УДК 667.621.262.2.66.028:62-52
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ДОЗИРОВАНИЯ КЛЕЕВЫХ СОСТАВОВ ДЛЯ СБОРОЧНЫХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
В. С. Безменов, А. В. Игнатов
Представлены блочные схемы типовых систем автоматизированного дозирования (САД) клеевых составов (КС) для сборочных производств с клеевыми соединениями и методика проектирования систем. Поэтапно анализируются свойства КС, тип и конструкция клеевого соединения, составляется техническое задание на разработку САД. В зависимости от сочетания указанных в техническом задании основных параметров исходных данных (условия отверждения КС, его вязкости и диапазона дозирования) проводится выбор схемы типовой САД. Ключевые слова: клеевые составы, клеевые соединения, сборочные машиностроительные производства с клеевыми соединениями, системы автоматизированного дозирования клеевых составов, методика проектирования, пневмоавтоматика.
ВВЕДЕНИЕ
В современном машиностроении используется множество видов клеевых соединений и целый ряд клеевых составов (КС) как различной химической природы (акриловые, на основе канифоля, каучуков, латексов, поливинилацетата и его сополимеров, поливинилового спирта и его производных, элементоорганических соединений, неорганические, полиуретановые, полиэфирные, эпоксидные и др.), так и различного агрегатного состояния (жидкости различной вязкости, пастообразные составы, твердые вещества).
Методика выбора автоматизированного устройства нанесения и дозирования КС состоит из нескольких этапов, на которых анализируются особенности клеевого соединения и определяется конкретная схема построения системы автоматизированного дозирования (САД).
ЭТАПЫ ПРОВЕДЕНИЯ ВЫБОРА САД
• На первом этапе на основе характера производства определяется уровень требуемой автоматизации процесса нанесения и дозирования КС, выбираются соответствующие устройства, их производительность и точность.
• На втором этапе анализируется вид КС. Различают два основных вида — термореактивные и термопластичные. Термореактивные составы выпускаются в жидком и пастообразном состояниях, термопластичные — только в твердом состоянии. Они представляют собой упругий материал, который приобретает свойства клея после разогрева до жидкого состояния, а при остывании образует клеевой шов. На данном этапе решается вопрос о необходимости
наличия системы подогрева КС в емкости хранения на всем пути транспортирования последнего к месту сбор-
ки. Такая технология налагает определенные требования на всю конструкцию САД.
• На третьем этапе анализируют жизнеспособность КС. Жизнеспособность — это время, в течение которого рекомендуется произвести все сборочные работы с КС. После завершения процесса склеивания соединение фиксируется и происходит его отверждение. Использование КС в течение срока жизнеспособности гарантирует обеспечение его эксплуатационных характеристик при соблюдении технологии и условий сборки. Жизнеспособность не совпадает со сроком хранения. Жизнеспособность отсчитывается в пределах срока хранения с начала создания тех условий, при которых запускается механизм отверждения. Каждый КС характеризуется своей жизнеспособностью, она определяется химической природой состава, механизмом его отверждения и окружающими условиями, которые способны либо ускорить, либо замедлить процесс отверждения. Применение КС по истечении срока его жизнеспособности приводит к снижению прочностных характеристик клеевого соединения. При применении КС с ограниченной жизнеспособностью автоматизированное устройство дозирования снабжают системой очистки, которая срабатывает при истечении срока жизнеспособности КС. Поэтому на данном этапе решается вопрос о необходимости наличия системы очистки, ее принципа действия и конструкции.
• На четвертом этапе анализируют химическую природу отверждения КС. Классифицируя КС по химической природе отверждения, можно выделить пять групп.
В первую группу входят КС, которые отверждаются при отсутствии кислорода воздуха. При проектировании устройств нанесения и дозирования КС для пер-
64
вепвогв & Эувгетв • № 6.2014
вой группы отверждения необходимо обеспечить его постоянный контакт с кислородом воздуха, а также исключить контакт с металлами, особенно активной группы, стараться использовать открытые емкости для хранения дозируемого состава, обеспечив присутствие кислорода воздуха.
Вторую группу составляют КС, отверждение которых происходит благодаря контакту с влагой воздуха. Применение таких составов требует некоторой выдержки после нанесения для запуска процесса отверждения. Особенно это важно при соединении деталей с большой площадью нанесения. Отсутствие открытой выдержки в этом случае может привести к тому, что клей отвердеет лишь по периферии соединения и прочность такого соединения будет значительно отличаться от расчетной.
При проектировании устройств нанесения и дозирования для второй группы отверждения следует выбирать замкнутую систему транспортирования КС, которая обеспечит ее изоляцию от контакта с влагой даже в воздушной смеси. В случае применения сжатого воздуха в таких устройствах необходимо предусмотреть систему его предварительной осушки. Кроме того, необходимо предусмотреть отсутствие пористых материалов, использовать герметичный трубопровод без изломов.
К третьей группе можно отнести те КС, отверждение которых происходит после испарения или принудительного высушивания входящей в их состав дисперсионной среды. Для качественного применения таких составов требуется открытая выдержка. При проектировании устройств нанесения и дозирования для третьей группы отверждения следует избегать применения пористых материалов, способствующих испарению летучих составляющих. Система транспортирования КС должна быть замкнутой, что уменьшит вероятность его преждевременного отверждения из-за испарения дисперсионной среды. В устройствах нанесения КС на всем пути его транспортирования к месту сборки не должно быть свободных объемов и открытых полостей.
В четвертую группу входят КС, отверждение которых происходит под воздействием ультрафиолетового облучения. Применение таких клеев требует того, чтобы одна из деталей соединения была выполнена из материала, пропускающего УФ-лучи.
Проектирование устройств нанесения и дозирования для четвертой группы отверждения во многом схоже с первой группой. Отличительной особенностью в данном случае является то, что материалы, используемые при изготовлении устройств, не должны пропускать ультрафиолетовые лучи.
Кпятой группе относятся КС, отверждение которых происходит в присутствии различных веществ, запускающих химические реакции. Как правило, это двухком-понентные составы, и процесс отверждения начинается после смешения компонентов. К ним относятся эпок-
сидные и полиэфирные композиции, клеи на основе карбамидоальдегидных олигомеров, а также некоторые композиции на основе каучуков, фенолоформальдегид-ных олигомеров, элементоорганических соединений, полиуретанов и полиэфиров. Из-за ограниченной жизнеспособности рассматриваемых композиций различные компоненты рекомендуется транспортировать отдельно, а перемешивание их производить непосредственно перед применением.
На четвертом этапе определяются материалы для транспортирования КС.
• На пятом этапе анализируют структурный состав КС, который может быть гомогенным и гетерогенным.
Гомогенные КС (от греч. ЬотоБ — равный, одинаковый) — составы однородные по плотности и химической структуре по всему объему.
Гетерогенные КС (от греч. Ьё1его8 — иной, другой) — составы, содержащие зоны различной плотности, допускающие взвеси из твердых фаз, фиксируемых визуально.
КС одной и той же химической природы, в зависимости от рецептуры, назначенной эксплуатационными функциями, могут быть как гомогенным, так и гетерогенными. Наибольшую сложность при проектировании устройств нанесения и дозирования представляют гетерогенные составы. Они не предназначены для долгого хранения, так как их более тяжелые составляющие начинают оседать, что меняет общую структуру и сказывается на прочностных характеристиках соединения.
При проектировании устройств нанесения и дозирования для гетерогенных КС необходимо исключать резкие перегибы транспортной системы, задавать плавную скорость подачи без пульсаций потока, обеспечивать постоянство сечения трубопровода и ламинарное течение по нему.
• На шестом этапе анализируют вязкость КС. Вязкость колеблется в широких пределах от текучих составов, способных заполнить капиллярные микропоры в деталях (например, специальные анаэробные), до твердых тел разной формы (например, клеи-расплавы). Поэтому принято говорить о жидких, пастообразных и твердых КС.
Твердые КС всегда расплавляют перед применением до состояния вязкотекучей жидкости. Температура расплавления зависит от рецептуры клея.
Пастообразные КС транспортируют путем их принудительного разогрева. Температура разогрева регламентируется физико-химическими свойствами КС; она не должна вызывать выкипание составляющих.
При транспортировании высоковязких КС, как правило, ужесточаются требования к жесткости конструкции.
Жидкие составы всегда транспортируют в состоянии их поставки.
На этом этапе проектирования САД определяется диаметр трубопровода, мощность привода, необходимость принудительного подогрева состава, жесткость конструкции.
• На седьмом этапе рассчитывают требуемую дозу КС, которая подается в позицию сборки.
• На восьмом этапе анализируют число компонентов в КС. В машиностроении используют, как правило, одно- и двухкомпонентные КС, но бывает и большее число компонентов. Наибольшую сложность вызывают многокомпонентные КС. Главное преимущество многокомпонентных КС — длительный срок хранения в несмешанном состоянии. Много-компонентность характерна для термореактивных КС. Термопластичные КС, как правило, одноком-понентные в условиях поставки. В случае применения многокомпонентных термореактивных КС в устройство нанесения должна быть включена система смешивания компонентов. До поступления компонентов в систему смешивания для каждого компонента КС проектируется устройство транспортирования в соответствии с вышепер
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.