3.3.3. Ragasztott kötések A ragasztott kötéseket azonos, vagy különböző anyagok, féek és neféek kötésére használjuk. Előnyei: Sokoldalúan használható: fé-, űanyag, keráia, bőr, fa, üveg azaz szinte inden technikai felhasználású anyag kötéséhez, ezek bárelyikének bárelyikhez való kötésére. Ne károsítja a kötés környezetében lévő anyagot, nincs áteneti zóna, int a hegesztett kötéseknél. Kevés töeget és helyet igényel bárilyen vastagságkülönbség egengedhető az összekötendő eleek között. Töítettséget, korrózióállóságot biztosít. Rezgéscsillapító hatású. Ne kell a kötési felülethez hozzáférni int ívhegesztésnél. Ne kell a leezeket előfúrni int szegecselésnél, ezáltal feszültséggyűjtő hatást okozva a leezekben. Kobinálni lehet ás kötésekkel, azok hatásosságát növelni. Pl. ponthegesztéssel, szegecskötéssel kobinált ragasztott kötések. Nagy kötési felület valósítható eg. Hátrányai: Elkészítési idő nagy, eg kell várni a ragasztóanyagban lezajló kéiai folyaatok befejeződését. Ez esetenként akár 4 órát is tarthat. A felület előkészítésére nagyobb unkát kell ráfordítani, int hegesztésnél. Esetenként ragasztó prések, fűtőeleek szükségesek. Érzékeny a nagy hőérsékletre. Jóval kisebb a szilárdság, int a hegesztett kötésnél, ezért főleg átlapolt kötés használható. Öregedésre hajlaos, érzékeny az ultraviola sugárzásra, a levegő oxidációjára. Egészségre ártalas, környezetszennyező anyagok keletkezhetnek a gyártáskor, felhasználáskor és a terék egseisítésekor. A ragasztott kötések egvalósításakor szinte azonos felület előkészítési technológiát kell alkalazni, int a forrasztott kötéseknél. A felületekről az oxidokat, szulfidokat egyéb szennyeződéseket drótkefével, csiszolóvászonnal vagy hűtőfolyadék nélküli forgácsolással el kell távolítani. A felületet gondosan zsírtalanítani kell. Szerves oldószer, triklór-etilénnel, aceton a leggyakrabban használt anyag. Ezek tűzveszélyesek és egészségre ártalasak. A zsírtalanított felületekről az oldószer aradványokat desztillált vízzel le kell osni és a felületeket gondosan eg kell szárítani. A kötés inősége akkor lesz a legjobb, ha a felület előkészítés és a ragasztóanyag felvitele között inél kevesebb idő telik el. A ragasztó anyagok széles választéka áll rendelkezésre a kereskedeli forgaloban. A jelenlegi választék két nagy csoportba sorolható: - izikai hatással kötő ragasztók - Kéiai hatással kötő ragasztók (reaktív ragasztók) A fizikai hatással űködő ragasztóknál a ragasztóréteg az anyagban lévő oldószer elpárologása útján keényedik ki eredeti folyadék-, vagy zselatin szerű állapotából. A hőre lágyuló ragasztóréteg terhelés alatt kúszási tulajdonságot utat. Ebből az anyagból rugalas, jó ragasztóréteg alakul ki, integy = 5 1 N/ nyírószilárdsággal. A csoportba sorolt ragasztók tovább osztályozhatók: - kontakt ragasztók, főleg oldott kaucsuk bázisúak. A kapcsolódó indkét felületet be kell kenni ragasztóval, hagyni kipárologni, ajd rövid ideig össze kell nyoni. - olvasztott ragasztók, aelyeket egolvadt állapotban (általában 15-19Cº-on) kell felvinni. Megszilárdulás előtt az alkatrészeket össze kell illeszteni. - plastisolok, aelyeknél nincs oldószer, pasztaszerű állapotban visszük fel, és 15- Cº hatására keényednek eg. Ezek főleg finora őrölt PVC bázisúak lágyítószerbe feloldva. Képesek olajat és zsírt felvenni. 18
A kéiai hatással űködő ragasztók kisolekulájú vegyületekből állnak és a kötés alatt nagy olekulájú vegyületekké alakulnak a ragasztó rétegben, vagyis egy térhálósodás útján keényednek ki. étezik folyadék, paszta és fil állapotú anyag, aely katalizátor, hőérséklet növelés, levegő nedvességtartala vagy oxigén elvonás hatására térhálósodik. A katalizátor egy idegen anyag, aely eggyorsítja a kéiai reakciót. A reakció típusától függően egkülönböztetünk: - polier ragasztóanyagokat, aelyeknél a kisolekulák összekapcsolódva alkotják a nagyolekulákat, - poliaddiciós ragasztóanyagokat, aelyeknél két különböző kevert anyag olekulái egyesülnek, - polikondenzációs ragasztóanyagok, aelyek olekulái leszakadt kilépő kisolekulák hatására egyesülnek nagy olekulákká. Ehhez 1 13Cº és,4-1 MPa nyoás szükséges. A reaktív ragasztók egkülönbözethetők aszerint is, hogy egy- vagy kétkoponensű ragasztók-e. Kétkoponensű ragasztóknál vagy két űanyag paszta, aelyet felhasználás előtt össze kell keverni, vagy pedig egy űanyag paszta és egy kis ennyiségű anyag, a katalizátor, vagy néetül Härter (ejtsd:herter) képezi a két koponenst. A egfelelő szilárdság eléréséhez a ragasztóanyagok szavatossági idejét gondosan nyilván kell tartani, ert az időben fel ne használt ragasztó ár ne képes térhálósodni. Ugyancsak figyeleel kell lenni a pontos adagolásra kétkoponensű ragasztóanyagok esetén. A két koponens gondos buborékentes összekeveréséről is gondoskodni kell. A reaktív ragasztók a keényedés hőfoka szerint két csoportba sorolhatók: - elegen keényedő, - hidegen keényedő kötések. Itt a últ idő használata is indokolt lehet, ert vannak ragasztóanyagok, aelyekkel indkét ódon képezhető térhálósodott ragasztóréteg. A gyakorlati felhasználás és szilárdsági jellezők alapján a ragasztott kötéseket háro csoportba soroljuk: - kisszilárdságú kötések, nyírószilárdság : 5 N/ érintkező zárt terek, finoechanika, bútoripar. - közepes szilárdságú kötések: jellező. = 5 1 N/. Terület: vízzel ne. Gépgyártás és járűipar területére - nagyszilárdságú ragasztott kötések: 1 N/. Közvetlen érintkezés vízzel, kenőolajjal, oldószerekkel. Terület: járűipar, repülőgépgyártás, hajógyártás vegyipari készülékek gyártása. 3.3.3.1. Konstrukciós egfontolások A ragasztott kötések szilárdságát és tartós ellenálló képességét elsősorban a következő paraéterek befolyásolják: - Ragasztóanyag - Szerkezeti anyag - Működési feltételek 19
- Ragasztási hézag geoetriája - Terhelés A ragasztóanyag fizikai és kéiai tulajdonságai eghatározzák a ragasztott kötésekben a tapadó képességet és a belső szilárdságot. Gyakran a szerkezeti anyag fajtája és felületinősége az elsődleges szepont az optiális ragasztóanyag kiválasztásában vagy a ragasztási hézag nagyságának előírásában, de a szerkezeti eleek erevsége és echanikai tulajdonságai is fontos kritériuai a legalkalasabb ragasztóanyag és ragasztási technológia kiválasztásának. A ragasztott kötés űködési feltételei (hőérséklet, vegyszerek/oldószerek, nedvesség stb.) közvetlenül befolyásolják a ragasztóanyag kiválasztását. A tartós ellenálló képesség vonatkozásában a űködési feltételek és a ható erők jelentik a legfontosabb paraétereket. A kiválasztott ragasztóanyag optiális alkalazása szepontjából a ragasztási hézag kialakítását tekintjük a legfontosabb paraéternek. A kialakítást a ragasztóanyag korlátaihoz kell igazítani (pl. átkeényedés élysége, hézagkitöltés stb.) és esszeenőkig optializálni, a ragasztott kötés száára káros terheléseket (ütő és lefejtő igénybevétel) el kell kerülni. 3.3.3.. Ragasztott kötések tervezése Az optiális ragasztási hézag, a ragasztott kötés eleei kialakításának célja a hoogén feszültségeloszlás elérése. Ezen túlenően a ragasztott kötések tervezésekor bizonyos irányvonalakat sze előtt kell tartani: - Az ütő és lefejtő igénybevételt a lehető legkisebbre kell csökkenteni. - A ragasztási felületet a lehető legnagyobbra kell növelni. - A járulékos igénybevételeket eg kell szüntetni. - A feszültségeloszlást lehetőleg egyenletesre kell beállítani. Az 3.3.5. ábrán a ragasztott kötések igénybevételének alapeseteit szeléltetjük. A húzó igénybevételnek kitett kötés ne kedvező, ert a ragasztóanyag általában jóval kisebb szilárdságú, int az összeragasztott alkatrészek, ezért azok szilárdságát ne tudjuk kihasználni. A nyíró igénybevételű kötés elején és végén feszültségcsúcs keletkezik, aely egyben a károsodás kezdeti helye is. A feszültségcsúcs jellezésére érteleztük a terheléstorlódási tényezőt, aely ax α, (3.3.6) ahol ax a axiális, az átlagos csúsztató feszültség, aelyet a = összefüggésből kapunk; (3.3.63) A itt a nyíróerő, A a ragasztási felület nagysága. A terheléstorlódási tényező kiszáítását a 3.3.1 és 3.3. fejezet tartalazza. Aennyiben nagyon erevek az összeragasztott eleek, és a ragasztóréteg viszonylag lágy, akkor a terheléstorlódási tényező közel van az 1-hez. Ugyancsak kicsi a terheléstorlódási tényező, ha rövid a kötés. ( A kötés hosszát az erő irányában értelezzük.) Irányelv, hogy a kötési hossz a vékonyabbik leez vastagságának 1.. szorosa legyen legfeljebb. Ezt a kérdést a 3.3.1.3. fejezetben ár eleeztük.
A ragasztott kötéseknél rendkívül kedvezőtlen a lefejtő igénybevétel, aelyet indenképpen kerülni kell. Megoldás lehet a kobinált kötés alkalazása, ahol a feszültségcsúcs entén szegecssort alkalazva akadályozzuk eg a ragasztott kötés szétnyitását. A 3.3.5. ábra szerinti egoldásokkal a kötés áttervezésével szüntettük eg a szétfejtő igénybevételt. Az itt szereplő egoldásoknál jó példát látunk a konstrukcióknál alkalazható rásegítés elvére. Húzó igénybevétel Nyíró igénybevétel Nyoó igénybevétel efejtõ igénybevétel Ütõ igénybevétel feszültség feszültség feszültség feszültség feszültség ragasztási hézag ragasztási hézag ragasztási hézag ragasztási hézag ragasztási hézag 3.3.5. ábra eggyakoribb terhelésfajták és a feszültségeloszlásuk a kötés hossza entén Ragasztott kötéseknél törekedni kell a inél nagyobb ragasztási felületre. A 3.3.6. ábrán erre látunk példákat. Az ábrákon a szeléltetés iatt a ragasztóréteg vastagságát eltúloztuk. Valójában a ragasztó rétegvastagsága néhány tized illiéter. 1
Helytelen egoldás Megfelelõ egoldás Helytelen egoldás Megfelelõ egoldás 3.3.6. ábra Megoldások a lefejtő igénybevétel egszüntetésére. Rossz ehetséges szerkezeti egoldások Rossz ehetséges szerkezeti egoldások 3.3.7. ábra Ragasztási felületet egnövelése
A járulékos erőkre a 3.3.8. ábrán láthatunk példát. Az egyszeres átlapolt kötés járulékos terhelő nyoatéka az ábra jelöléseivel: M = ( s + d) (3.3.64) Ennek a nyoatéknak a hatására az átlapolt kötés az ábrán felrajzolt jellegű alakváltozást szenvedi el. A két erő hatásvonala közelebb kerül, és a (3.3.3)-nál valaivel kisebb nyoatéknál egy egyensúlyi alakra áll be. A járulékos hajlító nyoaték azért káros a ragasztott kötésre, ert húzófeszültséget ébreszt a ragasztóanyagban a kötés elején és végén, éppen ott, ahol egyébként is nagyobb a csúsztatófeszültség. Törekedni kell tehát ennek a nyoatéknak a kiküszöbölésére. Az 3.3.9. árán erre utatunk be egoldásokat. A egoldásokat felülről lefelé javuló sorrendben rajzoltuk fel. A ferde ragasztórétegnél a vízszintessel bezárt szög 3º-ra ajánlott. M 3.3.8. ábra Átlapolt kötés járulékos nyoatéka / / 3.3.9. ábra Egyirányú kötés szerkezeti odellje 3.3.3.3. Ragasztott kötés éretezése Ragasztott kötéseknél a kiindulási anyagjellező egy szabványosított rövid átlapolt kötés Cº laboratóriui hőérsékleten végzett statikus roncsolásos vizsgálatával kapott nyírószilárdság, aelyet egyszerűen a = (3.3.65) A képletből száítanak ki, ahol a ért nyíróerő, A a nyírt felület. A valóságos ragasztott kötések ehhez képest: - agasabb hőérsékleten üzeelnek, - tartós ideig terheltek, - a vizsgálati kötéshez képest eltérő hosszúságúak, vagy típusúak, - a terhelésük időben ne állandó, hane váltakozó is lehet stb. A ragasztott kötésben ezért a éretezéshez figyelebe vehető nyírószilárdság jóval kisebb lesz, int az ideális laboratóriui körülények között ért érték. 3
A ragasztóanyag gyártó cégek éppen a pontosabb éretezés elősegítése céljából teherbíró ragasztóanyagaikra elvégezték a hőérsékletállósági és tartós idejű terheléses vizsgálatokat, és gyártánykatalógusaikban, internetes on-line adatbázisaikban egadják a éretezéshez szükséges adatokat és diagraokat, aelyek segítségével a laboratóriui ideális nyírószilárdság a valóságos viszonyoknak egfelelően csökkenthető. Például a. http://www.loctite.hu/wwdh/hu/book/index_p.htl site-on a ragasztóréteg tényleges nyírószilárdságának kiszáításához ajánlott száítási eljárásban a teherbírás csökkentő hatásokat szorzótényezők segítségével veszik figyelebe: = f f... f, (3.3.66) 1 8 ahol f 1 = anyag fajtája, Az összeragasztott féek a ragasztóanyag térhálósodásakor katalizátorként űködnek, aely hat a ragasztóanyag végső szilárdságára. Az f 1 tényező értékei: acél 1, ötvözött acél,9 öntöttvas,8 rozsdaentes acél,8 aluíniu,5 réz és rézötvözetek,4 féfelületek, galvanikusan kezelt, f = kötés fajtája, Attól függően, hogy a szerelés toló-, sajtoló- vagy zsugorillesztéssel történik, az a kötés ragasztóanyaggal elért szilárdságát eltérően befolyásolja tolóillesztés 1, sajtoló illesztés,5 zsugorillesztés 1, Megjegyzés: Ezek az értékek becsült, ill. közelítő értékek, a tényleges alkatrész-geoetria befolyásolja őket. f 3 = illesztési hézag vagy túlfedés nagysága, Az alábbi ábra szerint növekvő ragasztóanyag vastagsággal csökken a szilárdság. 1,,8 Korrekciós tényezõ,6,4, javasolt tartoány,,,5,1,15,,5,3 Illesztési hézag (átérõre) 3.3.3. ábra Ragasztási hézag hatása 4
f 4 = geoetria, A ragasztórétegben a nyírófeszültség eloszlása ne egyenletes. Ezt a hatást az (3.3.4)-ben definiált terheléstorlódási tényezővel összefüggésben ár eleeztük. A terheléstorlódási tényezővel az f 4 tényező kifejezhető: 1 f 4 = (3.3.67) α Nyoatékkötések esetén az átlapolt kötésekhez hasonló ódon eghatározható a terheléstorlódási tényező. A kapott eredényeket gyakorlati száításokhoz ne tudjuk felhasználni, ert a szükséges anyagjellezők, így a csúsztató rugalassági odulus, ne állnak rendelkezésünkre. Nyoatékkötéseknél ezért a 3.3.31. ábra diagraját használjuk, aelyet a octite ragasztóanyag gyártója adott közre. 1,5 4 Korrekciós tényezõ f 1,,5 =, D =1,5 D =1, D D =,5 f 5 = űködési hőérséklet, Ragasztási felület, 3.3.31. ábra Nyoatékkötések geoetriai korrekciós tényezője A ragasztóanyagok hőállósága fajtától függően ás és ás. A 3.3.3. ábrán példaképpen féek ragasztására való octite 496 ciánakrilát ragasztó diagraját közöljük. Más anyag esetén be kell szerezni annak a hőállósági diagraját. 75 Szilárdság %-ban 5 5 5 15 o Hõérséklet, C 3.3.3. ábra 5
octite 496 hőállósága h f 5 =, ahol h a relatív szilárdság %-ban. (3.3.68) f 6 = hő okozta öregedés Ennek a tényezőnek a eghatározásához is a konkrét ragasztóanyag diagraja szükséges. A 3.3.33. ábrán szintén csak példaképpen féek ragasztására való octite 496 ciánakrilát ragasztó diagraját közöljük. 6 C Maradó szilárdság %-ban szobahõérsékleten érve f 7 = űködési közeg 75 5 5 C 8 C 3 4 5 Idõ, órában 3.3.33. ábra octite 496 hő okozta öregedése h f 6 =, ahol h a relatív szilárdság %-ban. (3.3.69) Vegyszereknek, vagy nagy levegő nedvességtartaú hely hatásának kitett kötések az előző ábra jellegéhez hasonlóan veszítenek szilárdságukból az idő függvényében. Az adott vegyszereknek és üzeelési körülényeknek ellenálló ragasztó típus kiválasztásával azonban ez a tényező 1-re választható. Egyéb esetben tanácsos a ragasztóanyag forgalazóval konzultálni. f 8 = terhelés jellege Váltakozó igénybevételnél a 3.3.34. ábrát tekinthetjük értékadónak, aelyet fárasztóvizsgálatokkal vettek fel. A statikus szilárdság %-a 8 6 4 1 1 1 3 4 1 1 1 Isétlõdések száa 5 6 1 7 1 8 1 6
3.3.34. ábra Ragasztóanyag kifáradására jellező szilárdság csökkenés h f 8 =, ahol h a relatív szilárdság %-ban. (3.3.7) Az ábra utatja, hogy pontos értéket ne tudunk egadni, ert a érési eredények nagy szóródást utatnak kifáradási vizsgálatoknál. Nagyon nagy ciklusszáoknál a statikus értékek haradával száolhatunk közelítőleg. f 8 =,5...,35 (3.3.71) A ragasztott kötésben egengedhető feszültséget a (3.3.66) alapján száított tényleges nyírószilárdságból kapjuk: eg =, (3.3.71) z ahol z = a biztonsági tényező. Adott terhelés esetén ezzel a kívánt ragasztási felület nagyságát tudjuk kiszáítani: A in =. (3.3.7) eg elvett éretek esetén a ragasztott kötés biztonságát tudjuk kiértékelni: x =, (3.3.73) n ahol = n A (3.3.74) a névleges nyírófeszültség. A itt a nyírt ragasztóréteg felülete. Nyilvánvaló, hogy a kötés akkor egfelelő, ha x. (3.3.75) 3.3.3.4. Szápéldák 1. A 3.3.35. ábrán látható acél fogaskerék és acél tengelyt octite 661 típusú ragasztó-anyaggal szereljük. A kötés lengő igénybevételt kap. A kötés otorolajjal töltött hajtóű házban üzeel, aelynek hőérséklete legfeljebb 8 Cº. Mekkora lesz a egengedhető nyoatéklengés nagysága? 3.3.35. ábra Ragasztott kötés Megjegyzés: Vegyük észre, hogy a tengely végén egy hosszú kúpos szakasz van. Erre azért van szükség, hogy az éles tengelyvég ne kotorja le a ragasztóanyagot a furat belsejéről. Egyébként az agy feltolása közben körkörös ozgatás is kell a ragasztóanyag egyenletes elterüléséhez. 7
Kidolgozás: Az anyag szilárdsági jellezője: octite 661 katalógusából: =,7 MPa. A (3.3.66) összefüggéshez szükséges konstansok száítása: Acél - acél kapcsolat esetén f 1 = 1. Az ábra szerint az illesztés laza, aelyre: f =1. Illesztési hézag hatása: 5B8 = 5 5h7 = 5 +,19 +,18,5 A közepes játékkal száolunk: J k =,1. A 3.3.3. ábra alapján f 3 =,75. A kötés ragasztási felülete: A = dπl = 5 π 7 = 163, 7 illetve = = 1, 4. D 5 A 3.3.31. ábra alapján: f 4 =,81. (ásd ég a 3.3.36. ábrát is.) A 8 Cº üzei hőérséklet iatt a 3.3.37. ábra alapján a (3.3.68)-ból: h 87 f 5 = = =,87. A hő okozta öregedés tényezője a octie 661 ragasztóra 8 Cº üzei hőérséklet esetén: f 6 = 1, ert 15 Cº-ig ennél az anyagnál ne lép fel anyag-jellező változás a 3.3.38. ábra tanulsága szerint. Maradó szilárdság %-ban szobahõérsékleten érve Szilárdság %-ban 4 Korrekciós tényezõ f 75 5 1,5 1,,81,5, 87% Ragasztási felület, =, D =1,5 D =1, D 163 3.3.36. ábra Geoetriai korrekciós tényező 8C 5 15 Hõérséklet C -ban 3.3.37. ábra octite 661 hőérséklet iatti korrekciós tényezője 75 5 5 3 4 5 Idõ órában 3.3.38. ábra octite 661 hőérséklet iatti öregedése 15 C 18 C 8
A ragasztott kötés űködési közege olaj, aelyet a octite 661 ragasztóanyag szilárdság csökkenés nélkül képes elviselni: f 7 = 1. A ragasztott kötést lengő igénybevételre kell ellenőrizni. A 3.3.34. ábrából: f 8 =,5. A ragasztóréteg tényleges nyírószilárdsága a (3.3.66) alapján száítható: A egengedhető feszültség: = f f f f f f f f = 1 1,75,81,87 1 1,5,7 3, MPa. 1 3 4 5 6 7 8 = 3 eg = = = 1,5 MPa. z A kötésre egengedhető erő: = A eg = 163 1,5 = 1595 N. Megengedhető nyoatéklengés: d 5 T a = ± = ± 1595 = ± 397613 N.. A 3.3.39. ábrán látható nyeles fogaskerék egy perees villanyotor tengelyébe van besajtolva, és octite 661 ragasztóval rögzítve. A sajtolás után a felületi nyoás: p = 6 MPa. A súrlódási tényező: µ =,1. A fogaskerék anyaga: ötvözött acél. A tengely anyaga: acél. Az üzei hőérséklet: 6 Cº. Közeg: olaj. Mekkora nyoaték engedhető eg a kötésre? Kidolgozás A egcsúszási határnyoaték: d ( µ p ) T = A, (3.3.76) s + ahol d = 3 a tengelyátérő, A = dπl az illeszkedő hengerfelület nagysága. A ragasztóréteg tényleges nyírószilárdsága a (3.3.66) alapján száítható: = f f f f f f f f Az egyes tényezők: 1 3 4 5 6 7 8 f 1 =,9 ötvözött acélra, f =,5 sajtoló illesztésre, f 3 =1, nulla hézag. ábra alapján, O3 35 O4 3.3.39. ábra Sajtolt, ragasztott kötés 9
f 4 = 1, a. ábra alapján /D = 1,5 és A = 59 értékekkel, f 5 =,95 a 7. ábra alapján 6 Cº-ra, f 6 = 1, a 8. ábra alapján nincs hő okozta öregedés 6 Cº-on, f 7 = 1, a ragasztó anyag olajálló, f 8 = 1, a terhelés statikus. =,7 MPa a octite 661 anyag nyírási szilárdsága. Behelyettesítve: = f f f f f f f f =,9,5 1 1,95 1 1 1,7 9,7 MPa. 1 3 4 5 6 7 8 = A egcsúszási határnyoaték a (3.3.48) alapján: d 3 ( µ p + ) = 59(,1 6 + 9,7) 49158 Ts = A = N. A egengedhető nyoaték ennek fele, vagy harada lehet: Ts 49158 Teg = = = 163836 N. 3 3 A tengelycsonkban ébredő csúsztatófeszültség: T = K 163836 = 389 eg n = p 68,6 MPa, aely ötvözött acélra egengedhető. Az összefüggésben 3 3 d π 3 π K p = = = 16 16 389 3 a poláris keresztetszeti tényező. 3