ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ СБОРКИ НЕРАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

В статье проведен анализ существующих в машиностроении видов неразъемных соединений деталей, перечислены их преимущества и недостатки. Рассмотрены: заклепочные, паяные, сварные и клеевые соединения. Установлено, что применение каждого из перечисленных видов неразъемных соединений обусловлено требованиями технологии изготовления, материалами соединяемых деталей, эксплуатации машин, сборки и экономическими соображениями.

Каждый автомобиль состоит из таких деталей, число которых зависит от размеров и сложности машины. Для выполнения своих функций в машине детали соединяются между собой по определенной тенденции, образуя подвижные и неподвижные соединения.

Соединение деталей – конструктивное обеспечение их контакта с целью кинематического и силового взаимодействия иначе говоря для образования из них частей (сборочных единиц, деталей) машин, механизмов и приборов.

Существующие виды соединений делят на две большие группы: разъемные и неразъемные соединения.

Неразъемными считаются соединения с жёсткой механической связью деталей в том или ином узле машины или конструкции, сохраняющееся на протяжении всего срока службы. При неразъемном соединении, разборка зачастую невозможна без повреждения или разрушения поверхностей деталей.

К основным видам неразъемных соединений относятся: клеевые, сварные, паяные и заклепочные соединения.

Заклёпочные соединения в устройствах машин используют в узлах, подверженных огромным динамическим нагрузкам, кроме того и при сопряжении не очень хорошо свариваемых материалов и деталей, нагрев которых при сборке нежелателен. Численность заклёпочных соединений заметно сокращается с развитием сварочного производства; они вытесняются к тому же и клеевыми соединениями.

Для клёпки используются стандартные заклёпки со сплошным стержнем с головками разной формы, а также специальные: полутрубчатые, трубчатые.

В качестве материала заклёпок применяются: латунь, медь, алюминиевые сплавы и сталь.

Клёпку производят в холодном и горячем состоянии. Горячую клёпку используют для заклёпок свыше 12 мм. Заклёпку доводят до температуры 1000...1100°С. Клёпку производят под прессом или клепальными молотками.

Для заклёпок 3...12 мм применяют пневматические прессы, свыше 12 мм — гидравлические и пневмогидравлические прессы. Клепальные прессы используют в виде стационарных установок или подвесных скоб.

Для механизации процесса клёпки множество заводов разрабатывают и изготовляют для нужд своего производства всевозможное оборудование, позволяющее облегчить и ускорить выполнение, такой тяжелой и трудоемкой операции. При массовой сборке заклёпочных соединений в малогабаритных узлах экономически выгоднее будет использовать специализированные установки полуавтоматического действия.

Проверка заклёпочных соединений осуществляется осмотром, простукиванием заклёпок; плотные соединения подвергаются гидравлическим испытаниям. Достоинством заклепочных соединений можно отметить: высокая надежность соединения, не дают температурных деформаций. Недостатки: довольно высокая стоимость, детали ослаблены отверстиями, повышенный расход материала, увеличение массы конструкции. Выше указанные недостатки весьма существенны, следовательно, они привели к быстрому сокращению применения заклепочных соединений и замене их сварными, паяными и клеевыми соединениями.

Исследованию клеевых соединений уделяется огромное внимание. Они вполне широко применяются в разных отраслях промышленности, в том числе и в машиностроении (в частности, самолетостроении, вертолетостроении и даже создании деталей космических кораблей).

Склеивание – это такой метод создания неразъемных соединений деталей конструкций при помощи клеев. В настоящий момент клеи позволяют соединять между собой разнородные металлы, сплавы и изделия из них различных толщин, а также соединять металлы с пластмассами, стеклами, керамикой, резиной и т. д.

В отдельных случаях клеевые соединения являются единственно возможным технологическим решением получения неразъемных соединений деталей, обеспечивающие очень нужную прочность изделий. При склеивании упрощается и ускоряется технологический процесс и уменьшается расход металлов при одновременном увеличении стойкости и надежности инструментов. Преимущество клеевых соединений состоит в том, что при их помощи можно обеспечить прочные соединения в конструкциях, в которых применяются не свариваемые и трудно спаиваемые, в том числе очень тонкие листовые материалы. Склеивание позволяет снизить вес конструкций, соединять детали не очень простой формы, исключает необходимость сверления отверстий под заклепки и болты, снижает трудоемкость. Равномерность распределения напряжений по всей площади склеивания увеличивает усталостную прочность. Клеевые соединения довольно неплохо работают на сдвиг, равномерный отрыв, переносят динамические и переменные нагрузки. Склеенные изделия обладают хорошей герметичностью и высокой коррозионной стойкостью.

Недостатком клеевых соединений является их небольшая теплостойкость (до 100°С), склонность к ползучести при длительных статистических нагрузках, а также длительная выдержка при полимеризации, также считается их относительно невысокая прочность на неравномерный отрыв.

Сварка является одним из ведущих технологических процессов в машиностроении и в строительстве. Трудно назвать отрасль хозяйства, где бы не применялась сварка.

Сварка позволила внести коренные изменения в технологию производства, создать принципиально новейшие конструкции машин. К примеру, использование сварных конструкций вместо клепаных в строительстве позволило экономить около 20 % металла, уменьшить на 5–30 % трудоемкость изготовления конструкций.

Размеры сварных изделий могут быть от долей миллиметра (приборы электроники) до гигантских размеров (пролетные конструкции железнодорожных и шоссейных мостов, корпуса океанских лайнеров, трубопроводы длиною в тысячи километров).

Сваркой можно соединять отнюдь не только металлы, но и иные материалы (стекло, керамику, пластмассы). Также доступна сварка разнородных металлов, к примеру, стали с медью или алюминием.

Сущность сварки заключается в сближении элементарных частиц свариваемых частей настолько, с тем чтоб между ними начали действовать межатомные связи, которые способны обеспечить прочность соединения.

Современные способы сварки металлов можно разделить на две боль­шие группы: на сварку плавлением и на сварку давлением. При сварке плав­лением расплавленные металлы соединяемых деталей самопроизвольно без приложения внешних сил соединяются в одно целое в результате смачивания в зоне сварки и взаимного растворения металлов. При сваривании давле­нием для соединения деталей без расплавления к ним необходимо приложить значительное давление. Граница между этими способами сварки не все­гда достаточно четкая.

Преимущества сварки можно назвать, такие как: низкая стоимость, за счет простоты шва и малой затрате трудоемкости, нет необходимости делать отверстия в детали, что придает прочность в ее сечении. Автоматизация сварочного процесса подразумевает его герметичность. К недостаткам относятся. Появление деформации и коробления после произведенных работ, а также возникновение остаточных напряжений. Сложность в проверке качества.

Пайкой называется процесс получения неразъёмного соединения двух или нескольких деталей с применением присадочного материала припоя — путем нагрева их в собранном виде до температуры плавления припоя. Расплавленный припой благодаря хорошему смачиванию поверхностей собираемых деталей и капиллярности проникает в соединительный шов и образует сплав, по прочности превышающий прочность припоя. Этим способом соединяют изделия из стали, чугуна, стекла, графита, керамики, синтетических и других материалов.  В зависимости от температуры плавления припоя различают пайку мягкими и твердыми припоями. Мягкие (обычно оловянисто-свинцовые) припои имеют температуру плавления ниже 400°C, а твердые (медные, медно-цинковые) — свыше 500°С. Мягкие припои обладают меньшим пределом прочности. При необходимости иметь большую прочность применяют твердые припои. Если пайка производится только для получения плотности, используют мягкие припои.

Кроме припоя при пайке применяют различные флюсы, назначение которых сводится к защите места спая от коррозии, обеспечению лучшей смачиваемости места спая расплавленным металлом, а также растворения металлических окислов. В качестве флюсов для твердых припоев применяют буру или плавиковый шпат, а для мягких — канифоль, нашатырь, фосфорную кислоту и т.п.

Пайку точных соединений производят в защитной среде или в вакууме. В единичном и мелкосерийном производстве наибольшее применение имеет пайка паяльником или газовой горелкой; в крупносерийном и массовом производствах детали нагревают в ваннах, газовых печах, применяют электрический нагрев.

Для пайки в настоящее время начинают применяться различные полуавтоматические устройства, в которых широко применяется индукционный нагрев токами высокой и промышленной частоты. Перспективным направлением развития технологии пайки являются применение ультразвука. Этот способ пайки особенно удобен для алюминиевых сплавов, так как высокочастотные колебания разрушают окисную пленку, и пайка происходит без флюса.

Преимущество пайки заключается в использовании более низких температур расплавленного припоя (чем температуры сварных швов) и, как следствие, возникновение небольших внутренних напряжений в полученном соединении. Низкая механическая прочность по сравнению с прочностью сварных швов, невозможность соединения разнородных материалов являются недостатками пайки. Также реактивы, входящие в припой, могут вызвать коррозию соединяемых металлов. Следовательно, необходимо точно знать химические свойства применяемых материалов.

Наиболее перспективными из неразъемных соединений, являются сварные и клеевые соединения. Так как они имеют большие преимущества по сравнению с другими неразъемные соединениями, это: низкая стоимость, малые затраты трудоемкости, и они отличаются высокой прочностью.

Перспективность их использования обусловлено низкой стоимостью, небольшой трудоемкостью выполнения и высокой прочностью изготовленных конструкций. Дальнейшие наши исследования необходимо направить на поиск путей совершенствования выполнения сварных и клеевых соединений.

Список литературы:

1. Морозов И.М. Основы технологии сборки в машиностроении: учеб. пособие. — Челябинск, 2006. — 72 с.
2. Пещерова Т.Н. Технология формирования и повышения прочности клеевых соединений деталей машиностроительных конструкций: автореф., канд. техн. наук. — Москва, 2007. — 134 с.
3. Томас К.И. Технология сварочного производства: учеб. пособие. — Томск, 2011. — 247 с.
4. Чеканов М.А. Повышение производительности и качества сборки неразъемных соединений недеформируемыми заклепками. автореф. — Бийск, 2006. — 163 с.