4 - Zlepni spoji

91

Beležke:

izr. prof. dr. Zoran Ren Strojni elementi - I. del

Nerazstavljivi zlepni spoji se najpogosteje uporabljajo za spajanje tankih delov in delov iz različnih gradiv, ki jih ni mogoče spajati z ostalimi postopki. Poglavje zlepni spoji je tako namenjeno spoznavanju osnov zlepnih spojev in njihove uporabnosti v splošni strojegradnji. Podan je kratek pregled lastnosti lepil, ki se uporabljajo za spajanje inženirskih gradiv. Opisana so pravila oblikovanja ter postopek splošnega trdnostnega preračuna zlepnih spojev.

ZLEPNI SPOJI

92

Beležke:


Strojni elementi______________________________

Zlepni spojiFakulteta za strojništvo

Zlepni spoji

Lepljenje - spajanje dveh ali več delov iz enakih ali različnih gradiv (kovin in nekovin) z uporabo adhezivnega sredstva – lepila.

Lepilo - snov, izdelana na osnovi naravnih smol ali umetnih snovi, ki ima zelo velike adhezivne in primerno velike kohezivne sile.

Zlepni spoj - lepilo in stični deli lepljencev.

lepljen del 1

≥ 0

,025

µm

kohezijske vezi adhezijske vezi

nečistoča

lepljen del 2

93

Beležke:




Prednosti in slabostizlepnih spojev

Prednosti:• medsebojno lahko spajamo različna gradiva,• možnost spajanja tankih pločevin in delov različnih debelin,• ne pride do deformacij in sprememb v sestavi lepljenih delov,• enakomernejša porazdelitev napetosti po celotnem zlepnem spoju,• lepilo je izolator vibracij, toplote in električnega toka in preprečuje

oziroma močno zmanjša nevarnost elektrokemične korozije,• zlepni spoji zelo dobro tesnijo.

Slabosti:• obratovalna temperatura zlepnih spojev je omejena (−50…+200°C),• majhna odpornost proti nesimetričnim nateznim obremenitvam,• nevarnost krhkega loma spoja pri nižjih obratovalnih temperaturah,• zahtevna priprava lepljenih površin (mehansko in kemično čiščenje)• relativno dolg strjevalni čas toplih lepil.

94

Beležke:




Nastanek zlepnega spoja

Kohezijske vezi - medsebojne privlačne sile in medsebojno prepletanjepolimernih molekul v lepilu; lastnost lepila.Adhezijske vezi - odvisne od fizikalno-kemičnih medatomskihprivlačnih sil lepila in lepljenih delov in stanja površin; odločujoče vplivajo na kvaliteto zlepnega spoja.Majhna specifična površinska energija lepila - zagotovimo sposobnost prodiranja lepila v površinske neravnine (hrapavost ≥ 0,025 µm) .

Zlepni spoj nastane zaradi delovanja adhezijskih vezi med lepilom in lepljenciter kohezijskih vezi v lepilu.

Kohezijske vezi manjše od adhezijskih, zato čim tanjši sloj lepila.

lepljen del 1

≥ 0

,025

µm

nečistoča

lepljen del 2

95

Beležke:




Vrste lepil

Glede na način doseganja vezalnih sposobnosti ločimo:

Fizikalno vezalna lepila - raztopine naravnih ali sintetičnih makromolekularnih gradiv (kavčuk, nitroceluloza, umetne smole) v organskih topilih (večinoma ogljikovodiki); izhlapevanje topila in strjevanje lepila po principu večfaznega gradiva; termoplastična in pogosto temperaturno neobstojna; primerna za porozna grediva.

Kemično vezalna lepila - iz umetnih smol na bazi fenola, epoksida, poliestra ali akrila; v tekočem do testastem stanju ali v obliki folij; osnovna lepila (A) dosežejo vezalne sposobnosti preko vsebovanega ali dodanega (dvokomponentna lepila) trdilnega katalizatorja (B), ki sproži ustrezno kemično reakcijo tvorjenja in vezanja makromolekul (prepletanje polimerov) v lepilu pri povišani temperaturi, prisotnosti vlage, ultravijoličnih (UV) žarkov ali odvzemu kisika (anaerobna lepila); topla (enokomponentna) in hladna (dvokomponentna) lepila; primerna za spajanje kovin, stekla, keramike in umetnih snovi.

96

Beležke:




Vrste lepil

Glede na nosilnost ločimo:

Lepila z nizko nosilnostjo (strižna trdnost τzm < 5 N/mm2) - spojene dele brez težav in poškodb razstavimo; uporaba: finomehanika, elektrotehnika, modelna gradnja, kozmetična industrija, pohištvena industrija, itd.

Lepila s srednjo nosilnostjo (strižna trdnost 5 ≤ τzm ≤ 10 N/mm2) -spojenih delov praviloma ne moremo razstaviti brez poškodovanja zlepnih površin; uporaba: strojegradnja in gradnja vozil;

Lepila z visoko nosilnostjo (strižna trdnost τzm > 10 N/mm2) - lepilo se po fazi trdenja spremeni v trdno snov, ki tvori nerazstavljivi spoj; uporaba: gradnja vozil, plovil in rezervoarjev, letalska tehnika.

97

Beležke:




Oblikovanje zlepnih spojev

• oblikovati kot prekrivne spoje,

• oblikovati tako, da prenašajo le strižne in/ali tlačne obremenitve,

• pri nateznih obremenitvah potrebne večje zlepne površine,

• po možnosti del obremenitve prenašamo z ujemom delov,

F

F

F

nepravilno

pravilno

F F

FF/2

F/2

F

F lz

t min

Az

S, Re

ugodneje

Priporočilo: lz ≈ 0,1⋅Re⋅tmin lz = (10..20)⋅tmin

98

Beležke:




Porazdelitev napetosti v lepilnem sloju pri različnih obremenitvah

99

Beležke:




Oblikovanje zlepnih spojev

• oblikovati tako, da dosežemo čim ugodnejšo in enakomerno porazdelitev napetosti po spoju,

F F

FF

FF

σ z

+σz m

ax

−σz m

ax

τ z m

ax

τ z

τ z τ z

max

τ z n

om

a) c)

d)b)

a) neobremenjen spoj b) normalne napetosti v spoju delov z majhno upogibno togostjo c) strižne napetosti v spoju delov z veliko upogibno togostjo in d) v spoju s prirezanimi deli

100

Beležke:




Uporabnost zlepnih spojev

navadni načini tesnenja tesnenje z lepilnim slojem

• istočasno tesnenje,

• spajanje večjih površin.

pred lepljenjem po lepljenju in upogibanju robov

101

Beležke:




F

F

F

F

b b lz

t

b T

d

Trdnostni preračun zlepnih spojev

• strižna obremenitev zlepnega spoja

• natezna obremenitev zlepnega spoja

prekrivni spojsoležni spojPogoj enake nosilnosti spoja in pločevin:

S = b⋅tmin

dopzz

z AF

τ≤=τ

mmzmzzm FRSAF =⋅≈τ⋅=obodni prekrivni spoj

dopdop zzz

z AF

τ≈σ≤=σ

ντ

=τ zmz dop

ν = 1,5…5

102

Beležke:




Odvisnost porušitvene trdnosti zlepnega spoja od temperature

topla lepila hladna lepila

Temperatura T [°C]

Stri

žna

poru

šitv

ena

trdno

st τ

zm [N

/mm

2 ]

1 – epoxid 2 – epoxid/nylon 3 – epoxid/phenol 4 – phenol/polivinilformal5 – poliamid 6 – epoxid/poliaminoamid 7 – epoxid/poliaminioamid 8 – methakrilat

103

Beležke:




Odvisnost porušitvene trdnosti od časa in okoliškega medija

1

2

3

45

1 − naravno staranje 2 − pospešeno staranje 3 − destilirana voda 4 − morska voda 5 − vodovodna voda

t [tedni]

τzm

[N

/mm

2 ]

Lepilo: SICOMET-Standard; lepljeno gradivo: AlCuMg2,100x25x1,5, razmaščeno in jedkano, prekrivni spoj debeline 10 mm

104

Beležke:




Praktični primeri zlepnih spojev

4 - Zlepni spoji

Documents

Transcript of 4 - Zlepni spoji