Разработка клеевых соединений с целью уменьшения напряжения
При оптимизации конструкции соединений, предусматривающих использование клея и ленты, приходится принимать компромиссные решения. Количество используемого материала, стоимость его обработки, удобство процесса — все это играет важную роль при «оптимизации». Ниже приведены два примера, иллюстрирующие необходимость выбора оптимального соотношения между прочностью и удобством или стоимостью при попытке улучшить клеевое соединение.
Угловое соединение
Эта базовая конструкция, в которой используется перпендикулярное соединение встык, не является идеальной для клеевого соединения. Основным типом нагрузки здесь является расщепление, что крайне неблагоприятно в клеевых соединениях. Изменение исходной конструкции путем введения дополнительных компонентов позволяет повысить прочность соединения. При этом часть напряжения расщепления переводится в напряжение сдвига, что увеличивает прочность соединения. Дополнительный укрепляющий элемент может также нивелировать воздействие напряжения. Однако в данном соединении необходимо использовать вторую деталь, что вероятно потребует провести двухступенчатый процесс склеивания.
Усовершенствованный проект — это оптимальная конструкция с точки зрения ее характеристик и производства. Это решение лучше, чем второй вариант, поскольку теперь соединение не требует дополнительных деталей и работы. Данное соединение выполняется путем одноступенчатой сборки двух деталей с минимальной подгонкой. Кроме того, такое соединение прочнее, чем другие варианты, поскольку нагрузка расщепления полностью заменена на сжатие, которое является наиболее благоприятным напряжением в клеевом соединении.
-
Простое угловое соединение под нагрузкой расщепления
Эта базовая конструкция, в которой используется перпендикулярное соединение встык, является самой неблагоприятной для клеевого соединения. Основным типом нагрузки здесь является расщепление, что крайне неблагоприятно в клеевых соединениях.
-
Усиленное угловое соединение
Изменение исходной конструкции путем введения дополнительных компонентов позволяет повысить прочность соединения. При этом часть напряжения расщепления переводится в напряжение сдвига, что увеличивает прочность соединения. Дополнительный укрепляющий элемент может также нивелировать воздействие напряжения. Однако в данном соединении необходимо использовать вторую деталь, что вероятно потребует провести двухступенчатый процесс склеивания.
-
Оптимальный вариант углового соединения
Усовершенствованный проект — это оптимальная конструкция с точки зрения ее характеристик и производства. Это решение лучше, чем второй вариант, поскольку теперь соединение не требует дополнительных деталей и работы. Данное соединение выполняется путем одноступенчатой сборки двух деталей с минимальной подгонкой. Кроме того, такое соединение прочнее, чем другие варианты, поскольку нагрузка расщепления полностью заменена на сжатие, которое является наиболее благоприятным напряжением в клеевом соединении.
Соединение внахлёст
Как правило, при соединениях внахлёст на клей действует усилие сдвига. В идеальном случае клей будет постоянно находиться под действием сдвигающей силы, но что произойдет, если на соединение внахлёст будет действовать расщепление или усилие сдвига не будет действовать точно в плоскости?
Простое соединение внахлёст очень часто используется, но не всегда обеспечивает необходимую прочность. При наличии единственного соединения внахлёст на него часто действует нагрузка сдвига. Однако, если усилие сдвига действует не строго поперёк клеевого шва, то оно может превратиться в расщепление. При этом часть напряжения концентрируется на краях соединения внахлёст.
Для улучшения соединения можно предусмотреть соединительный выступ на одной из деталей, который будет переводить действующее усилие в плоскость, чтобы в клеевом слое не возникало других напряжений, кроме напряжения сдвига. Если плоскость клеевого соединения немного не совпадает с плоскостью действующего напряжения, то по мере расширения области склеивания в определенных местах будет возникать напряжение расщепления.
Дальнейшее усовершенствование связано с созданием соединения «с двойным нахлёстом». В этом случае оба материала изготавливаются так, что каждый из них образует нахлёст. При таком соединении нагрузка более равномерно распределена в клеевом шве при сдвиге. Однако, в случае расщепления, некоторая концентрация нагрузки возможна.
-
Соединение внахлёст под действием напряжений сдвига и расщепления
Простое соединение внахлёст очень часто используется, но не всегда обеспечивает необходимую прочность. При наличии единственного соединения внахлёст на него часто действует нагрузка сдвига. Однако, если усилие сдвига действует не строго поперёк клеевого шва, то оно может превратиться в расщепление. При этом часть напряжения концентрируется на краях соединения внахлёст.
-
В соединении внахлёст с соединительным выступом снижается напряжение расщепления
Для улучшения соединения можно предусмотреть соединительный выступ на одной из деталей, который будет переводить действующее усилие в плоскость, чтобы в клеевом слое не возникало других напряжений, кроме напряжения сдвига. Если плоскость клеевого соединения немного не совпадает с плоскостью действующего напряжения, то по мере расширения области склеивания в определенных местах будет возникать напряжение расщепления.
-
В соединении с двойным нахлёстом напряжение расщепления снижается еще больше
Дальнейшее усовершенствование связано с созданием соединения «с двойным нахлёстом». В этом случае оба материала изготавливаются так, что каждый из них образует нахлёст. При таком соединении нагрузка более равномерно распределена в клеевом шве при сдвиге. Однако, в случае расщепления, некоторая концентрация нагрузки возможна. -
Для получения максимальной прочности используйте соединение в косой стык с двойным нахлёстом
В наиболее прочном из всех соединений внахлёст к двойному нахлёсту добавлен косой стык (замок). Это обеспечивает те же преимущества сохранения единой плоскости, что и в случае соединения с двойным нахлёстом, но косой стык дает дополнительную прочность при наличии усилия расщепления.
Дополнительные замечания по поводу конструкции соединения внахлёст
Каждое из таких улучшений обеспечивает более высокую прочность и снижение напряжений в изделии, собранном с помощью соединения внахлёст. Однако каждое улучшение связано с дополнительной сложностью, расходами и временем. Также, ещё один важный момент - это вид клея, в связи с геометрическими особенностями соединения. Если соединение предусматривает трехмерное (объемное) покрытие его клеем, как в случае соединения шип-паз или соединения с двойным нахлёстом, возможные варианты часто сводятся к использованию жидкого клея. Поскольку клейкие ленты могут оказаться более выгодными с точки зрения эффективности производства и производительности, важно учесть все аспекты при разработке клеевого соединения, чтобы оптимизировать его применение в конкретной сфере.
-
Серия обучающих материалов об адгезии дает исчерпывающее представление о том, что такое адгезия, а также о применении клейких лент и клеев при разработке различных изделий. Перейдите на страницу Наука об адгезии, чтобы увидеть все статьи, или выберите одну из представленных ниже тем.
Нужна помощь в подборе подходящего продукта для вашего проекта? Свяжитесь с нами, если вам нужен продукт, совет по применению, техническая информация или вы хотите пообщаться с техническим специалистом 3M. Или позвоните нам по телефону 8 800 250 84 74.
Нужна помощь в подборе подходящего продукта для вашего проекта? Свяжитесь с нами, если вам нужен продукт, совет по применению, техническая информация или вы хотите пообщаться с техническим специалистом 3M. Или позвоните нам по телефону 8 800 250 84 74.
