочность и качество изделия в процессе эксплуатации. Торцовые клеевые соединения обеспечивают прочность до 80% от прочности цельной древесины. Боковые клеевые соединения имеют прочность склеиваемой древесины (а иногда и превышают ее).

При соединении частиц измельченной древесины получают сочетание торцового и бокового склеивания. Форма, размеры и ориентация частиц в материале обеспечивают преобладание того или иного типа склеивания, что влияет на прочность получаемого материала.

Технологический процесс склеивания во всех случаях состоит из определенной последовательности операций, среди которых:

1) подготовка поверхностей к склеиванию;
2) подготовка клея;
3) нанесение клея на склеиваемые поверхности;
4) сжатие склеиваемых поверхностей;
5) выдержка склеенных заготовок.

При формировании наружного шва поверхности зачищают до показателя шероховатости Rz не более 60 мкм. Поверхности, образующие внутренние швы, должны иметь показатель шероховатости Rz не более 200 мкм. Сопрягаемые поверхности шиповых соединений деталей должны быть выполнены с соблюдением требуемых допусков и посадок.

Подготовка клея. Выбор клея зависит от назначения и типа склеивания, соединяемых материалов, условий эксплуатации изделия и условий проведения процесса склеивания. Виды применяемых при склеивании клеев описаны в параграфе 4.2.

После выбора клеевого состава необходимо приготовить рабочий раствор клея. Для каждого вида клея существует определенный технологический режим подготовки раствора, который регламентирует следующие параметры:

• технические требования. Предъявляются к материалам, применяемому оборудованию (указывается марка оборудования), приготовлению клея (указывается состав компонентов и время хранения), приготовлению компонентов;
• содержание технологического режима. Указываются температура и срок хранения, относительная влажность воздуха, показатель pH, вязкость;
• методы контроля параметров режима и рабочего раствора (указываются стандарты);
• требования безопасности и производственной санитарии. Указываются допустимые концентрации паров состава в воздухе, меры предосторожности, условия нанесения и т. п.

Нанесение клея на склеиваемые поверхности. Промежуток времени с момента, как клеевой раствор был подготовлен в соответствии с технологическим режимом, и до момента начала отвердения называется жизнеспособностью клея. В течение периода жизнеспособности клеевой состав пригоден для нанесения на склеиваемые поверхности и склеивания их с получением соединения требуемого качества. Для каждого типа и вида клея этот период индивидуален, и важно соблюдать технические условия нанесения клеевого состава для обеспечения качественного соединения.

После нанесения клея на склеиваемые поверхности процесс отвердения ускоряется вследствие интенсивного испарения и впитывания жидкой фазы. Период от момента нанесения клеевого раствора на поверхность до момента полной потери им клеящей способности называют рабочей жизнеспособностью клея. Необходимо нанести клей на соединяемые поверхности и провести склеивание до истечения срока рабочей жизнеспособности клея. Длительность рабочей жизнеспособности клеящего состава зависит от свойств клея, свойств склеиваемых материалов и от условий склеивания. При повышении температуры рабочая жизнеспособность клея снижается.

При нанесении клея важно соблюдать условие равномерности толщины клеевого слоя по всей обрабатываемой поверхности. Промежуток времени между нанесением клея на поверхность и соединением склеиваемых поверхностей называют открытой выдержкой.

Период с момента соединения склеиваемых поверхностей и до сжатия их под давлением (прессования) называют закрытой выдержкой. Длительность выдержек зависит от свойств и состава клея. Длительность периода открытой и закрытой выдержек не должна превышать срок рабочей жизнеспособности клея для обеспечения надежности склеивания.