Клеевое соединение

 
Клеевое соединение

Клеевое соединение, неразъёмное соединение деталей машин, строительных конструкций, мебели, изделий лёгкой промышленности и др., осуществляемое с помощью клея. К. с. позволяет скреплять различные, в том числе и разнородные материалы, обеспечивая равномерное распределение напряжений. К. с. используют при изготовлении изделий из стали, алюминия, латуни, текстолита, гетинакса, стекла, фанеры, древесины, ткани, пластмассы, резины и др. материалов, которые можно соединять в различных сочетаниях. При монтаже оборудования и строительстве сооружений К. с. могут заменять сварку, клёпку и др. (см. Клеёные конструкции). Для К. с. применяют фенолоформальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические и др. клеи. Толщина клеевой прослойки обычно 0,01—0,1 мм. Чаще всего с помощью клея выполняют соединения, работающие на сдвиг или равномерный отрыв. Такие соединения для стальных изделий обеспечивают предел прочности на сдвиг 20—35 Мн/м²(200—350 кг/см²), а в ряде случаев значительно выше. Прочность клеёного шва пластмасс обычно превышает прочность самого материала. Недостатками К. с. являются их меньшая долговечность, например, по сравнению со сварными и заклёпочными соединениями (особенно при резких колебаниях температуры), и низкая прочность на односторонний неравномерный отрыв (т. н. отдир). В этих случаях хорошие результаты даёт применение комбинированных соединений — клеезаклёпочных и клеесварных.

Клеевые соединения

К недостаткам клеевых  соединений относятся: незначительная тепловая стойкость (при температуре  выше +90° С прочность их резко снижается), склонность к ползучести при длительном воздействии больших статических нагрузок, длительные сроки сушки, необходимость нагрева для получения стойких и герметичных соединений, низкая прочность на сдвиг и др.

Надежное соединение деталей малой толщины, как правило, возможно только склеиванием.

Рис. 1. Рекомендуемые конструктивные формы клеевых соединений: а — плоскостные; б — тавровые; в — цилиндрические: I — нахлесточнЫе соединения; II — врезные (шпунтовые); III — стыковые

Клеевые соединения осуществляют различными способами. Чаще всего применяется соединение внах-рстку и встык с помощью планки, втулки и т. п.

Наиболее распространенные клеевые соединения показаны на рис. 1.

Существуют различные  виды клеев. Наиболее известен клей БФ, выпускаемый под марками БФ-2, БФ-4, БФ-6.

Универсальный клей БФ-2 применяют для склеивания металлов, стекла, фарфора, бакелита, текстолита и других материалов. Механическая прочность сохраняется при нагреве  до температуры не более 80 “ С. Этот клей применяют для заделки трещин в неответвленных местах чугунных корпусов, для упрочнения неподвижных сопряжений, для крепления накладок на дисках муфт сцепления и др.

Клей БФ-2 бензо- и маслостоек, является хорошим диэлектриком, защищает склеенные поверхности от коррозии. Хранят в закупоренной посуде, берегут от попадания воды, огнеопасен.

Клей БФ-2 в жидком виде наносят на подготовленные поверхности  соединяемых деталей возможно более  тонким слоем. Затем получившаяся пленка клея сушится «до отлипа» при температуре 20— 60 С в течение 50—60 мин. Наносится второй слой, вновь сушится, затем наносится третий слой и склеиваемые детали соединяют и сушат при температуре *40—150 °С в течение 30—60 мин при давлении 1— 2МПа(10—20кгс/см2).

Он обладает высокой  прочностью и стойкостью. На склеенное  этим клеем место не действует  керосин, смазочные масла, вода. Часто  этим клеем закрепляют накладки к  тормозным колодкам автомобилей.

Клей ВС-ЮТ выпускается  в готовом для употребления виде. Хранят его в герметичной посуде в темном помещении в течение  шести месяцев (сохраняет клеящие  свойства).

Клей ВС-10Т наносится  в жидком виде в один-два слоя. После нанесения первого слоя сушка при нормальной температуре  в течение часа, а затем наносится  второй слой; детали соединяют и  сушат при температуре 140—180 ° С в течение 1—2 ч при давлении 50—200 кПа (0,5—2,0 кгс/см2).

Карбинольный клей может быть в жидком или пастообразном состоянии (с наполнителем). Основа этого клея — сироп карбинольный, к которому добавляют перекись бензола. Клей пригоден для соединения стали, чугуна, алюминия, фарфора, эбонита и пластмасс; обеспечивает прочность склеивания только при использовании его в течение 3—5 ч после приготовления. Механическая прочность швов, выполненных карбинольный клеем, сохраняется при температуре до +60 °С.

Детали, склеенные  карбинолом, сушат на воздухе в  течение одних суток. Карбинольный клей бензо- и маслостоек, не поддается воздействию кислот и щелочей, воды, спирта и ацетона. Применяют для склеивания деталей карбюраторов, аккумуляторных банок и других работ.

Пастообразный карбинольный клей применяют преимущественно для склеивания мрамора, фарф0’ ра, пористых материалов, для заделки трещин, отверстий и т. д.

Бакелитовый лак  — раствор смол в этиловом спирте. Детали, склеенные бакелитовым лаком, сушат при температуре 140—160 °С. Хранят бакелитовый лак в закрытой посуде при температуре не свыше 30 ° С в темном месте. Применяют для наклейки накладок на диски муфт сцепления.

Пластмассовые и  стеклянные детали склеивают карбинольным клеем и бакелитовым лаком.

Эпоксидные клеи устраняют необходимость тепловой обработки склеиваемых деталей; применяют эпоксидные клеевые составы, затвердевающие при температуре 18—20 °С.

Для приготовления  этих составов в эпоксидные смолы (ЭД-5, ЭД-6, ЭД-40) добавляют отвердитель  — полиэтилен-полиамин (примерно 10 вес. ч. на 100 вес. ч. эпоксидной смолы), дибутилфталат (10—15 вес. ч. на 100 вес. ч. эпоксидной смолы) и наполнитель, в качестве кото: рого используют алюминиевую или бронзовую пудру, стальной или чугунный порошок, портландцемент, сажу, стекловолокно и т. д. Наполнители увеличивают вязкость эпоксидного состава и повышают прочность клеевого шва.

Термостойкие клеи применяют для склеивания Деталей  из различных металлов, работающих в условиях высоких температур и  вибраций. Клей ВК-200 применяют для  склеивания из металлов и металлических  материалов деталей, работающих непрерывно до 300 ч при 200’ С и до 20 ч  при 300 °С.

Клеи наносят  в два слоя. После нанесения  первого материалы, соединяемые  клеем ВК-32-200, мо-гут работать в интервале температур от +60 до 120 °С. Клей стоек против бензина, минерального масла и воды. В течение четырех месяцев материалы, соединенные этим клеем, могут работать в условиях, близких к тропическим (при влажности 90% и температуре 50 ° С), без заметных снижений прочности соединения.

Клеем ИПЭ-9 соединяют  металлы, керамику, резину и другие материалы. Соединения очень прочны при температуре 300 °С.

Клей БФК-9 обладает высокой термостойкостью, применяют  для соединения металлов с неметаллами. Клей наносят на обе поверхности  тонким слоем и просушивают в  течение одного часа при температуре 20 ° С и 15 мин при температуре 60 ° С. Затем наносят второй слой и просушивают в течение того же времени.

Технологический процесс  клеевого соединения деталей независимо от его конструкции, разнообразия склеиваемых  материалов и марок клеев состоит  из следующих этапов: подготовка поверхностей к склеиванию — взаимная подгонка, очистка от пыли и жира и придание необходимой шероховатости; нанесение  клея кистью, шпателем, пульверизатором; выдержка после нанесения клея (время  выдержки в зависимости от сортов клея и материала склеиваемы деталей  колеблется от 5 мин до 30 ч и выше); затвердевание клея (используют печи с обогревом газами, пелки, установки с электронагревателями, уставки т. в. ч. и др.); температурный режим колеблет-я от +25 до 250 ° С и выше; контроль качества к левых соединений проводят ультразвуковыми установками, лупой, подготовленными образцами.

Основной дефект, который часто имеет место  при склеивании, — так называемый «непроклей» (участки, на которых не осуществилось соединение склеиванием).

Причины непрочности  клеевых соединений: – плохая очистка  склеиваемых поверхностей; – неравномерное  нанесение слоя на склеиваемые поверхности, отдельные участки поверхности  клеем не смазаны или смазаны  густо; – затвердевание нанесенного  на поверхности клея до их соединения; – недостаточное давление на соединяемые части склеиваемых деталей; – неправильный температурный режим и недостаточное время сушки соединенных частей.

Неразъемными называют соединения, разъединение которых невозможно без разрушения соединяемых деталей или соединяющего материала. К ним относят заклепочные, сварные клеевые, паяные соединения, а также соединения с натягом.

Клеевые соединения

В настоящее время все  шире применяют неразъемные соединения металлов и неметаллических материалов, получаемые склеиванием. Это соединения деталей неметаллическим веществом посредством поверхностного схватывания и межмолекулярной связи в клеящем слое. Наибольшее применение получили клеевые соединения внахлестку (рис.17), реже — встык. Клеевые соединения позволили расширить диапазон применения в конструкциях машин сочетаний различных неоднородных материалов — стали, чугуна, алюминия, меди, латуни, стекла, пластмасс, резины, кожи и т. д.

Рис.17. Клеевое  соединение внахлестку 

 

 

 Применение универсальных клеев  типа БФ, ВК, МПФ и других (в настоящее время употребляют более ста различных марок клеев) позволяет довести прочность клеевых соединений до 80% по отношению к прочности склеиваемых материалов. Наибольшее применение в машиностроении клееные соединения, работающие на сдвиг. Оптимальная толщина слоя клея 0,05…0,15 мм.

На прочность клееных  соединений влияют характер нагрузки, конструкция соединения, тип и  толщина слоя клея (при увеличении толщины прочность падает), технология склеивания, и время (с течением времени  прочность некоторых клеев уменьшается).

Достоинства и  недостатки клеевых соединений.

Достоинства:

- простота получения неразъемного  соединения и низкая стоимость  работ по склеиванию;

- возможность получения  неразъемного соединения разнородных  материалов любых толщин;

- отсутствие коробления  получаемых деталей;

- герметичность и коррозионная  стойкость соединения;

- возможность соединении очень тонких листовых деталей;

- значительно меньшая,  чем при сварке, концентрация  напряжений;

- высокое сопротивление  усталости;

- малая масса.

Недостатки:

- сравнительно невысокая  прочность;

- неудовлетворительная работа  на неравномерный отрыв;

- уменьшение прочности  соединения с течением времени  («старение»); 

- низкая теплостойкость  большинства марок клеев.

Область применения. Клеевые соединения широко применяют в самолетостроении, при изготовлении режущего инструмента, электро- и радиооборудования, в оптической и деревообрабатывающей промышленности, строительстве, мостостроении. В настоящее время созданы некоторые марки клеев на основе полимеров, удовлетворительно работающих при температуре до 1000°. Клеевыми соединениями создают новые конструкции (сотовые, слоистые), отдельные зубчатые колеса соединяют в общий блок, повышают прочность сопряжения зубчатых венцов со ступицами, ступиц с валами, закрепляют в корпусе неподвижное центральное зубчатое колесо планетарной передачи, наружное кольцо подшипника качения, стопорят резьбовые соединения, крепят пластинки режущего инструмента и др.

Расчет клеевых  соединений на прочность. Соединения внахлестку. При действии растягивающей или сжимающей силы F (рис. 17) расчет производят на сдвиг (срез) по формуле        

,                                                   (10)

где  и   — расчетное и допускаемое напряжения на сдвиг;  = 10 ÷ 25 МПа для карбонильного клея,  = 4,5 ÷ 7,0 МПа для клея группы БФ; F — нагрузка, действующая на соединение;  — площадь сдвига (среза). 

 

Клеевые соединения дерева

»

Из  досок ограниченных размеров можно  склеивать конструкции любых  размеров и форм. Для склеивания используется маломерная древесина  и древесина пониженного качества с удалением сучков и пороков. Клеевые конструкции могут быть прямыми, изогнутыми, постоянного, переменного, профильного сечений, длиной до десятков метров и высотой поперечного сечения, измеряемой метрами. Клеевые соединения прочны и монолитны, их податливость так мала, что ее не учитывают, поэтому клееные элементы рассчитывают как элементы цельного сечения (рис. 18). Эти соединения водостойки, стойки против загнивания и в химически агрессивных средах, что обеспечивает их надежность и долговечность.

рис. 18. Типы клеевых стыков древесины

Для склеивания используются доски толщиной не более 50 мм и шириной по пласти не более 180 мм. Доски с большими размерами при усушке и разбухании коробятся. При этом возникают растягивающие поперек волокон напряжения, которые разрушают клеевые швы. Доски должны иметь влажность не более 10±2%. Перед склеиванием доски острагивают. Причем глубина острожки должна быть не менее 3 мм так, чтобы клеевой шов получился максимально тонким (не более 0,1 мм).

При склеивании соединений во избежание  коробления конструкции, учитывают  направление волокон и годичных слоев древесины склеиваемых  деталей. Склеивая заготовки, кромка к  кромке, годичные слои соседних брусков  и дощечек располагают так, чтобы  сердцевина и заболонь одной дощечки  примыкали к сердцевине и заболони другой. При склеивании пластями направление годичных слоев в кромках соседних дощечек должно быть противоположным. Чтобы склеенный шов был менее заметен, в клей добавляют минеральные пигменты соответствующего древесине цвета — от 8 до 10% (по объему).

Для склеивания досок применяются клеи на основе термореактивных смол. Для  склеивания древесины с металлом применяется эпоксидный клей ЭПЦ-1.

Технология  склеивания состоит из нескольких процессов. Сначала доски из массива древесины  распиливается на бруски, эти бруски фугуются так, чтобы боковые кромки примыкали друг к другу без  зазора. Затем поперечными распилами  из брусков выпиливают сучки и  пороки древесины. Далее бруски собирают в пакет с ориентированием  годовых слоев. Пакет разбирается, на торцах брусков делают зубчатый стык (гребенку), склеиваемые поверхности  промазываются клеем, пакет вновь  собирается и запрессовывается струбцинами.