Диссертация (1173120), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Характеристики шероховатости поверхностейзависят от вида и режимов используемой механической обработки и свойствматериала и изменяются в диапазоне от долей микрометра до несколькихмиллиметров. Характеристики шероховатости (Ra и Rz) приведены в большомколичестве справочников [1, 24, 94] и существуют стандартные методы их54оценки.Вотличиеотшероховатости,характеристикиволнистостивсправочниках не указываются, хотя они оказывают не меньшее влияние накачество. Особенно велико значение волнистости при использовании технологийклепки или клееклепки.На шероховатых и волнистых поверхностях имеет место увеличениеплощади контакта с твердым телом, за счет увеличения фактической площади ичем выше шероховатость, тем больше увеличивается площадь контакта жидкостиствердойповерхностью.Этоувеличениеплощадиучитываютпутемиспользования специального коэффициента k, который так и назван –коэффициент увеличения площади. ГТ  k   ГТ(2.19) ЖТ  k   ЖТ(2.20)С учетом (2.19) и (2.20) уравнение (2.16) имеет видcos ш  k ГТ   ЖТ ГЖ(2.21)илиcos ш  k  cos(2.22)где ш - краевой угол смачивания с учетом шероховатости поверхности.При условии, что величина краевого угла смачивания <90, cosш>cos, т.е.ш<.Уравнения (2.17) и (2.18) для клеев-расплавов не выполняются.

Эти клеи погладкой поверхности растекаются хуже и плохо смачивают поверхность, чтовлияет на величину поверхностного натяжения на границе раздела жидкостьтвердое тело. Значение ТЖ для клеев-расплавов много выше, чем для обычныхжидких клеевых материалов.Для клея-расплава при его растекании по шероховатой поверхностисоотношение поверхностных натяжений на границах раздела фаз такжеизменяется (рис.

2.7, б). Однако имеет место уменьшение площади контакта с55твердым телом, за счет того, что клей не растекается по впадинам, а повисает надними. Уменьшение площади фактического контакта также предлагаетсяучитывать путем использования коэффициента k*, который назван – коэффициентуменьшения площади. При условии, что величина краевого угла смачивания>90, cosш<cos, т.е.

ш>.γгжγгтγжтγгтγгжγжтб)а)Рисунок 2.6 – Капля жидкости на твердой поверхности при значениях краевогоугла смачивания >90 (а) и <90 (б)γгтγгжγгжγжтγгта)γжтб)Рисунок 2.7 – Капля жидкости на шероховатой поверхности при <90 (а) и при>90 (б)Смачивание – это первый этап процесса нанесения клея.

Следующимэтапом – является его самопроизвольное растекание. Характеристикой растеканияявляется коэффициент К, равный отношению исходного диаметра капли d0 кокончательному dКd0d(2.23)56Уравнение (2.23) не позволяет учесть влияние шероховатости поверхности.Чтобы это сделать, необходимо вместо характеристики диаметра использоватьпоказатель площади SКS0S(2.24)Изменение площадирастеканияклея-расплавав единицу времениопределяет скорость vvdSdt(2.25)На каплю жидкости, находящуюся на твердой поверхности, одновременнодействуют две противоположные силы. Одна характеризует свободную энергиюсистемы и способствует самопроизвольному растеканию FЕ, вторая, наоборот,препятствует растеканию и зависит от вязкости F.FE  2rEF  r 2(2.26)dvdh(2.27)где Е – свободная энергия системы; r – радиус капли жидкости на твердойповерхности; v – скорость растекания; h – высота капли жидкости на твердойповерхности.Силы действия FЕ и противодействия F процессу растекания равны ипоэтому можно записать2rE  r 2dvdh(2.28)dv2Еdhr(2.29)Решение уравнения (2.29) относительно h в очень существенной степенизависит от формы капли и поэтому использовать характеристику высоты капли hдлярасчетовнеоченьудобно,посколькуотсутствуютметодыееэкспериментального определения.

Перепишем уравнение (2.28), используяхарактеристики площади S, которую занимает капля клея на поверхности металла572rdv   Edh(2.30)dr d r 2 2r    Edhdt 2  dt(2.31)dS4Edhdt (2.32)dS4Edhd (2.33)При растекании капли ее объем не изменяется V0=const и dV0 = 01V0   3r 2 h  h 3   06(2.34)Решаем уравнение (2.34)6rhdr  3r 2 dh  3h 2 dh  0(2.35)2rhdr   r 2  h 2 dh(2.36)drr 2  h2dhrh(2.37)Edv 2r  h22drdv dv 1dv 1 d ln v dr dt drv dtdtdtE   r 2  h2ln v   d dtln vEdtr  h22(2.38)(2.39)(2.40)(2.41)Уравнение (2.41) позволяет определить скорость растекания капли.Отличительной особенностью технологии нанесения клеев-расплавов,относящихся к классу термопластичных полимеров, является очень высокаявязкость.

Процесс растекания вязких жидкостей характеризуется не толькосдвиговой вязкостью , но и продольной вязкостью 58  3(2.42)Зависимость (2.42) известна как формула Трутона [95]. При температуретеченияТт, в момент соприкосновенияклея-расплава с металлическойповерхностью, которая имеет комнатную температуру, происходит практическимгновенное охлаждение той части клея, которая непосредственно контактирует сметаллом.В качестве основного технологического параметра, с помощью которогоможно управлять величинами поверхностного натяжения и вязкостью, являетсятемпература. Величины d/dT и d/dT являются тепловыми коэффициентамиповерхностногонатяженияивязкости.Приповышениитемпературыповерхностное натяжение и вязкость снижаются и, соответственно уменьшаетсязначение краевого угла смачивания.2.3.

Параметрическая взаимосвязь характеристик технологическихпроцессов получения клееклепанных соединений на микро- и макроуровняхПри проектировании технических систем принято рассматривать не какойто отдельный этап функционирования объекта, а весь его жизненный цикл. Какправило, понятие «жизненный цикл» относится к готовому изделию, и оновключает в себя множество этапов от технического задания до утилизации.Однако, это понятие столь емкое, что оно может быть условно разделено наотдельные самостоятельные жизненные циклы внутри каждого этапа.

При такомподходе этапы нанесения клея на поверхность металла, его растекание, установказаклепок, охлаждение клеевого соединения и его последующее нагружение,можно выделить в единую систему проектирования клееклепанного соединения.С одной стороны, при таком подходе не охвачен большой круг задач, связанных сконструкцией изделия, а с другой стороны можно на разных масштабных уровняхрассмотреть основные факторы, влияющие на качество.59Представим задачу поиска оптимального решения при параметрическойидентификации в общем видеX  fY(2.43)где Х – искомая величина, представленная в виде оператора заданногонормируемого пространства; Y – переменная состояния, которая такжепринадлежиткзаданномунормируемомупространству;f–элементынормируемого параметра.Средиуправляющихпараметров,однимизважнейшихявляетсятемпература, до которой нагревают клей-расплав для его нанесения наметаллическую поверхность.

Чем выше температура, тем ниже вязкость, однакоесли температура превысит предел текучести для данного полимера, тоначинается процесс его деструкции, при котором все характеристики резкоснижаются.Разработка технологического процесса ремонта в общем виде представляетсобой техническое решение, алгоритм решения которого показан на рис. 2.8.

Наэтапеструктурнойидентификациимножествоограниченийотносятсякмикроуровню, тогда как на этапе параметрической идентификации – к макро.Наибольшие сложности возникают в получении такого техническогорешения, при котором обеспечена полнота информации всех процессов,протекающих на микро- и макроуровнях и их взаимосвязь. При отсутствии такойинформации, ограничиваются только качественной оценкой.Таким образом, при проектировании предлагается применять принципдекомпозиции (разбиения).В формализованном виде, задача поиска оптимального технологическогорешения имеет видPx,   Pa x, ,a  1,2...n(2.44)гдеРпредставляетсобойматематическуюмодельнапряженно-деформированного состояния клееклепанного соединения;  - время; х –пространственная координата.60Техническое заданиеСтруктурнаяидентификацияВыбор концепцииОпределение граничных условийСинтез структурыВыбор параметровПараметрическаяидентификацияФормализованное описаниеобъектаРешениеОценка корректностиАнализРезультатыудовлетворяютдаКонецнетИзменение структурыОптимизацияИзменение параметровРисунок 2.8 – Алгоритм формирования технического решения61На микроуровне имеют место процессы смачивания и растеканияиспользуемого клея-расплава по поверхности металла.На макроуровне происходит сборка склепываемых деталей в единый пакет,по нагретому слою клея устанавливаются заклепки и проводят клепку.Качество клееклепанного соединения в одинаковой степени зависит отмикро- и макроуровня.

Связь между микро- и макроуровнями удобнее всегопроследить на примере микроструктуры. Чем она более дефектна и неоднородна,тем ниже все механические характеристики такого материала (или соединения).Однако, несмотря на ее очевидность, эта связь трудно формализуема. Причинойявляется наличие разветвленных связей между характеристиками.Разделимпроцесспоискаоптимальногорешенияприразработкетехнологического процесса ремонта с использованием клееклепанной технологиине только на уровни (микро и макро), но и на стадии внутри каждого уровня.На микроуровне выделим две стадии.

Первая стадия – решение вопросавыбора типа клея-расплава, что связано с определением его химической природы,от которой зависит величина поверхностного натяжения . Вторая – решениезадачи определения минимальной вязкости  клея-расплава, при которой он будетсмачивать шероховатую и волнистую поверхность.Решение этих задач позволит обеспечить равномерное растекание клеярасплава по поверхностям, что в итоге обеспечит большую площадь контакта ибольшую величину адгезионного взаимодействия.В формализованном виде, задача смачивания и растекания имеет видmin  t , t T(2.45)min  t , t T(2.46)Целевые функции вязкости и поверхностного натяжения связаны междусобой через два основных параметра (назовем их А и В).

Характеристики

Список файлов диссертации