Rodzaje połączeń rozłącznych Przemysław Błaszkowski Ie

Połączenia przedstawione w prezentacji: Kołkowe Klinowe Wpustowe Zgrzewane Klejone Sworzniowe

Połączenia kołkowe Służą do ustalania wzajemnego położenia dwóch lub więcej elementów. Kołek może mieć kształt stożkowy lub walcowy - gładki lub karbowany. Jeżeli kołek jest nieobciążony, nie wymagane są żadne obliczenia wytrzymałościowe. Jeśli złącze pracuje pod obciążeniem, kołek oblicza się ze względu na kryterium maksymalnego dopuszczalnego nacisku powierzchniowego kn, na zginanie kg lub na ścinanie kc.

Podział połączeń kołkowych 1.) W zależności od spełnianych zadań: Złączne – przenoszące siłę tnącą Ustalające – służące do ustalenia położenia jednej części od drugiej Kierujące – zabezpieczające od obrotu przy przesunięciach wzdłużnych 2.) Zależnie od ustawienia kołka względem osi wału: Wzdłużne Promieniowe Styczne

Rodzaje kołków Zależnie od kształtu rozróżniamy: Kołki walcowe Kołki stożkowe Kołki karbowe

Kołki walcowe Kołki wykonane z ciągnionego pręta i szlifowane na u6 przeznaczone są do wbijania w otwór rozwiercony na H7. Kołki wykonane z ciągnionego pręta ze stali miękkiej St2 przeznaczone są do luźnego wkładania do otworu wierconego z ewentualnym następnym roznitowaniem.

Kołki stożkowe Wykonuje się z tych samych materiałów co kołki walcowe Zalety: Nie wymagają dużej dokładności otworu Są łatwiejsze do wbijania i wybijania Posiadają dużą samochamowność

Kołki karbowe Stosuje się gdy nie jest wymagane dokładne ustawienie jednej części względem drugiej. Otwór pod kołek karbowy nie wymaga rozwiercania. Kołki karbowe mają zwykle 3 karby powodujące sprężynujące zgrubienie.

Obliczanie kołków Tabela dopuszczalnych naprężeń kołków w kg/cm2

Połączenia klinem poprzecznym Klin poprzeczny służy do łączenia drąga z tuleją, przy czym klin jest ustawiony poprzecznie względem osi drąga. Mamy w nim napięcie wstępne, które podobnie jak i obciążenie zewnętrzne powoduje zginanie klina. Napięcie wstępne uzyskuje się: przy walcowym czopie drąga na jego czołowej powierzchni lub na kołnierzu przy stożkowym czopie na jego stożkowej powierzchni.

Zastosowanie klinów poprzecznych Poprzeczne kliny stosowane są w wolnobieżnych maszynach tłokowych do łączenia drąga z wodzikiem, do łączenia dzielonych kół zamachowych itp. Oprócz klinów złącznych stosowane są kliny nastawcze, służące do regulacji luzu w łożyskach z dzielonymi panewkami itp.

Klin poprzeczny Klin i otwór muszą być zaokrąglone w celu zmniejszenia spiętrzenia naprężeń. Otwór na klin może być frezowany jednym lub dwoma frezami palcowymi albo też wiercony i dłutowany. W celu uniknięcia kłopotliwej obróbki pochylonej powierzchni w otworze drąga stosuje się czasem podkładkę o tej samej zbieżności co klin.

Schematy klinów poprzecznych

Wady połączeń klinowych poprzecznych: Drogie wykonanie, wymagające często ręcznego dopasowania przy montażu Znaczne spiętrzanie naprężeń, występujące w elementach łącznych osłabiające ich wytrzymałość zmęczeniową Montaż połączony z uderzeniami młotka, niepożądanymi w każdej precyzyjnej konstrukcji

Zalety połączeń klinowych poprzecznych: Stosunkowo łatwe i szybkie łączenie i rozłączanie Skasowanie luzów w połączeniu, co pozwala stosować je przy dwustronnym działaniu sił

Klin poprzeczny Maksymalny moment skręcający, jakiemu może być poddane połączenie wpustowe wyznacza się z poniższych warunków wytrzymałościowych: ze względu na naciski powierzchniowe: ze względu na ścinanie:

Klin poprzeczny Napięcia na klinach

Klin poprzeczny Na rysunku przedstawiony jest wykres zmienności w czasie napięcia klina i tulei(linia falista ciągła) i końca drąga (linia przerywana).

Połączenia klinem wzdłużnym Kliny wzdłużne służą do łączenia z wałem części osadzonych na wale i przenoszenia momentu skręcającego. Zaletą ich jest skasowanie luzów w połączeniu, co pożądane jest zwłaszcza przy zmiennym kierunku obciążeń oraz możność przejęcia znacznej siły wzdłużnej.

Wady połączeń klinem wzdłużnym: Powodują mimośrodowe przesunięcie i przechylenie części osadzonej na wale Wywołują duże spiętrzenie naprężeń w elementach łączonych Wymagają przy montażu ręcznego dopasowywania i silnych uderzeń młotkiem przy wbijaniu klina

Zastosowanie klina wzdłużnego Liczne wady klina wzdłużnego powodują, że kliny wzdłużne podobnie jak poprzeczne są niechętnie widziane w nowoczesnych konstrukcjach maszynowych i zastępowane bywają połączeniami wpustowymi i wypustowymi. Stosuje się je w wolnobieżnych maszynach przy zmiennym kierunku obciążeń, gdzie zależy na całkowitym skasowaniu luzów, np. Przy osadzaniu koła zamachowego na wale.

Wykonanie klinów wzdłużnych Kliny wzdłużne wykonuje się z ciągnionego pręta ze stali przez zeszlifowanie jednej powierzchni i nadanie określonego pochylenia. Takie same pochylenie daje się w rowku piasty. Celem zmniejszania spiętrzenia naprężeń należy ściąć krawędzie klina i zaokrąglić krawędzie w rowkach na klin. Dopasowane do rowków kliny wbijane są zwykle po nasadzeniu piasty na czop. Sposób ten jest wydajny, wygodny pod względem montażu i daje małe spiętrzenie naprężeń. Rowek w piaście jest zwykle dłutowany lub przeciągany.

Podział klinów wzdłużnych: Klin wklęsły Klin płaski Kliny wpuszczane Kliny styczne

Klin wzdłużny wklęsły Bez rowka na wale, przenoszący moment tarciem, stosowany jest w lekko obciążonych połączeniach np. przy osadzaniu dzielonego koła pasowego na wale pędnianym, co umożliwia ustawienie koła w dowolnym kierunku

Klin wzdłużny płaski Ze spłaszczeniem wału na szerokości klina, pozwala przenieść nieco większy moment; stosuje się w podobnych przypadkach co klin wklęsły. Zastosowanie klinów wklęsłych i płaskich w nowoczesnych konstrukcjach jest minimalne.

Klin wzdłużny wpuszczany Lepiej zabezpiecza przed przypadkowym przekręceniem się piasty na wale niż kliny uprzednio omawiane i dlatego jest znacznie od nich popularniejszy.

Kliny wzdłużne wpuszczane Mogą być ustawiane po dwa lub trzy w obwodzie, gdy zależy na: Przeniesieniu dużego momentu skręcającego Wyważeniu koła osadzonego na wale Osadzeniu na wale osadzonego koła itd.

Kliny wzdłużne styczne Stosuje się przy dużych momentach i dużej średnicy wału. Składa się zawsze z dwóch par klinów, ustawionych pod kątem 120-135°. Rowki w wale i piaście mają kształt trójkątny i razem tworzą prostokąt, którego jeden bok jest styczny do powierzchni czopa. W obu prostokątnych otworach wbijane są z dwóch stron kliny o jednakowej zbieżności. Zależnie od kierunku momentu pracuje tylko jedna para klinów.

Kliny wzdłużne z łbem W przypadkach gdy istnieje trudność z wybiciem klina, stosowane są czasem kliny z łbem (z noskiem) dla wszystkich wymienionych typów. Kliny te nie cieszą się popularnością, ponieważ wystające łby na obracających się wałach stanowią niebezpieczeństwo dla obsługi maszyn.

Połączenia wpustowe Połączenia wpustowe są połączeniami ruchowymi i kształtowymi. Są to łączniki będące oddzielnymi częściami elementów łączonych, przenikającymi ich powierzchnie. Połączenia wpustowe dzielą się na: - spoczynkowe, w których element zewnętrzny nie przesuwa się względem wału; - przesuwne, w których element zewnętrzny może przesuwać się wzdłuż osi wału. W połączeniach spoczynkowych wpust jest mocno wciśnięty w rowek czopa i piasty (pasowanie N9/h9), a w połączeniach przesuwnych wpust jest mocno wciśnięty w rowek czopa (pasowanie N9/h9) i luźno osadzony w rowku piasty (pasowanie F9/h9).

Wpusty Wpusty w przeciwieństwie do klinów przenoszą moment skręcający jedynie przez nacisk na część bocznej powierzchni wpustu. W rowku piasty nad wpustem istnieje mały luz. W porównaniu z klinami wzdłużnymi wywołują one: Mniejsze przesunięcia mimośrodowe i przechylanie się elementów osadzanych na wale Pozwalają w odpowiednich warunkach uzyskać zamienność części bez konieczności dopasowywania ich przy montażu Wywołują mniejsze spiętrzenie naprężeń w wale niż kliny wpuszczane lub styczne Mają jednak również pewne wady: Nie kasują luzów w połączeniu Nie przenoszą siły ciążącej

Podział wpustów Popularność wpustów jest znacznie większa niż klinów, wypierane są one jednak przez połączenia bezpośrednie, które lepiej odpowiadają nowoczesnym wymaganiom technologicznym. Rozróżniamy wpusty: Zależnie od kształtu: pryzmatyczne i czółenkowe Zależnie od spełnianych zadań: złączne, ustalające i kierujące Zależnie od ustawienia względem osi wału: wzdłużne i czołowe

Wpusty pryzmatyczne Różnią się od klinów wpuszczanych jedynie tym, że nie posiadają zbieżności. Osadzone są zazwyczaj w rowku na wale bez dodatkowego zamocowania. Wpusty z czołem płaskim stosuje się przy rowku wykonanym na wale frezem krążkowym, wpust zaś z czołem zaokrąglonym – przy rowku wykonanym frezem palcowym.

Wpusty czółenkowe Wpusty czółenkowe stosuje się do czopów walcowych lub stożkowych o małej średnicy. Wykonuje się je z krążków. Rowek na wpust w czopie wykonuje się frezem krążkowym. Wpust czółenkowy może być użyty również jako klin, wówczas w rowku piasty daje się pochylenie 1:100.

Wpusty ustalające lub kierujące Wpusty ustalające lub kierujące są umocowane za pomocą wkrętów w rowku wału lub przyrządu oraz mają luźniejsze pasowania w części przesuwnej.

Wpusty czołowe Znajdują czasem zastosowanie przy czołowych połączeniach kołnierzowych walców, co pozwala na stosowanie śrub luźnych.

Montaż połączenia wpustowego

Połączenia zgrzewane Zgrzewanie jest to metoda łączenia elementów, w której powierzchnie zgrzewanego materiału w miejscu połączenia doprowadza się do stanu plastycznego i dociska uzyskując trwałe połączenie. Zależnie od czynników powodujących uplastycznienie powierzchni zgrzewanych, elementów metalowych, podział procesów zgrzewania przedstawia się następująco: zgrzewanie kuzienne, zgrzewanie gazowe, zgrzewanie elektryczne (oporowe), zgrzewanie tarciowe, zgrzewanie wybuchem. Najpowszechniejsze w przemyśle maszynowym są jednak trzy ostatnie.

Połączenia zgrzewane Z kolei zgrzewanie tworzyw sztucznych wykonuje się na dwa różne sposoby: 1.)poprzez wytworzenie energii cieplnej w tworzywie: zgrzewanie prądami wielkiej częstotliwości, zgrzewanie ultradźwiękowe, 2.)poprzez przekazanie energii cieplnej z zewnątrz: zgrzewanie indukcyjne, zgrzewanie gorącym klinem, zgrzewanie gorącym gazem.

Zalety połączeń zgrzewanych: Duża wydajność Duża wytrzymałość złącza Łączenie ze sobą różnorodnych metali Zgrzewalność – zdolność metali do tworzenia przy odpowiednio dobranym planie zgrzewania, pełnowartościowe zgrzeiny bez wad strukturalnych: pęknięć, porowatości, wtrąceń niemetalicznych itp.

Zgrzewanie kuzienne Zgrzewanie kuzienne jest formą zgrzewania zgniotowego. Polega ono na zmniejszeniu granicznej wartości odkształcenia w elemencie poprzez pogrzanie go do około 1350°C - w tej temperaturze tlenki na powierzchni żelaza stapiają się, a pod wpływem kucia są wyciskane poza złącze. Połączenie następuje przy stosunkowo niskich poziomach odkształcenia. Zgrzewanie kuzienne jest najstarszą metodą zgrzewania, a technika ta jest obecnie stosowana głównie w rzemiośle artystycznym.

Zgrzewanie gazowe metali Zgrzewanie gazowe, podobnie jak kuzienne, jest formą zgrzewania zgniotowego. Zasada jego wykonania polega na ogrzaniu palnikiem acetylenowo - tlenowym elementów łączonych i ich dociśnięciu do siebie.

Zgrzewanie oporowe Zgrzewanie oporowe to proces łączenia punktowego elementów metalowych. Połączenie takie powstaje w wyniku przepływu prądu elektrycznego o dużej gęstości i docisku zgrzewanych elementów w miejscu przepływu prądu. Zgrzewanie doczołowo - zwarciowe polega na nagrzaniu styku zwartych doczołowo elementów prądem o dużej gęstości (prądem zwarciowym). Na rezystancji styku jest wydzielane ciepło podobnie jak w zgrzewaniu oporowym. Natomiast zgrzewanie doczołowo - iskrowe wykorzystuje dodatkowe źródło ciepła, którym jest łuk elektryczny (powstaje on w wyniku zwierania i rozwierania łączonych powierzchni).

Zgrzewanie oporowe Parametry zgrzewania oporowego: Prąd przepływający przez zgrzewane elementy wytwarza ciepło na ich rezystancji według prawa Joule'a - Lenza (gdzie za R przyjmuje się rezystancję elementów, i - prąd spawania, a za t - czas przepływu prądu zgrzewania): Ilość ciepła musi być tak dobrana, aby wywołać miejscowe nagrzanie materiału do temperatury bliskiej temperaturze topnienia. Rezystancja zgrzewanych elementów zależy od ich przewodności i siły docisku na nie w miejscu zgrzewania. Dlatego podstawowymi parametrami procesu zgrzewania są: prąd, czas i siła docisku elektrod. Zgrzewanie elementów o tych samych przekrojach może być wykonane przy zastosowaniu parametrów: miękkich - które charakteryzują się mniejszym prądem dłuższym czasem i mniejszą siłą docisku, twardych - które charakteryzują się większym prądem, krótszym czasem i większą siłą docisku.

Zgrzewanie oporowe Rodzaje zgrzewarek oporowych: w zgrzewarkach punktowych, które wykonują pojedyncze zgrzeiny punktowe za pomocą elektrod w kształcie świec, w zgrzewarkach garbowych, których zasada działania polega na przepływie prądu przez elementy łączone, z których jeden ma wytłoczone garby. Elementy te są dociskane za pomocą elektrod w kształcie płaskich płyt (w miejscu garbów powstają zgrzeiny), w zgrzewarkach liniowych, których elektrody krążkowe obracają się po zgrzewanym materiale, a prąd zgrzewania jest impulsowy. Przy odpowiednio dobranych parametrach, zgrzewarka ta umożliwia wykonanie hermetycznego połączenia, zgrzewarką doczołowo - zwarciową, która umożliwia łączenie elementów ze stali i metali nieżelaznych o różnych przekrojach, zależnych od budowy zgrzewarki.

Zgrzewanie tarciowe Zgrzewanie tarciowe jest metodą spajania elementów metalowych wykorzystującą ciepło powstające w wyniku ich wzajemnego tarcia (jednemu lub obydwu elementom łączonym nadaję się dużą prędkość obrotową a następnie dociska się je do siebie) lub tarcia pomiędzy narzędziem a łączonymi elementami. Wydzielanie ciepła, w metodzie konwencjonalnej, następuje na styku zgrzewanych powierzchni dzięki czemu nagrzewane są niewielkie objętości metalu. Nagrzany metal przechodzi w stan plastyczności i jest wydalany ze styku w kierunku promieniowym na skutek działania siły osiowej i sił odśrodkowych (które dodatkowo powodują spęczanie elementów w miejscu styku). W przypadku tarcia wibracyjnego, ciepło wydziela się dzięki temu, że jeden z elementów zgrzewanych jest zamocowany na trwałe a drugi (dociskany do niego) drga i dzięki temu powierzchnie styku doprowadzane są do temperatury podwyższonej plastyczności.

Zgrzewanie tarciowe Trzecim sposobem jest, opracowana w 1991 roku, metoda powodująca mieszanie wewnętrzne spoiny FSW(z ang. friction stir welding). Zgrzeina tworzy się w wyniku przeciskania obracającego się, specjalnie wyprofilowanego, narzędzia w miejscu styku łączonych części. Metodę tą wykorzystuje się między innymi przy łączeniu części roboczych i chwytowych narzędzi skrawających.

Zgrzewanie wybuchem Zgrzewanie wybuchowe jest metodą spajania charakteryzującą się tym, że połączenie części następuje w wyniku docisku dynamicznego łączonych powierzchni wywołanego energią wyzwalającą się przy detonacji materiału wybuchowego. Znane dotychczas sposoby zgrzewania wybuchowego metali i stopów można podzielić na dwie grupy: 1 ) metody polegające na bezpośrednim działaniu ładunku wybuchowego na łączone elementy, 2) metody polegające na działaniu pośrednim.

Zgrzewanie wybuchowe W procesach spawalniczych zastosowanie znalazły metody bezpośredniego działania ładunku wybuchowego na łączone materiały. Źródłem energii przy zgrzewaniu wybuchowym jest paliwo chemiczne w stanie stałym w postaci odpowiedniego materiału wybuchowego. Paliwo to, w wyniku eksplozji przetwarza się w silnie sprężony gaz, mający wysoką temperaturę. Mamy, zatem do czynienia ze zjawiskiem fizycznym wyrażającym się gwałtownym oswobodzeniem energii - detonacją, która wywołuje falę uderzeniową przyciskającą ku sobie łączone elementy. W wyniku gwałtownego zetknięcia łączonych elementów i ich wzajemnego przesunięcia powstaje połączenie z charakterystyczną falistą linią zgrzeiny.

Zgrzewanie wybuchowe Warunkiem niezbędnym do uzyskania poprawnego połączenia są: - odpowiednia prędkość zderzenia zapewniająca przejście materiału w stan plastyczny - dokładne oczyszczenie łączonych elementów - zapewnienie ujścia sprężonych gazów z miejsca styku

Zgrzewanie wybuchowe Proces zgrzewania wybuchowego przebiega, zatem w specyficznych warunkach charakteryzujących się występowaniem w obszarze zderzenia, w czasie zaledwie kilku mikrosekund, ciśnień sięgających kilkudziesięciu tysięcy atmosfer, w wyniku, czego łączone metale są w stanie fizycznym, do którego nie odnoszą się klasyczne prawa wiążące odkształcenie z naprężeniami. Do celów spawalniczych stosuje się materiały wybuchowe w formie płytek, folii, proszku lub pasty. Metoda zgrzewania wybuchowego znalazła szerokie zastosowanie do łączenia materiałów, których łączenie innymi technikami nie jest możliwe, np. połączenia stali z aluminium, ołowiem, miedzią itp. Niektórych materiałów nie da się połączyć bezpośrednio, np. stali i stopów aluminium, dlatego też materiały te łączy się ze sobą przez przekładkę aluminiową.

Zgrzewanie wybuchowe Inne przykłady wykorzystania tego procesu to: zgrzewanie wybuchowe mosiądzu ze stalą bądź stopu tytanu ze stalą z przeznaczeniem na dna sitowe wymienników ciepła; platerowanie wewnętrznej powierzchni rur niskostopowych stalą kwasoodporną stosowane w przemyśle energetycznym; platerowanie stali miedzią z przeznaczeniem na szczęki zgrzewarek; platerowanie miedzi aluminium z wykorzystaniem na odgałęźne zaciski prądowe; złącza stal nierdzewna-srebro, miedź-srebro z wykorzystaniem na styki prądowe.

Zgrzewanie prądami wielkiej częstotliwości Technika zgrzewania prądami wielkiej częstotliwości wykorzystuje zjawisko polaryzacji. Po przyłączeniu zmiennego napięcia do okładzin płaskiego kondensatora jego wsad (elementy łączone) może być nagrzany. Nagrzewanie dielektryków oparte jest na zasadzie pochłaniania energii czerpanej z pola elektrycznego wielkiej częstotliwości. Pod wpływem tego pola istniejące w materiale ładunki, które są związane siłami molekularnymi, ustawiają się lub przemieszczają zgodnie z kierunkiem pola, co powoduje wydzielanie ciepła tarcia. Do zgrzewania i nagrzewania tworzyw sztucznych używa się różnych samowzbudnych generatorów (wzmacniaczy) mocy wielkiej częstotliwości.

Sposoby zgrzewania prądami wielkiej częstotliwości Proces zgrzewania prądami wielkiej częstotliwości można przeprowadzić na dwa różne sposoby: ciągły - elektrodami rolkowymi, cykliczny - elektrodami prostymi. Sposób ciągły polega na tym, że zgrzewany materiał jest przesuwany pomiędzy dwiema przeciwbieżnymi elektrodami dając w efekcie zgrzeinę 50% cieńszą od tworzywa. Wydajność zgrzewania rolkowego nie jest duża i maleje wraz ze wzrostem grubości zgrzewanego materiału. Dodatkowo zgrzewanie odbywa się w sposób ciągły i nie ma możliwości aby folia zastygła pod dociskiem, a stopniowy wzrost docisku powoduje falowanie, czego wynikiem są zmarszczki.

Zgrzewanie prądami wielkiej częstotliwości Sposób cykliczny polega na zgrzewaniu pomiędzy dwoma wydłużonymi elektrodami, które wykonują synchroniczne ruchy. Ich cykl pracy składa się z czterech kolejnych faz: objęcie zgrzewanego materiału przez elektrody, ruch elektrod wraz z zaciśniętym w nich tworzywem w kierunku zgodnym z kierunkiem zgrzewania, rozwarcie elektrod, powrót elektrod do położenia początkowego, przy czym ich położenie jest takie, że początek nowej zgrzeiny pokryje się dokładnie z końcem poprzedniej. Ponieważ zgrzewanie tworzywa następuje wraz z przesunięciem w drugiej fazie, trzy pozostałe fazy mogą się odbywać w dowolnie krótkim czasie, dzięki czemu można uzyskać dużą wydajność.

Zgrzewanie ultradźwiękami Zgrzewanie ultradźwiękowe jest to metoda spajania charakteryzująca się tym, że połączenie materiałów następuje w wyniku jednoczesnego działania docisku i ultradźwiękowych drgań mechanicznych. Zgrzeina ultradźwiękowa tworzy się w wyniku: - zwiększenia energii pobudzonych do drgań atomów sieci krystalicznej na łączonych powierzchniach, - lokalnego wzrostu temperatury na powierzchni styku wskutek tarcia drgających elementów, - intensyfikacji procesów dyfuzyjnych w polu drgań ultradźwiękowych, - zastosowania docisku mechanicznego.

Zgrzewanie ultradźwiękowe Istnieje wiele metod wykorzystania dla celów spawalniczych drgań ultradźwiękowych, jednakże najczęściej wykorzystywane są drgania podłużne i poprzeczne koncentratora. Drgania ultradźwiękowe wywołane zjawiskiem magnetostrykcji powodują ruch wahadłowy końcówki zwanej sonotrodą, w efekcie, czego wskutek tarcia wydziela się ciepło, którego ilość jest uwarunkowana wielkością sił tarcia i szybkością względnych przemieszczeń. Ilość wydzielonego ciepła ułatwiającego proces zgrzewania zależy od częstości i amplitudy drgań oraz siły docisku. Temperatura nagrzania zależy oczywiście również od własności zgrzewanego metalu, czasu zgrzewania oraz od warunków, w jakich odbywa się przekazywanie drgań od sonotrody do łączonych elementów.

Zgrzewanie ultradźwiękowe Proces zgrzewania ultradźwiękowego znajduje zastosowanie do łączenia: - elementów cienkościennych a przede wszystkim folii, - odprowadzeń prądowych kondensatorów, - styków srebrnych ze sprężynami z brązu berylowego w regulatorach czasowych i przełącznikach, - przewodów aluminiowych i miedzianych między sobą, - obudowy tranzystorów itp.

Zgrzewanie ultradźwiękowe Ponieważ metoda ta pozwala uniknąć powstawania związków międzymetalicznych, dzięki jej zastosowaniu udaje się łączenie pomiędzy sobą szeregu różnorodnych metali, zaś powstałe złącza charakteryzują się wysokimi własnościami mechanicznymi. Istotną zaletą zgrzewania ultradźwiękowego jest przede wszystkim możliwość łączenia ze sobą części o minimalnych grubościach, części o znacznej różnicy grubości (np. 1:1000) oraz materiałów istotnie różniących się swoimi własnościami (np. tantalu z krzemem, złota i niklu ze szkłem). Energia drgań ultradźwiękowych okazuje się również bardzo pomocna przy intensyfikacji procesu lutowania niektórych metali, np. aluminium i stopów magnezu. Natomiast w przypadku wprowadzenia drgań do krystalizującego jeziorka spawalniczego jest rozdrobnienie struktury pierwotnej, a tym samym podniesienie własności mechanicznych metalu spoiny.

Zgrzewanie indukcyjne Ten rodzaj zgrzewania stosuje się raczej rzadko i wtedy, gdy inne sposoby zawodzą. Są to najczęściej miękkie wypraski, w których nie można wytworzyć ciepła ultradźwiękami, ani dostarczyć go w żaden inny sposób. Używa się tego zgrzewania także przy twardych wypraskach, których kształt uniemożliwia zgrzewanie ultradźwiękowe. Zgrzewanie indukcyjne za pomocą zwartego zwoju: Zwarty zwój wykonuje się najczęściej z nie izolowanego, cienkiego drutu i umieszcza tak, aby był w bezpośrednim kontakcie dwóch łączonych elementów. Zwój nagrzewa się strumieniem magnetycznym wielkiej częstotliwości, a elementy dociska się z odpowiednią siłą. Roztopiona masa tworzywa łączy się w jedną całość, a zwarty zwój pozostaje w tej masie na stałe. Ważne jest, aby zwarty zwój miał na całym swym obwodzie jednakowy przekrój - jest to warunek jednakowego nagrzewania

Zgrzewanie gorącym klinem Za pomocą gorącego klina zgrzewa się folie i jest to jeden z najprostszych sposobów zgrzewania. Sprawność energetyczna tego procesu jest bardzo duża ze względu na brak strat ubocznych Schemat zgrzewania za pomocą gorącego klina: Obracające się rolki dociskają tworzywo, które nagrzewa się o gorący klin (zanim wejdzie pomiędzy te rolki). Tworzywo roztapia się na powierzchni i dociśnięte w takim stanie, łączy się z sobą na stałe.

Zgrzewanie gorącym klinem W czasie zetknięcia się folii z gorącym klinem, część tworzywa wypala się, ponieważ klin ma nadwyżkę temperatury w stosunku do temperatury topnienia tworzywa. Ilość spalonego tworzywa w zgrzeinie nie jest duża i nie ma wpływu na wytrzymałość zgrzeiny. Taka nadwyżka jest konieczna ze względu na zachowanie odpowiedniej wydajności zgrzewania. Charakterystyczne w tej metodzie jest to, że temperatura klina wzrasta wraz z prędkością zgrzewania, a prędkość zgrzewania jest stała przy danej temperaturze.

Zgrzewanie gazowe tworzyw sztucznych Zgrzewanie tworzyw sztucznych realizowane jest przy zastosowaniu gorącego powietrza. Jest ono bardzo wygodne i stanowi doskonały nośnik energii cieplnej. Zaletą zgrzewania gorącym powietrzem jest fakt, że można tą metodą zgrzewać różne tworzywa termoplastyczne, niezależnie od kształtu łączonych elementów. W celu skutecznego łączenia elementów jest wymagana odpowiednia temperatura powietrza (jest ona zależna od tworzywa i warunków zgrzewania), którym zgrzewane są elementy. Zwiększając masę gorącego powietrza można obniżyć jego temperaturę i ciśnienie, przy zachowaniu tej samej jakości zgrzeiny. Dobierając parametry zgrzewania, należy zawsze zwracać uwagę na szybkość powietrza wylatującego z dyszy, gdyż nadmierna jego wartość może powodować wyrywanie cząsteczek nagrzanego tworzywa. Stosując tą metodę przy zgrzewaniu folii, wystarczy powierzchnie tworzyw nagrzać do temperatury ich topnienia i natychmiast docisnąć do siebie. Możliwe jest to przy zastosowaniu systemu rolkowego. Temperatura tak wykonanego połączenia szybko się obniża i w ten sposób uzyskuje się znaczne wydajności procesu.

Połączenia zgrzewane

Połączenia zgrzewane

Połączenia klejone Klejenie jest to metoda łączenia materiałów za pomocą kleju, który w stanie ciekłym lub półpłynnym wypełnia szczelinę między dociśniętymi powierzchniami łączonych elementów. Połączenie uzyskuje się dzięki przyczepności kleju do materiału łączonego oraz zjawisk adhezji i kohezji. Kleić można wszystkie materiały mające postać stałą. W prezentacji zajmiemy się jednak jedynie klejami łączącymi metale.

Klejenie metali Zastosowanie połączeń klejonych: Łączenie metali za pomocą klejenia jest coraz częściej stosowane ze względu na dużą wytrzymałość połączenia, brak naprężeń w złączu oraz niskie koszty tej technologii łączenia. Zaletami połączeń klejonych są ponadto zdolność tłumienia drgań, możliwość wykonania połączenia bez stosowania obrabiarek, drogich narzędzi i materiałów oraz brak zjawisk elektrochemicznych, występujących zwykle podczas łączenia metali innymi metodami. Wadą połączeń klejonych jest ich stosunkowo mała odporność na wzrost temperatury otoczenia (maleje wówczas wytrzymałość połączenia). Niektóre kleje są mało odporne na działanie gleby, mimo że są jednocześnie odporne na działanie benzyny i olejów. Można jednak połączenie uodpornić na działanie wody przez pomalowanie złącza.

Klejenie metali Metodą klejenia łączyć można ze sobą nie tylko metale i stopy, ale także metale z nie metalami, metale z tworzywami sztucznymi, szkłem, porcelaną, tkaninami i innymi materiałami. Klejenie metali jest stosowane w produkcji nowych wyrobów oraz w naprawie maszyn i urządzeń. Połączenia klejone metali są obecnie stosowane w konstrukcjach lotniczych, pojazdach samochodowych, taborze kolejowym i wielu innych maszynach i urządzeniach. Naprawa części maszyn klejeniem i kitowaniem z użyciem kitów, najczęściej epoksydowych, ma wiele zalet: A) technologia klejenia i kitowania jest bardzo prosta, bez konieczności stosowania specjalnych maszyn i narzędzi, B) istnieje możliwość dokonania naprawy bez demontażu lub przy częściowym demontażu maszyn czy urządzenia oraz bez konieczności używania dźwigów, C) można dokonać naprawy w miejscu wystąpienia awarii, D) obróbka wykańczająca po naprawie jest prosta, E) naprawy można dokonać w miejscach trudno dostępnych, F) połączenie odznacza się dobrą szczelnością

Rodzaje klejów Do klejenia metali używa się najczęściej klejów epoksydowych, fenolowych, karbinolowych, poliuretanowych, kauczukowych, poliestrowych, silikonowych, winylowych i poliamidowych. Kleje i kity składają się przede wszystkim z żywicy podstawowej oraz utwardzacza i rozcieńczalnika. Niekiedy stosuje się jeszcze przyspieszacze, środki modyfikujące i napełniacze. Najczęściej klej przyrządza się bezpośrednio przed użyciem, dodając do żywicy utwardzacza i rozcieńczalnika lub innych środków. Kleje są na ogół dostarczane w zestawach i zawierają dokładny opis przygotowania kleju i technologii klejenia. Kleje epoksydowe produkuje się w Polsce pod nazwą Epidian. Kleje te są oznaczone różnymi numerami zależnie od zastosowania i własności. Epidian 5 – utwardzany na zimno – należy przed użyciem przygotować, dodając do żywicy epoksydowej utwardzacza w ilości dziesięciokrotnie mniejszej w stosunku do ilości żywicy. Utwardzacz należy bardzo dokładnie i równomiernie wymieszać z żywicą, aby otrzymać dobrą jednorodność klejonego złącza. Czas mieszania powinien wynosić około 3 minut. Do mieszania należy używać szklanej pałeczki.

Rodzaje klejów Powierzchnie przeznaczoną do sklejenia należy dokładnie oczyścić i zmyć załączonym do kleju specjalnym zmywaczem, a następnie nałożyć cienką warstwę kleju na powierzchnię obu klejonych części i dokładnie docisnąć. Czas utwardzania kleju w temperaturze pokojowej wynosi 12 godzin. Klej ten (podobnie jak pozostałe) jest sprzedawany w zestawie składającym się z żywicy utwardzacza i zmywacza do oczyszczenia klejonej powierzchni. Epidian 100 – utwardzany na gorąco – jest gotowym klejem, czyli nie wymaga dodawania utwardzacza ani innych składników przed użyciem. Ma on postać żółtego lub pomarańczowego proszku. W temperaturze 40 do 50 stopni C ma konsystencje ciastowatą, a w temperaturze 100 do 120 stopni C staje się cieczą. Klej przed użyciem należy podgrzać i w postaci płynnej lub półpłynnej nałożyć na powierzchnie klejone po uprzednim ich oczyszczeniu. Utwardzenie kleju następuje wyłącznie na gorąco w temperaturze 130 do 190 stopni C. Czas utwardzania zależy od temperatury utwardzania. Minimalny czas utwardzania w temperaturze 150 stopni C wynosi 4 godziny, a w temperaturze 190 stopni C – 50 minut. Nadaje się wyłącznie do klejenia i jest nanoszony na powierzchnie rozgrzane.

Rodzaje klejów Epidian 51, 52, 53 i 58 – jest używany do klejenia oraz do klejenia połączonego z laminowaniem. Epidian 55 jest stosowany do klejenia, klejenia z laminowaniem i kitowania Epidian 101 stosuje się głównie do klejenia i uszczelnienia odlewów. W przeciwieństwie do Epidianu 100 może być on nanoszony na zimne powierzchnie. Klej ten utwardza się tylko w temperaturze 130 do 190 stopni C, podobnie jak Epidian 100. składa się on z dwóch płynnych składników, które miesza się ze sobą bezpośrednio przed użyciem. Oprócz klejów stosuje się także pasty. Pasta Epidian 410 służy przede wszystkim do kitowania, szczególnie elementów ze stopów aluminium. Może być również zastosowana do klejenia. Epidiany 430 i 433 są kitami i składają się z dwu składników. Oba składniki miesza się ze sobą bezpośrednio przed użyciem. Kity te znajdują również zastosowanie do kitowania przedmiotów ceramicznych, betonowych i kamiennych. Do klejenia metali znajduje zastosowanie również klej karbinolowy stabilizowany. Czas utwardzania kleju w temperaturze pokojowej wynosi od trzech do pięciu dni. Obecnie można stosować wiele innych, dostępnych klejów, których cechą eksploatacyjną jest bardzo krótki czas uzyskania prawidłowego połączenia (np. Cyjanopan, PASCFIX).

Kleje cyjanoakrylowe Jednoskładnikowe kleje cyjanoakrylowe ulegają polimeryzacji w kontakcie z powierzchniami lekko alkalicznymi. Na ogół wilgotność w powietrzu i na klejonych powierzchniach wystarcza, aby w ciągu kilku sekund nastąpiło utwardzenie. Najlepsze wyniki dają warunki robocze, kiedy względna wilgotność otoczenia wynosi 40 do 60% w temperaturze pokojowej. Niższa wilgotność powoduje wolniejsze utwardzanie, wyższa z kolei przyspiesza ten proces, jednak może spowodować osłabienie końcowej wytrzymałości kleju. Typowe zastosowania klejów cyjanoakrylowych: klejenie uniwersalne - powierzchnie porowate i lekko kwaśne, klejenie uniwersalne - tworzywa trudne do klejenia, bardzo szybkie utwardzanie, klejenie uniwersalne - stosowane tam, gdzie ważna jest estetyka złącza, klejenie tworzywa sztucznego z metalem, klejenie metalu do metalu lub innych materiałów.

Kleje anaerobowe Cechy klejów anaerobowych szybkie utwardzanie, dopuszczalna chropowatość powierzchni do 40 µm (Rz), działanie uszczelniające przy b. dobrej odporności chemicznej, dobra odporność na wibracje i obciążenia dynamiczne. Kleje utwardzane anaerobowo stosuje się m.in. do: zabezpieczania i uszczelniania gwintów, uszczelniania powierzchni, klejenia części cylindrycznych.

Przygotowanie do klejenia powierzchni metalu Powierzchnie klejone powinny być bez ciał obcych i jednorodne. Powierzchnie pokryte smarem lub w jakikolwiek inny sposób zanieczyszczone nie nadają się do klejenia. Przygotowanie powierzchni stali do klejenia polega na mechanicznym oczyszczeniu powierzchni za pomocą szlifowania na szlifierce lub za pomocą piaskowania. Jako operację końcowa stosuje się zwykle odtłuszczanie w ciekłym trójchloroetylenie lub w jego parach. Jeżeli powierzchnia jest ogrzewana w czasie nakładania kleju, to wystarczy samo odtłuszczanie. Jako środki obróbki chemicznej stosuje się również krótkotrwałe kąpiele w stężonym roztworze amoniaku, po którym następuje przemywanie wodą i suszeniu w piecu. Przygotowanie powierzchni stopów aluminium polega przeważnie na chemicznym oczyszczeniu. Powierzchnie miedzi i jej stopów mogą być przygotowane mechanicznie i chemicznie.

Przygotowanie do klejenia powierzchni metalu Przygotowanie powierzchni zapewniające największą wytrzymałość na ścinanie połączeń klejonych składa się z następujących operacji: A) odtłuszczanie w parach trójchloroetylenu w ciągu około 5 minut, B) odtłuszczanie w specjalnym ciekłym rozpuszczalniku w ciągu około 20 minut, C) płukanie w zimnej wodzie około 5 minut, D) trawienie w temperaturze 60 stopni C w roztworze o składzie: 27,3 części (masy) kwasu siarkowego, 7,5 części dwuchromianu sodowego, 65,2 części wody, E) płukanie w wodzie o temperaturze nie wyższej niż 65 stopni C w ciągu około 5 minut, F) suszenie gorącym powietrzem w ciągu około pół godziny.

Proces klejenia Proces klejenia metali składa się z dwu operacji: A) naniesienia kleju na powierzchnię elementów łączonych, B) dociśnięcia klejonych powierzchni do siebie i utrzymania docisku, aż do doprowadzenia lepkiej masy kleju do postaci nieodwracalnie utwardzonej. Klej na powierzchnie łączone nanosi się za pomocą pałeczki szklanej, pędzla lub pistoletu natryskowego. Powierzchnię najczęściej pokrywa się dwiema warstwami. Ilość nałożonego kleju decyduje o wytrzymałości połączenia klejonego. Zbyt mała ilość kleju powoduje obniżenie wytrzymałości połączenia klejonego. Przed sklejeniem części należy pamiętać o wstępnym podsuszeniu warstwy naniesionego kleju do stanu największej przylepności. Po ustawieniu i dociśnięciu sklejanych elementów należy uniemożliwić ich wzajemne przesuwanie się. Proces sklejania (utwardzania klejów) jest zależny od temperatury, ciśnienia i czasu, dlatego sklejania dokonuje się na prasach.

Proces klejenia Utwardzanie warstwy klejowej w złączu zależy w znacznej mierze od kształtu klejonych części. Najprościej proces tan przebiega, gdy mamy do czynienia z klejem utwardzalnym w temperaturze pokojowej i bez udziału ciśnienia. W tym przypadku do prawidłowego sklejenia części płaskich wystarczy zastosowanie zwykłych zacisków lub belek dociskowych. Elementy łączone uważa się za sklejone wówczas, gdy klej dobrze stwardnieje. Należy przestrzegać ściśle czasu wymaganego do utwardzenia, który jest dla każdego kleju ściśle określony i podany w opisie używania kleju. Dopiero po upływie tego czasu można użytkować element klejony. Oczyszczanie sklein może się odbywać – po stwardnieniu wycieków – za pomocą skrobaków ręcznych lub przyrządów zmechanizowanych. Lepiej jednak jest usunąć nadmiar kleju przed jego utwardzeniu poprzez potarcie tkaniną umoczoną w odpowiednim rozpuszczalniku.

Proces klejenia Próbki bardziej odpowiedzialnych połączeń klejonych poddaje się badaniom wytrzymałościowym. Jakość klejenia zależy od kontroli dokonywanej w każdym etapie cyklu produkcyjnego. Kontrola wstępna ma miejsce w czasie przyjmowania i przechowywania kleju w magazynie. Kontrola podczas klejenia polega na sprawdzeniu jakości przygotowanej powierzchni i ścisłym przestrzeganiu warunków klejenia oraz na przygotowaniu próbek kontrolnych z zachowaniem tych samych parametrów klejenia i warunków pracy. Kontrola końcowa polega na kontroli gotowego zespołu. W przypadku wykonania lub naprawy zbiorników metodą klejenia kontrola polega również na sprawdzaniu ich szczelności.

Zasady bezpiecznej pracy podczas klejenia Wszystkie operacje w procesie technologicznym klejenia należy wykonywać w rękawicach gumowych, w fartuchu szczelnie przylegającym do szyi i przegubu rąk. Wskazane jest pokrywanie skóry rąk, szyi i twarzy kremem ochronnym. Gdy podczas klejenia ma się do czynienia bezpośrednio z odczynnikami chemicznymi, to należy używać okularów ochronnych. Szczególną uwagę należy zachować przy posługiwaniu się trójchloroetylenem (szkodliwym dla zdrowia), w tych przypadkach należy pracować przy włączonych wentylatorach i wyciągach. W pomieszczeniach, w których dokonuje się klejenia, istnieje duże zagrożenie pożarowe i dlatego nie wolno w tych pomieszczeniach palić papierosów ani używać otwartego ognia. Pomieszczenia te powinny być starannie wietrzone.

Kleje utwardzane światłem UV Czas utwardzania klejów zależy od natężenia i długości fal światła UV. Dlatego prawidłowa polimeryzacja wymaga zawsze doboru źródła promieniowania UV do danego produktu. Procesy utwardzania UV dzieli się na dwa rodzaje: utwardzanie wskrośne przez promieniowanie UV, utwardzanie powierzchniowe przez promieniowanie UV. Kleje utwardzane światłem UV charakteryzują się następującymi własnościami: znaczna wytrzymałość, wysoka zdolność wypełniania szczelin, krótkie czasy utwardzania do osiągnięcia wytrzymałości ręcznej, dobra odporność na środowisko.

Zastosowanie klejów utwardzanych światłem UV Typowe zastosowanie dla tych klejów to: klejenie szkła do szkła lub do metalu, klejenie tworzyw przezroczystych, klejenie i uszczelnianie elementów elektronicznych, powlekanie płytek do zastosowań w elektronice, klejenie części metalowych i z tworzyw sztucznych.

Połączenia sworzniowe Za pomocą sworzni łączy się: Blachy Pręty Drągi Tłoki z korbowodami w silnikach i pompach Sworznie zabezpieczone są przed wysunięciem za pomocą łbów, podkładek, zawleczek, nakrętek, kołków lub pierścieni.

Sworznie W połączeniach sworzniowych ruchowych stosuje się unieruchomienie sworznia w jednym z elementów przez ciasne pasowanie, przekołkowanie itp. Rozróżnia się następujące ważniejsze rodzaje sworzni: Bez łba Z dużym łbem walcowym Z czopem gwintowym Noskowe

Sworznie Często spotykane w budowie maszyn sworznie drążone są nieznormalizowane. Sworznie bez łba i sworznie z łbami walcowymi zabezpieczone są przed wysunięciem podkładkami i zawleczkami, pierścieniami osadczymi lub sprężynującymi. Sworznie z czopem gwintowanym mają łeb ścięty pod klucz lub łeb sześciokątny.

Sworznie Przykłady połączeń sworzniowych: a.) połączenie widełkowe b.) sworzeń tłokowy

Sworznie Sworznie: a.) bez łba b.) z małym łbem walcowym c.) z dużym łbem walcowym

Źródła prezentacji „Poradnik inżyniera” wyd. NTW „Części maszyn” Witold Korewa Internet

KONIEC