4 - Zlepni spoji

izr. prof. dr. Zoran Ren

Strojni elementi - I. del

ZLEPNI SPOJI

Nerazstavljivi zlepni spoji se najpogosteje uporabljajo za spajanje tankih delov in delov iz različnih gradiv, ki jih ni mogoče spajati z ostalimi postopki. Poglavje zlepni spoji je tako namenjeno spoznavanju osnov zlepnih spojev in njihove uporabnosti v splošni strojegradnji. Podan je kratek pregled lastnosti lepil, ki se uporabljajo za spajanje inženirskih gradiv. Opisana so pravila oblikovanja ter postopek splošnega trdnostnega preračuna zlepnih spojev.

Beležke:

91

izr. prof. dr. Zoran Ren

Strojni elementi - I. del Strojni elementi

Zlepni spoji

______________________________

Zlepni spoji

Fakulteta za strojništvo

Lepljenje - spajanje dveh ali več delov iz enakih ali različnih gradiv (kovin in nekovin) z uporabo adhezivnega sredstva – lepila. Lepilo - snov, izdelana na osnovi naravnih smol ali umetnih snovi, ki ima zelo velike adhezivne in primerno velike kohezivne sile. Zlepni spoj - lepilo in stični deli lepljencev.

≥ 0,025 µm

lepljen del 1

kohezijske vezi adhezijske vezi lepljen del 2 nečistoča

Beležke:

92

izr. prof. dr. Zoran Ren

Fakulteta za strojništvo

Strojni elementi - I. del

Prednosti in slabosti zlepnih spojev

Strojni elementi ______________________________

Zlepni spoji

Prednosti: • medsebojno lahko spajamo različna gradiva, • možnost spajanja tankih pločevin in delov različnih debelin, • ne pride do deformacij in sprememb v sestavi lepljenih delov, • enakomernejša porazdelitev napetosti po celotnem zlepnem spoju, • lepilo je izolator vibracij, toplote in električnega toka in preprečuje oziroma močno zmanjša nevarnost elektrokemične korozije, • zlepni spoji zelo dobro tesnijo. Slabosti: • obratovalna temperatura zlepnih spojev je omejena (−50…+200°C), • majhna odpornost proti nesimetričnim nateznim obremenitvam, • nevarnost krhkega loma spoja pri nižjih obratovalnih temperaturah, • zahtevna priprava lepljenih površin (mehansko in kemično čiščenje) • relativno dolg strjevalni čas toplih lepil. Beležke:

93

izr. prof. dr. Zoran Ren

Strojni elementi - I. del Strojni elementi

Nastanek zlepnega spoja

______________________________

Zlepni spoji

Fakulteta za strojništvo

lepljen del 1 ≥ 0,025 µm

Zlepni spoj nastane zaradi delovanja adhezijskih vezi med lepilom in lepljenci ter kohezijskih vezi v lepilu. lepljen del 2 nečistoča

Kohezijske vezi manjše od adhezijskih, zato čim tanjši sloj lepila.

Kohezijske vezi - medsebojne privlačne sile in medsebojno prepletanje polimernih molekul v lepilu; lastnost lepila. Adhezijske vezi - odvisne od fizikalno-kemičnih medatomskih privlačnih sil lepila in lepljenih delov in stanja površin; odločujoče vplivajo na kvaliteto zlepnega spoja. Majhna specifična površinska energija lepila - zagotovimo sposobnost prodiranja lepila v površinske neravnine (hrapavost ≥ 0,025 µm) . Beležke:

94

izr. prof. dr. Zoran Ren

Strojni elementi - I. del Strojni elementi

Vrste lepil

______________________________

Zlepni spoji

Fakulteta za strojništvo

Glede na način doseganja vezalnih sposobnosti ločimo: Fizikalno vezalna lepila - raztopine naravnih ali sintetičnih makromolekularnih gradiv (kavčuk, nitroceluloza, umetne smole) v organskih topilih (večinoma ogljikovodiki); izhlapevanje topila in strjevanje lepila po principu večfaznega gradiva; termoplastična in pogosto temperaturno neobstojna; primerna za porozna grediva. Kemično vezalna lepila - iz umetnih smol na bazi fenola, epoksida, poliestra ali akrila; v tekočem do testastem stanju ali v obliki folij; osnovna lepila (A) dosežejo vezalne sposobnosti preko vsebovanega ali dodanega (dvokomponentna lepila) trdilnega katalizatorja (B), ki sproži ustrezno kemično reakcijo tvorjenja in vezanja makromolekul (prepletanje polimerov) v lepilu pri povišani temperaturi, prisotnosti vlage, ultravijoličnih (UV) žarkov ali odvzemu kisika (anaerobna lepila); topla (enokomponentna) in hladna (dvokomponentna) lepila; primerna za spajanje kovin, stekla, keramike in umetnih snovi. Beležke:

95

izr. prof. dr. Zoran Ren

Strojni elementi - I. del Strojni elementi

Vrste lepil

______________________________

Zlepni spoji

Fakulteta za strojništvo

Glede na nosilnost ločimo: Lepila z nizko nosilnostjo (strižna trdnost τzm < 5 N/mm2) - spojene dele brez težav in poškodb razstavimo; uporaba: finomehanika, elektrotehnika, modelna gradnja, kozmetična industrija, pohištvena industrija, itd. Lepila s srednjo nosilnostjo (strižna trdnost 5 ≤ τzm ≤ 10 N/mm2) spojenih delov praviloma ne moremo razstaviti brez poškodovanja zlepnih površin; uporaba: strojegradnja in gradnja vozil; Lepila z visoko nosilnostjo (strižna trdnost τzm > 10 N/mm2) - lepilo se po fazi trdenja spremeni v trdno snov, ki tvori nerazstavljivi spoj; uporaba: gradnja vozil, plovil in rezervoarjev, letalska tehnika.

Beležke:

96

izr. prof. dr. Zoran Ren

Strojni elementi - I. del

Oblikovanje zlepnih spojev

Strojni elementi ______________________________

Zlepni spoji

Fakulteta za strojništvo

• oblikovati kot prekrivne spoje, F

• oblikovati tako, da prenašajo le strižne in/ali tlačne obremenitve,

nepravilno

F

pravilno

• pri nateznih obremenitvah potrebne večje zlepne površine,

F

• po možnosti del obremenitve prenašamo z ujemom delov, F lz

F tmin

Az

F F/2

S, Re

Priporočilo: lz ≈ 0,1⋅Re⋅tmin lz = (10..20)⋅tmin

F/2

Beležke:

97

F ugodneje

F

izr. prof. dr. Zoran Ren

Fakulteta za strojništvo

Strojni elementi - I. del

Porazdelitev napetosti v lepilnem sloju pri različnih obremenitvah

Beležke:

98

Strojni elementi ______________________________

Zlepni spoji

izr. prof. dr. Zoran Ren

Strojni elementi - I. del Strojni elementi

Oblikovanje zlepnih spojev

______________________________

Zlepni spoji

Fakulteta za strojništvo

• oblikovati tako, da dosežemo čim ugodnejšo in enakomerno porazdelitev napetosti po spoju, a)

c)

F

b) F

F

τz nom τz max

τz

F

d) F

τz max

τz

−σz max

+σz max

σz

F

a) neobremenjen spoj b) normalne napetosti v spoju delov z majhno upogibno togostjo c) strižne napetosti v spoju delov z veliko upogibno togostjo in d) v spoju s prirezanimi deli

Beležke:

99

izr. prof. dr. Zoran Ren

Strojni elementi - I. del

Uporabnost zlepnih spojev

Strojni elementi ______________________________

Zlepni spoji

Fakulteta za strojništvo

• istočasno tesnenje,

navadni načini tesnenja

tesnenje z lepilnim slojem

• spajanje večjih površin.

pred lepljenjem

po lepljenju in upogibanju robov

Beležke:

100

izr. prof. dr. Zoran Ren

Strojni elementi - I. del Strojni elementi

Trdnostni preračun zlepnih spojev

Fakulteta za strojništvo

______________________________

Zlepni spoji

• strižna obremenitev zlepnega spoja

τz =

F Az

≤ τ z dop

• natezna obremenitev zlepnega spoja

σz =

F Az

≤ σ z dop ≈ τ z dop

F

F b b

lz

τ zm ν

t

ν = 1,5…5

F

F

soležni spoj

prekrivni spoj

T

Pogoj enake nosilnosti spoja in pločevin: Fzm = Az ⋅ τ zm ≈ S ⋅ Rm = Fm

d

obodni prekrivni spoj

τ z dop =

b

S = b⋅tmin

Beležke:

101

izr. prof. dr. Zoran Ren

Odvisnost porušitvene trdnosti zlepnega spoja od temperature

Strižna porušitvena trdnost τzm [N/mm2]

Fakulteta za strojništvo

Strojni elementi - I. del Strojni elementi ______________________________

Zlepni spoji

topla lepila hladna lepila

Temperatura T [°C] 1 – epoxid 2 – epoxid/nylon 3 – epoxid/phenol 4 – phenol/polivinilformal 5 – poliamid 6 – epoxid/poliaminoamid 7 – epoxid/poliaminioamid 8 – methakrilat

Beležke:

102

izr. prof. dr. Zoran Ren

τzm [N/mm2]

Fakulteta za strojništvo

Strojni elementi - I. del

Odvisnost porušitvene trdnosti od časa in okoliškega medija

Strojni elementi ______________________________

Zlepni spoji

1 − naravno staranje 2 − pospešeno staranje 3 − destilirana voda 4 − morska voda 5 − vodovodna voda

1 2 3 5

4

t [tedni] Lepilo: SICOMET-Standard; lepljeno gradivo: AlCuMg2, 100x25x1,5, razmaščeno in jedkano, prekrivni spoj debeline 10 mm

Beležke:

103

izr. prof. dr. Zoran Ren

Strojni elementi - I. del Strojni elementi ______________________________

Praktični primeri zlepnih spojev Fakulteta za strojništvo

Beležke:

104

Zlepni spoji