КЛЕЙ ДЛЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
ADHESIVE FOR METAL ARTICLES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области машиностроения и ремонта техники, в частности к склеиванию металлических изделий в узлах машин.
Уровень техники
Известен клей для металлических изделий - анаэробный герметик АН-112. К недостаткам клея относятся:
1) относительно высокая цена;
2) относительно низкие деформационно-прочностные свойства;
3) относительно низкая долговечность клеевых соединений при циклическом нагружении.
Раскрытие изобретения
Заявлен клей для металлических изделий в узлах машин, включающий анаэробный герметик АН-112, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминиевую пудру и бронзовый порошок при следующем соотношении ингредиентов (в % по массе):
- анаэробный герметик АН-112 - 87…88;
- алюминиевая пудра - 11…12;
- бронзовый порошок - 0,3…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 трехмерносшитые 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 [1].
Отличие анаэробного герметика АН-112 от других марок анаэробных герметиков Анатерм заключается в том, что для повышения эластичности полимерных сеток анаэробных герметиков были синтезированы олигомерные каучуки с концевыми уретанакрилатными группами, которые представляют собой продукты взаимодействия гидроксилсодержащих полиэфиров и олигомерных каучуков с диизоцианатами и акрилатами. Введение реакционно-способных олигомерных каучуков в состав герметика АН-112 позволило существенно повысить их прочность и сохранить термическую и химическую стойкость [2].
Пудру алюминиевую (ГОСТ 5495-95) изготавливают истиранием первичного алюминия марки не ниже А5 по ГОСТ 11069 или его отходов, по химическому составу не уступающих алюминию марки А5. Получают пудру пяти марок: ПАП-1, ПАП-2, ПАГ-1, ПАГ-2, ПАГ-3 (таблица 1).
При изготовлении бронзовой пудры исходным сырьем служат марки бронз, близкие по составу к получаемой продукции, или специально приготовленные сплавы. Получение пудры включает в себя фрезерование заготовок сплавов, размол крупки в шаровой мельнице, полировку частиц во вращающемся барабане. Форма частиц получаемых пудр - лепесткообразная. Состав пудр, %: 72-92 Сu, 1,2 Al, <1,0 Fe, примесей не более 0,8, цинк - остальное (таблица 2).
Таблица 2 - Характеристика бронзовой пудры [3]
Марка
Массовая доля компонентов*, %
Остаток на сите с сеткой, не более
Площадь покрытия, см<sup>2</sup>/г, не менее
Насыпная масса после утряски, г/см<sup>2</sup>
Сu
Fe, не менее
0063
005
БПП-1
83-87
0,8
2,0
-
1200
1,8-2,6
БПП-2
83-87
1,0
-
0,5
-
-
БПП-3
72-76
0,8
2,0
-
1200
1,8-2,2
БПП-4
88-92
0,8
2,0
-
1200
1,8-2,2
*До 1,2% Al; остальное - цинк; содержание жиров не более 0,5%
Существенным отличительным признаком от прототипа является то, что клей дополнительно содержит в качестве наполнителей алюминиевую пудру и бронзовый порошок.
Таким образом, заявленное техническое решение имеет существенные отличительные признаки от прототипа и соответствует тем самым критериям изобретения.
Цена анаэробного герметика АН-112 (ТУ 2257-274-00208947-96) составляет 7920 руб./кг, бронзового порошка БПП (ТУ 48-21-150-72) - 650 руб./кг и алюминиевой пудры ПАП-1 (ГОСТ 5494-95) - 100 руб./кг. Соответственно, цена заявляемого клея составляет 6911 руб./кг, что на 1009 руб. или 13% меньше цены прототипа.
Экспериментальные исследования показали, что прочность клеевых соединений, выполненных заявляемым клеем, при толщине клеевого шва 0,05 мм составила 20,5 МПа. Это на 62,9% превышает прочность клеевых соединений, выполненных клеем-прототипом (12,58 МПа). Деформация соединений, выполненных заявляемым клеем, составила 24%, а у прототипа 20%. Повышение деформационно-прочностных свойств клеевых соединений, выполненных заявляемым клеем, по сравнению с прототипом увеличивает стойкость к ударным и циклическим нагрузкам и, соответственно, их долговечность.
Долговечность клеевых соединений, выполненных заявляемым клеем, составила 6,66, а у прототипа 5,04 млн циклов нагружения. Долговечность клеевых соединений возросла на 32%.
Реализация отличительных существенных признаков от прототипа, а именно введение дополнительно в анаэробный герметик АН-112 алюминиевой пудры и бронзового порошка, позволяет получить технический результат, который выражается в: 1) уменьшении цены клея; 2) повышении деформационно-прочностных свойств клеевых соединений, выполненных заявляемым клеем; 3) увеличении долговечности клеевых соединений, выполненных заявляемым клеем.
Краткое описание чертежей
Фиг.1. Валы-образцы для клеевых соединений с подшипником 207.
Фиг.2. Центрирующее приспособление для сборки деталей клеевого соединения.
Фиг.3. Стенд для исследования долговечности клеевых соединений подшипников при циклическом нагружении.
Осуществление изобретения
Заявлен клей для металлических изделий в узлах машин, включающий анаэробный герметик АН-112, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминиевую пудру и бронзовый порошок при следующем соотношении ингредиентов (в % по массе):
- анаэробный герметик АН-112 - 87…88;
- алюминиевая пудра - 11…12;
- бронзовый порошок БПП - 0,3…0,4.
Анаэробный герметик АН-112, ТУ 2257-274-00208947-96 поставляется в воздупроницаемых полиэтиленовых флаконах емкостью 50, 100 и 200 г. Разработчик - НИИ полимеров им. Каргина (г.Дзержинск).
Алюминиевая пудра ПАП-1, ГОСТ 5494-95, имеется в широкой продаже. Бронзовый порошок БПП, ТУ 48-21-150-72, имеется в широкой продаже. Поставляется в полиэтиленовых пакетах в количестве 10 и 50 г.
Ингредиенты взвешивали на аналитических весах марки ВЛА-200 М. Первоначально в стеклянную емкость заливали отобранный герметик АН-112, затем добавляли алюминиевую пудру и бронзовый порошок, после чего композицию тщательно перемешивали. Композицию использовали в течение 10 мин.
a
Образцами являлись клеевые соединения внутренних колец подшипников 207 с валами. Валы изготовили из стали 45 (фиг.1). Шероховатость посадочной поверхности R 0,63 [4]. Диаметральный зазор в соединении до склеивания обеспечивали шлифованием валов. Для обеспечения соосности деталей клеевого соединения использовали специально разработанные и изготовленные центрирующие приспособления (фиг.2). Исследования прочности проводили на разрывной машине ИР 5047-50 с одновременной записью диаграммы «нагрузка-деформация». Скорость нагружения при испытаниях была постоянной и составляла 5 мм/мин.
Испытания на долговечность проводили на специально разработанном и изготовленном стенде на базе электромеханического вибратора ИВ-107А (фиг.3.), который обеспечивает циклическое нагружение клеевых соединений подшипников 207. Вибратор представляет собой асинхронный короткозамкнутый электродвигатель. На концах вала ротора установлены дебалансы, которые являются источником возмущающих колебаний. 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 посредством четырех винтовых пружин. Радиальную нагрузку в 20 кН на подшипники 207 создавали дебалансы [5].
-1
Частота вращения ротора составляла 3000 мин. Количество циклов нагружения фиксировали при помощи счетчика, соединенного с валом стенда. Посадочные отверстия в подшипниковых щитах вибратора растачивали и в них запрессовывали специально изготовленные кольца из СЧ (ГОСТ 1412-80). Зазор в клеевом соединении до склеивания обеспечивали растачиванием посадочной поверхности чугунного кольца. Клей наносили на наружное кольцо подшипника 209 и посадочную поверхность чугунного кольца. За критерий долговечности приняли наработку до начала сдвига наружного кольца подшипника в посадочном отверстии щита, что фиксировалось по смещению рисок, отмеченных на торцах деталей неподвижного соединения.
Библиографические данные
1. Материалы, выпускаемые ФГУП «НИИ полимеров». // Клеи. Герметики. Технологии. - № 1. - 2006. - С.47-48.
2. Хамидулова З.С., Рогачева И.П., Аронович Д.А. и др. Новые анаэробные герметики для автомобилестроения. / Хамидулова З.С., Рогачева И.П., Аронович Д.А. и др. // Пластические массы. - №6. - 1999. - с.40.
3. Металлические порошки и порошковые материалы: справочник. / Б.Н.Бабич, Е.В.Вершинина, В.А.Глебов и др. / Под ред. Ю.В.Левинского. - М.: ЭКОМЕТ, 2005. - 520 с.
4. Спицын Н.А. Подшипники качения [Текст]: Справочное пособие. / Спицын Н.А., Сприщевский А.И.; - М.: Машгиз, 1961, - 828 с.
5. Щетинин М.В. Восстановление неподвижных соединений подшипников качения сельскохозяйственной техники адгезивом Анатерм-105 [Текст]: дис.… канд. техн. наук. / Щетинин М.В. - Мичуринск, 2008, - 146 с.