Фиксаторы резьбы: экспертное руководство по анаэробным клеям для резьбовых соединений

Изобретенные более 2000 лет назад, резьбовые крепежные элементы остаются основой современного машиностроения. Они неотъемлемы во всем — от автомобилей и самолетов до бытовых приборов, где они крепят самые критические компоненты.

Только в США ежегодно потребляется более 300 миллиардов крепежных изделий. Этот огромный объем подчеркивает необходимость крепежа, обеспечивающего предсказуемое, единообразное поведение и сохраняющего надежность после установки.

Несмотря на непрерывное совершенствование, крепеж все еще выходит из строя. Существует два основных режима отказа: расслабление натяжения, вызванное температурным расширением и сжатием болтов и их оснований; и саморазъем, возникающий при поперечном скольжении между контактными поверхностями, снижающим зажимную силу.

Механические решения — пружинные шайбы, проводные фиксаторы, стопорные болты — увеличивают затраты и не могут полностью предотвратить скольжение, ведущее к разъему. Химические фиксаторы резьбы — анаэробные клеи — однако предлагают экономичное, постоянное решение.

Введенные почти 50 лет назад корпорацией Loctite, анаэробные фиксаторы — это одноактивные жидкие смолы, которые полимеризуются в твердое тело при контакте с ионами металла в безкислородной среде. Этот механизм анаэробного отверждения позволяет клею затекать, заполнять резьбовые канавки и затем затвердевать без преждевременного схватывания.

Во время полимеризации полимерные цепи проникают в каждую микроскопическую неправильность резьбы, увеличивая трение и создавая надежную механическую блокировку. Клей также герметизирует соединение, защищая его от коррозии, вызванной влагой, газами и жидкостями.

Всего несколько капель фиксатора способны удерживать затянутый крепеж до намеренного разборки. В то время как типичное гайка-болтовое соединение достигает только около 15% металл-металл контакта, фиксаторы обеспечивают 100% контакт, улучшая контроль момента, уменьшая задирание и обеспечивая смазку для точной сборки.

Доступные в низко-, средне- и высокопрочных классах, фиксаторы выдерживают даже самые суровые среды. Они предлагают высокую сдвиговую прочность, термостойкость, быстрое отверждение, удобное дозирование и отличную вибростойкость.

Факторы при выборе фиксаторов резьбы

Правильный выбор фиксатора требует понимания требований вашего приложения. Во многих случаях болты должны оставаться разъемными для обслуживания. К счастью, любой зафиксированный болт можно повторно использовать — просто удалите старый клей перед повторным нанесением.

Низкопрочные составы идеальны для крепежа до ¼ дюйма в диаметре — таких как регулировочные винты, измерительные приборы — где требуется частая регулировка. Среднепрочные классы подходят для крепежа до ¾ дюйма, распространенного в станках, прессах, насосах и компрессорах. Высокопрочные фиксаторы зарезервированы для крепежа до 1 дюйма, применяемого в постоянных соединениях тяжелого оборудования и крупных опор.

Низковязкие, проникающие фиксаторы также доступны для крепежа до ½ дюйма, которые могут выиграть от легкого затекания в предварительно собранные резьбы.

Операционная среда диктует выбор состава. Современные фиксаторы нечувствительны к поверхности, высокотемпературны, химически стойки и вибротерпимы — свойства, недоступные в ранних поколениях.

Тип металла также важен. Крепеж из неактивных металлов — нержавеющей стали, цинка, магния, черного оксида, кадмия, анодированного алюминия или пассивированного титана — может потребовать грунтовку для облегчения отверждения. Если присутствует только один неактивный металл, грунтовка не требуется.

Нанесение фиксаторов

Правильное нанесение обеспечивает смачивание всей зоны зацепления резьбы. Необходимое смачивание зависит от размера резьбы, вязкости клея и геометрии деталей. Для крупных деталей смачивание обеих сопряженных граней гарантирует надежность.

Для сквозных отверстий (гайка-болт) наносите фиксатор только там, где гайка и болт соприкасаются при полном затягивании — только клей между резьбами полимеризуется. В слепых отверстиях (шпоночные винты) наносите фиксатор и на болт, и на сопряженные резьбы; иначе давление воздуха может вытолкнуть клей, приводя к неполному отверждению и потенциальному отказу.

Фиксаторы можно дозировать вручную, полуавтоматически или автоматически. Предварительно наносимые покрытия на крепеж — микрокапсулы с клеем — становятся популярны. При сборке капсулы разрушаются, высвобождая фиксатор. Этот метод обеспечивает последовательность, экономию и гарантию качества.

Анаэробные фиксаторы схватываются за минуты при комнатной температуре и полностью отверждают за 24 часа. Воздействие тепла (например, 30 минут при 120 °C) может ускорить отверждение. Если нужна грунтовка или активатор, наносите его на одну или обе поверхности перед клеем; смешивание компонентов не требуется.

Правило: избегайте анаэробных фиксаторов на пластиковых резьбовых соединениях, так как возможны размягчение основы или напряженное трещинование.

Новые разработки

Традиционные анаэробные клеи сталкивались с тремя главными вызовами: отверждение на широком спектре металлических и неметаллических подложек, которые могут быть маслянистыми или загрязненными; выдержка длительного воздействия температур выше 300 °F; и устойчивость к длительным механическим нагрузкам.

Масла и другие загрязнители могут препятствовать отверждению, ингибируя анаэробную реакцию, что требует тщательной очистки перед нанесением. Неактивные подложки — цинкодихроматно/фосфатно покрытая сталь, магний, кадмий, нержавейка, алюминий и термореактивные пластики — ранее требовали растворительнобазированных грунтовок перед связыванием анаэробными клеями.

Современные нечувствительные к поверхности формулы успешно отверждаются на маслянистых или загрязненных поверхностях и на неактивных металлах, снижая или устраняя потребность в грунтовках. Новые проприетарные химические составы также расширяют рабочие температуры до 400 °F, идеально для автомобилестроения и авиации, испытывающих экстремальные тепловые циклы.

Для решения проблемы вибрации разработаны более жесткие формулы. Эти высокопрочные, высокотемпературные фиксаторы менее чувствительны к удару и выдерживают длительное воздействие интенсивной вибрации, вращательных, сдвиговых и растягивающих сил.

Приложение высокой производительности

Ryobi Outdoor Products — известный бензиновыми триммерами — разрабатывал мощный бловер, способный к скорости 210 миль/ч и частоте вращения двигателя выше 8000 об/мин. При этих условиях компоненты нагревались до 500–600 °F и испытывали сильную вибрацию.

Конвенциональные механические решения были неадекватны. Инженеры обратились к Loctite 266, новому нечувствительному к поверхности, высокопрочному, высокотемпературному фиксатору. Он схватывается за 40 минут и достигает полной прочности за три часа, терпя масло и другие слабые загрязнители без подготовки поверхности.

На сборочной линии клей наносили на цинкодихромированные стальные болты, соединяющие глушитель с головкой цилиндра и картер с цилиндром. Через три часа каждый блок тестировался на полной газу шесть минут при 6000 об/мин перед одобрением.

"Быстрое отверждение этого продукта позволило нам проводить двигательные тесты в конце сборочной линии", — говорит Билл Джест, вице-президент по новым продуктам Ryobi. "Это ускорило наш выход на рынок, снизило в-process запасы и помогло сохранить конкурентное преимущество".

Об авторе:
Майк Шаннехэн — менеджер по OEM-маркетингу в Loctite Corporation, компании Henkel. Henkel работает во всем мире с ведущими брендами и технологиями в трех бизнес-областях: Laundry & Home Care, Cosmetics/Toiletries и Adhesive Technologies. Основанная в 1876 году, Henkel занимает лидирующие мировые позиции в потребительском и промышленном секторах, с известными брендами Persil, Schwarzkopf и Loctite. Henkel нанимала около 50 000 человек и объявила о продажах $18,86 млрд и скорректированной операционной прибыли $1,84 млрд в 2009 финансовом году. Подробнее на www.loctite.com.