CC BY
37
УДК 621.792.02
Ю. П. Кузьмин, К. П. Помпеев, А. А. Целищев
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕГУЛЯРИЗАЦИИ МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТЕЙ НА КАЧЕСТВО СКЛЕИВАНИЯ СТЕКЛА С МЕТАЛЛОМ
Рассматривается вопрос повышения качества клеевого соединения стекла с металлом за счет образования частично регулярного микрорельефа, обеспечивающего необходимое значение параметра шероховатости, без нарушения требований к плоскостности.
Ключевые слова: склеивание, прочность, плоскостность, регулярный микрорельеф.
Клеевые соединения находят все большее применение в связи с созданием высококачественных синтетических клеев. Склеивание (вместо сварки, пайки, клепки) позволяет соединить почти любые материалы, это упрощает процесс сборки и соединения деталей, а также уменьшает массу конструкции [1]. Толщина клеевой прослойки обычно составляет 0,01—0,12 мм. Как правило, с помощью клея выполняют соединения, работающие на сдвиг или равномерный отрыв, в стальных изделиях при этом обеспечивается предел прочности на сдвиг 20—35 МПа, а в ряде случаев значительно выше.
По сравнению с другими способами образования неразъемных соединений достоинство клеевого соединения состоит в равномерном распределении механических напряжений по шву. В правильно подготовленной зоне соединения после склеивания не возникает коррозии. В большинстве случаев клеевые соединения герметичны и непроницаемы для паров и жидкостей. Клеевое соединение позволяет сохранить структуру и свойства склеиваемых деталей и соединить большие поверхности сложной формы. Надежное соединение деталей малой толщины, как правило, возможно только склеиванием. В этом состоят основные преимущества клеевого соединения.
К недостаткам клеевых соединений относятся невысокая тепловая стойкость (в большинстве случаев при температуре выше 90 °С их прочность 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.
Качество склеиваемых поверхностей в значительной мере определяет прочность соединения. Для получения клеевого соединения, соответствующего условиям эксплуатации изделия, к физико-механическим свойствам, точности обработки и шероховатости поверхности предъявляют определенные требования. Для обеспечения должного сцепления клея с поверхностью в некоторых случаях требуется предварительно повысить значение параметра шероховатости поверхности.
Так, например, поверхности оправ, на которые приклеиваются оптические детали, должны быть достаточно шероховатыми, в то же время к ним предъявляется требование по плоскостности, которое обеспечивается при чистовой обработке поверхности. При этом величина удаляемого припуска незначительная (0,3—0,4 мм), соответственно поверхности получаются более гладкими, чем нужно, а их обработка с большей глубиной резания (1—1,3 мм) может привести к появлению внутренних напряжений и короблению детали, что недопустимо. Увеличивать шероховатость этих поверхностей вручную (шкуркой) нецелесообразно, так как будет нарушено требование по плоскостности.
66
Ю. П. Кузьмин, К. П. Помпеев, А. А. Целищев
Поэтому для повышения качества склеивания предлагается наносить резанием предопределяющие качество клеевого соединения микрорельефы практически одинаковой формы и размеров со строго заданным взаимным расположением. При этом необходимо выявить оптимальную форму микрорельефа, за счет которой клей наилучшим образом будет удерживаться не только на горизонтальных, но и на вертикальных поверхностях. Перспективна форма микрорельефа в виде синусоидальных канавок, образующих частично регулярный микрорельеф (ЧРМР) [2]. При этом нарезание ЧРМР на поверхности под склеивание проводится на том же станке, что и ее окончательная обработка.
Синусоидальный микрорельеф, в случае склеивания материалов в вертикальной плоскости, будет препятствовать стеканию клея.
На рис. 1 представлен образец для вклеивания с нанесенным регулярным микрорельефом с параметрами согласно ГОСТ 24773-81 [3], здесь £о — осевой шаг неровностей; — круговой шаг неровностей; А — амплитуда непрерывной регулярной неровности; г — смещение следующей синусоиды относительно предыдущей.
Л Л Л Л Л
7 V V V V \ Л Л Л Л Л ¿о
V V V V V
¿к
Рис. 1
В зависимости от области применения клеевого соединения, варьируя параметры, можно достичь оптимального вида микрорельефа и соответственно оптимальной склеиваемости материалов.
Изменяя параметры канавок, можно регулировать площадь образуемого ЧРМР [4] и соответственно уровень прочности клеевого соединения. За счет образования ЧРМР обеспечивается необходимое значение параметра шероховатости (Яа, Я^) без нарушения требований к плоскостности.
Для нанесения микрорельефа не требуется специализированный инструмент, можно использовать как концевую фрезу, так и гравер. В связи с незначительной глубиной резания (0,02—0,03 мм) износ инструмента минимален. Меняя режущий инструмент, можно варьировать профиль микрорельефа, который, в свою очередь, влияет на качество склеивания сопрягаемых деталей. В зависимости от профиля микрорельефа изменяется площадь контакта со-
прягаемой детали с клеящим веществом. Различают три профиля микрорельефа: сферический (рис. 2, а); прямоугольный (б); треугольный (в).
а) б) в)
Рис. 2
Самым перспективным считается прямоугольный профиль. Площадь склеиваемой поверхности при использовании такого профиля наиболее велика.
Для определения влияния профиля микрорельефа на качество склеивания необходимо установить оптимальную геометрию микрорельефа, а затем провести испытания по разрушению клеевого соединения.
Экспериментально исследовались соединения оптических деталей с инваром. Использовался клей марки БР-190, обладающий высокой прочностью на сдвиг и расслаивание, а также устойчивостью к воздействию окружающей среды. В сравнительных испытаниях на прочность соединения образцов оптические детали приклеивались на предварительно зашкуренную (Яа = 5—2,5 мкм) поверхность [5] или на поверхность с нанесенным ЧРМР (в последнем случае микрорельеф состоит из пересекающихся либо непересекающихся канавок).
Полученные образцы испытываются на разрывной машине на сдвиг и разрыв. По результатам испытания возможно дать рекомендации по выбору оптимальных значений параметров ЧРМР.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Склеивание [Электронный ресурс]: <http://allreferat.wow.ua/referat/91421>.
2. Шнейдер Ю. Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. Л.: Машиностроение, 1982.
3. ГОСТ 24773-81. Поверхности с регулярным микрорельефом. Классификация, параметры и характеристики. М.: Изд-во стандартов, 1988.
4. Технология финишной обработки давлением: Справочник / Под ред. Ю. Г. Шнейдера. СПб: Политехника. 1998.
5. Клеевые соединения [Электронный ресурс]: <http://gardenweb.ru/kleevye-soedineniya>.
Сведения об авторах
Юрий Петрович Кузьмин — канд. техн. наук, доцент; Университет ИТМО, кафедра технологии
приборостроения, Санкт-Петербург; E-mail: up_kuzmin@mail.ru Кирилл Павлович Помпеев — канд. техн. наук, доцент; Университет ИТМО, кафедра технологии
приборостроения, Санкт-Петербург; E-mail: kirpom@rambler.ru Андрей Александрович Целищев — магистр; Университет ИТМО, кафедра технологии приборостроения,
Санкт-Петербург; E-mail: Tselishchevandrey@yandex.ru
Рекомендована кафедрой Поступила в редакцию
технологии приборостроения 09.04.14 г.
