Соединения деталей в приборах и машинах весьма разнообразны по своему назначению, конструкции, технологии изготовления.

Соединения подразделяют на разъемные и неразъемные.

Разъемными называют соединения, повторная сборка и разборка которых возможна без повреждения их составных частей. Такими соединениями являются резьбовые соединения, шпоночные, шлицевые, штифтовые, шплинтовые и др. Разъемные соединения можно разделить на подвижные и неподвижные.

Подвижные разъемные соединения – соединения, в которых одна де-

таль может перемещаться относительно другой. Например, соединение передвижной гайки с винтом у суппорта токарного станка.

Неподвижные разъемные соединения – соединения, в которых детали не могут перемещаться одна относительно другой. Например, соединение деталей при помощи винта или болта и гайки.

Соединения, не предназначенные для разборки и, следовательно, которые нельзя разобрать без повреждения соединяемого элемента, называются неразъемными . Это соединения сваркой, пайкой, склеиванием, заклепочное соединение и др.

В данной работе Вы выполняете разъемное соединение (резьбовое и шпоночное).

Соединения разъемные и неразъемные

Резьба - это поверхность, образованная при винтовом движении плоского контура по цилиндрической или конической поверхности. При таком движении плоский контур образует винтовой выступ соответствующего профиля, ограниченный винтовыми цилиндрическими или коническими поверхностями.

Если винтовое движение совершает точка, то производимую ею пространственную кривую называют винтовой линией (рис. 2, а).

Резьбы классифицируют:

1. По форме поверхности, на которой нарезана резьба (цилиндрические, конические);

2. По форме профиля (треугольные, прямоугольные, трапецеидальные, круглые и др.);

3. По направлению винтовой поверхности (правые и левые);

4. По числу заходов – числу винтовых линий (однозаходные, многозаходные);

5. По расположению резьбы на поверхности стержня или отверстия (внешние и внутренние);

6. По назначению (крепежные, крепежно-уплотнительные, ходовые,

специальные и др.).

Основные параметры резьбы по ГОСТ 11708-66:

наружный (номинальный) диаметр резьбы d,D - диаметр воображаемого цилиндра или конуса, описанного вокруг вершин наружной резьбы или впадин внутренней резьбы;

внутренний диаметр резьбы d1 ,D1 - диаметр воображаемого цилиндра или конуса, описанного вокруг впадин наружной резьбы или вершин внутренней резьбы;

профиль резьбы – контур сечения резьбы плоскостью, проходящей через ее ось (например, на рис. 2, б , в профиль треугольный);

угол α (угол профиля резьбы) – угол между смежными боковыми сторонами профиля;

шаг цилиндрической резьбы Р – расстояние между соседними одноименными боковыми сторонами профиля в направлении, параллельном оси резьбы;

ход цилиндрической резьбы P h – расстояние между ближайшими одноименными боковыми сторонами профиля, принадлежащими одной и той же винтовой поверхности, в направлении, параллельном оси резьбы. Другими словами, ход резьбы – это величина относительного осевого перемещения точки за один полный оборот (угол 360°).

В однозаходной резьбе ход равен шагу, в многозаходной - произведению шага Р на число заходов n : P h = n Р.

Крепежная резьба предназначена для неподвижного соединения деталей. В качестве крепежных используют метрические и дюймовые резьбы.

Крепежно-уплотнительные резьбы предназначены в основном для плотного, герметичного соединения деталей. К ним относят трубную и конические резьбы.

Ходовые резьбы применяют для передачи осевых усилий и движения. Широкое распространение получили трапецеидальные, упорные, прямоугольные и круглые резьбы. Они могут быть однозаходными и многозаходными.

Резьбу изображают:

на стержне – сплошными основными линиями по наружному диаметру резьбы и сплошными тонкими линями по внутреннему диаметру. На виде слева по внутреннему диаметру резьбы проводят дугу, приблизительно равную ¾ окружности, разомкнутой в любом месте (рис. 3);

в отверстии – сплошными основными линиями по внутреннему диаметру резьбы и сплошными тонкими по наружному диаметру (рис. 4). При изображении резьбового соединения условно принимают, что резьба стержня закрывает резьбу отверстия (рис. 5).

Соединение болтом

Задание: выполнить два изображения соединения болтом: по действительным размерам и упрощенное его изображение по ГОСТ 2.315-68

Соединение болтом состоит из соединяемых деталей с отверстиями под болт, болта, гайки и шайбы.

Болт

Болт − цилиндрический стержень, имеющий на одном конце резьбу под гайку, на другом − головку. Пример условного обозначения:

Болт М16 × 70 ГОСТ 7798 - 70 − болт исполнения I (исполнение I не указывается), с метрической резьбой диаметром d =16 мм, с крупным шагом резьбы (крупный шаг в обозначении не указывается) и длиной болта l =70 мм.

На чертеже болт выполняют в двух видах: на плоскость, параллельную оси болта и на плоскость, перпендикулярную оси, при этом на плоскости, параллельной оси болта, должно быть изображено три грани головки болта и три грани гайки. Образец выполнения работы приведен на рис. 8.

Выполнение работы начинается с подсчета рабочей длины болта по формуле (рис. 6):

l =l1 +l2 + H + S + K,

где l 1 и l 2 − толщины соединяемых деталей; H − высота гайки;

S − толщина шайбы;

K = (0,25…0,35)d − часть болта, выходящего за гайку, где d - номинальный диметр болта.

В длину болта l высота головки не входит. После вычисления длина болта округляется до ближайшего значения по стандарту. Размеры болта, а также размеры гайки и шайбы берутся из таблиц соответствующих стандартов.

Диаметр сквозного отверстия в соединяемых деталях берется равным 1,1 d. При выполнении чертежа зазор между стержнем болта и стенкой отверстия выполняется не менее 1 мм.

Упрощенное изображение болтового соединения вычерчивается по соотношению размеров в зависимости от диаметра болта, при этом размеры гайки, шайбы и головки болта получаются несколько большими. Фаски и зазоры не изображают. Резьбу условно показывают по всей длине болта. На виде сверху резьбу не изображают (рис. 7 и 8).

Неразъемными соединениями называются такие соединения, которые невозможно разобрать без нарушения элементов соединяемых деталей. К этому виду соединений относятся соединения деталей заклепками, завальцовкой и развальцовкой, склейкой, сваркой и с гарантированным натягом.

Соединение деталей заклепками осуществляется путем *установки заклепки в заранее просверленное отверстие соединяемых деталей и расклепывания (формообразования) замыкающей головки заклепки инструментом.

Для клепки деталей применяют заклепки, которые представляют собой стержни 3 (рис. 7) с закладными головками 4. Заклепки бывают сплошными и пустотелыми, а также с полукруглой и конической (потайной) заклад-ными головками.

Процесс клепки основан на пластичности металла заклепок, поэтому их изготовляют из деформируемых металлов и сплавов: малоуглеродистой стали, мягкой латуни и дюралюминия.

При клепке деталей применяют следующий инструмент: подставки (поддержки) с зажимными устройствами, об-жимки, струбцинки (натяжки), слесар-ные молотки и т. д.

Подставки 6, которые поддержи-вают склепываемые детали 5 снизу, должны быть тяжелее собираемых де-талей и слесарного молотка. Ударная часть обжимки 2, которой формируют замыкающую головку 1 заклепок, должна соответствовать типу головки выбранной заклепки.

Струбцинками (натяжками) стяги-вают соединяемые детали для получения выступающего конца заклепки, деталей заметами расчетной величины.

Рис.7.

Длина выступающей части (конца) заклепки отно-сительно плоскости заклепываемых деталей должна быть такой величины, чтобы ее хватило для образования замыкающей головки заклейки.

Для получения полукруглой головки (для средних диаметров заклепок) длина выступающей части заклепок должна составлять 1,5d, а для потайной головки 0,7-- 0,8d, где d -- диаметр стержня заклепки.

Технологический процесс соединения заклепкой ве-дется в следующей последовательности: фиксация и крепление склепываемых деталей 5 по чертежу;

Установка заклёпки в отверстие склепываемых деталей и установка узла закладной головкой 4 заклёпки на рабочей части поддержки 6, закреплённой в зажимном устройстве 7;

Расклёпывание и оформление замыкающей головки заклёпки обжимкой 2 при помощи молотка;

Контроль качества соединения путём внешнего осмотра и опробования.

Соединение деталей заклёпками применяют в тех случаях, когда невозможно применить сварку или пайку, например соединение ламелей с планками фотозатворов, соединение тормозного кольца с диском фрикционных муфт, а также соединение деталей, изготовленных из кожи, фибры и других разнородных материалов.

В процессе сборки оптико-механических приборов и их составных частей выполняются операции по склеиванию оптических деталей с механическими и ещё чаще - приклеивание прокладок, изготовленных из различных неметаллических материалов, к оптическим и металлическим деталям. Например, при сборке прицельных окуляров, чтобы предохранить сетку от поворота, осуществляют цементирование сетки в оправе глетоглицериновым клеем-цементом (раствор свинцового глета в обезвоженном глицерине). При этом необходимо иметь в виду, что клеящая способность клея-цемента сохраняется всего 15-20 мин. Склеенная сборочная единица должна быть выдержана при температуре 18-30° в течение 3-4 часов.

Кроме того, при сборке оптических узлов применяют клеи ОК-50 и ОК-46 для соединения деталей оптики с металлическими деталями (например, при сборке призм и линз видоискателей некоторых дальномерных фотоаппаратов и киносъёмочных камер).

Для приклеивания прокладок, изготовленных из бумаги, картона, фибры, пробки и других материалов, к оптическим деталям (призмам, зеркалам, выравнивающим стёклам и др.) широко применяют нитроклей АК-20 и шеллачный клей (раствор шеллака - природной смолы некоторых тропических растений - в этиловом техническом спирте).

При соединении деталей из теплоизоляционных материалов (пенопласта, фторопласта, текстолита), лакоткани, кожи, эбонита, фибра и других материалов с металлическими деталями и деревом применяют клеи БФ-4 и ПУ-2.

Для склеивания деталей из резины и прорезиненных материалов с металлическими и деревянными при сборке приборов применяют клей марки 88Н или термопреновый клей.

Соединение деталей клеем выполняют путём нанесения жидкого клея на склеиваемые поверхности деталей с последующей выдержкой и при необходимости сушкой в термошкафах при определённой температуре в течение некоторого времени. Поверхности склеиваемых деталей должны быть тщательно обезжирены ацетоном или петролейным эфиром. Соединение деталей клеями повышает герметичность собираемых узлов, не поддаётся коррозии и устойчиво против вибраций. К недостаткам клеевых соединений следует отнести длительность выдержки собранных узлов для окончания процесса отвердения клея.

Соединение деталей с гарантированным натягом осуществляют путём запрессовки охватываемой детали в отверстие охватывающей детали с натягом.

Величину натяга, равную разности между диаметрами D и d сопрягаемых деталей (рис.8.), выбирают с учётом условий, при которых работает данное соединение в изделии.

В процессе запрессовки происходит деформация сопрягаемых деталей, т.е. увеличение размера (диаметра) охватывающей и уменьшение размера охватываемой детали.

Степень деформации зависит от величины натяга: чем больше натяг, тем больше степень деформации деталей. При значительных деформациях могут образоваться трещины и произойти разрушение сопрягаемых деталей. Следовательно, величина натяга должна быть рассчитана с учётом прочности материала охватывающей детали.

Процесс запрессовки может быть выполнен следующими способами: ручным при помощи ручного молотка или пресса; при помощи машинного пресса; путем запрессовки с нагревом охватывающей детали (при этом материал, расширяясь, увеличивает посадочное отверстие детали, что способствует легкой запрессовке; путем запрессовки с охлаждением охватываемой детали (при этом проис-ходит сжатие материала с уменьшением наружного диаметра данной детали, которая войдет в отверстие сопрягаемой детали без особого усилия).

Технологический процесс соединения деталей с гаран-тированным натягом (рис.8.) включает подготовку по-верхностей сопрягаемых деталей, связанную с выполне-нием фасок для захода охватываемой детали 2 в отвер-стие охватывающей детали 3, установку и ориентацию одной детали относительно другой в приспособлении 4 стола 5 пресса, запрессовку прессом 1 охватываемой де-тали с применением смазочных веществ и контроль полу-ченного соединения. Этот вид соединения применяют для сборки деталей вращения типа осей, валов колец и др.

Соединение деталей развальцовкой осуществляют путем раскатки кромки одной детали и плотного прижатия этой кромки к поверхности другой детали. На рис.9. показан процесс соединения, выполняемого этим способом. Здесь зубчатое колесо 3 насаживается на посадочный диаметр оси 2, которая закреплена в зажимном устройстве 1.

Рис.8.

Рис.9. Соединение деталей с натягом.

Коническая оправа 5 под действием силы Р давит и раскатывает кромку 4 до плотного прижатия и закре-пления зубчатого колеса 3.

Соединение развальцовкой применяют для сборки осей с зубчатыми колесами и других деталей, работающих с незначительными нагрузками, так к ж при этом соеди-нении возможно проворачивание деталей относительно друг друга.

Крепление деталей завальцовкой является самым рас-пространенным способом соединения механических дета-лей с оптическими деталями круглой формы. Это соеди-нение осуществляется путем плотной закатки края метал-лической оправы на фаску по всей окружности оптической детали. При этом не допускается закатка оправы на полированную поверхность стекла.

Все посадочные места оправы под оптические детали выполняются в механических цехах, и оправы поступают на сборку после отделки их в отделочном цехе.

Рис.10.

Рис.11. Завальцовка оптических деталей вручную.

При сборке таких узлов необходимо подготовить оправы под завальцовку. Эта подготовка заключается в проточке наружного края оправы (рис. 10.) по действи-тельному размеру края линзы и ее фаски.

Оптические детали завальцовывают на токарно-арматурных станках вручную или с помощью специальных приспособлений.

Металлическую оправу 1 устанавливают в цанговый (зажимной или разжимной) патрон или резьбовую оправу станка и сообщают ей вращение. При завальцовке вручную применяют специальный инструмент - полировальник (или воронило) 3, которым закатывают кромку оправы на фаску оптической детали 2. Полиро-вальник опирают на подручник станка.

При массовом производстве оптико-механических при-боров детали завальцовывают так называемыми ролико-выми головками, которые могут быть установлены в ко-ническое отверстие задней бабки токарно-арматурного станка пли шпинделя специального станка. Кромка оправы закатывается тремя вращающимися вокруг своих осей роликами 2, закрепленными па головке /, которая, в свою очередь, обкатывается вокруг детали (рис. 11.). Оправа 3 с оптической деталью закрепляется в специаль-ном приспособлении 4, которое прижимается к роликам пружинным механизмом, обеспечивающим постоянное усилие прижима при завальцовке деталей. При подготовке оправы к завальцовке отделка ее наружной кромки нарушается и она становится блестящей, поэтому ее после завальцовки тут же, на станке при помощи кисточки покрывают черной нитроэмалью.

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 наглухо обеспечивает 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 шайбами со 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 трения в 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 массой является 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 шплинтом с корончатой (прорезной) гайкой или проволочной петлей, которые являются легко заме­няемыми и сравнительно дешевыми элементами, обеспечивающими доста­точную надежность.

Штифтовые соединения применяются 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 соединения используют 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 соединение применяют 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:

d 1 = (1,5-1,7) d 0 , l = (h 1 + h 2 ) +3d 0

Усилие расклепывания:

P = (2,0-2,5) σ в S

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.

Развальцовка применяется 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 в S

где:

Соединения пластической деформа­цией образуются 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.

Запрессовка обеспечивается 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. Адгезией называется явление сцеп­ления двух разнородных материалов при их контакте, которое возникает в результате проявления сил молекуляр­ного взаимодействия клея и соединяе­мой поверхности. Аутогезией называ­ется 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.

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

Физическая адсорбция вызывается 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 адсорбция протекает 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.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) 10 5 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.

Контакты .

Введение

Неразъемными соединениями называются такие, повторная сборка и разборка которых невозможна без повреждения деталей. К ним относятся соединения сварные, паяные, соединения, получаемые склеиванием, соединения заклепками и т.д.

6.1 Соединения сварные

Сварка — один из наиболее прогрессивных способов соединения составных частей изделия. Сварка — это процесс получения неразъемного соединения путем сплавления металлов деталей и сварочного электрода. При сплавлении образуется сварной шов.
Существует много видов сварки и способов их осуществления, например:

• ручная электродуговая (ГОСТ 5264-80*);
• автоматическая и полуавтоматическая под флюсом (ГОСТ 11533-75);
• дуговая сварка в защитном газе (ГОСТ 14771-76*);
• контактная сварка (ГОСТ 15878-79) и др.

Сварные соединения (швы) делятся на следующие виды:

• стыковое , обозначаемое буквой С (Рисунок 6.1, а-е);
• угловое , обозначаемое буквой У (Рисунок 6.1, ж);
• тавровое , обозначаемое буквой Т (Рисунок 6.1, з, и);
• нахлесточное , обозначаемое буквой Н (Рисунок 6.1, к, л);

Рисунок 6.1 — Виды сварных швов
Кромки свариваемых деталей могут быть подготовлены: с отбортовкой (Рисунок 6.1, а), без скосов (Рисунок 6.1, б, е, ж, к), со скосом одной кромки (Рисунок 6.1, в), со скосом обеих кромок (Рисунок 6.1, г), с двумя симметричными скосами одной кромки (Рисунок 6.1, д, и) и др.
Шов может быть односторонний (Рисунок 6.1, а, б, в, г, ж, к) и двусторонний (Рисунок 6.1, д, е, з, и, л).
На чертежах к буквенному обозначению сварного шва добавляют цифровое, которое характеризует всю совокупность конструктивных элементов сварного шва, т.е. вид подготовки кромок, толщину свариваемых деталей и т.д.
Например, стыковое соединение, односторонний шов без скосов обеих кромок для деталей толщиной S = 1…6 мм — обозначается С2; тавровое соединение, шов двусторонний с двумя скосами одной кромки, толщина деталей S = 12…100 мм — обозначается Т9, см. таблицу ниже, на которой представлены некоторые обозначения типов сварных швов.


Шов характеризуется размером катета поперечного сечения шва (в нахлесточном, угловом и тавровом соединениях). Шов может быть непрерывным (Рисунок 6.2, а), прерывистым с цепным расположением свариваемых участков (Рисунок 6.2, б) и непрерывным с шахматным расположением свариваемых участков (Рисунок 6.2, в).

Рисунок 6.2 — Расположение сварочных швов
Выступающую часть шва над поверхностью основного металла называется выпуклостью или усилением шва (Рисунок 6.3). Шов может выполняться по замкнутой (Рисунок 6.4, а) или незамкнутой линии (Рисунок 6.4, б).

Рисунок 6.3 — Усиление шва

Рисунок 6.4 — Замкнутая (а) и незамкнутая (б) линии шва
Согласно ГОСТ 2.312-72, шов сварного соединения независимо от способа сварки условно изображают сплошной основной (видимый шов) или штриховой (невидимый шов) линией (Рисунок 6.5, а). Одиночные сварные точки изображают знаком «+» высотой и шириной 5…10 мм, толщина линий S (Рисунок 6.5, б). Невидимые сварные точки не изображают.
На Рисунке 6.5, а показаны примеры условных обозначений сварных швов:
— верхний шов (изображен штриховой линией) нахлесточного соединения, выполнен ручной электродуговой сваркой при монтаже изделия, по незамкнутой линии, катет шва 5 мм, шов прерывистый с цепным расположением провариваемых участков, l-50 мм и t-100 мм;
— нижний шов таврового соединения выполнен при монтаже изделия ручной электродуговой сваркой, шов прерывистый цепной, l-50 мм, t-100 мм, катет шва 5 мм, шов выполняется при монтаже изделия.

а	б

Рисунок 6.5 — Пример изображения и обозначения сварного шва на чертеже
Условное обозначение шва наносят на полке линии-выноски, проведенной от изображения шва с лицевой стороны (Рисунок 6.6, а) или под полкой линии-выноски, проводимой от оборотной стороны (Рисунок 6.6, б). Линию-выноску начинают односторонней стрелкой.

Рисунок 6.6 — Схема нанесения условного обозначения сварного шва
В условном обозначении шва могут быть применены знаки, представленные в таблице 6.1.
Таблица 6.1- Условные обозначения типа сварного шва


В скобках приведено изображение знаков при обозначении шва с оборотной стороны, т.е. при записи условного обозначения шва под полкой линии-выноски.
Все знаки выполняют тонкими линиями. Высота знаков должна быть одинаковой с высотой цифр, входящих в обозначение шва.
На Рисунке 6.7 приведено полное условное обозначение стандартного шва или одиночной сварной точки по ГОСТ 2.312-72.


Рисунок 6.7 — Условное обозначение сварного шва
1 — Обозначение стандарта на типы и конструктивные элементы швов
2 — Буквенно-цифровое обозначение шва
3 — Условное обозначение способа сварки (допускается не указывать)
4 — Знак 4 (табл.6.1) и размер катета
5 — Размер:
— для прерывистого шва — длины привариваемого участка
— для одиночной сварной точки, или контактной точечной сварки — расчетного диаметра точки
— для контактной шовной сварки — расчетной ширины шва
— для прерывистого шва контактной шовной сварки — расчетной ширины шва, знак умножения, размер длины привариваемого участка, знак / и размер шва
6 — Вспомогательные знаки
При наличии одинаковых швов обозначение наносят у одного изображения, а у остальных проводят линии-выноски с полками для указания номера шва (Рисунок 6.8, а, б) или без полок, если все швы одинаковые (Рисунок 6.8, в).

а	б	в

Рисунок 6.8
Если все сварные швы, изображенные на чертеже изделия, хотя и разных типов, выполняют по одному и тому же стандарту, например, ГОСТ 5264-80, его обозначение на полке не указывают, а дают ссылку в технических требованиях.

6.2 Соединения паяные

В паяных соединениях детали соединяются путем схватывания металлов припоя и деталей. Пайку применяют для получения герметичности, образования покрытия от коррозии (лужения), при соединении деталей, и т.д. В ряде случаев способ соединения пайкой имеет преимущество перед сваркой, его широко применяют в радиотехнике, электронике, приборостроении.
Существует большое число способов пайки, простейшим из которых является пайка паяльником.
Способ пайки указывают в технической документации.
Припои подразделяют:

1. по температуре расплавления на:

• особолегкоплавкие (до 145° С),
• легкоплавкие (до 450° С),
• среднеплавкие (до 1100° С),
• высокоплавкие (до 1850° С) и
• тугоплавкие (свыше 1850° С);

1. по основному компоненту на:

• оловянные (ПО),
• оловянно-свинцовые (ПОС),
• цинковые (ПП),
• медно-цинковые (латунные, ПМЦ),
• серебряные (ПСр) и др.

Наиболее широко применяются оловянно-свинцовые припои. Выпускают припои в виде проволоки (Прв), прутков (Пт), лент (Л) и др.
Марку припоя записывают в технических требованиях по типу:
ПОС 40 ГОСТ (без указания сортамента) или
Припой Прв КР2 ПОС 40 ГОСТ 21931-76 1931-76 (с указанием сортамента),
где Прв КР2 — проволока круглого сечения диаметром 2 мм. Число 40 указывает содержание олова в процентах (остальное — свинец); припой ПСр 70 ГОСТ 19733-74* — 70% серебра, 26% меди и 4% цинка; припой ПОС 40 — мягкий, ПСр 70 твердый.
При соединении получается паяный шов (ГОСТ 19249-73 — Соединения паяные. Основные типы и параметры). Как и сварные, паяные швы (П) подразделяют (рис. 6.9) на: нахлесточные (ПН-1, ПН-2,…); телескопические (ПН-5, ПН-6); стыковые (ПВ-1,ПВ-2,…); косостыковые (ПВ-3, ПВ-4); тавровые (ПТ-1,ПТ-2,…); угловые (ПУ-1,ПУ-2,…); соприкасающиеся (ПС-1,ПС-2,…).


Рисунок 6.9 — Типы паяного шва
Независимо от способа пайки швы на видах и разрезах изображают, согласно ГОСТ 2.313-82 (СТ СЭВ 138-81), сплошной линией толщиной 2s . На линии выноске, выполняемой тонкой линией и начинающейся от изображения шва двусторонней стрелкой (а не односторонней, как у сварного шва), помешают условный знак пайки, наносимый основной линией. Шов по замкнутой линии обозначают тем же знаком, что и аналогичный сварной шов.
Согласно ГОСТ 19249-73*, тип шва указывают на полке линии-выноски (Рисунок 6.10).


Рисунок 6.10 — Пример обозначения паяного шва на чертеже

6.3 Соединение заклепками

Такие соединения применяют для деталей из несвариваемых, а также не допускающих нагрева материалов в самых различных областях техники – металлоконструкциях, котлах, судо- и самолетостроении.
Заклепки изготавливают из достаточно пластичных для образования головок материалов: сталей марок Ст2 , Ст3 , Стали 10 , латуни, меди и др. Материал заклепок должен быть однородным с материалом соединяемых металлических деталей.
Наиболее широко применяют заклепки с полукруглой, потайной , полупотайной, плоской головкой, классов точности В и С, с покрытием и без него.


Рисунок 6.11 — Заклепки
Обозначение: Заклепка С8х20.38.МЗ.136 ГОСТ …, где — С — класс точности, 8 — диаметр, 20 — длина, 38 — обозначение группы материала, М3 — марка материала (медь), 136 — обозначение вида и толщины покрытия.
Отверстия под заклепки пробивают или сверлят немного больше размера (на 0,5 …1 мм) диаметра заклепки. Свободный конец должен иметь длину, необходимую для изготовления замыкающей головки (Рисунок 6.12) и выбираемую по ГОСТ 14802-85 — «ЗАКЛЕПКИ (ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТИ) Диаметры отверстий под заклепки, размеры замыкающих головок и подбор длин заклепок», размеры гнезд регламентированы ГОСТ 12876-67 — «Поверхности опорные под крепежные детали. Размеры».
.


Рисунок 6.12 — Расчет длины заклепки
По назначению заклепочные швы делят на прочные, плотные, обеспечивающие герметичность, и плотно-прочные. По конструктивным признакам заклепочные швы бывают одно-, двух-, трехрядные и т.д. с листами, расположенными встык с одной или двумя накладками, с цепным или шахматным расположением заклепок (Рисунок 6.13).


Рисунок 6.13 — Варианты расположения заклепок
Если шов содержит заклепки одного типа и с одинаковыми размерами, то на чертеже согласно ГОСТ их обозначают одним из условных знаков в одном-двух местах каждого соединения, а в остальных — центровыми или осевыми линиями (Рисунок 6.14). На чертеже наносят размеры расстояний между заклепками в ряду, между рядами и от кромок листов.


Рисунок 6.14 — Условные изображения заклепок различного типа на чертеже


Рисунок 6.15 — формирование замыкающей головки

Рисунок 6.16 — Изображение заклепки с полукруглой головкой

Длина заклепок выбирается из следующего ряда: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 45, 48, 50, 52, 55, 58, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100 мм и т.д..

6.4 Соединения, получаемые склеиванием

Способ соединения деревянных, пластмассовых и металлических деталей и конструкций путем склеивания, находит широкое применение в промышленности.
Правила изображения полностью совпадают с изложенными выше для паяных соединений, отличается лишь знак (Рисунок 6.17) (ГОСТ ГОСТ 2.313-82).
Обозначение: Клей БФ-10Т ГОСТ 22345-77* , обозначение приводят в технических требованиях, в простейших случаях — на полке линии-выноски.

Рисунок 6.17

По вопросам репетиторства по инженерной графике (черчению), вы можете связаться любым удобным для вас способом в разделе Контакты . Возможно очное и дистанционное обучение по Skype: 1000 р./ак.ч.

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДРАСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра инженерной графики

РЕФЕРАТ

На тему:

«Неразъемные соединения»

МИНСК, 2008

Неразъемные соединения

Неразъемным называют такое соединение деталей и узлов, разборка которого невозможна без повреждения деталей. Часто неразъемные соединения используют для получения деталей сложной формы и геометрии из простых дешевых элементов. К неразъемным относят сварные, паяные, заклепочные, клеевые и формовочные соединения.

Сварные соединения

Сваркой называют процесс соединения металлических и пластмассовых деталей путем установления межатомных связей между соединяемыми частями при местном нагреве, пластической деформации или одновременном действии того и другого.

Различают термическую, термомеханическую и механическую сварки. Наиболее распространенными видами сварки являются электродуговая, электронно-лучевая, газовая (термические); контактная и термокомпрессионная (термомеханические); трением, холодная и ультразвуковая (механические).

При электродуговой сварке (рис. 1, а) электрической дугой в месте контакта электрода 2 и соединяемых деталей 1 расплавляется металл деталей и электрода и образуется прочный шов. Защитная обмазка металлического электрода образует при сварке большое количество шлака и газа, которые обеспечивают устойчивое горение дуги и защищают расплавленный металл от окисления. В месте сварки сильно окисляющихся при нагреве алюминиевых и магниевых сплавов, сплавов титана, высоколегированных сталей электрическую дугу окружают слоем инертного газа, аргона или гелия, что сильно удорожает сварку.

При газовой сварке для нагрева и плавления металлов используют теплоту газового пламени при сжигании ацетилена в кислороде. Такую сварку часто применяют для тонкостенных и легко окисляющихся деталей из металлов, обладающих различными температурами плавления, в частности, для сварки деталей из конструкционных сталей толщиной до 2 мм, меди – до 4 мм. Газовая сварка вызывает небольшие деформации и структурные изменения.

Электронно-лучевую (лазерную) сварку производят потоком электронов (частиц света) большой энергии. Этим способом обычно сваривают тугоплавкие и сильно окисляющиеся металлы и сплавы. Сварку производят в вакууме или в атмосфере аргона.

Контактная сварка – самый производительный способ сварки в массовом производстве. Различают точечную, стыковую и роликовую (шовную) контактные сварки. При точечной сварке (рис. 1, б) тонкостенные детали соединяют внахлестку. Под действием давления электродов, проводящих ток к месту сварки, образуются точечные сварные соединения. Так как высокие температуры действуют на небольших участках (точках), отсутствует коробление соединяемых деталей. Точечную сварку используют при изготовлении кожухов, панелей, шасси, стоек и других деталей.

При стыковой сварке (рис. 1, в) соединяемые детали сжимают и в зоне контакта при прохождении электрического тока выделяется большое количество теплоты. Стыковой сваркой соединяют детали различных форм и сечений (круг, квадрат, труба, уголок и т.д.).

Шовную сварку (рис. 1, г) осуществляют вращающимися дисковыми электродами. При этом получается непрерывный сварной шов, обеспечивающий герметичное соединение тонкостенных деталей.

Разновидностью контактной сварки является конденсаторная – ток к месту сварки подается в виде короткого импульса при разряде конденсаторов. Контактная сварка позволяет сваривать разнородные материалы, детали малых толщин и сечений (сварка в «шарик» монтажных приводов) и детали различных сечений.

Термокомпрессионная сварка – это сварка под давлением с местным нагревом участка соединения за счет теплопередачи от нагретого электрода. Применяется для присоединения металлических проводников толщиной в десятки микрон к полупроводниковым кристаллам, к напыленным пленкам, т.е. при монтаже элементов микросхем.

При сварке трением нагрев в месте соединения осуществляется за счет теплоты, выделяемой в месте контакта прижатых друг к другу и вращающихся по отношению друг к другу деталей.

Холодная сварка осуществляется без нагрева соединяемых деталей за счет их сжатия с помощью механических и гидравлических прессов до появления пластических деформаций. Холодной сваркой сваривают металлы с хорошими пластическими свойствами – алюминий и его сплавы, медь и ее некоторые сплавы; никель; олово; серебро; разнородные металлы, например, алюминий и медь. Для получения прочных и плотных швов необходимо предварительно очистить поверхности контакта от окислов. Прочность соединения при точечной холодной сварке может быть выше, чем при точечной контактной сварке, но при этом значительно хуже внешний вид соединения из-за вмятин и пластической деформации.

Ультразвуковая сварка основана на создании в месте соединения деталей переменных напряжений сдвига с частотой ультразвуковых генераторов, преобразующих колебания электрических величин в механические колебания. Ультразвуковая сварка позволяет сваривать металлы с различными, в том числе неметаллическими покрытиями, пластмассы.

В зависимости от выбранного вида сварки и требований, предъявляемых к соединению, применяют различные виды соединений. В зависимости от взаимного расположения соединяемых элементов различают следующие виды сварных соединений: стыковые (рис. 2, а), нахлесточные (рис. 2, б), угловые (рис. 2, в) и тавровые (рис. 2, г). Форму кромок и размеры поперечного сечения стыковых швов определяют в зависимости от толщины свариваемых деталей и способа сварки. Угловые швы в поперечном сечении имеют форму прямоугольного треугольника. В зависимости от расположения по отношению к направлению нагрузки сварные швы делят на лобовые – шов перпендикулярен направлению нагрузки (рис. 2, д), фланговые – шов параллелен направлению нагрузки (рис. 2, е), косые и комбинированные (рис. 2, ж).

Достоинствами сварных соединений являются высокая производительность, равнопрочность, герметичность, возможность соединения различных материалов и деталей разных форм.

Недостатки сварных соединений: появление остаточных напряжений в местах сварки за счет локального нагрева, что может привести к деформации свариваемых деталей; недостаточная вибрационная и ударная прочность; необходимость проведения термической обработки для снятия остаточных напряжений; сложность контроля дефектов и качества соединения.

Сварные соединения обозначают (рис. 2, д, е, ж) прямой линией, оканчивающейся стрелкой, направленной к сварному шву. Линия соединена с полкой, над которой указывают параметры сварного шва. Если лицевая сторона сварного шва не видна, обозначение параметров помещают под полкой. Свойства сварного соединения определяются свойствами материалов или их сочетаний, включая покрытия соединяемых деталей; видом и технологическими параметрами сварки; формой и размерами шва.

Свойство материалов образовывать сварные соединения, отвечающие требованиям конструкции и условиям эксплуатации, оценивается свариваемостью. Из материалов и их сплавов свариваются хорошо, без применения особых методов малоуглеродистые конструкционные и низколегированные стали (Ст0…Ст3, 08…25, 15Х, 15Г и др.), алюминий и его сплавы (Д1, Д16, АМц, АМг3, АЛ2, АЛ4), медь и ее сплавы (М3, ЛС59-1, Л63, БрАЖ9-4, БрОФ10-1, БрОЦ4-3 и др.); свариваются ограниченно только специальными методами или при определенных режимах сварки среднеуглеродистые стали (30 … 45, 30Г, 30ХГС и др.); свариваются плохо высокоуглеродистые и высоколегированные стали 65Г, У8, У10, чугуны.

Из неметаллических материалов сварке подвергаются только термопластические пластмассы (полиэтилен, полистирол, полипропилен и др.), при этом кромки деталей разогреваются до пластического вязкотекучего состояния, а затем подвергаются сжатию. В качестве присадочного материала применяют пруток из той же пластмассы, что и свариваемые детали. Известны следующие способы сварки пластмасс: ультразвуком, токами высокой частоты, трением, газовыми теплоносителями и нагретыми инструментами.

Соединения пайкой

Пайкой называют процесс соединения металлических или металлизированных деталей с помощью дополнительного связующего материала – припоя, температура плавления которого ниже температуры плавления материала соединяемых деталей.

В расплавленном состоянии припой смачивает поверхности соединяемых деталей. Соединение происходит путем межатомного сцепления, растворения и диффузии материала деталей и припоя.

В отличие от сварки пайка сохраняет неизменными структуру, механические свойства и состав материала деталей, вызывает значительно меньшие остаточные напряжения. Прочность паяного соединения определяется прочностью припоя и сцепления припоя с поверхностями соединяемых деталей.

В качестве припоя применяют как чистые металлы, так и сплавы. В зависимости от температуры плавления припои бывают легкоплавкие (мягкие) и среднетугоплавкие (твердые). К легкоплавким мягким припоям с температурой плавления до 450 °С относятся оловянисто-свинцовые сплавы с содержанием олова от 18 до 90%, например ПОС-61 (61% олова). Для понижения температуры плавления в эти сплавы вводят висмут и кадмий, а для увеличения прочности – сурьму. Твердые припои содержат в своем составе медь, цинк, никель, серебро и имеют температуру плавления выше 500 °С.

Мягкие припои применяют для получения главным образом надежных электрических контактов при пайке и герметичных соединений.

Твердые припои обеспечивают достаточную прочность шва при температуре свыше 100 °С, устойчивы к вибрациям, ударам и агрессивным средам.

Хорошее соединение пайкой можно получить только при чистых поверхностях спаиваемых деталей, свободных от окислов и загрязнений и при заполнении зазора между деталями припоем. Для очистки и защиты соединяемых поверхностей и припоя от окисления, улучшения смачиваемости и лучшего растекания припоя применяют флюсы. Они способствуют очищению поверхностей от загрязнений, растворяют окисные пленки, улучшают смачиваемость поверхностей припоем, обеспечивают лучшее затекание припоя в зазоры между спаиваемыми деталями. Флюсы должны обладать хорошей жидкотекучестью и иметь температуру плавления более низкую, чем у припоя, что обеспечивает их вытеснение припоем. Они делятся на химически активные (бура, хлористый цинк и др.) и химически неактивные (канифоль и спиртовые растворы). Применение первых требует тщательной промывки деталей после пайки.

Соединения пайкой могут выполняться при различных способах нагрева деталей и припоя. Наиболее распространенными видами пайки являются пайка паяльником, газовой горелкой, в печи, индукционная, пайка в жидких средах, ультразвуковая, волной припоя, лазером, электронным лучом и другие. Способ нагрева зависит от конструкции соединения, материала соединяемых деталей, требуемого количества теплоты и температуры нагрева. Качество соединения определяется величиной зазора и плотностью его заполнения припоем, прочностью припоя и прочностью связи припоя с поверхностями соединяемых деталей.

Достоинствами пайки являются простота и дешевизна технологического процесса, широкие возможности его механизации и автоматизации, возможность соединения всех металлов и разнородных материалов (металл с керамикой, стеклом, резиной), малые остаточные температурные напряжения и деформации, малое электросопротивление мест соединения. Так как непосредственная пайка при соединении металлов с неметаллами невозможна, то на поверхности неметаллических материалов создают промежуточный слой из меди, никеля, серебра, который хорошо сцепляется с поверхностью этих материалов и обеспечивает качественную пайку с металлом.

Недостатком соединений пайкой является их невысокая механическая и термическая прочность.

Различают паяные соединения внахлестку и встык. Наибольшую прочность имеет соединение внахлестку, но при этом увеличиваются габариты соединения. Соединение встык имеет малые габариты, но невысокую прочность.

Заклепочные соединения

Заклепочные соединения выполняют с помощью специальных крепежных деталей – заклепок (рис. 3, а, б) или непосредственным расклепыванием цапф деталей (рис. 3, в, г).

Заклепка представляет собой цилиндрический стержень с двумя головками, одна из которых, называемая закладной, выполнена заранее, а вторая, замыкающая, получается в процессе сборки под ударами инструмента. Соединяемые детали при этом сильно сжимаются.

Форма и размеры заклепок стандартизированы. Стержень заклепки может быть сплошным или полым; головки по форме бывают полукруглые (рис. 4, а), потайные (рис. 4, б), полупотайные (рис. 4, в), плоские (рис. 4, г). Заклепки изготавливают из пластичных материалов: низкоуглеродистых сталей (Ст2, Ст3, 08, 10), меди (М1), латуни (Л62), алюминиевых сплавов. Материал соединяемых деталей может быть тверже или мягче материала заклепок. Желательно, чтобы коэффициенты линейного расширения заклепок и соединяемых деталей были равными или близкими друг другу. В противном случае при изменении температуры возникнут дополнительные напряжения, что снизит прочность соединения. Диаметр d (см. рис. 4, а) заклепки принимают примерно в 1,8 … 2,0 раза больше минимальной толщины соединяемых деталей. Стержень заклепки должен выступать над соединяемыми деталями на величину примерно 1,5d для образования замыкающей головки. Для обеспечения лучшей механической прочности и предотвращения концентрации напряжений при посадке и клепке заклепки рекомендуют минимальный зазор между заклепкой и стенками отверстия. Диаметр отверстия под заклепку принимают на 0,2 … 0,5 мм больше диаметра заклепки.

Заклепочные соединения применяют для соединения трудносвариваемых металлов и разнородных материалов; в конструкциях, подверженных действию вибрационных и ударных нагрузок; для соединения металлических деталей с неметаллическими.

Выбор формы заклепки зависит от материала и толщины соединяемых деталей.

Стальные заклепки применяют для прочных соединений, а латунные и алюминиевые – для соединений, не требующих большой механической прочности. Для соединения деталей, изготовленных из хрупких или неметаллических материалов, используют полупустотелые и пустотелые заклепки (рис. 4, д, е).

Заклепки с полукруглой головкой – самые распространенные и применяются везде, где допустима выступающая головка. Применение заклепок с потайной головкой целесообразно для деталей из прочных материалов при толщине более 2 … 2,5 мм. При меньшей толщине берут заклепки с полупотайной головкой. Для соединения мягких и эластичных материалов (винипласт, резина) необходимы большие площади головки, поэтому под заклепки ставят шайбы, прокладки. Клепка и развальцовка заклепок не должны сильно деформировать соединяемые детали.

Заклепочные соединения выполняют внахлестку (рис. 5, а) или встык с одной (рис. 5, б) или двумя (рис. 5, в) накладками и расположением заклепок в один, два или более параллельных (рис. 5 г) или шахматных ряда.

Шаги между заклепками выбираются исходя из назначения соединения и удобства клепки: t = (2 … 8)d, ℓ = (1,35 … 2)d, m = (1,5 … 2)d. Заклепки рассчитывают на сдвиг по поперечным сечениям и на смятие по боковым поверхностям, а листы – на растяжение по ослабленным отверстиями под заклепки сечениям.

Достоинствами заклепочных соединений являются возможность соединения различных материалов, хорошая сопротивляемость вибрационным и ударным нагрузкам, удобство и надежность контроля качества соединения. К недостаткам относятся трудоемкость (разметка, сверление отверстий, закладка и клепка заклепок) и высокая стоимость; ослабление соединяемых деталей отверстиями; дополнительный расход материала на накладки.

Клеевые соединения

Склеиванием называют соединение деталей тонким слоем быстротвердеющего раствора – клея. Процесс склеивания состоит из подготовки соединяемых поверхностей деталей, нанесения клея, соединения деталей и выдержки при определенных давлении и температуре.

Клеевые соединения применяют для скрепления деталей из различных металлических и неметаллических (стекло, керамика, пластмасса) материалов в любом их сочетании. К клеевым соединениям не предъявляют требований высокой прочности, но они должны хорошо сопротивляться вибрациям, воздействию влаги, колебаниям температур. Соединения бывают чисто клеевые и клеемеханические, для повышения герметичности (клеерезьбовые, клеесварные). Клеевые соединения улучшают герметизацию, снижают стоимость изделия и позволяют проще решать задачи миниатюризации конструкций. Их часто применяют в тех случаях, когда невозможно механическое крепление соединяемых деталей, например, склеивание оптического стекла с помощью прозрачных и неокрашенных клеев, крепление полупроводникового кристалла с кристаллодержателем.

Прочность клеевого соединения зависит от способа подготовки поверхностей. Желательно, чтобы они были шероховатые. Для этого применяют механическую (абразивную) и химическую (травление в растворах) обработку. Клеевой слой для повышения прочности должен быть по возможности тонок (0,05 … 0,25 мм), тепло- и влагостойким, не подвергаться старению. Для обеспечения необходимого взаиморасположения склеиваемых деталей в конструкции предусматривают фиксирующие элементы – выступы, впадины и т.п.

Клеи подбирают исходя из свойств материала соединяемых поверхностей. Клеи делят на твердеющие при удалении растворителя, твердеющие при охлаждении расплава и твердеющие за счет химических процессов.

Процесс склеивания клеями первой группы сводится к нанесению на поверхность деталей раствора клея, сдавливанию деталей и последующему удалению растворителя путем испарения или впитывания в склеиваемый материал. Соединение обладает свойством обратимости, его не применяют для изделий, работающих в условиях повышенной влажности и температуры. К таким клеям относят резиновые, казеиновые и другие виды клеев.

Клеи второй группы перед нанесением разжижают нагреванием, затем наносят на поверхности, которые сдавливают и выдерживают при комнатной температуре. Эти клеи также обратимы, т.е. при нагревании становятся вязкими, и соединения разрушаются.

Клеи третьей группы необратимы, полученное с их помощью соединение обладает большой прочностью, однако процесс склеивания бывает сложным, некоторые клеи твердеют при нагревании соединения. К таким клеям относят синтетические клеи серий БФ, «Момент», клеи на эпоксидной, эпоксидно-кремнийорганической основе и др.

Клеевое соединение лучше работает на сдвиг, хуже – на отрыв. Его прочность зависит от сорта клея, толщины и качества слоя, прочности сцепления клея с поверхностями соединяемых деталей.

Соединения заформовкой и запрессовкой

Заформовка заключается в соединении металлических элементов (арматуры) со стеклом, пластмассами, резиной, легкоплавкими цинковыми, алюминиевыми и магниевыми сплавами путем погружения этих элементов в формуемый материал, находящийся в вязкотекучем пластичном или жидком состоянии. После застывания формуемого материала образуется неразъемное соединение.

Таким способом получают различные рукоятки (рис. 6), крышки, клеммовые держатели, детали для электроизмерительных, оптико-механических и электронных приборов. Заформовка является единственным способом получения газонепроницаемого соединения металлических электродов со стеклянными баллонами электровакуумных устройств.

Соединения заформовкой имеют следующие достоинства: не требуются высокие точность и чистота обработки погружаемых частей арматуры; можно получить необходимые, часто не совместимые местные свойства элементов узла – электро- и теплопроводность арматуры при сохранении изоляционных свойств узла; уменьшаются масса изделий и расход металла, стоимость.

При заформовке практически отсутствует сцепление арматуры с формуемым материалом. Прочность и плотность соединений обеспечивают выбором соответствующих форм погружаемой арматуры в виде кольцевых проточек, впадин, уступов, уширений, загибов (см. рис. 6), увеличивающих поверхности контакта и препятствующих ее выдергиванию.

Соединения запрессовкой получают путем создания гарантированного натяга между охватываемой и охватывающей поверхностями при сборке. После сборки вследствие упругих и пластических деформаций на поверхности контакта возникает удельное давление и соответствующие ему силы трения, препятствующие взаимному смещению деталей.

Сборка при соединении запрессовкой может осуществляться одним из трех способов: прессование без нагрева, с нагревом втулки или с охлаждением вала. Наиболее распространены соединения запрессовкой по цилиндрическим поверхностям. Они применяются для соединения зубчатых колес на валиках, при соединении зубчатого венца червячного колеса со ступицей. Для облегчения сборки на деталях выполняют направляющие фаски. Сборка с нагревом втулки может вызвать изменение структуры, коробление детали. Предпочтительнее сборка с охлаждением вала. Для охлаждения используют жидкий азот (–196 °С), сухой лед (–72 °С).

При малых размерах соединяемых деталей часто используют запрессовку на валик с накаткой, что значительно уменьшает стоимость соединения за счет снижения точности изготовления соединяемых поверхностей. На валу накатывают треугольные выступы (шлицы), при этом часть материала вала выдавливается инструментом и первоначальный диаметр вала увеличивается. Прочность соединения зависит от глубины вдавливания накатанных зубцов в цилиндрическую поверхность сопряженной детали. В процессе запрессовки материал втулки деформируется и заполняет впадины вала. Соединение с накаткой применяют для сборки стальных или латунных валиков с алюминиевыми или пластмассовыми деталями. Этот вид соединения хуже прессовых центрирует детали, но при этом не требуются высокие точность и чистота обработки поверхностей, упрощается сборка.

Чем больше натяг и параметры шероховатости поверхности, тем выше надежность соединения. К соединениям с гарантированным натягом относятся соединения с применением посадок H7/u7; H7/r6; Н7/p6 и др. Выбор необходимой посадки осуществляют из условий прочности по величине удельного давления.

Достоинствами соединений запрессовкой являются: отсутствие дополнительных креплений, простота конструкции, хорошая центровка сопрягаемых деталей, возможность передачи значительных осевых усилий и крутящих моментов. К недостаткам соединений относятся: высокие точность и стоимость изготовления соединяемых деталей, сложность сборки, влияние величины натяга, коэффициента трения и рабочих температур на прочность соединения.

ЛИТЕРАТУРА

1 Красковский Е.Я., Дружинин Ю.А., Филатова Е.М. Расчет и конструирование механизмов приборов и вычислительных систем: Учебное пособие. М.: – Высш. шк., 2001. – 480 с. 2001

2 Сурин В.М. Техническая механика: Учебное пособие. – Мн.: БГУИР, 2004. – 292 с. 2004

3 Ванторин В.Д. Механизмы приборных и вычислительных систем: Учебное пособие. – М.: Высш. шк., 1999. – 415 с.