Клеевые соединения

Клеевыми называют неразъемные соединения с помощью клея, образующего между деталями соединения тонкую прослойку. Клеевые соединения получили широкое распространение благодаря созданию конструкционных высокопрочных клеев, на основе синтетических полимеров, позволяющих скреплять между собой детали с высокой прочностью. Клеевое соединение используют при изготовлении изделий из стали, алюминия, латуни, текстолита, стекла, фанеры, древесины, ткани, пластмассы, резины и др. материалов, которые можно соединять в различных сочетаниях. Иногда склеивание — единственный способ соединения деталей из разнородных материалов.

Процесс склеивания обычно состоит из следующих операций:

• превращение клеящего вещества и состояние, пригодное для нанесения на поверхности склеиваемых материалов (расплавление, растворение, смешение компонентов и др.);

• подготовка поверхностей склеивания (придание шероховатости, обезжиривание и т. п.);

• нанесение клеящего вещества и сборка соединения;

• превращение клеящего вещества в клеевой слой, соединяющий материалы при соответствующих температурах, давлении и времени выдержки.

Механические характеристики клеевых соединений и области применения клеев, наиболее, часто используемых в промышленности, приведены в табл. 5.

Таблица 5

Механические характеристики клеевых соединений и области применения клеев

Клей	Предел прочности, МПа		Назначение
	при отрыве	при сдвиге
Неорганический	10	—	Склеивание, металлов, работающих при температурах до 500 °С
Поливинил - ацетальфеновый	20	14	Склеивание стекла и дуралюмина для рабочих температур 40°С
Эпоксидный (ЭД-5, Э-40 и др.)	45	20	Склеивание металлов и неметаллов для рабочих температур ±60 °С
Полиуретановый (ПУ-2 и др.)	34,5	16	Склеивание металлов и неметаллов для рабочих температур ±60 °С
Фенолформальдегидный (БФ-2, ВС-10 и др.)	8	3	Склеивание металлов и неметаллов для рабочих температур ±60 °С
Синтетический	20-40	10-20	Склеивание металлов, древесины, стекла, резины, кожи и др.
Полиакриловый	23	30-40	Склеивание металлов, древесины, стекла, резины, кожи и др.

Чаще всего с помощью клея выполняют соединения, работающие на сдвиг или равномерный отрыв. Такие соединения для стальных изделий обеспечивают предел прочности на сдвиг 20-35 МН/м² (200-350 кг/см²), а в ряде случаев значительно выше.

Прочность клеёного шва пластмасс обычно превышает прочность самого материала.

Достоинства клеевых соединений:

1. Коррозионная и бензомаслостойкость.

2. Уменьшение массы конструкции по сравнению с другими видами неразъемных соединений.

3. Невысокая концентрация напряжений в месте соединения.

4. Возможность соединения практически любых конструкционных материалов.

5. Возможность соединения деталей практически любой толщины.

6. Герметичность и достаточная надежность соединения.

7. Высокая усталостная прочность.

8. Значительно меньшие, чем при сварке и клепке, трудовые затраты на единицу продукции.

Недостатки клеевых соединений:

1. "Старение", т.е. снижение прочности соединения с течением времени (некоторые клеи обладают устойчивостью против старения).

2. Низкая теплостойкость.

3. Невысокое сопротивление растяжению и сдвигу, особенно в случае неравномерного отрыва.

4. Необходимость тщательной зачистки и пригонки склеиваемых поверхностей.

5. Ухудшение механических характеристик при пониженных и повышенных температурах, при воздействии биосреды, химических реагентов и других, факторов.

В последнее время получают распространение клеевые соединения с использованием анаэробных клеев на акрилатной и метакриловой основах, т. е синтетических клеев, способных затвердевать без доступа воздуха. Эти клеи (например «Анатерм») представляют собой однородную вязкую жидкость, время отверждения при 20 °С — трое суток, а при +120⁰С — 0,5 ч, после отверждения достигается прочность при сдвиге 10МПа. Жидкий полиуретановый клей ПУ-2 отверждается при комнатной температуре за 3 ч и достигает прочности при сдвиге 16 МПа. Эпоксидные клеи состоят из жидких эпоксидных смол, отвердителя и металлического порошка, склеивание происходит при температуре ≈ 150 °С в течение 1ч.

Виды соединений. Клеевые соединения конструктивно подобны сварным и паяным: основные типы соединений те же, см. табл. 4. При проектирований клеевых соединений следует иметь в виду, что клеевые швы обладают достаточно большой прочностью при сдвиге и равномерном отрыве, а при неравномерном «отдире» (отрыв с изгибом), как показано на рис. 8, а, прочность соединений существенно снижается. Поэтому везде, где возможно, клеевое соединение должно быть сконструировано работающим на сдвиг (рис. 8., б) или сжатие.

Рис. 8. Способы устранения отрыва («отдира») в соединениях.

Расчет клеевых соединений. Расчет клеевых соединений на прочность ведется по формулам, аналогичным для расчета паяных соединений. Например, для соединений типа вал-ступица при одновременном действии на соединение вращающего момента Т и осевой силы F_a расчет ведут по равнодействующей сдвигающей силе F_ = и по условию прочности клеевого соединения на сдвиг (срез) F_  πdl[τ], откуда потребная длина соединения l:

l =

где Т — вращающий момент; F_a — осевая сила; d — диаметр вала (диаметр сопряжения); [τ] — допускаемые напряжения среза (сдвига).

При определении допускаемых напряжений [τ] принимают коэффициент запаса s по отношению к пределам прочности при сдвиге (см. табл. 5) равным s = 2,5...3 при статической нагрузке; s = 4... 5 при переменных нагрузках, а при наличии в спектре нагрузок, существенных перегрузок, (при вибрациях, ударных нагрузках и т. п.) запас принимают еще больше.

Для получения особо прочных соединений, испытывающих произвольную нагрузку, включая неравномерный отрыв, вибрационную и ударную нагрузки, применяют комбинированные соединения: клеесварные, клеезаклепочные, клееболтовые и клеевые соединения а натягом.

4. Заклепочные соединения. Характеристика, классификация и области применения. Виды заклепок. Достоинства и недостатки соединения.