Композиция для склеивания металлических изделий

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области машиностроения и ремонта техники, в частности, к склеиванию металлических деталей в узлах машин.

Уровень техники

Известна композиция при следующем соотношении компонентов (в % по массе) [1]:

- анаэробный герметик АН-111 - 95…96,

наполнитель:

- углеродные нанотрубки «Таунит-М» - 4…5.

К недостаткам композиции-прототипа относятся:

1. Относительно высокая цена композиции, которая составляет 20954,67 руб./кг.

2. Время отверждения клеевых соединений, выполненных композицией, составляет 0,75 ч, что является причиной увеличения времени сборочных операций.

3. Относительно низкая долговечность клеевых соединений металлических изделий при циклическом нагружении.

Раскрытие изобретения

Задачей заявляемого изобретения является:

1. Снижение стоимости композиции для склеивания металлических изделий.

2. Сокращение времени отверждения клеевых соединений, выполненных композицией для склеивания металлических изделий.

3. Увеличение долговечности клеевых соединений металлических изделий при циклическом нагружении.

Заявлена композиция при следующем соотношении ингредиентов (в % по массе):

- анаэробный герметик АН-111 - 98,3…99,1,

наполнитель:

- нанопорошок алюминия (70) - 0,7…1,3,

- нанопорошок меди (70) - 0,2…0,4.

Анаэробные герметики представляют собой многокомпонентные жидкие составы, способные длительное время храниться без изменения свойств и быстро отверждаться при отсутствии взаимодействия с кислородом воздуха. Основой анаэробных герметиков являются полимеризационно способные соединения акрилового ряда, чаще всего диметакриловые эфиры полиалкиленгликолей, для которых характерна высокая скорость превращения в трехмерно-сшитые полимеры. В состав анаэробных герметиков входят также ингибирующие и инициирующие системы, обеспечивающие длительное хранение герметиков и быстрое отверждение в изделиях, различные загустители, модификаторы, красители и другие добавки [2].

В таблице 1 представлены показатели качества анаэробного герметика АН-111 [3].

Нанопорошок алюминия (70) получен распылением металлического проводника в атмосфере аргона, затем пассивирован медленным потоком сухого воздуха. В таблице 2 представлены параметры нанопорошка алюминия (70) [4].

Нанопорошок меди (70) получен методом электрического взрыва проводника в атмосфере аргона. В таблице 3 представлены параметры нанопорошка меди (70) [4].

Существенным отличительным признаком от прототипа является то, что в качестве наполнителя используются нанопорошок алюминия (70) и нанопорошок меди (70).

Таким образом, заявленное техническое решение имеет существенные отличительные признаки от прототипа и соответствует, тем самым, критериям изобретения.

Цена анаэробного герметика АН-111 (ТУ 2257-274-00208947-96) составляет - 14874 руб./кг [5].

Цена нанопорошка алюминия (70) (ТУ 1791-003-36280340-2008) составляет - 34630 руб./кг, а нанопорошка меди (70) (ТУ 1791-003-36280340-2008) -36350 руб./кг [4].

Цена углеродных нанотрубок «Таунит-М» составляет - 150000 руб./кг [6].

Соответственно цена композиции-прототипа составляет - 20954,67 руб./кг. Цена заявляемой композиции составляет 15146,73 руб./кг., что на 27,7% меньше цены композиции-прототипа.

Исследования процессов отверждения электрическим методом показали, что время полного отверждения клеевых соединений, выполненных композицией-прототипом при температуре окружающей среды Т=20°С, составляет 0,75 ч, а клеевых соединений, выполненных заявляемой композицией 0,5 ч (фиг. 1). Таким образом, время отверждения сократилось на 33,3%, что позволяет значительно сократить длительность процесса сборки узла, в конструкцию которого входит клеевое соединение.

Исследования долговечности клеевых соединений при циклическом нагружении показали, что долговечность клеевых соединений, выполненных композицией-прототипом при толщине клеевого шва 0,15 мм составляет 2,736×10⁷ циклов нагружения. Аналогичный показатель для клеевых соединений, выполненных заявляемой композицией, при толщине клеевого шва 0,15 мм составляет 3,384×10⁷ циклов нагружения (фиг. 2). Таким образом, долговечность клеевых соединений, выполненных заявляемой композицией, на 23,6% выше, чем долговечность клеевых соединений, выполненных композицией-прототипом.

Реализация отличительных существенных признаков от прототипа, а именно использование в качестве наполнителя нанопорошка алюминия (70) и нанопорошка меди (70) в композиции на основе анаэробного герметика АН-111, позволяет получить технический результат, который выражается в: 1) снижении цены композиции; 2) сокращении времени отверждения клеевых соединений, выполненных композицией; 3) увеличении долговечности клеевых соединений, выполненных композицией.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1. Зависимость удельного электрического сопротивления p_v клеевого шва композиции герметика АН-111 от времени отверждения t: 1 - композиция-прототип; 2 - заявляемая композиция.

Фиг. 2. Долговечность при циклическом нагружении клеевых соединений выполненных: 1 - композицией-прототипом; 2 - заявленной композицией.

Фиг. 3. Валы-образцы для клеевых соединений с подшипником 207.

Фиг. 4. Центрирующее приспособление для сборки деталей клеевого соединения.

Осуществление изобретения

Заявлена композиция при следующем соотношении ингредиентов (в % по массе):

- анаэробный герметик АН-111 - 98,3…99,1, наполнитель:

- нанопорошок алюминия (70) - 0,7…1,3,

- нанопорошок меди (70) - 0,2…0,4.

Анаэробный герметик АН-111 (ТУ 2257-274-00208947-96) поставляется в воздупроницаемых полиэтиленовых флаконах емкостью 50, 100 и 200 г. Разработчик и изготовитель - НИИ полимеров им. Каргина (г. Дзержинск).

Нанопорошок алюминия (70) и нанопорошок меди (70) поставляется в полиэтиленовых пакетах в количестве, заявляемом покупателем. Разработчик и изготовитель - ООО «ПЕРЕДОВЫЕ ПОРОШКОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» (г. Томск).

Ингредиенты взвешивали на аналитических весах марки ГОСМЕР ВЛ-210. Первоначально в стеклянную емкость заливали отобранный герметик АН-111, затем добавляли нанопорошки алюминия и меди, после чего композицию тщательно перемешивали. Композицию использовали в течение 10 мин.

Образцами при исследовании процесса отверждения являлись клеевые соединения внутренних колец подшипников 209 с валами. Валы изготовили из стали 45 (фиг. 3). Шероховатость посадочной поверхности R_a 0,63 [1]. Диаметральный зазор в соединении до склеивания в 0,1 мм обеспечивали шлифованием валов. Для обеспечения соосности деталей клеевого соединения использовали специально разработанные и изготовленные центрирующие приспособления (фиг. 4).

Процесс отверждения клеевых соединений исследовали, периодически измеряя электрическое сопротивление клеевого шва, с помощью прибора Е7-11 [1].

Удельное электрическое сопротивление ρ_v рассчитывали по формуле

где ρ_v- удельное электрическое сопротивление, Ом×м; R - сопротивление клеевого шва, Ом; D и В - диаметр и ширина внутреннего кольца подшипника, м; S - диаметральный зазор в соединении до склеивания, м.

О завершении полимеризации судили по стабилизации значения удельного электрического сопротивления клеевого шва (фиг. 1). Эксперимент проводили в трехкратной повторности.

Испытания на долговечность проводили на специальном стенде на базе электромеханического вибратора ИВ-107А [7], который обеспечивает циклическое нагружение клеевых соединений подшипников 209. Вибратор ИВ-107А представляет собой асинхронный короткозамкнутый электродвигатель [8]. На концах вала ротора установлены дебалансы, которые являются источником возмущающих колебаний и обеспечивают радиальную циклическую нагрузку 20 кН. Вибратор закреплен на двух металлических плитах размерами 500×500×25 мм и массой 50 кг каждая. Плиты установлены на металлическое основание размерами 500×500×10 мм посредством четырех винтовых пружин. Высота пружин 121 мм. Частота вращения ротора составляет 3000 мин^-1. Количество циклов нагружения фиксировали при помощи счетчика, соединенного с валом стенда. Посадочные отверстия в подшипниковых щитах вибратора растачивали и в них запрессовывали специально изготовленные втулки из чугуна СЧ (ГОСТ 1412-80). Смазку подшипников проводили ВНИИНП-242 (ГОСТ 20241-74).

Зазор в клеевом соединении «подшипник-корпус» до склеивания обеспечивали растачиванием посадочной поверхности чугунной втулки. Адгезив наносили на наружное кольцо подшипника и посадочную поверхность чугунной втулки. В качестве адгезивов использовали композицию-прототип и заявленную композицию.

За критерий долговечности приняли наработку до начала сдвига наружного кольца подшипника в посадочном отверстии щита, что фиксировалось по смещению рисок, отмеченных на торцах деталей клеевого соединения, и свидетельствовало о его разрушении.

Библиографические данные

1. Композиция для склеивания металлических изделий [Текст]: Патент на изобретение №2526991 РФ Заявл. 05.02.2013 / Ли Р.И., Бутин А.В., Рожнов А.Б., Сафонов В.Н. // Опубл. 27.08.2014. - Бюл. №24.

2. Материалы, выпускаемые ФГУП «НИИ полимеров» // Клеи. Герметики. Технологии. - №1. - 2006. - С. 47-48.

3. Паспорт №358 на клей анаэробный герметик АНАТЕРМ-111 ТУ 2257-274-00208947-96. ФГУП «НИИ полимеров».

4. www.nanosized-powders.com

5. www.nicp.ru

6. www.nanotc.ru

7. Бутин, А.В. Повышение эффективности восстановления неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники полимер-полимерными композициями [Текст]: дис. … канд. техн. наук / Бутин А.В. -Мичуринск, 2012. - 127 с.

8. Вибраторы электромеханические общего назначения ИВ-98Б, ИВ-98Н, ИВ-99Б, ИВ-99Н, ИВ-99Б-П, ИВ-105-2.2, ИВ-107А, ИВ-107Н, ИВ-107А-П, ИВ-107А-1.5 [Текст]: Руководство по эксплуатации 2-1.003 РЭ. - Ярославль, 2003 г.