Сборка сварных, паяных и клееных соединений

Сварные соединения в конструкциях приборов получают все более широкое распространение. Прочность этих соединений обычно соизмерима с прочностью клепаных соединений. Они менее трудоемки и более технологичны. Процессу сварки предшествует сборка соединяемых деталей, что позволяет при необходимости вводить сварку непосредственно в поток узловой или общей сборки.

Наиболее широкое применение находит электродуговая сварка и различные виды контактной электросварки: стыковая, точечная, роликовая. Контактную точечную сварку применяют при изготовлении штампо-сварных конструкций из листового и профильного материалов. В последнее время разработаны новые специальные способы сварки металлов, такие, как ультразвуковая, холодная, лазерная и другие. Так, холодная сварка металлов осуществляется при взаимном локальном вдавливании листовых металлов (например, контактов проводов), когда нагрев соединяемых деталей нежелателен. Высокая надежность и герметичность стыков соединяемых деталей обеспечивается с помощью ультразвука. При этом сварка позволяет соединять различные металлы: алюминий, медь, никель; удовлетворительно сваривает высоколегированные стали.

Перспективным является получение микросоединений лазерной сваркой. Лазерным лучом можно сваривать самые различные композиции металлов (особенно в микроэлектронике): золото-кремний, никель-тантал, медь-алюминий и другие. Нагрев деталей при этом незначительный, так как сварка осуществляется в доли секунды в небольшой зоне (до 1,5 мм²).

Пайкой называется процесс получения неразъемного соединения деталей с применением присадочного металла - припоя - путем их нагрева в собранном виде до температуры плавления припоя.

В зависимости от температуры плавления припоя различают пайку мягкими и твердыми припоями. Мягкие (обычно оловянисто-овинцовые) припои имеют температуру плавления до 400°С, твердые (медные, медно-цинковые) - 400° - 1200°С. Мягкие припои обладают пределом прочности до 50 - 70 МПа, а твердые - до 500 МПа. Тип припоя выбирают при разработке конструкции сборочной единицы с учетом условий ее работы в машине и материала соединяемых деталей.

Процесс пайки включает подготовку сопрягаемых поверхностей деталей под пайку (обезжиривание), сборку, нанесение флюса и припоя; нагрев места спая, пайку, промывку, зачистку и защиту шва от разрушения.

В процессе пайки особое внимание уделяется величине зазора между соединяемыми поверхностями, который предопределяет прочность соединения. Так, при пайке легкоплавкими припоями зазор устанавливают 0,05 - 0,2 мм, при пайке твердыми припоями - 0,03 - 0,05 мм.

В мелкосерийном и единичном производствах применяют способы пайки с местным нагревом паяльником или газовой горелкой; в крупносерийном и массовом производствах пайку осуществляют в ваннах с расплавленной солью, нагревом в газовых или электрических печах.

В конструкциях машин клеевые соединения применяют как самостоятельно, так и в комбинации с другими соединениями. Например, вместо посадок с натягом H/r или H/s используют посадку H/h c введением в зазор клея. Недостатки таких соединений - низкая термостойкость, склонность к старению, иногда необходимость нагрева соединений для полимеризации клея.

Клеи делят на две группы: конструкционные или жесткие и эластичные. Первые отверждаются нагревом или применением отвердителя и обеспечивают высокую прочность: на сдвиг до 50 МПа на отдир - до 25 МПа. Эластичные менее прочные на сдвиг до 15 МПа, на отдир до 7 МПа но более дешевые. Клеи разделяют также на жидкие, пастообразные, пленочные и порошкообразные

Большое значение для обеспечения прочности имеет толщина клеевой прослойки, причем, чем толще прослойка, тем ниже прочность, оптимальная толщина 0,05 – 0,15 мм. Более шероховатые поверхности обеспечивают большую прочность клеевых соединений.

Перед склеиванием проводят пригонку соединяемых поверхностей, их обезжиривают, наносят клей и выдерживают с целью удаления растворителя. Склеиваемые поверхности после соединения выдерживают под нагрузкой до полного отверждения клея.

Соединение заклепками

Соединение заклепками применяют для получения прочного герметичного неразъемного соединения деталей (главным образом из листового материала) в тех случаях, когда детали крупногабаритные или их нагрев нежелателен, а также при сборке деталей из разнородных материалов (сталь-чугун, металл-пластмасса), сварка или пайка которых затруднена, а склеивание не обеспечивает требуемой прочности. Этот вид соединений используют в конструкциях, которые могут подвергаться воздействию высоких температур и коррозии, а также в конструкциях, испытывающих ударные и вибрационные нагрузки, например планер самолета.

Обычно используют стандартные (сплошные) заклепки с головками различного типа и специальные (пустотелые, трубчатые и т.п., рис. 4.3).

Рис.3. Типы заклепок

Процесс клепки обычно состоит из следующих основных этапов:

1) установка соединяемых деталей в точном взаимном ориентировании вручную или автоматически в сборочное приспособление;

2) формирование отверстий (при необходимости) в соединенных деталях;

3) установка заклепок в отверстие соединенных деталей;

4) осадка (формирование) замыкающих головок с предварительным сжатием соединенных деталей.

Для получения качественного заклепочного соединения принимают величину зазора между поверхностями отверстия деталей и стержня заклейки в пределах 0,2 - 0,3 мм. При этом большое значение имеет выбор длины заклепки, выступающую часть стержня при ее установке принимают от 1,3 до 1,6 от диаметра стержня.

Формирование замыкающей головки может быть выполнено в холодном состоянии или при нагреве заклепки. В производстве при диаметре заклепок менее 10 мм предпочтение отдается холодной клепке. Усилие, Р необходимое для образования замыкающей головки, зависит от материала и формы заклепки:

где k – коэффициент, зависящий от формы замыкающей головки; d - диаметр заклепки, мм; s_в - предел прочности материала заклепки, МПа.

Процесс соединения заклепками трудоемок. При соединении деталей отверстия под заклепки обычно подготавливают заранее сверлением или пробивкой. Образование отверстий в двух одновременно соединенных деталях применяется в том случае, когда требуется повышенная точность совпадения отверстий. Прижатие собираемых деталей повышает прочность соединения на 10 - 20%.

Расклепывание заклепки осуществляют двусторонним приложением силы ударами, развальцовкой или давлением. Предпочтение отдается двум последним (прессовая клепка и развальцовка) как более качественным. В труднодоступных местах производят одностороннюю клепку, применяя специальные заклепки.

Процесс клепки можно механизировать, применяя переносные пневматические, гидравлические или электромеханические скобы (рис.4), полуавтоматические и автоматические прессы и развальцовочные машины.

Установка и расклепывание заклепок может производиться поштучно и группой. Это зависит от точности отверстий под заклепку, условий доступа к зоне сборки, возможности выполнения групповой клепки и технических возможностей оборудования.

Прочность заклепочного соединения зависит от плотности соприкосновения соединяемых деталей, плотности заполнения отверстия телом заклепки, но в значительной мере от размеров и формы замыкающей головки. Если она коническая, то ее размер и форма определяется размером и формой лунки под заклепку. Плоские замыкающие головки контролируют по высоте и диаметру, а потайные - линейкой и щупом по величине выступа головки.

Рис.4. Переносная гидравлическая клепальная пресс-скоба

Выбирая оборудование или инструмент для клепки, кроме конструктивных факторов, определяющих удобство его использования, следует также учитывать размеры и материал заклепки, а при обратном методе клепки - также толщину склепываемых деталей и материал, из которого они изготовлены.