Połączenia adhezyjne (zwłaszcza klejenie) są coraz
częściej stosowane w przemyśle. Jest to związane
z wieloma zaletami klejów i połączeń klejowych [9, 11,
12]. Technika wykonywania połączeń klejowych, dzięki
postępowi w dziedzinie chemii materiałów adhezyjnych
ciągle się rozwija, a jej znaczenie w przemyśle nieustannie
wzrasta.
Połączenia klejowe w technologii montażu maszyn
i urządzeń zyskują coraz większe zainteresowanie spośród
różnych rodzajów wykonywanych w przemyśle
połączeń materiałów konstrukcyjnych [10, 14]. Jest to
spowodowane szybkim rozwojem materiałów adhezyjnych
stosowanych w przemyśle. W nowoczesnych
konstrukcjach często projektuje się elementy maszyn
z kompozytów, m.in. z kompozytu węglowego. Skuteczność
wykonywania połączeń klejowych w dużym stopniu
zależy od doboru odpowiedniego kleju oraz od uzyskanych
parametrów powierzchni łączonych elementów
[1, 2, 5].
Celem pracy było określenie skuteczności łączenia
kompozytu węglowego z wykorzystaniem klejów. W pracy
analizie poddano konstrukcje klejone różnymi klejami,
istotnie różniącymi się sztywnością.
Metodyka badań
Badania przeprowadzono na próbkach wykonanych
z kompozytu węglowego o wymiarach 3,4×25×100 mm.
Złącze klejowe wykonano z użyciem trzech klejów:
Loctite EA 9484, Loctite 4090 oraz Loctite EA 9466.
Wszystkie próbki oczyszczono i odtłuszczono trzykrotnie
środkiem odtłuszczającym Loctite 7063, a następnie
sklejono. Proces sieciowania kleju przebiegał
w temperaturze otoczenia wynoszącej 21-24°C, przy
wilgotności względnej 45-55%. Wartość ciśnienia jednostkowego
wywieranego na powierzchnię próbek
w procesie klejenia wynosiła 0,2 MPa. Czas utwardzania
ustalono na stałym poziomie 168 godz.
W tab. I przedstawiono wybrane właściwości użytych
klejów w stanie utwardz więcej »
Producenci samolotów od lat dążą do uzyskania jak
najniższej masy statków powietrznych. Jednym ze sposobów
redukcji masy jest łączenie elementów konstrukcyjnych
za pomocą kleju, ponieważ w połączeniach mechanicznych
masa elementów łączących jest kilka razy
większa niż masa kleju tworzącego te same połączenia.
Jednak, aby efektywnie wykorzystywać połączenia klejowe,
należy znać ich właściwości. Jednym z istotnych
parametrów wytrzymałościowych połączeń klejowych,
stosowanych do łączenia elementów w konstrukcjach
lotniczych jest udarność, której badaniom poświęcono
prezentowany artykuł.
W artykule zaprezentowano wyniki analizy rodzaju
zniszczenia oraz prawidłowości przełomów udarowych
połączeń klejowych. W testach stosowano metodykę
badania udarności z wykorzystaniem próbek blokowych,
w których spoina klejowa jest niszczona przez udarowe
obciążenia ścinające. Używając tej technologii, energię
traconą podczas niszczenia próbki - czyli wytrzymałość
udarową połączenia [6] można wyznaczyć na podstawie
różnicy wysokości wahadła przed i po uderzeniu. Badania
tą metodą są trudne do powtórzenia ze względu na konieczność
bardzo dokładnego zachowania parametrów
próbek oraz warunków badań [1, 2, 3, 5]. W badaniach
analizowano przełomy połączeń klejowych elementów
stalowych oraz duraluminiowych łączonych klejami Epidian
57/Z1 lub Loctite 3421.
Metodyka badań
W celu przeprowadzenia badań udarowych wykonano
130 klejonych próbek blokowych (rys. 1) ze stopu
aluminium 2017A lub stali zwykłej jakości S235.
Jako tworzywa adhezyjne zastosowano Epidian 57
z utwardzaczem Z1 oraz klej konstrukcyjny Loctite 3421,
które wytypowano jako dwa kleje o istotnej różnicy modułu
Younga (dla Epidian 57/Z1 - E = 1800 MPa, dla
Loctite 3421 - E = 965 MPa). Do badań przygotowano
5 serii próbek duraluminiowych i 5 serii próbek stalowych
o liczności 10, łączonych kompozycją Epidian
57/Z1 oraz 2 serie próbek duraluminiowych i 1 serię
próbek stalowych, połączony więcej »
Redukcja kosztów wytwarzania implikuje poszukiwania
innowacyjnych rozwiązań i technologii łączenia elementów,
które są uwarunkowane wieloma czynnikami, do
których należą m.in. [4]:
- niezawodność, lekkość i szczelność konstrukcji
przy zachowaniu wysokiej wytrzymałości oraz
sztywności,
- redukcja ilości części składowych zespołów oraz ich
połączeń.
Wszystkie maszyny, urządzenia bądź mechanizmy
złożone są z części składowych. Za jeden z najbardziej
efektywnych i łatwych sposobów łączenia elementów
uważane jest połączenie zatrzaskowe, przy którym jedna
część jest wciskana w drugą według ustalonej pozycji.
Prawidłowość wykonania tego połączenia zależy w dużym
stopniu od zastosowanej siły wciskania, niezbędnej
do połączenia jednostek montażowych. Ze względu na
złożoną geometrię, połączenia zatrzaskowe są stosowane
głównie podczas montażu elementów wielkogabarytowych
[1-3, 5, 6].
Istotne znaczenie na pewność (bezpieczeństwo
w eksploatacji) takiego połączenia ma dokładność wykonania
poszczególnych elementów zatrzasku oraz odpowiednio
dobrane pasowania miedzy nimi. Wynika to
z tego, że uzyskanie prawidłowego połączenia zatrzaskowego
opiera się na sprężystości jego elementów, dlatego
też ich geometria oraz wzajemne pasowanie powinny być
tak dobrane, aby w trakcie montażu nie wystąpiło przekroczenie
granicy plastyczności materiału, z którego są
one wykonane [3,7].
WPŁYW DOKŁADNOŚCI WYKONANIA ELEMENTÓW POŁĄCZENIA
ZATRZASKOWEGO NA PRZEBIEG MONTAŻU
Infl uence of machining accuracy of snap fi t joint elements on assembly process
Józef KUCZMASZEWSKI, Waldemar ŁOGIN, Paweł PIEŚKO, Tomasz SADOWSKI,
Magdalena ZAWADA-MICHAŁOWSKA
S t r e s z c z e n i e: W pracy przedstawiono analizę wpływu dokładności wykonania elementów połączenia zatrzaskowego na
przebieg montażu, a w szczególności na wartości sił zamykających. Jednym z najbardziej efektywnych i łatwych sposobów
łączenia elementów jest połączenie zatrzaskowe, które jest stosowane do mon więcej »
Jakość złączy spawanych decyduje o właściwościach
użytkowych łączonych części takich jak np.: właściwości
mechaniczne, fi zyczne i estetyczne. Obecnie do poprawy
własności mechanicznych stopów metali wykorzystuje się
obróbki chemiczne, termiczne i mechaniczne.
Jedną z metod mechanicznej obróbki wykańczającej,
umożliwiającej uzyskanie warstwy wierzchniej
o szczególnie korzystnych właściwościach jest obróbka
nagniataniem. Biorąc pod uwagę sposób oddziaływania
sił nagniatania na przedmiot obrabiany można wyróżnić:
nagniatanie statyczne i dynamiczne [12]. Pneumokulowanie
jako jedna z odmian dynamicznego umacniania powierzchni
korzystnie wpływa na stan warstwy wierzchniej
oraz wytrzymałość zmęczeniową części maszyn [5-8].
Proces pneumokulowania został szeroko przeanalizowany
teoretycznie i praktycznie [5, 6, 13, 14, 9, 11, 2].
Do głównych zalet tej metody można zaliczyć obróbkę
części w trudno dostępnych miejscach, brak elementów
szybko zużywających się [3], a także możliwość zaprojektowania
urządzeń o przeznaczeniu specjalnym.
Przykładem mogą być np.: urządzenia do pneumokulowania
wałków, łopatek turbin parowych, głowice pionowe
oraz poziome do kulowania otworów czy ręczne
urządzenia do miejscowego pneumokulowania [4].
Efektywność pneumokulowania zależy od parametrów
procesu, rodzaju obrabianego materiału oraz obróbki
mechanicznej. Procesem pneumokulowania można
również łatwo sterować przez zmianę ciśnienia powietrza
doprowadzanego do dyszy, czasu trwania obróbki,
wymianę kulek czy też konstrukcję dyszy [4]. Odpowiednie
ukształtowanie dyszy umożliwia otrzymanie różnego
kształtu strumienia kulek, dzięki zastosowaniu kilku dysz
z oddzielnym sterowaniem ciśnieniem i czasem pracy
można uzyskać różną intensywność nagniatania w różnych
miejscach, co świadczy o elastyczności technologii
pneumokulowania.
Proces ten powoduje również wzrost wytrzymałości
zmęczeniowej złączy spawanych. Spawanie wprowadza
do materiału naprężenia rozci więcej »
Przedmiotowe uchwyty obróbkowe to podstawowe
składniki pomocy warsztatowych, które muszą być stosowane
w praktyce produkcyjnej. Ważne jest odpowiednie
zamocowanie przedmiotu obrabianego oraz wymagana
dokładność wymiarowo-kształtowa, którą warunkuje
m.in. sposób ustalenia w przestrzeni roboczej obrabiarki.
Wśród wielu rodzajów konstrukcji wyróżnić można trzy
zasadnicze grupy oprzyrządowania przedmiotowego:
uchwyty uniwersalne, specjalne oraz modułowe, czyli
składane [4,5,11].
Uchwyty modułowe powstały w wyniku praktycznego
zapotrzebowania na skrócenie czasu projektowania i wykonania
oprzyrządowania. Historycznie, często działały
wypożyczalnie tego typu uchwytów, zaś obecnie zakupić
można niezależnie dowolne zestawy elementów, które proponuje
na rynku stosunkowo duża liczba specjalistycznych
fi rm, np. [7-10]. Przykład projektu uchwytu modułowego
wykonanego w programie TopFix fi rmy MTS pokazano na
rys. 1. Elementy, z których przeprowadzono konfi gurację
oprzyrządowania modułowego to głównie: podstawy - płyty
i kolumny, elementy ustalające, mocujące i złączne.
W projektowaniu uchwytów specjalnych można posłużyć
się odpowiednimi wytycznymi normatywnymi
(elementy znormalizowane), elementami handlowymi
(produkowanymi seryjnie lub masowo), ale czas projektowania
jest dłuższy niż w przypadku uchwytu składanego.
O kosztach oprzyrządowania przypadających na
jednostkę produkowanego wyrobu decyduje już wielkość
serii, czy możliwości obrabiarki. W przypadku obrabiarek
CNC udział oprzyrządowania spec więcej »
Technologia klejenia znajduje zastosowanie w różnych
branżach przemysłu, takich jak: lotnictwo, budownictwo,
przemysł maszynowy oraz samochodowy [1, 4].
Głównymi zaletami procesu klejenia jest w wielu przypadkach
wysoka wytrzymałość połączeń klejowych, mała
masa klejonych konstrukcji, brak korozji elektrochemicznej,
a także niewielki koszt jednostkowy wytworzenia
połączenia [7]. Ten sposób łączenia pozwala również na
wyeliminowanie z konstrukcji wielu drobnych części, takich
jak: nity lub śruby, co z kolei pozwala na obniżenie
kosztów produkcji. Wykorzystanie kleju niesie także ze
sobą względy estetyczne, gdyż podczas wykonywania
spoin klejowych nie tworzą się np. szwy obniżające estetykę
wyrobu [2, 5].
Dzięki szerokiemu rozwojowi wiedzy w zakresie
stosowania klejów do łączenia tworzyw polimerowych,
rozwinął się także sam zakres ich stosowania [1, 3, 4].
Technika łączenia, jaką jest klejenie, pozwala na wytwarzanie
obwodów drukowanych z folii metalowej
i podłoża z tworzywa polimerowego, laminowanie papieru
i drewna tworzywami polimerowymi, łączenie bardzo
małych elementów, a także budowę odpornych na korozję
wykładzin zbiorników z drewna, betonu lub metali.
Istotnym aspektem stosowania klejenia jest łączenie
elementów o dużych rozmiarach, zwłaszcza w konstrukcjach
wielkogabarytowych, gdyż często pewne elementy
konstrukcji można przyłączyć jedynie tą metodą. Jest ona
też niezawodna przy wykonywaniu elementów od których
wymagana jest szczelność, takich jak zbiorniki na ciecze
lub gazy [4]. Ważną zaletą klejenia jest też to, że podczas
wykonywania połączeń klejowych, w wielu przypadkach
nie następuje ingerencja w strukturę powierzchni łączonych
materiałów.
Interesującym zagadnieniem jest wykorzystanie technologii
klejenia w motoryzacji [2, 6, 9], w tym podczas
produkcji autobusów [2]. Połączenia klejowe są jednym
z rodzajów połączeń montażowych stosowanych podczas
produkcji autobusów, oprócz połączeń spawanych, nitowanych
więcej »
Współcześnie od gotowego wyrobu oczekuje się
najwyższej jakości, szczególnie w przypadku wyrobów
oferowanych przez przemysł motoryzacyjny, elektroniczny
i metalowy [8].W celu sprostania wymaganiom rynku
coraz powszechniej stosuje się roboty przemysłowe, które
stają się w ten sposób jednym z ważniejszych ogniw
procesu produkcyjnego, gwarantujących zarówno jego
właściwy przebieg, jak i prawidłowe działanie gotowego
wyrobu.
Zrobotyzowany proces montażu ma bezpośredni
i znaczący wpływ na parametry jakościowe wyrobu,
tj.: niezawodność (zdolność do pracy bezusterkowej),
trwałość (okres zachowania cech użytkowych) i bezpieczeństwo
użytkowania [4]. Cechami charakteryzującymi
pracę robota przemysłowego (element zrobotyzowanego
stanowiska montażowego) jest dokładność (AP) [9]
i powtarzalność (RP) [5] pozycjonowania. Do dalszych
rozważań przyjęto ich stałe, niezmienne wartości - założenie
to umożliwi analizę przebiegu danej operacji
montażu pod względem stałych podczas ruchu parametrów
pracy robota, np. prędkości, położenia punktów lub
sygnałów I/O.
Budowa dydaktycznego zrobotyzowanego stanowiska montażowego
Głównym elementem dydaktycznego stanowiska
zrobotyzowanego jest robot IRB140T fi rmy ABB programowany
za pomocą kontrolera IRC5. Obecne stanowisko
zrobotyzowane (rys. 1b) zamodelowano w programie RobotStudio
6.03 (rys. 1a) - takie rozwiązanie pozwoliło na
programowanie robota, testowanie i symulowanie jego
pracy, a po pozytywnej weryfi kacji uruchomienie programu
na rzeczywistym obiekcie.
Praca w środowisku wirtualnym umożliwia zaprogramowanie
poszczególnych pozycji robota, wynikających
z przebiegu procesu technologicznego, a w przypadku
nieprawidłowego jego działania, np. kolizji, szybką korektę
w celu uniknięcia dodatkowych strat i kosztów na stanowisku
produkcyjnym. Na przedstawionym sta więcej »
Materiały kompozytowe, mające coraz szersze
zastosowanie szczególnie w konstrukcjach lotniczych,
mimo wielu oczywistych zalet, mają pewne ograniczenia,
które sprawiają, że nie mogą występować w całej
konstrukcji statku powietrznego. Ograniczenie to dotyczy
szczególnie miejsc w konstrukcji, gdzie występuje
wysoka temperatura. W związku z powyższym istnieje
częsta konieczność łączenia kompozytów polimerowowłóknistych
z innymi materiałami, głównie metalami
takimi jak stopy aluminium i tytanu [13]. Połączenia
adhezyjne mają tę przewagę nad techniką nitowania,
popularnie występującą w budowie statków powietrznych,
że nie wymagają wykonania otworów, będących
często przyczyną koncentratorów naprężeń, a także nie
wpływają w tak istotny sposób na wzrost masy konstrukcji
jak nity [13].
Większość dostępnych opracowań naukowych, poruszających
tematykę wytrzymałości połączenia adhezyjnego
pomiędzy blachą ze stopu aluminium a kompozytem
polimerowo-włóknistym, skupia się jedynie na
wytrzymałości na ścinanie lub na mechanizmie pękania.
Do analizy pękania najczęściej stosuje się próbki
w formie podwójnej belki wspornikowej, tzw. Double
Cantilever Beam. Celem takich badań jest określenie
zachowania propagacji pęknięć oraz uzyskanie danych
energetycznych do numerycznej analizy mechanizmu
pękania [6, 8]. Z kolei do wyznaczania wytrzymałości
na ścinanie rozpatrywanych połączeń, badaniom poddaje
się zwykle jedno- lub dwuzakładkowe połączenia
metal-kompozyt [4, 7, 11, 12]. Wielu autorów podejmuje
także zagadnienie analitycznej oraz numerycznej analizy,
związanej z wytrzymałością na ścinanie połączenia
klejonego różnych materiałów [1, 5, 9].
Rozpatrując zagadnienie łączenia adhezyjnego materiałów
o znacząco różnych współczynnikach rozszerzalności
cieplnej, należy mieć na uwadze naprężenia
w płaszczyźnie połączenia tych materiałów, będących
przyczyną zmiennej temperatury pracy, co może przyczynić
się do obniżenia wytrzymałości połączenia. Stąd więcej »
Tytuły artykułów zamieszczanych w miesięczniku naukowo-technicznym p.t. "Montaż w budowie maszyn i przyrządów"
wydawanego przez Maszynostrojenije, Moskwa, Rosja (Sborka)
Sborka nr 10, 2016 (195)
1. Zwiększenie wydajności obróbki na wiertarko-frezarko-
wytaczarkach ze sterowaniem numerycznym
z pomocą przyrządu ze zdejmowaną podstawą
2. Jednowrzecionowy wkrętak z odśrodkowymi siłami
bezwładności i kon więcej » Czytaj za darmo! »
Systemy wytwarzania różnorodnych wyrobów,
zwłaszcza w produkcji 4.0, stają się coraz bardzie zautomatyzowane,
mają również wzrastający poziom elastyczności.
Istotnym elementem tych systemów są podsystemy
montażowe, w których następuje ostateczne
ukonstytuowanie właściwości funkcjonalnych i użytkowych
wytwarzanego wyrobu. Podsystemy te funkcjonując
w procesach zautomatyzowanej produkcji, powinny
charakteryzować się następującymi właściwościami:
1. Dużą i stabilną wydajnością zsynchronizowaną
z wydajnością wcześniejszych podsystemów wytwórczych
(wytwarzanie półfabrykatów, obróbka ubytkowa
lub przyrostowa i in.).
2. Niezawodnością funkcjonowania, zapewniającą jakościowe
wytwarzanie elementów składowych wyrobu
oraz łatwością i szybkością ich napraw oraz remontów
w przypadku nieoczekiwanych uszkodzeń lub
awarii w warunkach funkcjonującej produkcji.
3. Zagwarantowaniem bezpieczeństwa personelu obsługującego,
urządzeń współpracujących oraz środowiska
zewnętrznego przez eliminowanie szkodliwych
emisji i odpadów (hałas, promieniowanie, odory, odpady,
związki toksyczne, zanieczyszczenia i in.).
4. Umożliwienie pełnego recyklingu wszystkich elementów
składowych systemu wytwórczego po zakończeniu
jego eksploatacji.
Należy podkreślić, że wszelkie zakłócenia poziomu
niezawodności i bezpieczeństwa pośrednio wpływają na
obniżenie planowanej wydajności, co ogranicza potencjał
produkcyjny i może skutkować wydłużeniem planowanych
cykli wytwarzania.
U więcej »
W procesach montażu występują połączenia różnego
rodzaju, które najczęściej klasyfi kowane są ze względu
na ich konstrukcję wykonania na rozłączne i nierozłączne
[3]. Wybór określonego rodzaju połączenia uwarunkowany
jest wieloma czynnikami, m.in.: cechami geometrycznymi
połączenia, rodzajem łączonych materiałów, wymaganiami
dotyczącymi rodzaju połączenia, warunkami
eksploatacyjnymi i innymi [1, 7, 11, 12]. Przedmiotem
analiz były połączenia klejowe, nitowe oraz klejowo-nitowe
blach wykonanych ze stopu aluminium EN AW-5754.
Klejenie jest jedną z wielu metod wykonywania połączeń
nierozłącznych części maszyn. Postęp w dziedzinie
doskonalenia jakości klejów pozwala na coraz szersze
stosowanie tych połączeń w wielu odpowiedzialnych
konstrukcjach lotniczych, morskich i budowy maszyn
[8]. Połączenia klejowe mają wiele zalet [10] (tłumienie
drgań, możliwość łączenia różnego rodzaju materiałów,
uszczelnianie połączenia, itp.), obarczone są również
wadami (np. małą odpornością na naprężenia normalne).
Najkorzystniejszymi i najczęściej stosowanymi konstrukcjami
wykonywania połączeń klejowych są połączenia
zakładkowe, które uzyskują najwyższą wytrzymałość,
kiedy pracują w warunkach ścinania [8]. Problemem,
jaki często można napotkać podczas wykonywania takich
połączeń, jest nieosiowe przyłożenie sił zewnętrznych,
ale pomimo tego w takich konstrukcjach oprócz
naprężeń stycznych występują dodatkowe naprężenia
rozciągające, skierowane prostopadle do warstwy kleju.
Rozwiązaniem wspomnianego problemu może być m.in.
zastosowanie nitów jako elementów dociskających klejone
elementy, dzięki czemu możliwe jest zmniejszenie
negatywnego działania naprężeń odrywających. Jest to
połączenie dwóch powszechnie stosowanych procesów
łączenia: nitowania i klejenia. Dzięki temu wykorzystuje
się zalety nitowania i klejenia, jednocześnie eliminując
liczne wady towarzyszące każdemu z tych procesów
OKREŚLENIE NOŚNOŚCI WYBRANYCH POŁĄCZEŃ MONTAŻOWYCH
BLACH więcej »