Технология разъемных и неразъемных соединений.

Классификация механических соединений и области их применения.

При изготовлении ЭА наряду с электрическими широко используются механические соединения, которые разделяются на две группы:

– разъем­ные;

– неразъемные.

Разъемные соеди­нения допускают полную разборку из­делия на детали без разрушения их целостности, что позволяет быстро за­менять детали и сборочные единицы в условиях эксплуатации. Резьбовые со­единения в общем объеме занимают наибольший удельный вес (до 51 %), но характеризуются высокой стоимо­стью и трудоемкостью. К ним отно­сятся резьбовое, байонетное, штифто­вое, шплинтовое и др.

Соединение считается неразъемным, если его раз­борка сопровождается разрушением материалов или деталей, с помощью которых оно осуществлено. Неразъем­ные соединения выполняют пайкой, сваркой, расклепыванием, развальцов­кой, запрессовкой, склеиванием и т.д. (рис.4.1).

Рис.4.1. Соотношение видов механических соединений.

Расклепывание приме­няют для конструкций, работающих при высоких температурах и давлени­ях, для прочных соединений неметал­лических деталей с металлами. Недос­татками клепаного соединения явля­ются:

– отсутствие герметичности шва,

– ослабление материала в месте соеди­нения,

– концентрация и неравномер­ное распределение напряжений,

– воз­никновение в соединениях значитель­ных деформаций, которые искажают взаимное положение деталей.

Это вы­зывает необходимость в повышении требований к жесткости используемых приспособлений.

Пайка и сварка конструкционных деталей имеют те же физико-химиче­ские особенности, достоинства и не­достатки, что и при выполнении мон­тажных соединений. Некоторые отли­чия заключаются в технологии: подготовке деталей, выборе материалов, ре­жимах и оборудовании.

Склеивание применяют для соеди­нения материалов в самых различных сочетаниях. Клеевые соединения об­ладают высокой долговечностью, кор­розионной стойкостью, теплоизо­лирующими, звукопоглощающими, демпфирующими свойствами, герме­тичностью. Склеивание отличается простотой, низкой себестоимостью сборки, легко может быть переведено на поточное производство. В настоя­щее время широко применяют комби­нированные методы неразъемных со­единений – клеесварные и клееклепаные. К недостаткам клеевых соедине­ний следует отнести сравнительно низкую стойкость при повышенных температурах, пониженную прочность при неравномерном отрыве, дефицит­ность, а также токсичность многих со­ставляющих клеевых композиций.

Разъемные соединения.

При механической сборке применя­ются следующие виды разъемных со­единений: резьбовые (до 90 %), штиф­товые, шплинтовые, байонетные. Резь­бовые соединения вы-полняются с ис­пользованием винтов, болтов, резьбо­вых шпилек, самонарезающих шуру­пов и применяются для установки наиболее тяжелых крупногабаритных деталей и сборочных единиц (транс­форматоров, дросселей, переключа­телей, приборов). Основным видом резьб является метрическая М2 – Мб. Для предохранения поверхностей де­талей от повреждений под гайки, го­ловки болтов и винтов подкладывают шайбы (рис. 4.2).

Рис.4.2. Резьбовые соединения:

а - болтовое; б - винтовое; 1 - болт; 2, 3, 4 – винты с потайной,

полукруглой и круглой головками соответственно; 5 - шайба.

При выполнении резьбового соеди­нения момент затяжки определяется условиями работы резьбового соеди­нения и тем, какой элемент (винт, гайка) ограничивает прочность соеди­нения. При соединении металличе­ских деталей винтом или болтом мо­мент затяжки лимитируется их проч­ностью на растяжение. Если винт ис­пользуется для стопора, то момент за­тяжки ограничивается прочностью его шлицев на смятие. При соединении неметаллических деталей момент за­тяжки лимитируется прочностью этих деталей.

Для механизированной сборки разъ­емных соединений при блочной и окончательной сборке в качестве ос­настки применяют ручные электрифи­цированные и пневматические инст­рументы. Инструмент с электроприво­дом (электроотвертка) приводится в движение встроенным электродвигателем типа МН-250 мощностью до 1000 Вт и скоростью завертывания 1000 об/мин. Достоинствами электро­отвертки являются: высокая произво­дительность, возможность 5-7-крат­ной перегрузки по крутящему момен­ту. Недостатки- большие масса и потребление электроэнергии. Элек­тродвигатель работает в импульсном режиме от источника постоянного то­ка в течение 0,1 с. Электроотвертка предназначена для метрических резьб М2 – Мб. Регулировкой пружины обес­печивается момент завертывания в пределах 500-1100 Н-м при скорости завертывания 250 об/мин.

Пневматический резьбосборочный инструмент ПГ-125 экономичен в ра­боте, имеет небольшую массу и «мяг­кую» характеристику привода, универ­сален, безопасен, допускает большие перегрузки. Скорость завертывания 200-500 об/мин, питание от сети сжа­того воздуха давлением 0,3-0,5 МПа. Применяется для резьб М2-М5. Не­достатками являются повышенный шум при работе, малое быстродейст­вие. Малогабаритный пневмозаверты-ваюший инструмент типа ПВ-МЗ предназначен для резьб диаметром до 3 мм, имеет массу 380 г, максималь­ный момент затяжки 300-500 Н/м и скорость вращения на холостом ходу до 650 об/мин. Широко применяется механизированный инструмент ПГ-Ю2, в котором с помощью гибкого вала вра­щение от электродвигателя передается редуктору со скоростью 146 об/мин. Инструмент состоит из вертикальной телескопической поворотной колон­ки, имеющей горизонтальную кон­соль, по которой перемещается каретка с закрепленными на ней электро­двигателем и редуктором. От него с помощью подвески в виде гибкого ва­ла вращение передается на резьбоверт. Наличие редуктора позволяет завин­чивать винты от М2,5 до Мб. Резьбо­верт может отклоняться от вертикали на 30°.

Резьбовые соединения предохраня­ют от самопроизвольного отвинчива­ния различными видами стопорения по ГОСТ 30133-95.

Стопорение наглухообеспечивает высокую надежность, но неудобно для разборки. Осуществляется кернением самой резьбы или сквозной прошив­кой винта либо болта с помощью ко­нического или цилиндрического штиф­та (винта) (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Виды стопорения наглухо:

а,б- кернением; в-штифтом; 1-места кернения; 2-штифт.

Стопорение пружинными шайбамисо смещенными краями (шайбы Гровера) с подкладыванием под шайбу Гровера дополнительной стальной шайбы для защиты от повреждения поверхности детали заостренными концами шайбы (рис. 8.4).

Рис.4.4. Стопорение пружинными шайбами;

а -шайба; б -стопорение гайки; в-стопорение детали из мягкого материала;

1-шайба Гровера; 2-стальная шайба.

Стопорение путем повышения сил тренияв резьбе и на опорных торцах головок винтов, болтов или гаек. Оно достигается с помощью контргайки, которая увеличивает силы трения, ли­бо применением специальной гайки со смещенными витками, которая имеет дополнительный поясок со сме­щенными двумя-тремя витками резь­бы (рис. 8.5, а). Иногда в эту гайку за­кладывается упругий элемент – фиб­ра (рис. 8.5, б). Для стопорения ис­пользуют также разгибки в стороны свободных концов разрезанного винта (рис. 8.5, в).

Рис.4.5. Стопорение повышением сил трения:

1-основная часть гайки; 2-кольцевая проточка; 3-поясок; 4-часть гайки

со смещенными витками; 5-фибра; 6-винт; 7-разведенные концы винта.

Стопорение краской или заливочной массойявляется самым простым и де­шевым видом, совмещается с операцией контроля и применяется в быто­вой ЭА. Состав заливочной массы: 75 % нитроэмали, 25 % молотого таль­ка. После нанесения заливочной мас­сы соединение подвергают сушке в течение 3-5 ч. Краска может нано­ситься с одной стороны резьбового со­единения, по периметру выхода резьбы и заливкой головки винта. Для тропи­ческою исполнения аппаратуры вместо краски используют герме­тики типа «Унигерм 2Н», которые су­шат в течение 6 ч при температуре 60°С.

Стопорение шплинтомс корончатой (прорезной) гайкой или проволочной петлей, которые являются легко заме­няемыми и сравнительно дешевыми элементами, обеспечивающими доста­точную надежность.

Штифтовые соединенияприменяются для соединения деталей, испытываю­щих крутящие моменты. Используют штифты цилиндрической и конической формы из высококачественной леги­рованной стали. Конические штифты имеют конусность и со­здают натяг при сборке деталей. Штифтовка является сложной и ответствен­ной операцией, поскольку неправиль­ная посадка штифта приводит к отка­зу аппаратуры. Штифтовые соедине­ния как самостоятельные используют­ся редко, обычно их применяют для стопорения резьбовых соединений.

Шплинтовые соединенияиспользуют в основном для крепления шайб и га­ек на осях и болтах. Шплинт свобод­но вставляют в отверстие, проходящее через гайку и ось болта, а его высту­пающие концы разводят.

Байонетное соединение – основной вид присоединения коаксиальных разъ­емов, экранов пальчиковых радиоламп и других деталей. Оно удобно в разбор­ке, но характеризуется наименьшей на­дежностью. При выполнении этого со­единения выступы одной детали входят в прорези другой полой детали, а за­тяжку соединения производят, повора­чивая одну деталь относительно другой.

Неразъемные соединения.

Заклепочное соединениеприменяют для листовых металлических деталей, когда требуется обеспечить его высо­кую механическую прочность. Заклепки изготавливают из мягкой стали (СтЗ, Ст5, Ст10) для соединения стальных деталей конструкции с высокой меха­нической прочностью, а из латуни – для низкого электрического сопротив­ления и достаточной механической прочности. Эти металлы подвергаются коррозии, поэтому после выполнения соединения заклепки покрывают ла­ком или краской. Для деталей малой массы в ВЧ- и СВЧ-цепях применяют медные заклепки Ml, M2, а для не­ответственных деталей с малой мас­сой – из алюминия марок А1 и А2. Заклепки имеют полукруглую, потай­ную или полупотайную головку.

Замыкающую головку заклепки об­разуют ударами специальной обжимки по стержню заклепки, которая с про­тивоположной стороны опирается на специальную поддержку – наковаль­ню (рис. 4.6, а). Наковальня должна иметь лунку по форме закладной го­ловки, ее масса в 4-5 раз больше массы молотка.

Рис.4.6. Соединение расклепыванием (а) и развальцовкой (б)

1,3 – детали; 2 – закладная деталь.

Механизация клепки осуществляет­ся высокопроизводительными вибра­ционными или соленоидными пресса­ми, пневматическими приспособле­ниями с усилием 1-5 кН. Контроль качества соединения осуществляют наружным осмотром, при котором об­ращается внимание на правильность формы головки и точность прилега­ния к листам.

Соотношения при расклепывании деталей:

d₁ = (1,5-1,7) d₀, l = (h₁ + h₂) +3d₀

Усилие расклепывания:

P = (2,0-2,5) σ_вS

где σ_в – предел прочности материала заклепки на растяжение;

S – площадь соединения.

Для расклепывания в мелкосерий­ном производстве применяются нако­вальни или молотки (массой 200-500 г), в серийном – пневматическая расклепочная оснастка с усилием 1-5 кН, в случае повышенной прочно­сти – кривошипно-шатунные либо вибропрессы с усилием несколько тонн. Виды и причины брака при клепке листов приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Виды и причины брака при клепке листов.

Виды брака	Эскиз	Причины брака
Изгиб стержня в отверстии   Прогиб материала     Смещение закладной головки   Изгиб замыкающей головки   Неполная замыкающая головка   Расклепывание стержня между деталями     Перекос замыкающей головки		Диаметр отверстия чрезмерно большой.   Диаметр отверстия мал     Отверстия в деталях не совпадают   Очень длинный стержень заклепки, подтяжка установлена неерпендикулярно.     Очень короткий стержень заклепки, мала лунка в обжимке или закладная головка отошла при клепке.     Детали не уплотнены натяжкой.   Неперпендикулярно установлены обжимка и поддержка

Развальцовкаприменяется для со­единения металлических и неметалли­ческих деталей, например разъема с печатной платой. Она характеризуется меньшим усилием образования соеди­нения за счет применения пустотелой заклепки, так называемого пистона, имеющего вид трубки, развальцован­ной с одной стороны (рис.4.6, б). Пис­тоны изготавливают из алюминия, ла­туни, стали и красной меди.

Усилие развальцовки:

P = σ_вS

где :

Соединения пластической деформа­циейобразуются путем деформации элементов крепления деталей либо зачеканки одной детали в другую (на­пример, сборка роторной секции кон­денсатора переменной емкости). Этот процесс отличается высокой произво­дительностью, не требует специаль­ных деталей, однако не рекомендуется при значительных механических на­грузках.

Запрессовкаобеспечивается необхо­димым натягом при условии, что диа­метр охватывающей детали меньше диаметра охватываемой детали. Для мелких деталей усилие создают молот­ком, для больших – с помощью прес­са. Для соединения металлических деталей применяют посадки: глухую, тугую, напряженную. Усилие запрессовки зависит от разности диа­метров, формы и чистоты поверхно­сти соприкасающихся деталей. Иногда для обеспечения запрессовки одну из деталей нагревают.

Опрессовка (армирование)заключа­ется в образовании соединения ме­таллической и неметаллической дета­лей путем литья под давлением либо опрессовкой реактопластам (Т= 160- 220 °С, Р = 2-5 МПа).

Склеивание – это технологический процесс соединения деталей с помо­щью специ-альных связующих мате­риалов, которые вследствие взаимо­действия с поверхностью деталей и изменения своего физического со­стояния способны формировать проч­ные соединения. Соединение склеива­нием является результатом проявле­ния сил адгезии, аутогезии и когезии. Адгезиейназывается явление сцеп­ления двух разнородных материалов при их контакте, которое возникает в результате проявления сил молекуляр­ного взаимодействия клея и соединяе­мой поверхности. Аутогезиейназыва­ется явление сцепления поверхностей однородных материалов (самослипа­ние). Когезия – явление сцепления молекул склеивающего материала в объеме тела. В пленке клея наблюда ется образование прочных молекуляр­ных цепей от границы раздела фаз в глубь полимера, что повышает проч­ность клеевого шва.

Общая схема развития сцепления при склеивании включает следующие процессы: адсорбция – адгезия – смачивание – поверхностные химиче­ские реакции.

Адсорбцияесть явление концентрации молекул полимера из раствора вблизи поверхности субстра­та (подложки) под действием молеку­лярных сил. Различают два вида ад­сорбции: физическую и химическую.

Физическая адсорбциявызывается сила­ми Ван-дер-Ваальса и почти не требует энергии активации. Поскольку энер­гия связи при физической адсорбции мала, то этот процесс обратим и энергетическое со­стояние адсорбированных молекул ма­ло отличается от свободных. Взаимодействие молекул адгезива и субстрата происходит в результате полярных, индукционных и дисперсионных сил.

Индукционные силы возникают в результате взаимодействия постоянного диполя с неполярными молекула­ми. Дисперсионное взаимодействие свойственно всем молекулам и обусловлено смещением центров положительных и отрицательных зарядов относительно

среднего положения в отдельные мгновения.

Химическая адсорбцияпротекает со значительным тепловым эффектом и требует заметной энергии активации. При этом проис­ходит изменение электронной струк­туры

взаимодействующих молекул.

Процесс склеивания состоит из не­скольких стадий. На первой стадии образования соединения в результате броуновского движения молекул в адгезиве и адсорбции молекул адгезива происходит накапливание молекул клеящего вещества у поверхности суб­страта. Перемещение молекул адгези­ва интенсифицируется давлением и нагревом. На второй стадии, когда расстояние между молекулами клея и субстрата станет менее 5 нм, начина­ют действовать межмолекулярные си­лы адгезии, приводящие к образова­нию различных связей типа диполь-диполь, диполь-наведенный диполь. Связи между молекулами адгезива и субстрата оказываются более прочны­ми, чем взаимодействие молекул по­лимера с молекулами растворителя клея. Это значительно усиливает миграцию молекулярных цепей полиме­ра к субстрату и приводит к образова­нию большого числа точек контакта.

Работа сил адгезии между твердым телом и жидкостью определяется уравнением Дюпре:

W _т.ж = γ_тг + γ_жг + γ_тж

где γ_тг, γ_жг, γ_тж – поверхностные на­тяжения на соответствующих грани­цах раздела

(рис. 4.7).

Рис. 4.7.Схема растекания капли жидкости по по­верхности твердого тела

С учетом того что соотношение сил поверхностного натяжения определя­ется равенством Юнга:

γ_т.г = γ_т,ж + γ_ж.г Cоsθ

получим уравнение для работы сил адгезии:

W _т.ж = γ_жг (1+ Cоsθ)

Из этого уравнения следует, что мак­симальная работа сил адгезии будет получена при Cоsθ = 1, т. е. когда угол θ = 0. В этом случае жидкость полно­стью смачивает поверхность твердого тела.

Обычно поверхность твердого тела загрязнена жировыми пленками, ко­торые в значительной мере изменяют поверхностные свойства тел. Для уве­личения работы адгезии при склеива­нии эти пленки необходимо удалять.

Прочность клеевого соединения увеличивается, если склеиваемые ма­териалы имеют разветвленные поры, что способствует диффузии молекул полимера в пограничный слой мате­риала. Тонкие пленки клея (0,1-0,2 мм) дают более надежное соедине­ние за счет прочных межмолекуляр­ных сил, чем толстые слои.

Технологический процесс склеива­ния состоит из следующих операций:

– очистка поверхностей деталей от за­грязнений;

– нанесение клея на склеиваемые поверхности;

– подсушивание нанесенного слоя клея;

– соединение склеиваемых деталей и полимеризация клея;

– контроль качества клеевых соедине­ний.

Подготовку поверхностей деталей под склеивание проводят механиче­ской обработкой (гидропескоструйной очисткой, шлифованием, зачисткой наждачной бумагой). Обезжиривание осуществляют органическими раство­рителями (трихлорэтилен, этиловый спирт и др.).

Клей наносят на склеиваемые по­верхности кистью, пульверизатором или путем окунания. Толщина клеево­го шва должна находиться в пределах от 0,1 до 0,25 мм. Подсушивание на­несенного слоя клея перед соединением деталей необходимо для удаления растворителей. Если растворитель ос­тается в клеевом слое во время сбор­ки, это может привести к образова­нию непрочных соединений. Подсуш­ка производится обычно на воздухе в течение 5-20 мин. После склеивания деталей осуществляется полимериза­ция клея при повышенных температу­ре и давлении. Так, для клеев типа БФ температура нагрева соединения доставляет 60-120 °С, давление – (1,5-8) 10⁵ Па.

Контроль качества клеевых соеди­нений осуществляют визуальным осмотром, с помощью дефектоскопов (ультразвуковой резонансный метод), выборочным испытанием изделия на разрушение. Для многослойной систе­мы материалов наблюдаются четыре типа разрушения:

– адгезионный – полное отслаивание адгезива от субстрата (рис. 4.8, а);

– аутогезионный – разрушение по месту слипания склеиваемых поверхностей (рис. 4.8, б);

– когезионный – разрушение одного из склеиваемых материалов или са­мой клеевой пленки (рис. 4.8, в);

– смешанный – характеризуется частичным расслаиванием по месту кон­такта либо частичным разрушением адгезива или субстрата.

Рис.4.8. Типы разрушения клеевых соединений.