Паянные и клеевые соединения.
Соединения с помощью тонкого слоя быстро твердеющего раствора клея. Слой клея должен наноситься как можно тоньше. Прочность оцениваются по прочности сцепления. По способу отвердевания:
- клея первой группы – с помощью растворителя
- клей – затвердевание происходит при понижении температуры.
- склеивание происходит в результате химической реакции.
Достоинства:
- возможность соединения материалов различных размеров
Недостатки:
- низкая прочность
- чувствительность к различным влияниям среды
Пайка – процесс соединения металлических металлизированных деталей с помощью вспомогательного материала (припоя) температура плавления которого намного меньше температуры плавления материала. Прочность паяного соединения определяется прочностью припоя и прочностью сцепления припоя с поверхностями детали. В зависимости от температуры плавления припои делят на:
- мягкие (450-500 градусов)
- твёрдые (больше 500 градусов)
В качестве припоя применяют сплавы (мягкие: оловянные; твёрдые: никель, серебро, золото и т.д.)
Для улучшения сцепления поверхности поверхность очищают от грязи, окислов с помощью флюсов (канифоль).
Материалы на месте спайки не меняют структуры, не возникают дополнительных остаточных напряжений.
Недостатки:
- низкая прочность
С помощью пайки можно соединять не только металлические, но и керамические, стеклянные детали, предварительно нанеся на них металлический слой.
Соединения заформовкой и запрессовкой
Заформовка заключается в соединении металлических элементов (арматуры) со стеклом, пластмассами, резиной, легкоплавкими цинковыми, алюминиевыми и магниевыми сплавами путем погружения этих элементов в формуемый материал, находящийся в вязкотекучем пластичном или жидком состоянии. После застывания формуемого материала образуется неразъемное соединение.
Таким способом получают различные рукоятки, крышки, клеммовые держатели, детали для электроизмерительных, оптико-механических и электронных приборов. Прочность соединения определяется характером поверхности детали. Возможно получение соединения деталей в разным, часто противоположными, свойствами. Очень часто соединения заформовкой используют для удешевления, уменьшения массы. Прочность прессового соединения зависит от величины натяга. На прочность влияют температура, шероховатость, величина натяга. Прочность и плотность соединений обеспечивают выбором соответствующих форм погружаемой арматуры в виде кольцевых проточек, впадин, уступов, уширений, загибов, увеличивающих поверхности контакта и препятствующих ее выдергиванию.
Достоинства:
- в соединениях не нужно дополнительных крепёжных деталей.
- высокая точность.
Соединения запрессовкой получают путем создания гарантированного натяга между охватываемой и охватывающей поверхностями при сборке. После сборки вследствие упругих и пластических деформаций на поверхности контакта возникает удельное давление и соответствующие ему силы трения, препятствующие взаимному смещению деталей.
Сборка при соединении запрессовкой может осуществляться одним из трех способов: прессование без нагрева, с нагревом втулки или с охлаждением вала.
Достоинствами соединений запрессовкой являются:
- отсутствие дополнительных креплений
- простота конструкции
- хорошая центровка сопрягаемых деталей
- возможность передачи значительных осевых усилий и крутящих моментов.
К недостаткам соединений относятся:
- высокие точность и стоимость изготовления соединяемых деталей
- сложность сборки
- влияние величины натяга, коэффициента трения и рабочих температур на прочность соединения.
Пайка – процесс получения неразъёмного соединения с межатомными связями путем нагрева соединяемых материалов ниже температуры их плавления, смачивания их припоем, затекания припоя в зазор и последующей кристаллизации припоя при охлаждении.
С помощью пайки можно соединять разнородные материалы (металлы и неметаллы). Пайку можно проводить при относительно низкой температуре, сохраняя структуру материалов свариваемых деталей. Преимуществом пайки также являются: разъёмность; возможность соединения за один прием множества деталей; обеспечение токопроводности соединений; отсутствие деформации деталей.
Недостатки: ограниченная механическая прочность, значительная стоимость припоя; вредность испарений флюсов и припоев.
Различные виды пайки классифицируются так:
1. По свойствам припоя:
а) некапиллярная (затекает, или под действием силы);
б) капиллярная (поверхностное натяжение):
- пайка готовым припоем;
- контактно-реактивная;
- реактивно-флюсовая;
- металлокерамическая;
- диффузионная.
2. По источнику нагрева:
а) паяльником;
б) газопламенная;
в) электро-дуговая;
г) электросопротивлением;
д) индукционная;
е) экзотермическая;
ж) плазменная;
з) электронным лучом;
и) лазером;
к) погружением в соль;
л) погружением в припой;
м) волной припоя;
н) электролитную;
о) в нагретых штампах (блоках);
п) инфракрасными лучами.
3. По методу удаления окисной плёнки:
а) абразивная;
б) абразивно-кристаллическая;
в) ультразвуковая;
г) кавитационно-абразивная;
д) флюсовая;
е) в нейтральной среде;
ж) вакуумная;
з) в активной газовой среде.
Технологический процесс пайки включает в себя следующие этапы (операции):
1. подготовка сопрягаемых поверхностей под пайку;
2. сборку соединения в приспособлении;
3. нанесение флюса и припоя;
4. нагрев места спая или компонентов с оплавлением припоя;
5. остывание припоя;
6. промывка и очистка шва;
7. контроль качества соединений.
Подготовка поверхностей заключается в удалении жиров, масел, грязи, окалины, неметаллических пленок и краски, и т.д.
Способ сборки компонентов под пайку необходимо выбирать в период конструирования (см. рис.). Если фиксация деталей перед пайкой не обеспечивается их конструкцией, применяют приспособления.
Зазор между сопрягаемыми поверхностями не должен превышать 0,025-0,075мм – для легкоплавких припоев (£400 оС); 0,05-0,08мм – для серебряных; 0,012-0,014мм при пайке медью. При увеличении зазоров уменьшается прочность, увеличивается расход припоя.
Флюсы наносят в виде порошка, пасты или жидкости. Припой в механизированном производстве вводят в виде пасты, фольги или проволоки; при ручной – в виде прутка или
Рис. 76
проволоки. В автоматизированных процессах подачу припоя и флюса совмещают (смесь паст, флюс внутри трубы припоя).
Выбор способа нагрева при пайке зависит от конструкции, габаритов, материала, соединяемых компонентов, формы шва (рис. 76), Тплприпоя, типа производства.
Заформовку осуществляют погружением детали в жидкий или размягченный материал с последующим затвердеванием. Заформовку применяют для соединения металлических деталей с металлами, стеклом, пластмассами и резиной. Для заформовки металлических деталей в металл применяют литьё под давлением. Заформовку металлических деталей в пластмассы производят в металлических разъёмных пресс-формах, а заформовку в резину осуществляют сырой резиной с последующей вулканизацией в специальных формах. Заформовку в стекло обычно выполняют путем обжатия разгоряченной стекломассой на металлические детали.
При проектировании пластмассовых изделий с металлической арматурой на последней предусматривают накатку и канавки для увеличения механического сцепления арматуры с пластмассовой деталью (рис. 77).
Для предотвращения осевого смещения штифтовой, втулочной и проволочной арматуры рекомендуется предусматривать на деталях отверстия под опорные стержни. Для проволочной арматуры диаметры отверстий и расстояние между ними выбирают по таблице.
Толщину слоя пластмассы вокруг арматуры, достаточную для предотвращения усадочных трещин, назначают по таблице.
Рис. 77
Соединения заливкой компаундом получают на основе литья в разовые формы, выполненные из гипса, картона или пластилина. После 10-12ч. выдержки при 20о С процесс отверждения эпоксидного компаунда заканчивается. Время отверждения может быть сокращено до 4-6ч. при нагреве до 100-120о С. Прочность соединений может быть повышена введением в смолу наполнителя (стекловолокно, железного порошка или введением металлической арматуры).
Соединения, полученные заливкой эпоксидного компаунда имеют хорошую адгезию к металлам, все заливаемые соединяемые детали должны быт хорошо обезжирены (промывкой в ацетоне, щелочных ваннах или прожиганием на газовом пламени).
Технологический процесс образования заформованных соединений состоит из следующих основных операций:
1. Очистка и обезжиривание арматуры;
2. Сборка и подготовка форм для заливки;
3. Установка арматуры в формы;
4. Заливка наполнителя;
5. Отверждение (остывание) наполнителя;
6. Разборка форм;
7. Зачистка соединения (изделия);
8. Контроль качества изделия (соединения).
Склеивание применяют тогда, когда механические способы крепления неэффективны, нежелательны или невозможны. Преимущества клеевых соединений:
- возможность соединения деталей из однородных и разнородных материалов, которые могут иметь малую толщину;
- отсутствие структурных изменений и остаточных напряжений в материале собираемых деталей;
- клеевые соединения обладают теплоизолирующим, звукопоглощающим, демпфирующими и герметическими свойствами;
- достаточно высокая надёжность и прочность.
Недостатки:
- невысокая термостойкость;
- низкая прочность на отрыв (при динамичном нагревании);
- токсичность многих марок клеев;
- значительная длительность сушки.
Толщина слоя клея должна быть 0,05-0,25мм. При большей толщине слоя клея при отверждении возможно появление трещин. Оптимальное значение шероховатости склеиваемых деталей должно быть Ra = 1,6..3,2мкм. Основными материалами, применяемыми в качестве клеев, являются:
- высокополимеры;
- эпоксидные смолы;
- клеи на основе кремнийорганических соединений.
Технологический процесс склеивания состоит из следующих операций (переходов):
1. Очистка и обезжиривание поверхностей сопряжения;
2. Нанесение клея на сопрягаемые поверхности (один или два слоя с выдержкой между ними);
3. Сопряжение склеиваемых компонентов;
4. Отверждение клея;
5. Зачистка наружных поверхностей;
6. Контроль качества соединения.
Перед склеиванием поверхности деталей очищают от грязи, окалины, масла и жира. Детали из низкоуглеродистых сталей очищают в 25% растворе фосфорной кислоты при 60о С; из коррозионностойких – в растворе щёлочи; из алюминия – в растворе серной кислоты; медные и латунные – в азотной кислоте. После этого детали промывают в чистой горячей воде, сушат и обезжиривают бензином, ацетоном или специальными моющими растворами.
На подготовленную поверхность клей наносят следующими способами:
- кистью;
- поливом;
- окунанием;
- шпателем;
- распылением из пульверизатора;
- фетровыми роликами;
- шприцем;
- специальной механизированной установкой.
Выбор способа зависит от исходного состояния клея (жидкий, пастообразный, пленочный, порошкообразный), конструкции и материала соединяемых деталей, степени автоматизации производства. Клей можно наносить отдельными точками, рядами точек, полосами, на всю или часть поверхности. Норма расхода на один или два слоя равно 150-250г/м2 . Клей наносят в один или два слоя равномерной толщины. После первого слоя выдержка 1..70 мин.
Затем соединяют склеиваемые поверхности, сжимают их с помощью струбцин, прихватов или специальных приспособлений с определенной силой, зависящей от конструкции деталей и марки клея (0,05..2МПа) и выдерживают. При необходимости выдерживают соединение при повышенной температуре. Для этого используют термостаты, конвейерные печи или индукционный нагрев.
По окончании склеивания остатки отвердевшего клея на наружных поверхностях удаляют металлическими щетками, шаберами или наждачной бумагой.
Склеенное соединение контролируют визуально, простукивают или с помощью дефектоскопии (вакуумный метод, ультразвуковой резонансный).
Прочность клеевых соединений повышается, если соединяемые поверхности предварительно покрыть слоем цинка (сталь), лудить (латунные детали), анодировать (алюминий).
Процесс склеивания редко применяется в автоматизированном производстве, т.к. имеет довольно большое время затвердевания клеев, от 1 до 48 часов, причем при нанесении первого и последующих слоев, также предусматривается открытая выдержка от 1 до 70 мин.
В конвейерном производстве применяют клеи-расплавы, имеющие время схватывания 0,5..10с. Они наносятся с помощью пистолетов при Т = 190..320о С и твердеют при комнатной. Они имеют невысокую стоимость, в их состав не входят вредные и пожароопасные вещества. Они позволяют сразу очищать склеенные детали.
В настоящее время существует большое количество разнообразных марок клеев, обладающих различными спектрами свойств и применяемые для изделий различных отраслей промышленности.
Соединения заформовкой и запрессовкой
Заформовка заключается в соединении металлических элементов (арматуры) со стеклом, пластмассами, резиной, легкоплавкими цинковыми, алюминиевыми и магниевыми сплавами путем погружения этих элементов в формуемый материал, находящийся в вязкотекучем пластичном или жидком состоянии. После застывания формуемого материала образуется неразъемное соединение.
Таким способом получают различные рукоятки (рис. 6), крышки, клеммовые держатели, детали для электроизмерительных, оптико-механических и электронных приборов. Заформовка является единственным способом получения газонепроницаемого соединения металлических электродов со стеклянными баллонами электровакуумных устройств.
Соединения заформовкой имеют следующие достоинства: не требуются высокие точность и чистота обработки погружаемых частей арматуры; можно получить необходимые, часто не совместимые местные свойства элементов узла - электро- и теплопроводность арматуры при сохранении изоляционных свойств узла; уменьшаются масса изделий и расход металла, стоимость.
Рис. 6
При заформовке практически отсутствует сцепление арматуры с формуемым материалом. Прочность и плотность соединений обеспечивают выбором соответствующих форм погружаемой арматуры в виде кольцевых проточек, впадин, уступов, уширений, загибов (см. рис. 6), увеличивающих поверхности контакта и препятствующих ее выдергиванию.
Соединения запрессовкойполучают путем создания гарантированного натяга между охватываемой и охватывающей поверхностями при сборке. После сборки вследствие упругих и пластических деформаций на поверхности контакта возникает удельное давление и соответствующие ему силы трения, препятствующие взаимному смещению деталей.
Сборка при соединении запрессовкой может осуществляться одним из трех способов: прессование без нагрева, с нагревом втулки или с охлаждением вала. Наиболее распространены соединения запрессовкой по цилиндрическим поверхностям. Они применяются для соединения зубчатых колес на валиках, при соединении зубчатого венца червячного колеса со ступицей. Для облегчения сборки на деталях выполняют направляющие фаски. Сборка с нагревом втулки может вызвать изменение структуры, коробление детали. Предпочтительнее сборка с охлаждением вала. Для охлаждения используют жидкий азот (-196 С), сухой лед (-72 С).
При малых размерах соединяемых деталей часто используют запрессовку на валик с накаткой, что значительно уменьшает стоимость соединения за счет снижения точности изготовления соединяемых поверхностей. На валу накатывают треугольные выступы (шлицы), при этом часть материала вала выдавливается инструментом и первоначальный диаметр вала увеличивается. Прочность соединения зависит от глубины вдавливания накатанных зубцов в цилиндрическую поверхность сопряженной детали. В процессе запрессовки материал втулки деформируется и заполняет впадины вала. Соединение с накаткой применяют для сборки стальных или латунных валиков с алюминиевыми или пластмассовыми деталями. Этот вид соединения хуже прессовых центрирует детали, но при этом не требуются высокие точность и чистота обработки поверхностей, упрощается сборка.
Чем больше натяг и параметры шероховатости поверхности, тем выше надежность соединения. К соединениям с гарантированным натягом относятся соединения с применением посадок H7/u7; H7/r6; Н7/p6 и др. Выбор необходимой посадки осуществляют из условий прочности по величине удельного давления.
Достоинствами соединений запрессовкой являются: отсутствие дополнительных креплений, простота конструкции, хорошая центровка сопрягаемых деталей, возможность передачи значительных осевых усилий и крутящих моментов. К недостаткам соединений относятся: высокие точность и стоимость изготовления соединяемых деталей, сложность сборки, влияние величины натяга, коэффициента трения и рабочих температур на прочность соединения.
|