Клеевые соединения

 

 

Содержание:

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Достоинства клеевых соединений

 

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

2) герметичность; 

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;

2) относительно невысокая  долговечность некоторых клеев  («старение»);

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:

 

- неорганические;

- органические;

- элементоорганические;

 

 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,

- нахлёсточными 1.в

 

 

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;

• выбрать клей;

• 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

 

 

Клеевые соединения	Клеевые соединения
Угловые стыковые	Стыковые с одной и двумя накладками
Угловые с загибом кромки	Стыковые нахлесточные
Угловые в паз	Соединения полых профилей
Тавровые стыковые	Соединение труб С формированным гладким  раструбом
Тавровые с уголком	С двухраструбной муфтой
Тавровые в паз	С гладкой надвижной муфтой
Стыковые с нахлестом
Стыковые в паз	Разных диаметров
Стыковые на ус

 

 

 

5. Расчет клеевых соединений

 

Для расчета наиболее распространенных соединений пользуются приближенными формулами.

 

Действующие напряжения при  сдвиге нахлесточного соединения:

 

τ = F / (ba),

 

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

 

Для неответственных соединений длина нахлестки

 

а = (2,5...5)s,

 

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"

Соединяемые элементы	Вид деформации	Касательные напряжения τ	Нормальные напряжения
Листы	Растяжение Изгиб
Трубы	Растяжение Изгиб

 

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).

 

3. Обозначение клея (клеящего  вещества) по соответствующему стандарту  или техническим условиям следует  приводить в технических требованиях  чертежа записью по типу: «Клей  БФ-2 ГОСТ...».

 

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;

воспроизводимы.

 

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 скручивании  и ударе. Применяется для оценки качества склеивания на предприятиях, специализирующихся на изготовлении лыж, санок и прочего для «скользящих  видов спорта»;

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.

 

Области применения. Как  показано на структурной схеме, разрушающий  контроль дает оценку прочности клеевого соединения. Эти результаты являются основанием для составления технического задания по внедрению технологии склеивания на предприятии.

 

Стендовые испытания. Такие  испытания проводятся непосредственно  на предприятиях в «научно-исследовательских  отделах», которые на крупных промышленных предприятиях оснащены самым современным  испытательным оборудованием. Специалисты  этих подразделений могут в случае необходимости обратиться к технологическим  службам для получения дополнительной информации. Независимо оттого, каким  по величине является данное предприятие, контроль качества осуществляется на всех операциях склеивания. Этими  подразделениями выдается задание  и контролируется технология изготовления опытных образцов, которые предназначены  только для крэш-теста (например, удар о неподвижное препятствие в автомобильной про­мышленности). Этот вид испытаний широко распространен для любой продукции, которая выпускается мелкими партиями (например, инструмент для микрохирургии).

 

Испытания на надежность. Применение разрушающих методов контроля опытных  образцов изделий является наилучшей  гарантией качества склеивания и  широко используется в серийном автоматизированном производстве, например карт для чипов, акустических камер, автомобильных  компонентов, а также и на мелкосерийных  предприятиях, например, в производстве обуви, игрушек и пр. Надежность склеивания обеспечивается строгим соблюдением  технологии.

 

Неразрушающие методы контроля. В основе неразрушающих методов  контроля лежит идея о создании дефектных  образцов (эталонов), в которых уже  имеются специально созданные дефекты. Задача заключается в том, чтобы  сравнить хорошие и дефектные  образцы и использовать полученные результаты при анализе реальных конструкций.

 

Визуальные методы неразрушающего контроля. В основе этих методов  лежит осмотр склеенных деталей. При таком методе контроля большое  значение имеет субъективный фактор. Тем не менее, существуют и объективные  показатели, которые позволяют визуально  определить возможные дефекты:

склеенная конструкция должна иметь нужные размеры;

склеенная конструкция должна соответствовать требованиям по взаимному положению поверхностей относительно друг друга.

 

Нельзя не учитывать тот  факт, что в результате неправильно  проведенных контрольных испытаний  также могут возникнуть новые  дефекты.

 

Данные методы неразрушающего контроля являются стандартными и используются не только при оценке качества склеенной  конструкции. Существуют и другие, существенно  более простые методы контроля качества склеивания.

 

Простейшие методы неразрушающего контроля. Наибольшее распространение  данные методы получили на тех предприятиях, где существуют особенно строгие  требования к качеству склеивания (авиационной, автомобильной, судостроительной и  др.). Целью такого контроля является определение конкретных мест возможных  дефектов. Их признаком служит:

- неровная толщина клея по периметру соединения;

- видимые следы масла непосредственно на клее или рядом с ним.

 

Все существующие методы неразрушающего контроля можно условно разделить  на две группы.

 

Первая группа методов  неразрушающего контроля. Звуковые (акустические) методы. Основой данного метода является ультраакустическая дефектоскопия, где  используются специальные материалы, являющиеся одновременно и источником, и приемником звуковых волн. С помощью  этого метода можно обнаружить непроклеи и места, где имеется повышенная пористость клея.

 

Радиоскопические методы эффективны только для контроля качества поверхностей простой геометрической формы. Входной радиосигнал изменяет свою траекторию, если встречает на своем пути дефектные зоны. При использовании такого метода требуется предварительный контроль возможных дефектов на образцах.

 

Оптические методы основаны на использовании полярископов. На склеиваемые поверхности наносят  специальный оптически чувствительный состав, который даже при незначительных деформациях меняет цвет. С помощью  данного метода определяют места, где  имеет место концентрация напряжений.

 

Вторая группа методов. Инфракрасное излучение (термографические) методы. В качестве источников тепла используются сканирующие нагреватели. Зная теплопроводные свойства клеевого соединения и величину теплового потока, определяют места  с пониженной теплопроводностью. Таким  методом выявляют дефекты, связанные  с разнотолщинностью клеевого шва, ее пористостью, наличием мест непроклеев.

 

Рентгенодефектоскопия используется для обнаружения непроклеев. Источником рентгеновских лучей служат рентгеновские трубки. Лучи проходят через клеевое соединение и поглощаются пропорционально плотности. Широкого распространения данные методы не получили и используются ограниченно.

 

Деформационные методы основаны на способности человека хорошо воспринимать звуковые колебания в определенном диапазоне частот. При осторожном простукивании металлическим предметом склеенных деталей на слух можно уловить изменение звука, что свидетельствует об обнаружении каких-то изменений непосредственно в клеевом шве. Главный недостаток данного метода — его субъективность.

 

Перспективы применения методов  неразрушающего контроля. Основным недостатком  неразрушающих методов контроля является их очень высокая стоимость. Если требуется обеспечить контроль качества изделий, эксплуатация которых  связана с человеческими жизнями  и здоровьем, например, весь транспорт, то в этом случае на стоимости контрольных  операций экономить не следует. С  развитием науки и техники  стоимость неразрушающих методов  контроля будет постепенно уменьшаться, что будет способствовать их более  широкому использованию.

 

 

9. Контроль качества клея

 

Качество клеевого соединения зависит от качества клея и качества очистки склеиваемых поверхностей. Кроме традиционных методов определения  свойств клея и качества очистки, существуют и простейшие визуальные способы, например:

качество очистки поверхностей, подлежащих склеиванию, можно быстро проверить, нанеся на них тонкий слой воды;

качество клея, точнее, отсутствие этого качества, можно определить, оценивая визуально однородность клеевого материала, отсутствие осадка и расслоения компонентов.

 

Сравнительные методы контроля. Речь идет об изготовлении одновременно с реальными изделиями партий опытных образцов. Данные образцы (их еще называют эталонными или контрольными) должны длительно храниться непосредственно  на предприятии, и их испытания проводят только в том случае, если выявлены дефекты в реальных конструкциях. В этом случае испытание контрольных  образцов позволяет установить, существует ли вина клеевого материала при возникновении  различных дефектов конструкций.

 

Может показаться, что такой  метод не является эффективным, поскольку  требует использования большого количества образцов и предполагает наличие специальных мест для  их хранения. Тем не менее данный способ очень эффективен, и несмотря на все его недостатки, широко используется на предприятиях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы:

 

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т.3 – 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н.Жестковой. – М.: Машиностроение. 2001г - 864 с.,

 

2. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. "Расчеты на прочность деталей машин" Справочник - М: Машиностроение, 1993г. - 640с.

 

3. Иванов М.Н. "Детали машин" -М: "Высшая школа", 2003г. - 383с.

 

4. Чернилевский Д.В. "Детали машин и основы конструирования" -М: "Высшая школа", 2003г.