tehnologija_montaze_lekcija_3

lekcija 3

Proces fiksiranja delova

Katedra za proizvodno mašinstvo, Mašinski fakultet u Beogradu Kurs: Tehnologija montaže, prof. P.B. Petrović

02.2009Mašinski fakultet u Beogradu, Katedra za proizvodno mašinstvo

Kurs: Tehnologija montaže, prof. P.B. Petrović 2



Uvod

Kada u procesu spajanja dva ili više delova zauzmu zahtevan relativni položaj, vrši se njihovo fiksiranje u cilju trajnog zadržavanja uspostavljenog geometrijskog odnosa.

Proces fiksiranja spada u grupu osnovnih procesa montaže.

Pored čisto geometrijskih (topoloških) aspekata, proces fiksiranja može da obezbedi i neke druge zahteve. Ti zahtevi su povezani sa funkcijom koju deo ili grupa delova treba da ostvari unutar sklopa. To je najčešće funkcija prenosa opterećenja. Takodje, fiksiranjem mogu da se ostvare i neke druge funkcije kao što su hermetičnost, električna provodnost i tome slično.

U terminološkom smislu, za proces fiksiranja koristi se kao sinonim i termin učvršćivanje. U engleskoj terminologiji za proces fiksiranja koriste se termini retaining, joining i fastening.



Prema klasifikaciji koja je postavljena od strane JSPE (Japan Society of Precisiona Engineering), tehnike fiksiranja delova koje se primenjuju u sistemima manuelne i automatske montaže svrstane su u deset grupa:

1. Presovani spojevi,2. Vijčane veze,3. Zakivanje,4. Elastične (uskočne) veze,5. Lepljenje,6. Zavarivanje,7. Lemljenje,8. Adhezione veze,9. Fiksiranje plastičnom deformacijom,10. Ostale tehnike fiksiranja.

Navedena klasifikacija izvršena je na osnovu fizičkih svojstava procesa na kome su pojedine tehnike fiksiranja zasnovane.



Sa aspekta tehnologičnosti procesa montaže, od posebnog značaja je da li se proces fiksiranja ostvarenog spoja bazira na dodatnim komponentama (delovima ili materijalima), koliki je njihov broj i kakva su im fizička ili geometrijska svojstva. Po ovom kriterijumu tehnike fiksiranja se klasifikuju u četiri grupe:

1. Fiksiranje bez dodatnih komponenata,2. Fiksiranje koje zahteva jednu dodatnu komponentu po spoju,3. Fiksiranje koje zahteva više od jedne dodatne komponente po spoju,4. Fiksiranje zagrevanjem.

U prvu grupu se svrstavaju tehnike fiksiranja bazirane na elastičnoj ili plastičnoj deformaciji spojenih delova i tehnike koje su bazirane na uspostavljanju neposredne adhezione veze izmedju delova u spoju . Sa aspekta tehnologije montaže ova grupa je najpogodnija, jer ona na najdirektniji način zadovoljava jedan od ključnih kriterijuma tehnologičnosti sklopa sa aspekata montaže – minimum delova.

U drugu grupu se svrstavaju tehnike bazirane na zakivanju, prostim vijčanim vezama, vezama koje se ostvaruju lepljenjem i vezama ostvarenim elastičnim elementima (uskočnici).

U treću grupu svrstavaju se složene vijčane veze, na primer kombinacija zavrtanj‐podloška‐navrtka.

U četvrtu grupu spajaju različite tehnike zavarivanja i lemljenja.



U realnim situacijama, često se kombinuju različite tehnike fiksiranja da bi se obezbedile zahtevane funkcije jednog odredjenog dela unutar sklopa u koji se ugradjuje. U ovom slučaju fiksiranje delova se naziva složenim. Dalje se navodi primer sklopa enkodera za merenje ugaone pozicije priključne ploče jednog obrtnog pozicionera za robotizovano zavarivanje.U navedenom primeru osovina POS_002 je ugradjena u kućište POS_001 preko para kugličnih ležajeva. Kućište kao bazni element ovog podsklopa je fiksirano za preostali deo sklopa sa 6 zavrtnjeva M6x20 JUS M.B1.120. Par ležajeva, zajedno sa distantnim prstenom POS_004, se posle završene operacije spajanja sa osovinom fiksira grupno, kao podsklop, pomoću zavrtnja M6x20 JUS M.B1.120 koji se ugradjuje centralno u osovinu. Unutrašnji prečnik ležaja klase tolerancija N se prema standardu (ISO 15:1998 i ISO 492:2002S) nalaze unutar intervala [0, ‐10um]. Osovina se izradjuje u tolerancijskom polju k5, odakle sledi da je spoj unutrašnjeg prstena ležaja i osovine sa preklopom. Funkcija dopunskog aksijalnog fiksiranja ležajeva se ostvaruje posredno preko prstena POS_003. Podsklop osovine sa ležajevima se dalje spaja sa kućištem insertovanjem ležaja u centralni otvor kućišta. Fiksiranje finalne pozicije se ostvaruje pomoću unutrašnjeg uskočnika nominalne mere 47mm preko prstena POS_005 koji ima funkciju kompenzacije mernog lanca ostvarenog sklopa. Primena uskočnika u ovom konkretnom slučaju obezbedjuje indirektno fiksiranje spoljašnjih prstenova ležajeva i to konformnim putem, dakle bez dejstva sile, već samo geometrijom lokalnih kontaktnih površine, kojima se ograničava aksijalno kretanje spoljašnjih prstenova ležajeva i podksklopa osovine u celosti. Spoj otvora kućišta uležištenja i spoljašnjih prstenova ležajeva je sa zazorom.

02.2009 Mašinski fakultet u Beogradu, Katedra za proizvodno mašinstvo Kurs: Tehnologija montaže, prof. P.B. Petrović 7



Fiksiranje spojeva vijčanim vezama



Zavrtnjevi i navrtke predstavljaju efikasan način za fiksiranje komponenti u spoju, posebno ukoliko postoji zahtev da se fiksiranje ostvari razdvojivom vezom.

Savremena tehnologija vijčanih veza je bazirana na standardima, pre svega metričkim koje definiše ISO, ali i specijalnim rešenjima koja nastaju kao potreba da se ova tehnologija unapredjuje, neprekidno prateći zahteve proizvodjača operme. Razvoj ove tehnologije odvija se dominantno u tri pravca:

1.Unapredjenje geometrije zavojnice (ugao i oblik profila) sa ciljem redukcije potrebnog momenta za ostvarivanje veze i obezbedjivanje potrebne funkcionalnosti veze u uslovima širih tolerancijskih polja.2.Integracja funkcije podloške i zavrtnja, sa ciljem pojednostavljenja procesa montaže i obezbedjenja sigurnosti spoja sa aspekta oštećenja komponenti koje se fiksiraju ili osiguranja od spontanog odvrtanja, ili uvodjenje dopunskih funkcija kao što su funkcije električne provodnosti/izolacije, ili integracija funkcija zavrtanja, bušenja otvora i rezanja navoja.3.Unapredjenje geometrije glave i tela zavrtnja u cilju pojednostavljenja procesa montaže.

Sa aspekta tehnologije montaže, vijčane veze ne predstavljaju optimalno rešenje. Operacija fiksiranja primenom vijčane veze znači uvodjenje novih komponenti u proces i realizaciju sekvence zavrtanja i pritezanja, čime se usložnjava proces montaže. Nasuprot toj činjenici, vijčane veze su zahvaljujući jednostavnosti i pouzdanosti u primeni, kao i mogućnosti jednostavne demontaže, najčešće primenjivana tehnika fiksiranja delova u industrijskim uslovima.

Osnovno o vijčanim vezama



Integracija funkcijaPromenom geometrije navoja, dodavanjem dopunskih gometrijskih formi i primenom visokokvalitetnog termički obradjenog čelika omogućava integraciju operacije fiksiranja i operacija izrade navoja ili prilagodjavanje za fiksiranje delova izradjenih od delikatnih materijala.

Primenom visokokvalitetnog čelika, dodaje se funkcija oblikovanja navoja plastičnim deformisanjem deformacijom (utiskivanja navoja).

Dodavanjem zavojnog kanala dužnavoja zavrtanj dobija funkciju čišćenja navoja (uklanjanje boje, oštećenja kod zavarivanja, ...).

Trolučna forma navoja i materijal velike čvrstoće obezbedjuju funkciju uvaljavanja navoja. Pogodan za meke materijale (Al, bakar i slično).

Primenom visokokvalitetnog čelika i modifikacijom vrha zavrtnja, dodaje se funkcija bušenja otvora i utiskivanja navoja

Koničan oblik vrha i materijal velike čvrstoće omogućavaju probijanje otvora i urezivanje navoja kod drvenih delova.

Zavrtanj sa trolučnim presekom stabla i modifikovanim navojem za urezivanje u termoplastične materijale.

Zavrtanj sa modifikovanim navojem koji obezbedjuje urezivanje navoja i veliku nosivost u mekim termoplastičnim materijalima.

Zavrtanj sa utisnutim zavojnim kanalima i modifikovanom geometrijom navoja koja omogućava urezivanja navoja u krtoj plastici.



Klasifikacija oblika vrha zavrtnja u kontekstu unapredjenja procesa montaže:

Uvodjenje u otvor Probijanje mekih materijala Bušenje otvora

Integracija ravne podloške i glave zavrtnja

Integracija glave zavrtnja i podloške sa dopunskim geometrijskim detaljima koji povećavaju sigurnost od samoodvrtanja

Integracija funkcija u delu glave zavrtnja:



Moment uvrtanja

Moment kojim se deluje za zavrtanja tokom uvrtanja disipira se na: 1)savladjivanje otpora trenja u navoju, 2)savladjivanja otpora trenja izmedju glave zavrtnja i površi koju priteže i 3)prednaprezanje odnosno elastičnu deformaciju materijala delova koji se fiksiraju. Procentualno učešće je navedenu na sledećem dijagramu.



Meki i kruti spojevi

ISO 5393 definiše krutost spojeva koji se ostvaruju vijčanim vezama kao odnos momenta i ugla zakretanja zavrtnja od trenutka kada je glava zavrtnja uspostavila kontakt sa površinom dela koji se fiksira. Kod krutih spojeva 100% nominalnog momenta pritezanja ostvaruje se za ugao rotacije od 30o . Kod mekih spojeva 100% nominalnog momenta se ostvaruje za ugao rotacije koji je jednak ili veći od 720o. Realni spojevi se nalaze izmedju ova dva ekstremuma i jako su zavisni od karakteristika materijala iz kojih su delovi izradjeni kao i od stanja kontaktnih površina.

Moment pritezanja zavrtnja je veličina koj se precizno definiše.

Preveliki moment pritezanja po pravilu oštećuje kontaktne površine delova koji se fiksiraju. Nedovoljan moment pritezanja može da dovede do loše funkcionalnosti sklopa ili nesigurnog fiksiranja.



Disperzija momenta pritezanja

Kod manuelnog uvrtanja vijaka, kada se pritezanje ostvaruje po osećaju, moment pritezanja je vrlo teško kontrolisati. Srednja vrednost ostvarenog momenta se ne može garantovati a rasturanje oko srednje vrednosti, odnosno disperzija je velika. Primenom odgovarajućeg pomoćnog pribora tačnost se značajno može unaprediti, ali se tada proces fiksiranja usporava.

Kod automatskog uvrtanja moment se može precizno kontrolisati i tada do izražaja dolazi kvalitet sistema i mogućnost praćenja momenta pritezanja. Visokokvalitetni sistemi ostvaruju zadatu vrednost momenta sa velikom tačnošću uz istovremeno malu vrednost disperzije ‐ visokoprecizni sistemi sa disperzijom manjom od 5% niminalne vrednosti (sistemi standardne preciznosti disperzija je oko 15%, dok se sistemi sa disperzijom od 20% i više smatraju neprihvatljivim).



Nominalni moment pritezanja

Priložena tabela prikazuje vrednosti preporučenih vrednosti momenta pritezanja metričkih zavrtnjeva u zavisnosti od kvaliteta materijala od koga su izradjeni. Navedene vrednosti važe za blago zauljene zavrtnjeve sa ravnom kontaktnom površinom glave i srednjom vrednošću koeficijenta trenja koja iznosi 0.125.

Za odgovorne spojeve u mašinstvu, primenjuje se klasa čvrstoće zavrtnjeva 8.8, a za posebno kritične spojeve i klase 10.9 i 12.9.

Kada se koriste automatski alati za uvrtanje zavrtnjeva treba primenjivati klasu čvrstoće ne manju od 8.8.


Automatski uvrtač zavrtnjeva

Automatizacja procesa uvrtanja zavrtnjeva značajno povećava efikasnost procesa fiksiranja delova baziranom na vijčanim vezama.

Automatski uvrtač poseduje četiri osnovne funkcije:

1.Fukcija obrtnog kretanja alata sa dovoljnim obrtnim momentom da se savladaju svi otpori kretanja zavrtanja – glavno kretanje alata.2.Funkcija aksijalnog kretanja alata tokom ciklusa uvrtanja uz obezbedjivanje dovoljne aksijalne sile koja će omogućiti da alat sve ostane u zahvatu sa glavom zavrtnja (aksijalna sila je funkcija obrtnog momenta koji se koristi za uvrtanje i pritezanje zavrtnja) – pomoćno kretanje alata.3.Funkcija regulacije momenta pritezanja.4.Funkcija hvatanja i pozicioniranja zavrtnja.

Automatski uvrtači zavrtnjeva se izvode u dve osnovne varijante: 1) varijanta prilagodjena manuelnoj primeni i 2) varijanta prilagodjena primeni na automatskim radnim satnicama.

Pored konstruktivnih razlika koje se odnose na odredjene ergonomske aspekte, osnovna razlika izmedju ručnih i automatskih uvrtača je u tome što kod ručnih uvrtača kompletan ciklus pozicioniranja i aksijalnog hoda ostvaruje ruka radnika koji tu operaciju izvodi, dok se kod automatskih uvrtača pozicioniranje i aksijalni hod ostvaruju dopunskim aktuacionimmehanizmom. U oba slučaja bazni deo konstrukcije uvrtača u osnovi ostaje nepromenjen.



Pneumatski uvrtač zavrtnjeva

Kod pneumatskog uvrtača glavno kretanje alata je pogonjeno pneumatskim radijalnim motorom, čije se kretanje dovodi na izlaznu osovinu preko višestepenog planetarnog reduktora . Broj obrtaja na izlazu reduktora je oko 1500min‐1. Moment pritezanja zavrtnja reguliše se podesivom spojnicom) ograničava se podesivom spojnicom koja se izvodi u dve osnovne varijante: 1)samo ograničenje momenta i 2)ograničenje momenta + isključivanje pneumatskog motora kada se ostvari zadati granični moment. Izlazna osovina spojnice poseduje adapter za priključivanje različitih alata u obliku izmenljivih umetaka za uvrtanje zavrtnjeva. Radijalno uležištenje i aksijalno vodjenje umetaka ostvaruje se preko sklopa koji se naziva usta uvrtača. Zavrtanj se automati uvodi u usta uvrtača dejtvom komprimovanog vazduha. Funkcija hvatanja i pozicioniranja zavrtnjeva ostvaruje se pomoću grupe elastično oslonjenih prstiju koji se nalaze na vrhu usta uvrtača.

Napajanje komprimovanimvazduhom

Pneumatski radijalnimotor

Podesiva spojnica

Planetarni reduktor

Sistem aksijalnog vodjenja sklopa usta uvrtača

Usta uvrtača

Prsti

Umetak

Izlazna osovina

Sklop usta uvrtača

Elastično oslonjeni prsti kojidrže i pozicioniraju zavrtanj

Cev za uvodjenjezarvtnjeva

Aksijalno pokretna izlazna osovina



Umetak – alat sa geometrijomprilagodjenom glavi zavrtnja

Zavrtanj



Modularna konstrukcijaVentil za startovanje(Manuelni start: ručica, taster; automatski start)

Pneumatski motor + telo uvrtača(Manuelni: pravo telo, telo u obliku pištolja;Telo prilagodjeno gradnji automatski stanica)

Modul reduktora

Spojnica(sa isključivanjem, bez isključivanja )

Nosač umetka

Izlazno kućište(pravo, pod uglom)


Karakteristike pneumatskog motoraMotor je vrlo jednostavne konstrukcije. Sastoji se iz radnog cilindra i rotora na kome se nalizi 3 do 6 ekvidistanto postavljenih radijalnih žlebova. U žlebove se smeštaju čelične lamele, koje su radijalno pokretljive. Pod dejstvom centrifugalne sile lamele se radijalno pomeraju i uspostavljaju kontakt sa radnim cilindrom, formirajući medjusobno razdvojene vazdušne komore. Radni cilindar je ekscentrično lociran u odnosu na osu rotora, tako da vazdušne komore menaju svoju zapreminu tokom kretanja rotora, od nulte zapremine do neke maksimalne vrednosti koja je uslovljena konstrukcijom motora. Kao što je prikazano na slici, napajanje komprimovanim vazduhom se vrši na poziciji na kojoj je zapremina komore najmanja. Pod dejstvom pritiska rotor se zakreće u smeru u kome raste zapremina komore i tako se energija komprimovanog vazduha konvertuje u obrtno kretanje. Eskpanzija komprimovanog vazduha se prikida u trenutku kada se dostigne pozicija otvora za ozračenje (obaranje pritiska na atmosferski nivo). Rotor uspostavlja vrlo brzo relativno konstantnu obimnu brzinu koja se u neopterećenom stanju kreće u intervalu od 25 do 30 m/sec. Broj obrtaja tako zavisi samo od prečnika radnog cilindra.

Poprečni presek

Rotacija samo u jednom smeru

Rotacija u dva smera



Karakteristika momenta i snage pneumatskog motora je prikazana na priloženom dijagramu.

Sa promenom broja obrtaja linearno se menja moment na izlazu motora. Broj obraja može da varira u jednom širokom opsegu, ali ne ispod 15% maksimalnog broja obrtaja (neopterećen motor) kada dolazi do pojave nestabilnosti i drastičnog variranja obrtnog momenta.

Pneumatski motor ima samo 1/5 do 1/3 mase ekvivalentnog elektromotora i zato je izuzetno pogodan za ručne uvrtače. Pored toga, kod ovog motora ne postoji rizik preopterećenja niti pregrevanja.

Potrošnja vazduha se izražava po kW snage i iznosi 1.4 m3/min za male snage i 1 m3/min za motore velike snage.

Najveći problem kod pneumatskih motora je njihova mala efikasnost, koja ne prelazi 30%.

Primer: pneumatski motor snage P = 300 W ima spoljašnji prečnik od D =42 mm in i ukupnu dužinu L = 143 mm; Nominalni broj obrtaja je n_n = 7250 min‐1, broj obrtaja praznog hoda n_i 14000 min‐1, nominalni moment M_n = 0.4 Nm, startni momen M_s = 0.6 Nm i teži samo 1.0 kg. Potrošnja vazduha kod ovog motora je 0.45 m3/min.



Električni uvrtači zavrtnjeva za primenu u industriji se po pravilu koriste za automatskim radnim stanicama. Primenom servo regulisanih motora moguće je precizno kontrolisati proces uvrtanja: uvrtanje zavtnja za zadati ugao, odvijanje zavrtnja za zadati ugao, praćenje momenta u svim fazama uvrtanja, primena promenljivog broja obrtaja u cilju preciznijeg ulaska zavrtanja u zahvat i skraćivanje ukupnog ciklusnog vremena.

Električni servo motor

Električni uvrtač zavrtnjeva

Pneumatski cilndar za prilaz navojnom otvoru

Integrisan pneumatski cilindarza pomoćno kretanje alata

Pneumatski priključak za funkciju vakumskog držanja zavrtnjeva

Podsklop usta uvrtača



Podešavanje i provera momenta pritezanja

Primenom posebnog mernog pribora vrši se podešavanje i provera statičkog i dinamičkog momenta na izlaznoj osovini uvrtača.



AlatAlat za uvrtanje zavrtnjeva se sastoji iz drške preko koje se vrši prihvat alata (najčešće je to šestougaoni presek nominalne mere 6 mm ili ¼’’, držanje se ostvaruje mehničkim uskočnikom ili peko permanentnog magneta), tela različite dužine i radnog dela koji poseduje odgovarajući standardni profil.

Forma radnog dela alata je geometrijskih komplement gnezdu. Gnezdo je geometrijska osobenost glave zavrtnja koja ima funkciju prenosa obrtnog momenta i aksijalnog pritiskivanj, koje je u izvesnim slučajevima neophodno. Geometrija gnezda ima veliki tehnološki značaj. Na narednom slajdu je naveden pregled oblika gnezda u redosledu koji odgovara njihovoj tehnološkoj vrednosti.

Krastasta kontaktna površina ‐ PhilipsEkonomičan za izradu, dobro sprezanje sa alatom, potrebna je velika aksijalna sila za održavanje zahvata alata i glave zavrtnja, pogodan za automatsko zavrtanje za veličine gnezda 1 do 3 mm

Kontaktna površina u formi pavog žlebaMali momenti pritezanja, teško sprezanje sa alatom, alat se lako oštećuje, glava zavrtnja i rasek se lako oštećuju, nije pogodan za automatsko zavrtanje za širine raseka 0.25 do 2.5 mm



Šestougaona kontaktna površina – spoljašnjaPogodan za velike momente pritezanja, najčešće od M4 pa dalje, otežano sprezanje sa alatom, prsti ili uvodnik zauzumaju veliki prostor, automatsko uvrtanje za veličune alata 4 do 16mm

Zvezdasta šestougaona površina – interno Torx gnezdoVrlo veliki moment pritezanja (veći od inbus gnezda), odlično sprezanje sa alatom, zanemarljiva aksijalna sila sprezanja, vrlo pogodan za automatsko zavrtanje za veličine gnezda T6 do T60

Šestougaona kontaktna površina – inbusVeliki moment pritezanja, otežano sprezanje sa alatom, zanemarljiva aksijalna sila sprezanja, pogodan za automatsko zavrtanje za veličune alata 2 do 8mm

Krastasta kontaktna površina ‐ PosidrivNeznatno skuplja izrada od Philips gnezda, dobro sprezanje sa alatom, potrebna 30% manja aksijalna sila za održavanje zahvata alata i glave zavrtnja u odnosu na Philips gnezdo, pogodan za automatsko zavrtanje za veličine gnezda 1 do 3 mm



Geometrija radnog dela alata mora da bude precizno izradjena prema specifikacijama definisanim standardom. Nije dozvoljeno mešanje sa Pozidriv geometrijom bez obzira na činjenicu da je to takodje gnezdo sa krstatstim oblikom vrlo slične geometrije. Za izradu se koristi alatni čelik uz primenu odgovarajuće termičke obrade.

Primer: Definicija krstaste forme alata prema standardu JUS K.G5.260 – PHILIPS forma



Sklop usta uvrtača se po pravilu bira u skladu sa lokalnim uslovima ugradnje zavrtnja. Sklop usta uvrtača ostvaruju sledeću funkcije:

• Prihvat pneumatski ubačenog zavrtnja i njegovo držanje i dovodjenje u terminalni položaj

• Držanje zavrtnja u terminalnom položaju i precizno pozicioniranje i vodjenje tokom faze uvrtanja

• Radijalno i aksijalno vodjenje alata, odnosno izlazne osovine i umetka

Skop usta uvrtača se izradjuje kao izmenljiv modul i može se smatrati specijalnim priborom za izvodjenje konkretne operacije fiksiranja spojenih delova primenom tehnologije vijčanih veza.

Konstrukcija sklopa usta uvrtača



Krakteristične faze funkcionisanja usta uvrtačaFunkcija usta uvrtača može sedefinisati krozu pet karakterističnih faza. U prvoj fazi zavrtanj se dovodi u terminalnu poziciju i uvrtač je spreman za rad; U drugoj fazi usta uvrtača prilaze navojnom otvoru uz istovremeno ubacivanje narednog zavrtnja u ulaznu cev usta uvrtača; U trećoj fazi realizuje se sekvenca uvrtanja i pritezanja zavrtnja; U četvrtoj fazi usta uvrtača se vraćaju u inicijalnu poziciju; U petoj, završnoj fazi, alat se vraća u inicijalni položaj i naredni zavrtanj iz ulazne cevi prelazi u terminalni položaj.

Faza I Faza II Faza III Faza IV Faza V



Konstrukcija usta uvrtača: Primer #1

Elastična čauraDrži glavu zavrtnja terminalnoj poziciji; Na ovaj način vrh zavrtnja je precizno

pozicioniran čime se olakšavanja njegov ulazak u navojni otvor

Kućište

Nosač prstiju

Kuglica koja ima funkciju obrtnog oslonca prstiju

Opruga za prednaprezanje prstiju

Tri radijalna prsta za držanje stabla zavrtnja



Prihvat zavrtnja Spreman za ciklus uvrtanja


Unutrašnji dopunski prstKod zavrtnjeva sa malim L/D odnosom (kratki zavrtnjevi) postoji rizik zaglavljivanja zavrtnja koji nastaje kao posledica rotacije zavrtnja posle udara u usta uvrtača. Treći, unutrašnji prsten, sprečava nastanak ove pojave i pouzdano menja pravac kretanja zavrtnja na njegovom putu ka terminalnojpoziciji .



Primer #3: Konstrukcija sa dva prstaPosebno prilagodjeni sistem oslanjanja omogućava izvdodjenje prstiju male širine (mera A na crtežu). Pored toga, moguća je i realizacija prstiju sa velikom dužinom. Ovakvim rešenjem se prilagodjavaju usta uvrtača za primene sa vrlo ograničenim prostorom za pristup.

Primer #4: Konstruktivno rešenje bez prstiju. Jednostavno rešenje kod koga se usta uvrtača završavaju uvodnikom cilindričnog oblika. Tri kuglice rasporedjene ravnomerno po obodu prednapregnute su elastičnim prstenom. Kuglice drže glavu zavrtnja u terminalnoj poziciji. Ovakvo rešenje je pogodno za ograničen pristup, posebno po visini.

Konstrukcija usta uvrtača: Primer #3 i Primer #4



U odredjenim situacijama prostor u koji se uvrće zavrtanj je neznatno veći od prečnika glave zavrtnja. Primena prstiju za držanje glave zavrtnja je u ovakvim situacijama neizvodljiva. Funkcija držanja zavrtnja u terminalnoj poziciji se u ovakvim situacijama može ostvariti pomoću vakuma.




Specijalno oblikovani prsti za medjufazni prihvat zavrtnja

Vakumska cev za držanje zavrtnja u završnoj fazi insertovanja



Šematski prikaz funkcije vakumskog hvatanja zavrtnja: Insertovanje se odvija u četiri faze. U prvoj fazi zavrtanj se uvodi u usta uvrtača i u terminalnoj pozicij se drži sa dva pomoćna prsta. U drugoj fazi vakumska cev i alat se pokreću aksijalno ka otvoru u koji se uvrće zavrtanj, pomoćni prsti se razmiču da bi se omoguilo ovo kretanje, a zavrtanj se drži vakumom. U trećoj fazi realizuje se proces uvrtanja i pritezanja zavrtnja. U četvrtoj fazi sklop vakumske cevi i alata se vraća u inicijalnu poziciju.

Ovaj sistem je pogodan za kratke zavrtnje: L < D + 2 mm (L = dužina zavrtnja, D = prečik glave zavrtnja)



Ovaj primer je realizovan na Mainskom fakultetu u Beogradu za potrebe automatizacije procesa montaže utičnicia. Rešenje je vrlo jednostavno i bazirano je na tri segmentna prsta elastično fiksirana pomoću gumenih o‐prstenova koji se kao standardno rešenje koriste u pneumatici i hidraulici. Usta uvrtača prilagodjena su zavrtnju M8x3.5 sa Pozidriv krstastim gnezdom. Tri prsta sigurno drže glavu zavrtnja i centriraju stablo zavrtnja sa velkom preciznošću. Prikazana je pripremna faza i faza uvrtanja zavrtnja (simultano se dostavlja naredni zavrtanj).




Pneumatski motor se automatski aktivira kada zavrtanja udje u navojni otvor i kada se na njega deluje odredjeno aksijalnom silom. Aktivacioni hod je 3mm. Proces uvrtanja zavrtanja se automatski prekida preko spojnice na kojoj je zadat odvoraju’I moment pritezanja. Sklop usta uvrtača se aksijalno pomera za 37 mm da bi alat došao u radnu poziciju.


Karakteristične faze funkcionisanja uvrtača

Uvrtač spreman za automatski ciklus

Uvrtač sa prikazanim alatom u donjem krajnjem položaju

Uvrtač u fazi uvrtanja zavrtnja (alat spregnut sa glavom zavrtnja i aktivirano obrtno kretanje)



Sa aspekta tehnologije automatske montaže, zavrtanj mora da zadovolji odredjene geometrijske odnose.

Ključna relacija je:

L > D + 2 mm;

gde je: L = dužina stabla zavrtnja, D = prečnik glave zavrtnja.

Kriterijum koji zavrtanj mora da zadovolji sa aspekta pneumatskog transporta glasi:

d / s < 0.866

gde je: d = unutrašnji prečnik creva (d = D + 0.5 mm), s = efektivna dužina zavrtnja (prikazano na slici). Ovaj odnos je izveden iz uslova kontaktnog ugla zavrtnja (ugao koji zaklapa dužizmedju kontaktnih tačaka sa osom ) koji mora da veći od 30o u suprotnom dolazi do zaglavljivanja zavrtnja.

Geometrijski uslovi transporta zavrtnjeva



Manuelni sistem za automatsko uvrtanje zavrtnjeva

Sistem razvijen na Mašinskom fakultetu u Beogradu. Namenjen za primenu na visokoproduktivnim linijama u industriji električnih uredjaja. Specijalni koračni dodavač obezbedjuje tiho i pouzdano hranjenje sistema zavrtnjevima.

Koračni sitem za hranjenje i uvodjenje zavrtnjeva u proces.

Pneumatski uvrtač

Modul za separaciju i pneumatski transport

Bafer sa orijentisanim zavrtnjevima



Način rukovanja sistemom



Viševreteni sistem za automatsko uvrtanje zavrtnjeva


Sistem za automatsko uvrtanje navrtki

Sistem automatskog uvrtača navrtki izvodi se iz sistema za automatsko uvrtanje zavrtnjeva. Razlika postoji u podsklopu usta uvrtača koji je prilagodjen nepovoljnom geometrijskom odnosu L/D. Navrtka se pneumatski transportuje kroz plastičnu cev pravougaonog ili nekog drugog oblika koji blisko sledi njenu geometrijsku envelopu. Da ne bi došlo do zakošavanja navrtke u ulasku u usta uvrtača izbegnuta je potreba promene prav ca tako što se uvodna cev nalazi pod pravim uglom u odnosu na osu alata. Alat poseduje šestougaono gnezdo koje se uparuje sa geometrijom navrtke. U terminalnoj pozaiciji navrtka se u ustima uvrtača drži elastičnim prstima, najčešće u kombinaciji sa vakumom.

Fizički izgled usta uvrtača koja su prilagodjena uvrtanju šestougaonih navrtki.

CAD model sa poprečnim preskom uvodnog kanala koji je u ovom slučaju profilisan da omogućava transport navrtke sa integrisanom podloškom.


Fiksiranje spojeva zakivanjem


Tehnologija zakivanja je najstarija tehnologija fiksiranja spojenih delova. Ona je razvijana i usavršavana decenijama.

Sa aspekta montaže značajne su dve činjenice: 1) veze ostvarene zakivanjem su nerazdvojive i 2) fiksiranje zakivanjem zahteva jednu dodatnu komponentu po spoju. Takodje, značajna činjenica sa aspekta montaže je da se spoj formira pod pod djestvom plastične deformacije zakovice, što je povezano sa silama velikog intenziteta i opremom koja će te sile da generiše.

Pojavom tehnologije zavarivanja, lemljenja, lepljenja i drugih alternativnih tehnologija, tehnologija zakivanja gubi primat, ali ona je i danas vrlo aktuelna. Avio industrija je oblast u kojoj je ova tehnologija i dalje vodeća. Takodje, elektroindustrija, odnosno industrija kontaktora je oblast u kojoj je tehnologija široko zastupljena. Najnoviji razvoj u oblasti auto industrije odvija se u pravcu uvodjenja tehnologije zakivanja kao alternative tehnologiji tačkastog zavarivanja. Za sve navedene primere karakteristično je da se tehnologija zakivanja pojavljuje u novom obliku sa visokotehnološkim sadržajima u smislu funkcionalnosti ostvarenog spoja i u smislu pogodnosti za potpunu automatizaciju.

Osnovno o fiksiranju delova zakivanjem


Orbitalno zakivanje

Umesto primene konvencionalnog pristupa koji je baziran na oblikovanju glave zakovice dejstvom aksijalne velikog intenziteta (najčešće kovanjem), oblikovanje glave zavojnice se ostvaruje plastičnim tečenjem. Pod dejstvom koncentrisane sile preko posebno oblikovanogprobojca koji rotira pod uglom od 3 do 6o . Na ovaj način se oblikovanje ostvaruje pod dejstvom sile malog intenziteta, uz istovremeno značajno poboljšanje i funkcionalnih karakteristika spoja

Glava za orbitalno kretanje alata za oblikovanje

Alat za oblikovanje

Alat za oblikovanje


RIVSET sistem zakivanja

Zakovice us izradjene od visokokvalitetnog čelika. Pod djestvom aksijalne sile velikog intenziteta one probijaju delova koji se zakivaju i istovremeno, kroz intenzivnu plastičnu deformaciju, formiraju spoj velike nosivosti. Ovaj spoj je po nosivosti u statičkom i dinamičkom domenu ekvivalentan ili bolji od njemu ekvialentnog spoja koji se ostvaruje tačkastim zavarivanjem.

Ova tehnologija omogućava spajanje raznorodnih materijala. Spoj poseduje valiku otpornost na koroziju. Spoj je hermetičan.


Aluminijum 1.2mmČelik 1.0 mmAluminijum 1.2mm

Aluminijum 1.2mmMagnezijum 1.5mm

Plastika 3mmAluminijum 3mm

Gornji deo alata

Pritiskivač

Donji deo alata


Pneumo‐hidraulički aktuacioni sistem

Gornji komplet alata

Donji alat

Telo prese

Sistem za uvodjenje zakovica

Primer stacionarne automatske prese za zakivanje po RIVSET sistemu


Sistem POP zakovica

POP zakovice su visokotehnološko rešenje prilagodjeno jednostranom zakivanju. Mehanizam rada je baziran na čeličnom umetku koji se odgovarajućim alatom aksijalno povlači do trenutka kada se dostignu granični naponi i dodje do kidanja. Paralelno, dolazi do deformisanja cilindričnog omotača koji je izradjen od aluminijuma ili nekog drugog plastično deformabilnog materijala. Paralelno sa deformisanjem vrši se pritiskivanje delova koji se spajaju i formiranje trajnog, nerazdvojiovog. Ovaj tip zakovica je pogodan i za ‘slepo’ zakivanje.

Proces zkivanja je pogodan za automatizaciju.


Fiksiranje spojeva plastičnim deformisanjem

02.2009 Mašinski fakultet u Beogradu, Katedra za proizvodno mašinstvo Kurs: Tehnologija montaže, prof. P.B. Petrović 53Mašinski fakultet u Beogradu, Katedra za proizvodno mašinstvo Kurs: Tehnologija montaže, prof. P.B. Petrović

Osnovno o fiksiranju delova plastičnim deformisanjem

Tehnologija fiksiranja delova plastičnim deformisanjem je u tehnološkom smislu ekstenzija koncepta zakivanja. Spoj je i dalje nerazdvojiv, ali se za razliku od zakivanja spoj ostvaruje bez dodatnih komponenti.

Generalno, fiksiranje delova plastičnim deformisanjem nije obuhvaćeno standardnim rešenjima kao što je to slučaj kod drugih tehnika fiksiranja. Ipak, savremeni razvoj tehnologije montaže, posebno razvoj automatskih sistema, nameće primenu odredjenih standardnih rešenja, a to znači da se oblici spojeva tipiziraju i da se za te spojeve nudi odgovarajući alat koji se može nabaviti na tržištu kao standardni proizvod. Ovakva standardizovana rešenja su posebno prilagodjena automatizaciji procesa fiksiranja, koja se u ovom slučaju jednostavno izvodi jer se spoj ostvaruje bez dodatnih komponenti.

Tehnologija fiksiranja delova plastičnim deformisanjem ima ubrzani razvoj, posebno u delu zamene tehnologije tačkastog zavarivanja.


RIVCLINCH sistem spajanja plastičnim deformisanjem

RIVCLINCH je tehnologija vrlo slična tehnologiji zakivanja samoprobijajućim zakovicama ripa RIVSET.

Nosač gornjeg alata

Nosač donjeg alata

Donji alat

Donji alat

Pritiskivač (elastomer)

Obradak

Cilindrična forma spoja

Pravougaona forma spoja(pogodan za tvrde materijale, prohrom)


Faze fromiranja spoja RIVCLINCH tehnologijom.

RIVCLINCH tehnoloogija je vrlo kompetitivna alternativa tačkastom ili MIG/MAG elektrolučnom zavarivanju.

Spoj se ostvaruje bez zagrevanja, baz kontaminacije, uz minimalno oštećenje površine i odličan vizuelni utisak, moguće spajanje raznorodnih materijala, nema dopunskih komponenti za formiranje spoja, jednostavno se automatizuje i robotizuje, mali troškovi po spoju, vrlo produktivna metoda.


1. Servoaktuacioni sistem2. Električni aktuator za podešavanje hoda3. Nosač gornjeg alata4. Probojac5. Donji deo alata (fleksibilna matrica)6. Telo prese7. Sistem za podešavanje položaja

Primer stacionarne automatske prese za fiksiranje deformisanjem po RIVCLINCH sistemu

Komplet RIVCLINCH izmenljivih alata


Primer robotizovanog RIVCLINCH sistema spajanja u gradnji šasija u atomobilskoj industriji.


Fiksiranje spojeva lepljenjem


Tehnologija lepljenja je savremena tehnologija fiksiranja delova koja je alternativna gotovo svim ostalim tehnikama fiksiranja, počev od presovanih spojeva pa do zavarivanja.

Spajanje delova vijčanim vezama ili zavarivanjem je samo po sebi jasno, jer je fizički princip u ovom slučaju očigledan. Kod spajanja delova lepljenjem fizički principi su značajno složeniji. Zato postoji odredjena nesigurnost kod primene ove tehnologije, podjednako kod inženjera projektanata, kao i kod radnika u proizvodnim pogonima. Uspešna primene ove tehnologije zahteva razumevanje odredjenih pojava na molekularnom nivou.

Osnovno o fiksiranju delova lepljenjem


Adheziona veza

Tehnologija lepljenja je zasnovana na inženjerstvu adhezione veze koja se na molekularnom nivou uspostavlja izmedju dva raznorodna materijala. Adhezijom nazivamo privlačnu silu koja deluje izmedju površina dva objekta koje se nalaze u neposrednom kontaktu. Adhezione sile teže da granične slojeve molekula dva raznorodna materijala održe u kontaktu. Tako na primer, bez dejstva adhezionih sila, figure od vlažnog peska nikada ne bi mogle da budu izradjene. One bi se jednostavno raspadale zbog dejstva gravitacione sile, bez obzira na pažnju sa kojom ih izradjujemo. Nevidljivi pomoćnik u ovom poslu su molekuli vode koji ispunjavaju prostor izmedju zrnaca peska i adhezionom silom koja se uspostavlja drži ih na okupu.


Kohezione sile

Ipak, u primeru figure od peska, adheziona sila sama po sebi ne bi bila dovoljna da sačuva formirani oblik. Veza uspostavljena izmedju molekula vode i površinskog sloja molekula zrnaca peska, ma koliko ona bila jaka, ne bi mogla da očuva integritet figure, bez prisustva još jedne sile. Ova sila takodje deluje na molekularnom nivou. To je koheziona sila. Ona deluje izmedju molekula vode i održava ih na okupu. Prisustvo kohezione sile u prirodi je očigledno. Koheziona sila formira kapljice vode. Bez kohezione sile nikada ne bi imali kišu.

Na isti način na koji voda svojim prisustvom omogućava da se zrnca peska drže na okupu, tako i lepak svojim prisustvom obezbedjuje da dva čvrsta objekta, delovi nekog mehaničkog sklopa, trajno zadrže željeni položaj.


Kvašenje

Da bi se uspostavila adheziona veza izmedju lepka i objekata koji se lepe, neophodno je da bude ispunjen jedan specifični uslov. Taj uslov odnosi se na medjusobni odnos adhezionih i kohezionih sila.

Adheziona sila koja deluje izmedju molekula tečnosti i molekula materijala objekata koji se spajaju lepljenjem mora da bude veća od kohezione sile koja istovremeno deluje izmedju susednih molekula tečnosti. Ukoliko je to slučaj kažemo da tečnost kvasi materijal objekata koji se spajaju.

Upravo prethodno opisani fenomen se dešava kod figura od peska. Kritičan fizički zahtev je zadovoljen ‐ voda kvasi zrnca kvarcnog peska. Nasuprot tome, kada bi zrnca peska bil izradjena od parafina, opisani princip lepljenja ne bi funkcionisao i figura bi se raspala.


Model koji objašnjava fizičke osnove tehnologije spajanja delova lepljenjem. U medjuprostorizmedju dva objekta, objekat A i objekat B, unosi se odredjena količina lepka u tečnom stanju. Adhezione veze izmedju molekula lepka i delova koji se spajaju (označene plavom bojom) i kohezione veze izmedju molekula lepka (označene crvenom bojom) deluju na ove objekte i uspostavljaju izmedju njih mehaničku vezu.


Trajnost adhezione veze

Pod dejstvom sunca, voda koja drži zrnca peska na okupu isparava a figura koju smo izgradili postepeno se razgradjuje. Da bi lepak koji ispunjava prostor izmedju objekata koji se spajaju trajno održao uspostavljenu vezu on mora da tu trajno i ostane. Zato je neophodno da posle izvesnog vremena lepak očvrsne, odnosno da predje iz tečnog u čvrsto agregatno stanje.

Pored vremenske stabilnosti, očvršćavanjem se povećava čvrstoća ostvarene adhezione i kohezione veze.

Mehanizam očvršćavanja ima čitav niz tehnoloških aspekata koji su od posebnog značaja za industrijsku primenu lepkova. U industrijskoj praksi premnjuju se sledeći mehanizmi očvršćavanja:

• Očvršćavanje kroz anaerobnu reakciju,• Očvršćavanje pod dejstvom ultraljubičastih zraka,• Očvršćavanje anjonskom reakcijom ‐ cijanoakrilati,• Očvršćavanje kroz aktivaciju – modifikovani akrilati,• Očvršćavanje apsorpcijom vlage ‐ silikoni i uretani,• Očvršćavanje zagrevanjem ‐ epoksidi.


Anaerobna reakcija

Lepkovi bazirani na anaerobnoj reakciji su jednokomponentni lepkovi, koji očvršćavaju na sobnoj temperaturi, u sredini u kojoj ne postoji prisustvo kiseonika.

Za primenu ovih lepkova je vrlo značajno da se proces očvrćavanja blokira sve dotle dok je lepak u kontaktu sa kiseonikom iz vazduha. Proces očvršćavanja se aktivira kada se prekine kontakt sa kiseonikom, a to se dešava kada se delovi koji se spajaju dovedu u željenu poziciju i kada se lepak nadje u neposrednom dodiru sa metalom. Dakle, anaerobni lepak ostaje u neizmenjenom, odnosno tečnom stanju onoliko dugo koliko je potrebno da se obave sve pripremne radnje i dok se delovi koji se spajaju ne dovedu u željenu poziciju.

Sprečavanjem dodira sa atmosferskim kiseonikom, pod uticajem metalnih jona (Cu, Fe) dolazi do formiranja slobodnih radikala . Pojava slobodnih radikala inicira proces polimerizacije, kojim se molekuli lepka transformišu u duge i medjusobno prepletene lance, čime se lepak iz tečnog agregatnog stanja prevodi u čvrsto.

Kod pasivnih metalnih površina (Al, Ag, nerdjajući čelik i slično) ili nemetala (keramika ili staklo) izostaje katalitički efekat, čime se polimerizacija drastično usporava ili potpuno izostaje. U tom slučaju je neophodna primena aktivatora. Aktivator je odgovarajuća hemijska supstanca kojom se oslojavaju kontaktne površine neposredno pre lepljenja (lepak i aktivator se ne mešaju!). Prisustvo ovako primenjenog aktivatora u uslovima odsustva kiseonika pokreće hemijsku rekaciju koja je prethodno objašnjena.


Faze očvršćavanja anaerobnom reakcijom:

a)Lepak se održava u stabilnom tečnom stanju neprekidnim prisustvom kiseonika iz vazduha; b)Kada se lepak nadje u zazoru spoja delova koji se spajaju lepljenjem dolazi do ograničenja pristupa kiseonika iz vazduha, kada se kroz interakciju sa metalnim jonima pokreće transformacija peroksida u slobodne radikale;

c)formirani slobodni radikali pokreću proces stvaranja polimernih lanaca kada lepak pocinje da se transformiše i postepeno prelazi iz tečnog u čvrsto agregatno stanje;

d)finalna faza očvršcavanja koja se karakteriše polimerizacijom lepka i njegovim potpunim prelaskom u čvrsto agregatno stanje ‐ proces spajanja lepljenjem završen.


Očvršćavanje pod dejstvom ultraljubičastih zraka

U ovom slučaju proces polimerizacije se inicira dejstvom ultraljubičaste svetlosti (UV). Jednokomponentni lepak u tečnom stanju predstavlja mešavinu monomera i stabilnih molekula fotoinicijatora. Posle izvršenih pripremnih radnji, na nanešeni sloj lepka usmeravaju se visokoenergetski UV zraci koji cepaju molekule fotoinicijatora, čime se formiraju slobodni radikali, koji dalje započinju proces spajanja monomera u duge polimerne lance. Na kraju procesa polimerizacije lepak prelazi u čvrsto stanje sa višestruko prepletenim polimernim lancima.

U zavisnosti od intenziteta i talasne dužine primenjenog UV zračenja, procesi ocvršćavanja ovog tipa se klasifikuju u tri osnovne grupe:

1. dubinsko očvršćavanje,

2. površinsko očvršćavanje i

3. očvršćavanje sekundarnim mehanizmom.

U prvom slučaju primenjuju se UV zraci talasne dužine od 300 do 400nm (UVA zraci), koji zbog svoje velike talasne dužine duboko prodiru u strukturu lepka. Da bi se ovaj proces dodatno pospešio, upotrebljavaju se izvori zračenja velikog intenziteta. Kod površinskog očvršćavanja primenjuju se UVC zraci, odnosno UV zracenje talasne dužine ispod 280nm, intenziteta 50 do 140mW/cm2. Ovi zraci su vrlo efikasni u slučaju slojeva male debljine, gde se sprečava uticaj kiseonika iz atmosfere koji zbog svoje reaktivnosti dovodi do neutralizacije slobodnih radikala i tako usporava ili u potpunosti blokira proces očvršćavanja. U izvesnim slučajevima aktivacija procesa polimerizacije dejstvom UV zraka ne može u celosti da zahvati naneti lepak. Razvijena je posebna grupa lepkova koji pored UV mehanizma uključuje i sekundarne mehanizme očvršćavanja, kao što je anaerobna reakcija, toplota, vlaga i slično, koji i pod otežanim uslovima garantuju dobar proces očvršćavanja.


UV aktivirani lepkovi poseduju odlična svojstva nosivosti, dobro kvašenje i disperziju, dobro ispunjavanje prostora u spoju, vrlo kratko vreme očvršćavanja (tipično nekoliko desetina sekundi), i zadovoljavajuću do dobru otpornost na spoljašnje uticaje.

U radu sa ovom vrstom lepkova treba pored adekvatnog izvora UV zračenja obezbediti i dostupnost UV zraka zoni spajanja. Ovde treba imati na umu da transparentnost spoja u vidljivom delu spektra ne znači uvek i transparentnost u željenom delu UV spektra. Na primer, staklo postaje neprozirno za talasne dužine manje od 220nm, odnosno u UVC delu spektra, dok je plastična masa koja je transparentna u vidljivom delu spektra delimično propusna za talasne dužine od 360nm, dakle za UVB spektar, a potpuno nepropusna za UVC deo spektra.


Očvršćavanje anjonskom reakcijom

Cianoakrilati ocvršćavaju anjonskom reakcijom. Lepak u tečnom stanju predstavlja mešavinu monomera i stabilizatora koji sprečava njihovu medjusobnu reakciju.

Kada lepak dodje u kontakt sa vlagom iz vazduha (optimalna vlažnost 40 do 60% na sobnoj temperaturi), vlagom zarobljenom na kontaktnim površinama, ili sa blago alkalnom površinom delova koji se spajaju lepljenjem (pH > 7), dolazi do neutralizacije stabilizatora, čime se inicira vrlo intenzivni proces polimerizacije. Ocvršćavanje se dešava u delu sekunde, čime se proces lepljenja vrlo brzo završava.

Cijanoakrilati se nanose samo na jednu od površina koje se spajaju, a zatim se delovi dovode u željenu poziciju u što kraćem vremenskom intervalu, jer se proces polimerizacije trenutno aktivira.

Ova vrsta lepkova se odlikuje vrlo velikom smicajnom i zateznom čvrstocom, ekstremno brzo očvršćavaju, i imaju dobru otpornost na starenje. Primenjuju se za spajanje gotovo svih vrsta materijala.


Očvršćavanje dejstvom aktivatora

U ovom slučaju lepak se sastoji iz dve komponente: komponenta A koju čine molekuli monomera i komponenta B koju čine molekuli aktivatora.

U svom osnovnom izvodjenju, ovi lepkovi (u pitanju su modifikovani akrilati) se primenjuju tako što se neposredno pre procesa lepljenja formira mešavina komponente A (u pastoznom stanju) i komponente B (u tecnom stanju), a zatim se ova smeša nanosi na kontaktne površine delova koji se spajaju.

Da bi se izbegla tehnološka operacija mešanja koja je uslovljena primenom komponente B u tecnom stanju, razvijeni su sistemi kod kojih se obe komponente nalaze u istom stanju konzistencije. Kod primene, obe komponente se nanose simultano, jedna pored druge ili jedna preko druge, a sam proces mešanja se ostvaruje spontano u fazi spajanja. Ukoliko je reakcija očvršćavanja sporija, i u ovom slučaju se može primeniti prethodno mešanje komponente A i komponente B. Bez obzira na potrebe pojednostavljenja tehnologije pripreme, varijanta prethodnog mešanja je bolja (pouzdanija) od varijante spontanog mešanja tokom operacije spajanja.

Ova vrsta lepkova se odlikuje vrlo velikom smicajnom i zateznom čvrstoćom, dobrom otpornošću na udar, ima širok temperaturni opseg, poseduju dobru sposobnost ispunjavanja zazora i poseduju dobru otpornost na uticaj okruženja. Pogodni su za spajanje gotovo svih vrsta materijala.


Očvršćavanje pod dejstvom ambijentalne vlage

Kod ove vrste adheziva proces polimerizacije se inicira dejstvom molekula vode koji su sadržani u vlažnom vazduhu kao ambijentalna vlaga. Dve vrste adheziva koriste ovaj mehanizam očvršćavanja. To su silikoni i poliuretani.

Silikoni: Ova vrsta adheziva očvršćava procesom vulkanizacije koji se odvija na sobnoj temperaturi (RTV) kroz reakciju sa ambijentalnom vlagom. Za razliku od cianoakrilata kod kojih vlaga iz vazduha neutrališe stabilizator, silikoni koriste molekule vode za formiranje polimernih lanaca. To znači da molekuli vode sadržani u vazduhu migriraju u silikon, vezuju se za njegove molekule i to na takav način da se formiraju dugi molekularni lanci. Pri ovoj reakciji oslobadjaju se kao sporedni proizvodi jedinjenja koja mogu da budu kisela (sirćetna kiselina), bazna (amini) ili neutralna (alkohol), što zavisi od hemijske formulacije silikona.

Proces očvršćavanja uslovljen je koncentracijom molekula vode u vazduhu, odnosno relativnom vlažnošću, koja ima ključni uticaj na brzinu očvršćavanja. Pored relativne vlažnosti vazduha proces očvršćavanja uslovljen je efikasnošću prodiranja molekula vode. Prodiranje molekula vode se uvek odvija od površine ka unutrašnjosti, kao što je prikazano na narednoj slici, i taj proces se usporava sa dubinom prodiranja. U praksi se dubina prodiranja ograničava na 10 do 15mm i ovu vrednost treba uzeti u obzir kod projektovanja adhezionih veza baziranih na silikonima.


Tipičan primer vremenske zavisnosti funkcije očvršćavanja adheziva na bazi silikona. Očvršćavanje počinje sa spoljašnje površine i širi se ka središtu. Brzina očvršćavanja zavisi od relativne vlažnosti vazduha. Kada je relativna vlažnost 50% polimerizacija do dubine od 10 mm završava se za pet dana uz asimptotsko približavanje.

Zavisnost dostignute čvrstoće polimerizovanog adheziva u funkciji temperature i vremena grejanja, za adhezive kod kojih je mehanizam očvršćavanja baziran na grejanju formiranog spoja.


Silikonski elastomeri (silikonski adheziv u očvrsnutom stanju) poseduju sledeće osobine:

1. Odlična otpornost na visoke temperature (preko 230 oC);

2. Vrlo elastični, žilavi i istegljivi;

3. Mala do srednja čvrstoća na kidanje;

4. Vrlo efikasan zaptivač za širok spektar fluida i gasova;

5. Odlična svojstva penetracije i ispunjavanja zazora.


Poliuretani

Kao i kod silikona i poliuretani se formiraju kroz mehanizam reakcije molekula vode sa izocijanatnim grupama, gde se kao rezultat javljaju dugi i medjusobno ukršteni polimerni lanci. Za razliku od silikona, kod poliuretana reakcija polimerizacije ne dovodi do stvaranja sporednih proizvoda. Brzina očvršćavanja je uslovljena relativnom vlažnošću i potrebnom dubinom penetracije.

Poliuretani poseduju sledeće osobine:

1. Odlična čvrstoća;

2. Elastični i istegljivi;

3. Odlična svojstva ispunjavanja zazora;

4. Dozvoljavaju bojenje u očvrsnutom stanju;

5. Odlična hemijska otpornost.

Da bi se postigla optimalna svojstva ove vrste adheziva neophodna je primena hemijskih sredstava za pripremu površine, odnosno čišćenje/odmašćivanje i aktiviranje u cilju poboljšanja adhezionih svojstava osnovnog materijala.


Priprema kontaktnih površi

Priprema kontaktnih površi je jedna od ključnih aktivnosti u tehnologiji spajanja i zaptivanja delova adhezivima. Stanje kontaktnih površi direktno utiče na intenzitet adhezionih sila koje se uspostavljaju izmedju osnovnog materijala i nanetog adheziva.

Neadekvatno stanje kontaktnih površi koje je posledica propusta u propisanim procedurama formiranja adhezionih veza je izvor većine problema u praksi i izvor je odredjene nesigurnosti koja prati ovu savremenu tehnologiju u celosti.

Adheziona svojstva površi mogu se unaprediti na više načina, a svi oni se mogu svrstati u tri osnovne grupe:

1. Uklanjanje nepoželjnog površinskog filma kontaminanata hemijskim dejstvom i mehaničkom abrazijom;

2. Formiranje nove aktivne površi oslojavanjem baznog materijala specijalnim premazima;

3. Poboljšanje svojstava površi na molekularnom nivou (povećanje površinskog napona) specijalnim tehnikama kao što su hemijsko nagrizanje, korona tretman i slični tretmani bazirani na primeni plazme (jonizovani gas). Nečistoće Adheziv


Struktura poprecnog preseka metalne površi prema Brigitte Haase, University of Applied Sciences, Bremerhaven.


Površinska dekontaminacija hemijskim odmašćivanjem

Sve tehnike hemijskog odmašćivanja bazirane su na primeni rastvarača koji poseduju dobro svojstvo rastvaranja masti i isparavanja bez ostataka.

Rastvarači koji se koriste za ove namene se svrstavaju u četiri grupe: 1)ugljovodonici (izoparafini), 2)ketoni (aceton), 3)alkoholi (izopropanol) i 4)klasa rastvarača koji su bazirani na vodenim rastvorima. Izuzev alkohola koji poseduju umerena svojstva odmašćivanja, sve ostale grupe rastvarača su dobri odmašćivaci.

Vodeni rastvarači, alkalni ili kiseli, uvek sadrže u sebi aditive koji inhibiraju proces korozije. Od posebnog značaja je da ovi aditivi ispare bez ostataka po okončanju procesa odmašćivanja, u suprotnom postoji rizik redukcije adhezionih svojstava osnovnog materijala, bez obzira na stepen njegove odmašćenosti.

Praktična primena odmašćivaca u industrijskoj proizvodnji izvodi se najčešće tehnikom kupatila. U ovom slučaju postupak odmašćivanja može da se izvodi u više faza, kako bi se rešio problem koncentracije, taloženja nečistoća i zasićenja odmašćivača. U završnoj fazi, deo koji se odmašćuje dolazi u kupatilo sa vrlo malom koncentracijom zaostalih kontaminanata, tako da se završno čišćenje izvodi gotovo nekontaminiranim rastvaračem, čime se obezbedjuje maksimalno dejstvo i konsekventno, dobro odmašćena površina. U odredjenim slučajevima, posebno onda kada je kontaminacija dela koji se odmašćuje velika, u faznom procesu odmašćivanja koristi se kombinacija različitih vrsta rastvarača, koji proces odmašćivanja čine efikasnijim i pouzdanijim.


Surfaktanti imaju posebnu ulogu u procesu čišćenja. To su supstance čiji se molekuli sastoje iz hidrofilnog i hidrofobnog dela. Grupisanjem surfaktanta u agregate dovodi do formiranja micelija koje čine hidrofilni delovi molekula. Micelije snižavaju površinske napone i tako grupišu čestice nečistoća (najčešće ulje). Hidrofobni deo molekula surfaktanta formira kapsulu oko micelijama zahvaćene čestice nečistocća. Tako se formira stabilna struktura kojom se uklanja enkapsulirana nečistoća sa površi dela koji se čisti.


Površinska dekontaminacija mehaničkom abrazijom

Vrlo često dalovi koji se odmašćuju kontaminirani su površinskom korozijom ili nekim tvrdim naslagama drugog porekla (boja ili tvrde naslage stranih materijala). Mada se i u ovim slučajevima željeni efekti mogu postići cisto hemijskim dejstvom, mnogo efikasnija je primena mehanickih metoda.

U industriji je najrasprostranjenija tehnika čišćenja bombardovanjem osnovnog materijala česticama ili granulatom velike čvstoće. Bombardovanje metalnom sačmom ili peskiranjem različitom granulacijom abraziva, postižu se odlični efekti. Mikrokolizijama se uklanjaju korodirani slojevi i skoro sve površinske nečistoće, nezavisno od njihove kompaktnosti i tvrdoće. Pored dekontaminacije, bombardovanjem metalnom sačmom i abrazivima velike granulacije se istovremeno ojačavaju površinski slojevi, odnosno vrši se mehanička stabilizacija osnovnog materijala na mikro nivou. Pored toga, na površinskom sloju formira se neuniformna mikrotekstura, koja generalo poseduje svojstvo poboljšanja adhezije.

Pored prethodno navedenih tehnika mehaničke dekontaminacije, koriste se i tehnike bazirane na brušenju i četkanju.

Mehaničkom abrazijom se takodje vrši odmašcivanje površi. Ipak, bez obzira na konačno ostvarene rezultate, proces odmašćivanja, i u ovom slučaju čišcenje treba obavezno završiti hemijskim odmašćivanjem da bi se uklonili tragovi masti prenete sačmom ili keramičkim abrazivima zbog njihovog recirkulativnog toka.Kod čišćenja nemetalnih delova, kao što su delovi izradjeni od polimera ili elastomera, neophodno je obratiti pažnju na površinske filmove koji su formirani razlicitim sredstvima za zaštitu alata, ili sredstvima za poboljšanje svojstava izbacivanja odlivaka ili vulkaniziranih delova/proizvoda iz alata. Ovi filmovi po prirodi poseduju vrlo nepovoljna svojstva adhezije i neophodno ih je eliminisati. U ovom slucaju najpogodnije su mehaničke metode dekontaminacije.


Tehnologija lepljenja

Struktura tehnološke operacije fiksiranja delova lepljenjem je sledeća:1. Priprema površina (odmašćivanje i nanošenje aktivatora po potrebi)2. Nanošenje lepka – doziranje i disperzija3. Očvršćavanje.Sve navedene aktivnosti mogu da se izvode manuelnim putem uz primenu odgovarajućeg

pomoćnog pribora, ili da se u potpunosti automatizuju primenom odgovarajućih funkcionalnih modula.

Primer fiksiranja delova izradjenih od polimera pomoću lepka koji očvršćava pod dejstvom ultraljubičastih zraka.Posle pripreme kontaktnih površina i nanošenje lepka, realizuje se sekvenca očvršćavanja dejstvom UV svetlosti koju zrači odgovarajući izvor i koja se u ovom konkretnom slučaju do mesta spajanja dovodi svetlovodom od optičkih vlakana.


Tehnologija lepljenjaPrimer tipične konfiguracije robotskog sistema za fiksiranje/zaptivnje delova primenom manipulacionih robota (CeNT Laboratorija za kibernetiku i mehatronske sisteme, 2009).

Manipulacioni robot

RezervoarKontoler dozera

Ventil za doziranje


Adheziv, lepak ili tečna zaptivka, nalazi se u rezervoaru pod pritiskom. Pritisak se pecizno reguliše pomoću regulacione jedinice koja pored regulacije pritiska ima i funkciju generisanja upravljačkog signala za upravljanje radom pneumatskog elektromagnetnog ventila. Pneumatski elektromagnetski ventil služi za aktuiranje dozirnog ventila.

Dozirni vetnil se sastoji iz minijaturnog pneumatskog cilindra koji deluje na membranu koja otvara i zatvara vezu sa rezervoarom pod pritiskom. Kada se ta veza otvori, adheziv pod dejstvom pritiska u rezervoru počne da ističe kroz dozirnu iglu. Dozirna igla ima odredjeni prečnik i dužinu. Takodje, hod mikrocilindra se reguliše pomoću mikrometarskog zavrtnja, čime se reguliše presek otvora kroz koji protiče adheziv.

Protok adheziva je definisan aktuacionim pritiskom koji deluje u rezervoaru i ukupnim otporom cevnog razvoda od rezervoara do vrha dozirne igle. Zapremina adheziva koji se dozira na mesto na koje se nanosi odredjena je protokom i vremenom doziranja. Vrme doziranja, impuls, je reda veličine nekoliko desetih delova sekunde. Pritisak u rezervoaru varira od viskoznosti adheziva i tipično se kreće u intevalu od desetog dela bara pa do 10 bara.

Prikazani sistem je dozirao tečnu zaptivku u količini od 4 ul (mikrolitra) sa velikom preciznošću.

Robot ima zadatak da precizno pozicionira vrh dozirne igle u odnosu na mesto doziranja.


Ventil za doziranje

Dozirna igla


Tečna zaptivka (pod dejstvom kohezionih sila formira se kalota)

Dozirna iglaOdgovarajućim kretanjem odvaja se adheziv od igle bez rasipanja.

tehnologija_montaze_lekcija_3

Documents