Технология формирования и повышения прочности клеевых соединений деталей машиностроительных конструкций тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Пещерова, Татьяна Николаевна

• Пещерова, Татьяна Николаевна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пещерова, Татьяна Николаевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ НЕРАЗЪЕМНЫХ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ

1.1. Технологические особенности формирования неразъемных соединений деталей.

1.1.1. Технология клепаных соединений деталей.

1.1.2. Технология сварных соединений деталей.

Сварка деталей плавлением.

Сварка деталей давлением.

1.1.3. Технология паяных соединений деталей.

1.2. Технология склеивания деталей, как актуальное и перспективное направление создания неразъемных соединений.

1.2.1. Клеевые материалы, используемые в технологии машиностроения.

1.2.2. Клеевые материалы, используемые в инструментальной технике.

1.2.3. Функциональные - токопроводящие и теплопроводящие клеи.

1.3. Технологические параметры и другие факторы, влияющие прочность клеевых соединений деталей.

1.4. Основные свойства основ клеевых материалов - термопластов и реакто-пластов.

1.5. Типы конструкций клеевых соединений с неподвижными субстратами.

1.6. Цели и задачи исследования.

ГЛАВА II

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ С НЕПОДВИЖНЫМИ СУБСТРАТАМИ

2.1. Теоретическое исследование технологических процессов формирования ненаполненных клеевых соединений деталей на основе эпоксидных смол в условиях, ограничивающих их реакционную усадку.

2.2. Теоретическое исследование технологических процессов формирования наполненных клеевых соединений деталей на основе эпоксидных смол в условиях, ограничивающих их реакционную усадку.

2.3. Выводы.

ГЛАВА III

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И КОНСТРУКЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА ПРОЧНОСТЬ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ

3.1. Технологические и физико-химические свойства эпоксидных клеев и экспериментальная проверка выведенных уравнений по затеканию связующих в ненаполненные клеевые швы деталей.

3.2. Разработка адгезиометра и оснастки для формирования клеевых соединений деталей.

3.3. Влияние технологических и конструкционных факторов на свойства клеевых соединений деталей с ненаполненными клеевыми швами.

3.4. Влияние технологических и конструкционных факторов на свойства клеевых соединений деталей с наполненными клеевыми швами.

3.5. Разработка технологии модифицирования поверхности частиц карбонильного никеля ПНК0Т2 с целью получения более наполненных ими и прочных клеевых соединений деталей с улучшенными функциональными свойствами.

3.6. Выводы.

ГЛАВА IV

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ В ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЕТАЛЕЙ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ПРОЧНОСТИ

4.1. Способ достижения теоретической прочности блочных полимеров и клеевых соединений деталей.

4.2. Альтернативные способы получения более прочных клеевых соединений деталей в условиях затрудненной усадки связующих.

4.3. Неразрушающий метод контроля клеевых соединений деталей с тонкими клеевыми швами.

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология формирования и повышения прочности клеевых соединений деталей машиностроительных конструкций»

Актуальность работы. Исследованию клеевых соединений уделяется большое внимание по следующим причинам. Во-первых, они достаточно широко применяются в различных отраслях промышленности, включая машиностроение (в частности, самолетостроение, вертолетостроение и даже создание деталей космических кораблей). Во-вторых, в области клеевых соединений имеются неясные научные вопросы. Так, в научно-технической литературе нет сведений относительно влияния на прочность клеевых соединений ограничений реакционной усадки связующих. Последняя у реактопла-стов может достигать 10% от их объема и если ее затруднить, то она может проявиться полностью или частично в появлении в связующих растягивающих напряжений. Не известно, насколько указанные напряжения могут уменьшить прочность клеевых соединений. Это очень важный научный и технический вопрос. И его следует исследовать и решить.

Цель работы. Разработка технологического процесса формирования с целью повышения прочности клеевых соединений деталей машиностроительных конструкций.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- исследование ненаполненных клеевых соединений деталей на основе реак-топластов с неподвижными при формировании субстратами, затрудняющими реализацию усадки сшивки их связующих.

- исследование клеевых соединений деталей на основе реактопластов высо-конаполненных клеевых соединений с затрудненной реализацией усадки сшивки их связующих.

- исследование причин низкой прочности «голодных» склеек.

- разработка неразрушающего метода контроля клеевых соединений деталей для выявления «голодных» склеек.

Научная новизна работы.

- установлено влияние реакционной усадки сшивки связующих (в случае ее затруднения) на прочность клеевых соединений деталей, заключающееся в увеличении воздушных включений в процессе отверждения клея;

- установлено, что остаточные усадочные напряжения в клеевых швах на основе реактопластов так малы, что не должны снижать прочность клеевых соединений;

- выведена зависимость расстояния затекания мениска клея в глубину шва, влияющего на прочность ненаполненных и высоконаполненных клеевых соединений деталей, от толщины швов, вязкости, усадки, времени отверждения клеев, размера частиц и их объемной доли;

- показано какие давления необходимо создавать в окружающей газовой среде для формирования более прочных (или необходимой прочности) клеевых соединений деталей в зависимости от их размеров, толщин швов, вязкости и усадки клеев, а также размера и объемной доли частиц наполнителя. Практическая ценность работы.

- повышена прочность клеевых соединений деталей на основании разработки технологии обработки частиц порошка карбонильного никеля ПНКОТ2 в шаровой мельнице стальными шариками в растворе поверхностно-активного вещества;

- определены соотношения масс порошка и стальных шариков определенного диаметра, химический состав среды модифицирования, объем, скорость и время вращения барабана шаровой мельницы;

- предложен и проверен неразрушающий метод контроля клеевых соединений деталей с тонкими клеевыми швами, заключающийся в измерении электрического сопротивления между деталями;

- показаны новые конструкции клеевых соединений деталей, позволяющие повысить их прочность.

Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Пещерова, Татьяна Николаевна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Предложена технология формирования клеевых соединений деталей с требуемой прочностью путем регулирования давления окружающей газовой среды;

2. Повышена прочность электропроводящих клеевых соединений деталей на основании разработанной технологии предварительной обработки частиц наполнителей в шаровой мельнице стальными шариками в растворе поверхностно-активного вещества;

3. Предложен и проверен метод неразрушающего контроля клеевых соединений деталей с тонкими клеевыми швами, заключающийся в измерении электрического сопротивления между деталями;

4. Установлено влияние реакционной усадки сшивки клеев в случае ее затруднения на прочность клеевых соединений деталей, заключающееся в увеличении воздушных включений в клеях в процессе их отверждения;

5. Установлено, что остаточные усадочные напряжения в клеевых швах на основе реактопластов так малы, что не должны снижать прочность клеевых соединений деталей;

6. Выведена зависимость расстояния затекания мениска клея, влияющего на прочность ненаполненных и высоконаполненных клеевых соединений деталей от толщины швов, вязкости, усадки, времени отверждения клеев, размера частиц и их объемной доли;

7. Показано, какие давления необходимо создавать в окружающей газовой среде для формирования более прочных клеевых соединений деталей в зависимости от их размеров, толщин швов, вязкости и усадки клеев, а также размера и объемной доли частиц наполнителя;

8. Показаны конфигурации клеевых соединений деталей, включая электропроводящие, позволяющие повысить их прочность.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пещерова, Татьяна Николаевна, 2007 год

1. Волченко В.Н. О классификации процессов сварки.-«Автоматическая сварка», 1970, №10.

2. Теоретические основы сварки. Под ред. В.В. Фролова. М., «Высшая школа», 1970, 592 с.

3. Сварка в машиностроении. Под ред. Н.А. Ольшанского. М., «Машиностроение», 1978, 501 с.

4. Ерохин А.А. Основы сварки плавлением. М., «Машиностроение», 1973, 448 с.

5. Гельман А.С. Основы сварки давлением. М., «Машиностроение», 1970, 228 с.

6. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением. Под ред. Б.Е. Патона. М., «Машиностроение», 1974, 767с.

7. Николаев Г. А., Ольшанский Н.А. Специальные методы сварки. М., «Машиностроение», 1975,232 с.

8. Билль В.И. Сварка металлов трением. Л., «Машиностроение», 1974, 176 с.

9. Справочник по сварке, пайке, склейке и резке металлов и пластмасс. Под ред. А. Ноймана, Е. Рихтера. М., «Металлургия», 1980, 463 с.

10. Петров Г. Л. Сварочные материалы. Л., «Машиностроение», 1972, 277 с.

11. Лоцманов С. Н., Петрунин И. Е. Пайка металлов. М., «Машиностроение», 1966, 251 с.

12. Лашко Н.Ф., Лашко С. В. Пайка металлов. М., «Машиностроение», 1967,367 с.

13. Хромченко Ф.А. Сварочные технологии при ремонтных работах: Справ. М.: Интермет Инжиниринг, 2005. - 368 с.

14. Справочник по пайке/ Под ред. И.Е.Петрунина. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 2003. - 476 с.

15. Хромченко Ф.А. Справочное пособие электросварщика. 2-е. изд., испр. - М.: Машиностроение, 2005. - 415 с.

16. Зайцев К. Н., Мацюк Л. Н. Сварка пластмасс. М., «Машиностроение», 1978, 224 с.

17. Капелюшник И. И., Михалев И. И., Эйдельман Б. Д. Технология склеивания деталей в самолетостроении. М., «Машиностроение», 1972, 223 с.

18. Батизат В. П. Успехи в области технологии склеивания металлов. -«Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева», т. XIV, 1969, №1.

19. Кардашов Д. А., Вакула В. JI. Современные представления об адгезии полимеров и механизме процесса склеивания. «Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева», т. XIV, 1969, №1.

20. Евсеев А. А. Канд. диссертация. Исследование влияния модифицирования поверхности на прочность неразъемных соединений деталей машин композиционными материалами. МАМИ, М., 2004.

21. Вартанов М. В., Зинина И. Н. Влияние качества поверхности на прочность адгезионных соединений // Сборка в машиностроении, приборостроении -М., 2000, с. 28-29.

22. Поверхностно-активные вещества. Справочник, под ред. А.А.Абрамзона и Г.М.Гаевого, Л.: «Химия». Ленинградское отделение, 1979. 376 с.

23. Энциклопедия полимеров. Изд-во «Советская энциклопедия», 1972, т.1, с.1224.

24. Энциклопедия полимеров. Изд-во «Советская энциклопедия», 1974, т.2, с.1032.

25. Энциклопедия полимеров. Изд-во «Советская энциклопедия», 1972, т.З, с.1150, с.996.

26. Петрова А.П. Термостойкие клеи. М.: «Химия», 1977, 200 с.

27. Новые материалы в технике. Под ред. Тростянской Е.Б., Колачева Б.А., Сильвестровича С.И., М., 1962.

28. Кестельман В.Н., Короб А.Д. Пластмассы в подшипниках скольжения. М., 1965.

29. Белый В.А., Свириденок А.И., Щербаков С.В. Зубчатые передачи из пластмасс. Минск, 1965.31 .Кестельман В.Н., Короб Д.А. Пластмассовые шкивы и клиноременные передачи. М., 1968.

30. Власов С.В., Калиничев Э.Л., Кандырин Л.Б. и др. Основы технологии переработки пластмасс. Уч-к для вузов. - М.: Химия, 1995, 528.

31. Электрические свойства полимеров. Под ред. д-ра физ.-мат. наук Б.И. Сажина. Изд.2-е, пер. Л., «Химия», 1977, 191 с.

32. Козлов Г.В. Докт. дис. Контактные взаимодействия в электропроводящих полимерных наполненных композициях. М.: ИФХ АН СССР, 1990.35.0делевский В.И.//ЖТФ. 1951.-т.21. №6. С.667-677, с.678-685.

33. Гуль В.Е., Шенфиль Л.З. Электропроводящие полимерные композиции. М.: Химия, 1984. - 240 с.

34. Москвитин Н.И. Склеивание полимеров. М., Лесная промышленность, 1968, 304 е.; Физико-химические основы процессов склеивания. М., Лесная промышленность, 1974. 191 с.

35. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. М., Химия, 1969, 319 с.

36. Адомсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979, 568 с.

37. Капиллярная химия. Редактор К.Тамару, пер. с японск. под ред. А.В.Хачояна и А.А.Слинкина. М.: «Мир», 1983, 272 с.

38. Бикерман Я.О.-Усп. хим., 1972, т. 41, с. 1431-1464; Высокомол. соед., 1968, сер. А, т. 10, с. 974-979.

39. Бикерман Я.О. Мех. полимеров, 1973, №3, с. 516-519.

40. Ильин Б.В. Природа адсорбционных сил. М., Гостехиздат, 1952, 324 с.

41. Воюцкий С.С., Вакула В.Л. Проблемы диффузионной теории адгезии. -В кн.: Адгезия и прочность адгезионных соединений. (Материалы конференции Сб. 1), МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского М., 1968.

42. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров. 2-е изд. М., Химия, 1974,392 с.

43. Мамбетов Д.М. Электрические явления при адгезионном и когезион-ном разрушении твердых тел. Фрунзе, Мектеп, 1973, 135 с.

44. Басин В.Е. Адгезионная прочность. -М.: «Химия», 1981, 208 с.

45. Епифанов Г.И. Физика твердого тела. М.: «Высш. школа», 1977, 288 с.

46. Бартенев Г.М., Зуев Ю.С. Прочность и разрушение высокоэластичных материалов. М., «Химия», 1964. 388 с.

47. Гуль В.Е. Прочность полимеров. М., «Химия», 1964. 288 е.; Структура и прочность полимеров. М., «Химия», 1971. 344с.

48. Бартенев Г.М., МарининаВ.Т. Высокомол. соед., 1961, т.З, с.783.

49. Чечулин Б.Б. Масштабный фактор и статистическая теория прочности металлов. М., Металлургиздат, 1963. 120 с.

50. Sharpe L.H., Schonhorn Н. In: Contact Angle, Wettability and Adhesion. Adv. in Chem. Ser. 43, Amer.Chem. Soc., Washington, 1964, p. 189-201.

51. Якубович C.B., Масленникова H.JI., Санжаровский A.T. «Лакокрасочные материалы и их применение», 1962, №5, с.ЗО; 1964, №2, с.37.

52. Санжаровский А.Т., Епифанов Г.И., Ломакин А.Т. «Лакокрасочные материалы и их применение», 1962, №3, с.21.

53. Санжаровский А.Т. и др. В кн.: Адгезия полимеров, под ред. П.В.Козлова. М.Изд-во АН СССР, 1963, с.65.

54. Чалых А.Е., Вишневецкая Л.П., Рогов В.М. Высокомол. соед., 1967, т.9, А, с.2604.

55. Дыльков М.С., Санжаровский А.Т., Зубов П.И. Коллоид, ж., 1964, т.26, с.436; Пласт, массы, 1964, №4, с.43; «Лакокрасочные материалы и их применение», 1964, №6, с. 17.

56. Москвитин Н.И. Физико-химические основы процессов склеивания и прилипания. М., «Лесная промышленность», 1964. 248 с.

57. Зубов П.И. Вестн. АН СССР, 1963, т. 12, с.32.

58. Зубов П.И. и др. «Лакокрасочные материалы и их применение», 1963, №6, с.28; 1964, №5, с.29.62.3убов П.И. и др. «Лакокрасочные материалы и их применение», 1964, №3, с.28.

59. Трезвов В.В., Басин В.Е. Высокомол. соед., 1972, т.14Б, с.777.

60. Басин В.Е. «Лакокрасочные материалы и их применение», 1971, №5, с.37.

61. Якубович С.В., Масленникова Н.Л. «Лакокрасочные материалы и их применение», 1961, №5, с.27; 1962, №4, с.20.

62. Санжаровский А.Т. ДАН СССР, 1964, т. 157, с. 1345; Высокомолек. соед., 1960, т.2, с. 1698.

63. Kanamaru К. Kolloid Z., 1963, Bd. 192, S.7.

64. Зубов П.И., Сухарева JI.A., Киселев М.Р. Высокомол. соед., 1972, Т.14Б, с. 103.

65. Дыльков М.С., Зубов ПИ., Санжаровский А.Т. «Лакокрасочные материалы и их применение», 1964, №1, с. 35; Коллоид.ж., 1964, т.26, с.436.

66. Якубович С.В., Масленникова Н.Л., Санжаровский А.Т. «Лакокрасочные материалы и их применение», 1962, №5, с.30; 1964, №2, с. 37.

67. Зубов П.И., Лепилкина Л.А., Коллоид.ж., 1961, т.23, с.418; «Лакокрасочные материалы и их применение», 1961, №5, с. 19.

68. Гринюте Г.А., Зубов П.И., Санжаровский А.Т. «Лакокрасочные материалы и их применение», 1964, №4, с.34; в кн.: Механизм процессов пленкообразования из полимерных растворов и дисперсий. Под ред. П.И.Зубова. М., «Наука», 1966, с.165.

69. Евминов С.С. Кандидатская диссертация, ИФХ АН СССР, М., 1967.

70. Санжаровский А.Т. Докторская диссертация, ИФХ АН СССР, М., 1966.

71. Санжаровский А.Т. Физико-механические свойства полимерных и лакокрасочных покрытий. М.: «Химия», 1978, 183 с.

72. Гаузнер С.И., Кивилис С.С., Осокина А.П., Павловский А.Н. Измерение массы, объема и плотности. М.: Изд-во Стандартов, 1972. - 623 с.

73. Творогов Н.Н. Канд.дис. М.: ИФХ АН СССР, 1967.

74. Седов Л.Н., Зотов Л.И. // Пласт, массы. 1966. - №7. С.59.79.3инина И. Н. Канд. диссертация. Технологическое обеспечение качества адгезионных соединений на основе учета влияния микропрофиля поверхностей деталей. МАМИ, М., 2004.

75. Зотов Л.И., Седов Л.Н.// Пласт, массы. 1969. - №9. С.68-71.

76. Растяжение-сжатие. Методические указания к выполнению лабораторных работ по сопротивлению материалов./Сост. С.В.Филиппов, В.Н. Юсов, B.C. Рогов. -М. ГОУ МГТУ «Станкин», 2004, с. 16.

77. Козлов Г.В. Канд. дис. Влияние адсорбционного взаимодействия компонентов на свойства наполненных клеевых соединений на основе эпоксидной смолы. М.: ИФХ АН СССР, 1976.

78. Хекстра Дж., Фрициус К. В кн.: Адгезия (клеи, цементы, припои) / Под. ред. Н. Дебройна и Р. Гувинка. М., Издатинлит, 1954, с. 43-108.

79. Корнвелл И. В кн.: Адгезия (клеи, цементы, припои) / Под. ред. Н. Дебройна и Р. Гувинка. М., Издатинлит, 1954, с. 177-217.

80. Басин В.Е. Канд. дис. М., НИИФХИ им. Л .Я. Карпова, 1962.

81. Басин В.Е., Берлин А.А Мех. полимеров, 1969, №5, с. 840-849.

82. Евдокимов Ю.М. Науч. труды Моск. лесотехн. ин-та, 1975, вып. 81, с.5-6.

83. Дерягин Б.В., Кротова Н.А., Смилга В.П. Адгезия твердых тел. М., Наука, 1973,280 с.

84. Малкин А.Я., Куличихин С.Г. Реология в процессах образования и превращения полимеров. М.:Химия, 1985.-240 с.

85. Гольдшик М.А. Процессы переноса в зернистом слое. Новосибирск: Институт теплофизики СО АН СССР, 1984. - 164 с.

86. Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. -М.: Химия, 1975. 512 с.

87. Дульнев Г.Н., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композитных материалов. JL: Энергия, 1974. - 264 с.

88. Физико-химия многокомпонентных полимерных систем. Т.1/ Под ред. Ю.С.Липатова. Киев: Наукова думка, 1986. С. 251-260.

89. Фримантл М. Химия в действии. В 2-х ч. 4.1: Пер. с англ. М.:Мир, 1998-528 с.

90. Казанцева К.Е., Золотова Л.П. В кн.: Новые клеи и технология склеивания. МДНТП, 1973.

91. Козлов Г.В. и др. Изменение технологии приготовления токопроводя-щего клея. «Обмен опытом в радиопромышленности», вып.З, 1983, с.10-11.

92. Хольм Р. Электрические контакты: Пер.с англ. М.: Издатинлит, 1961. -464 с.

93. Белый В.А., Егоренков Н.И., Плескачевский Ю.М. Адгезия полимеров к металлам. Минск: изд-во «Наука и техника», 1971. с.94.

94. Scotty М. and Phillips D.C. J.Mater.Sei.10, 551, 1975.

95. Lange F. F. and Radford К. С (1971). J. Mater. Sci., 6, 1197.

96. Radford К. С (1971). J. Mater. Sci., 6, 1286.

97. Lange F. F. (1971). J. Am. Ceram. Soc, 54, 614.

98. Radford К. C. Westinghouse Research Laboratories, Pittsburgh, USA, Private communication.

99. Промышленные полимерные композиционные материалы. Пер. с англ./ Под ред. П.Г. Бабаевского. М.: Химия, 1980. - 472 с.