Разработка операций технологического процесса склеивания
Принимая во внимание требования к типу клея и качеству обработки поверхности, процедуру оценки качества клеевого соединения проводят путем механических испытаний на стандартных образцах: индикаторами являются возникающие напряжения, приводящие к появлению трещин, превышение пределов упругости и т. д. Для того чтобы устранить все возможные противоречия, связанные с разногласием в оценке свойств клеевых материалов, установлены стандартные протоколы испытаний.
Во многих случаях отказ от использования клеев имеет место именно на этом этапе. Для избежания ошибок исследователи идут на увеличение количества экспериментальных исследований. Рассмотрим более подробно методику проведения экспериментов.
Общие принципы методики планирования эксперимента. При традиционном экспериментальном подходе при изучении тех или иных свойств клеевого материала пытаются определить наиболее значимо влияющие факторы и затем оценить количественные изменения в свойствах материалов. Необходимое число испытаний увеличивается вместе с количеством переменных. Путем использования традиционных методов планирования эксперимента можно существенно сократить количество проводимых опытов. При двухуровневом плане исследуют взаимное влияние двух факторов. По каждому исследуемому фактору задают две границы изменения: (минимальные и максимальные значения), т.е. мы строим план двух-факторного эксперимерта (или к факторы). Затем смешивают отдельные факторы между собой и определяются факторные фракционные планы.
Существующие методы планирования экспериментальных исследований и методы обработки результатов экспериментов позволяют определить наиболее значимые факторы, что позволяет существенно сократить количество проводимых экспериментальных исследований. По такой методике разрабатывается огромное количество материалов, в том числе в фармацевтике, однако при оценке значимости влияния тех или иных условий эксплуатации клеевой конструкции такие методики применяются очень мало.
Методика внедрения склеивания на промышленных предприятиях. Результатом всех исследований будет являться разработка технологической документации, т.е. технологии склеивания. Для того, избежать ошибок при составлении данных документов, необходимо последовательно решить три задачи:
- разработать операции технологического процесса склеивания;
- организовать выполнение данного технологического процесса в условиях конкретного производства;
- разработать соответствующую технологическую документацию.
При разработке операций технологического процесса склеивания необходимо учитывать не только преимущества, но и недостатки клеевого соединения и для каждой операции разрабатывать средства контроля.
Определение реальной прочности конструкции. Основной целью данного этапа является учет масштабных факторов и влияние различных концентраторов напряжений. Сложность решения данной задачи связана с необходимостью пересчета прочности клея на стандартных образцах в прочность конкретной клеесборной конструкции.
Площадь склеивания. В отличие от стандартных образцов, при склеивании реальных деталей неизбежно образуются дефекты, например, связанные с неравномерным нанесение клея по всей площади поверхности, что приводит к уменьшению прочности конструкции. Для определения площади склеивания, которая может быть очень большой, например, при склеивании неподвижных стекол в проеме кузова автомобиля необходимо очень точно определить длину и ширину клеевого шва.
Оценка площади склеивания. Прочность клеевого соединения, которую традиционно выражают через напряжения сдвига или отрыва измеряют в МПа или Н-мм2. Для расчета определяют разрушающую нагрузку (усилие) (измеряется в Н) и делят ее на площадь склеивания. Если клеевой материал имеет прочность при отрыве, равную 30 МПа, то достаточно площади склеивания всего 5 см2, чтобы при статических нагрузках выдержать массу в 1,5 т (такие трюки часто демонстрируют производители клеев, подвешивая на склеенных крючках автомобили или рекламные щиты).
Однако реальные конструкции, как правило, эксплуатируются в условиях сложного напряженного состояния, и для того, чтобы правильно оценить их долговечность вводят коэффициенты безопасности.
Одним из способов повышения долговечности клеевого соединения является утолщение клеевого шва по кромкам клеевого соединения, т.е. в тех местах, где максимально сконцентрированные напряжения искусственно увеличивают площадь склеивания. Это достаточно простой и эффективный способ, который широко используется на практике.
Толщина шва. Механическая прочность любого клеевого материала существенно зависит от толщины клеевого шва. Обычно толщины клеевых швов находятся в пределах 1 и 200 мкм и даже выше, особенно если склеивают металлы после черновой обработки (т.е. с большими значениями шероховатостей). Неспециалистам может показаться, что задача обеспечить равномерное нанесение клея по всей площади не является очень сложной. Однако это не так. Колебания толщины связаны с тем, что при склеивании имеет место:
- усадка клея, неизбежно возникающая при его отверждении;
- адсорбция клея материалов подложки, она особенно велика на пористых поверхностях.
При большой толщине клеевого шва, например если он более 200 мкм, может иметь место низкая адгезионная прочность и, как результат, когезионное разрушение. Такие большие толщины клеевого шва традиционно используются при применении герметиков, мастик и шпатлевок.
Внедрение склеивания и оценка его качества. Свойства клеевых материалов определяются на образцах. Испытания проводят до тех пор, пока не будут получены результаты в соответствии с требованиями технического задания. Качества самих клеевых конструкций можно оценить методами неразрушающего контроля.
Загрузка ...