Диссертация (1173120), страница 3
Текст из файла (страница 3)
В роли «легких»материалов могут использоваться алюминиевые сплавы, а также композиционныематериалы на базе углеродных волокон (углепластики).Установка таких деталей на автомобиль вызывает некоторые затруднения,так как силовой каркас кузова выполнен из прочных сталей и точечная сварка длякрепления деталей из других материалов не подходит в связи с неоднородностьюматериалов. Поэтому производители все чаще начали применять при сборкетехнологии клейки и клепки.Например, компания BMW с 2009 года разделяет повреждения кузовов натри основные категории: 1 – детали, устанавливаемые с помощью резьбовыхсоединений, 2 – детали, не требующие рихтовки, устанавливаемые с помощьюклея и клепки, 3 – детали, требующие рихтовки и устанавливаемые с помощьюклейки и клепки. Как утверждают сами мастера, преимущества даннойтехнологии перед классической точечной сваркой заключаются в уменьшениивремени при ремонте и более улучшенной защите от коррозии [35].Склеивание и клепка – это две разные операции, которые при совмещенииих в единый технологический процесс, получили название клееклепки, аполученные соединения – клееклепанными [8].В то же время, клееклепанная технология не является простым сложениемтехнологии склеивания и клепки.Основными технологическими операциями при склеивании являются [71,83, 106]:1) Подготовка поверхности склеиваемых деталей;162) Подготовка клеящих материалов;3) Нанесение клеящих материалов;4) Открытая выдержка;5) Сборка склеиваемых деталей;6) Контроль качества клеевого соединения.Основными технологическими операциями при клепке являются:1) Сборка склепываемых деталей;2) Изготовление отверстий под заклепки (или разметка при использованиисамопробивных заклепок);3) Клепка;4) Контроль качества.Таким образом, только одна единственная операция – контроль качества дляэтих двух технологий является общей, хотя в действительности ее общей такженазвать нельзя, поскольку используются совершенно различные методы контроля.Для клеевой технологии это ультразвуковые методы и различные эходефектоскопы [77].
В то же время, наряду с развитием современной техникиконтроля качества клеевых соединений, не меньшее распространение до сих поримеют визуальные методы контроля, такие как оценка сплошности клеевого шва,отсутствие в нем видимых пор, равномерность толщины клеевого слоя и др.Такой, казалось бы, простейший контроль, также позволяет определить меставозможных дефектов и, что самое главное, именно он позволяет оценить качествовсей используемой технологии. Такой визуальный контроль может бытьприменен и при оценке качества клееклепанных соединений.По оценкам многих специалистов [15, 59, 92, 95, 113] качество клеевогосоединения зависит от используемой технологии подготовки поверхностей подсклеивание.
Для клеевых технологий таких методов существует очень много, втом числе и для очистки поверхностей металлов, тогда как при клепке такойоперации или не проводят совсем или же используют только самые простейшиеметоды очистки, типа протирки ветошью.17Теоретические и экспериментальные вопросы применения различныхтехнологий при создании клееклепанных соединений рассмотрены в работахБауровой Н.И., Башкирцева В.И., Вильнав Ж.Ж., Петровой А.П., Фрейдина А.С.
идр. [20, 21, 31, 83, 103].В зависимости от метода приложения давления клепку подразделяют наударную и методом прессования. При клееклепке металлических конструкцийнаибольшее применение нашел ударный метод.Внастоящеевремяприсозданииклеемеханическихсоединенийприменяются три способа получения клееклепанных соединений [8]:1)постановка заклепок по отвержденному клеевому слою (клепка посленанесения клея и после его отверждения);2)постановка заклепок по неотвержденному клею (клепка после нанесенияклея, но перед его отверждением);3)введение клея после постановки заклепки (клепка до нанесения клея).Преимущества клееклепанных соединений, полученных любым из данныхспособов, заключаются в следующем:- высокая усталостная прочность;- высокие жесткостные характеристики соединения;- герметичность соединения;- антикоррозионная защита клепанного шва;- экономическая эффективность (уменьшение металло- и трудоемкости засчет уменьшения числа заклепок).К недостаткам клееклепанных соединений относятся следующие факторы:- при постановке заклепок по отвержденному клеевому слою великавероятностьповрежденияклеевогошва,чтоприведеткнарушениюгерметичности соединения и снижению его прочности;- при постановке заклепок по неотвержденному клеевому шву великавероятность загрязнения инструмента излишками неотвержденного клея;- при введении клея после постановки заклепки увеличивается длительность18технологического процесса за счет дополнительного времени на нанесение иотверждение клея.Общим недостатком всех трех способов выполнения клееклепанныхсоединений является относительная сложность и трудоемкость контроля качествасклеивания.
Решить эту проблему, по моему мнению, можно за счетиспользованияклеевыхматериалов,которыенетребуютдлительногоотверждения и не чувствительны к низкому качеству подготовки поверхностиметаллов перед нанесением клея. Среди множества самых различных типовклеев, к таким материалам относятся термопластичные клеи-расплавы.Технология нанесения термореактивных клеев и термопластичных клееврасплавов принципиально различна. Для нанесения термореактивных клеев,которые, как правило, находятся в жидком состоянии, используют: кисти,шпатели, различные типы распылителей и т.д. Клеи-расплавы в исходномсостоянии представляют собой твердый материал и поэтому перед нанесением наповерхность он первоначально должен быть расплавлен.
Для этих целейиспользуют специальные термопистолеты [17, 68] или какие-либо иныеинструменты.Несмотря на кажущуюся простоту технологии применения клееврасплавов, при их использовании возникает множество технологическихпроблем. Наиболее сложной проблемой является быстрое остывание клеярасплава при его непосредственном контакте с холодной металлическойповерхностью. Кинетика этого процесса зависит от теплофизических свойствиспользуемого клея-расплава и температуры его плавления. Еще одним важнымфактором является температура склепываемых деталей, однако, как правило, онаравна температуре воздуха в производственном помещении. Если толщина слояклея мала, то его охлаждение будет происходить с очень большой скоростью, торабочий может просто не успеть установить заклепку и провести процесс клепки.Другой, не менее сложной проблемой, является сложность в обеспеченииравномерной толщины клеевого шва при использовании клеев-расплавов.Основоположники теории адгезии [13, 27, 63, 100, 103] и клеевой технологии [59,1971, 83, 106] единодушно утверждают, что прочность любых клеевых материаловимеет экстремальный характер зависимости от их толщины (рис.
1.1).ТолщинаРисунок 1.1 – Зависимость прочности при сдвиге от толщины клеевого шваКоличественные значения толщин, при которых величина адгезионнойпрочности будет максимальна, зависят в первую очередь от химической природыклея и свойств склеиваемых материалов. При использовании эпоксидных клеев,по оценке авторов работ [17, 92, 104, 105] оптимальные значения толщинсоставляют 0,1-0,25 мм, для акрилатных клеев эти толщины равны 0,01-0,05 мм.
Втехнической литературе отсутствуют данные по оптимальным значениям толщиндля клеев-расплавов при которых бы обеспечивались наибольшие значенияпрочности клеевых соединений.В зависимости от температуры, клепку подразделяют на холодную игорячую. При холодной клепке заклепки не нагревают. При горячей клепкезаклепку нагревают до пластического состояния (для сталей до 900-1150°С),устанавливают в отверстие и осаживают клепальным инструментом. Горячаяклепка применяется для соединения стальных деталей, при диметре заклепоксвыше 14 мм.20При горячей клепке клеевой материал частично выгорает и поэтому, какправило, клееклепанные соединения получают только при холодной клепке.Вместе с тем использование клеевых материалов при горячей клепке возможно,если клеевой материал вводить в шов после процессов клепки или же еслипроводить процесс клепки после отверждения клея и использовать термостойкиеклеевые материалы.Клееклепанныесоединенияпосвоимдеформационно-прочностнымсвойствам выгодно отличаются от клепанных, так как обладают более высокойпрочностью при статических и вибрационных нагрузках, являются герметичнымии более легкими.По мнению ряда авторов [5, 15, 42, 56] по сравнению с клепанными иклеевыми соединениями, клееклепанные соединения облают более высокойпрочностью на сдвиг (на 15-35 %), равномерный (на 20 %) и неравномерныйотрыв (на 25-40 %).
Клееклепанная технология является не только самымнадежным способом обеспечения герметичности, но и одним из самых дешевых.При нагружении клееклепанного соединения клеевой шов воспринимаетзначительную часть напряжений, разгружает заклепки и снижает деформированиелистов. В клееклепанном соединении концентрация напряжений по площадисечения не только уменьшается, но и выравнивается и повышает прочностьсоединения, особенно при циклических нагрузках.1.3.Требования к материалам, используемым при создании клееклепанныхсоединенийВопросам выбора клеевых материалов, в том числе и при созданииразличных типов клеемеханических соединений, в работах Петровой А.П.,Кардашова Д.А., Мотовилина Г.В.
др. [59, 83, 98, 106] уделено много внимания,однако в подавляющем большинстве авторы ограничивались перечислением всехвозможных условий, которые в реальном производстве выполнить практически невозможно. Например, в работе [95] предложен идеализированный список из 1021позиций. Под пунктом 1 авторы приводят требование по прочности, указывая, что«адгезия клея к субстрату не может быть менее 1/10 когезионной прочностисклеиваемого материала». Под пунктом 2 в этом же списке требований указано,что «деформационные характеристики клея должны совпадать или приближатьсяк аналогичным свойствам субстрата».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
