Lijmverbindingen ontwerpen voor minder spanning
Er zijn afwegingen die moeten worden gemaakt bij het optimaliseren van het ontwerp van verbindingen voor lijm- en tapegebruik. De hoeveelheid gebruikt materiaal, de kosten van de machinale bewerking en de gebruiksvriendelijkheid van het proces spelen een belangrijke rol bij de optimalisatie. De twee onderstaande voorbeelden laten zien hoe bij het verbeteren van een verbinding voor lijmen sterkte moet worden afgewogen tegen gemak of kosten.
Hoekverbinding
Dit basisontwerp met een haakse stootnaad is niet ideaal voor lijmhechting. De belangrijkste spanning is breukspanning, en deze vorm van spanning is hoogst ongewenst bij lijmhechting. De wijziging van het oorspronkelijke ontwerp bestaat uit de toevoeging van een extra component om de hechting van de oorspronkelijke componenten te versterken. Hierdoor wordt een deel van de breukspanning veranderd in afschuifspanning, waardoor de verbinding wordt versterkt. Een mechanische component van de buitenste versterking kan tevens impactkrachten voorkomen. Voor deze verbinding is echter het gebruik van een tweede stuk materiaal vereist en waarschijnlijk een lijmproces in twee stappen.
Een verdere verfijning verbetert het ontwerp met het oog op prestaties en productie. Het is beter dan het tweede ontwerp omdat er nu geen extra onderdelen en werk zijn vereist voor de verbinding. Voor deze verbinding, die in één stap kan worden gemonteerd, zijn twee stukken materiaal nodig met een minimale complexiteit op het gebied van machinale bewerking. Ook is de verbinding sterker dan de andere ontwerpen omdat de breukspanningskrachten volledig worden vervangen door een compressiespanningskracht, het meest wenselijke spanningstype voor lijmhechting.
-
Basishoekverbinding onder breukspanning
Dit basisontwerp met een haakse stootnaad is het minst wenselijke ontwerp voor lijmhechting. De belangrijkste spanning is breukspanning, en deze vorm van spanning is hoogst ongewenst bij lijmhechting.
-
Versterkte hoekverbinding
De wijziging van het oorspronkelijke ontwerp bestaat uit de toevoeging van een extra component om de hechting van de oorspronkelijke componenten te versterken. Hierdoor wordt een deel van de breukspanning veranderd in afschuifspanning, waardoor de verbinding wordt versterkt. Een mechanische component van de buitenste versterking kan tevens impactkrachten voorkomen. Voor deze verbinding is echter het gebruik van een tweede stuk materiaal vereist en waarschijnlijk een lijmproces in twee stappen.
-
Optimaal ontwerp van een hoekverbinding
Een verdere verfijning verbetert het ontwerp met het oog op prestaties en productie. Het is beter dan het tweede ontwerp omdat er nu geen extra onderdelen en werk zijn vereist voor de verbinding. Voor deze verbinding, die in één stap kan worden gemonteerd, zijn twee stukken materiaal nodig met een minimale complexiteit op het gebied van machinale bewerking. Ook is de verbinding sterker dan de andere ontwerpen omdat de breukspanningskrachten volledig worden vervangen door een compressiespanningskracht, het meest wenselijke spanningstype voor lijmhechting.
Overlapverbinding
Overlapverbindingen plaatsen de lijm doorgaans in afschuifmodus – dit is een sterktepunt voor lijmen. In een perfect scenario blijft de lijm permanent in de afschuifmodus, maar wat gebeurt er als uw overlapverbinding breukspanning ondervindt of als de afschuiving niet perfect in hetzelfde vlak ligt?
Hoewel een standaard overlapverbinding zeer vaak wordt gebruikt bij lijmhechting, biedt deze wellicht niet altijd de vereiste sterkte. Een enkele overlapverbinding ondervindt vaak afschuifspanning. De afschuifspanning wordt echter enigszins buiten het vlak toegepast, en naarmate de verbinding zicht uitstrekt begint de spanning te veranderen in breukspanning. Hierdoor wordt enige spanning op de voorranden van de overlapverbinding geconcentreerd.
Om de verbinding te verbeteren, kan een 'tand' worden ontworpen in een van de ondergronden. Hierdoor wordt de spanning in het horizontale vlak geplaatst en behoudt de lijm afschuifsterkte. De lijm ligt echter enigszins buiten het vlak van de spanning, waardoor nog steeds enige breukspanning kan worden geconcentreerd naarmate de verbinding zich uitstrekt.
Een verdere verbetering maakt gebruik van 'dubbele overlapverbindingen'. Nu worden beide ondergronden zodanig machinaal bewerkt of gevormd, dat beide ondergronden elkaar overlappen. Hierdoor blijven de spanning en de lijm in hetzelfde vlak wanneer de verbinding afschuifspanning ondervindt. Als er breukkrachten aanwezig zijn langs de momentarm van de assemblage, kan er nog steeds sprake zijn van enige spanningsconcentratie.
-
Afschuif- en breukspanning bij overlapverbinding
Hoewel een standaard overlapverbinding zeer vaak wordt gebruikt bij lijmhechting, biedt deze wellicht niet altijd de vereiste sterkte. Een enkele overlapverbinding ondervindt vaak afschuifspanning. De afschuifspanning wordt echter enigszins buiten het vlak toegepast, en naarmate de verbinding zicht uitstrekt begint de spanning te veranderen in breukspanning. Hierdoor wordt enige spanning op de voorranden van de overlapverbinding geconcentreerd.
-
Tandoverlapverbinding vermindert breukspanning
Om de verbinding te verbeteren, kan een 'tand' worden ontworpen in een van de ondergronden. Hierdoor wordt de spanning in het horizontale vlak geplaatst en behoudt de lijm afschuifsterkte. De lijm ligt echter enigszins buiten het vlak van de spanning, waardoor nog steeds enige breukspanning kan worden geconcentreerd naarmate de verbinding zich uitstrekt.
-
Dubbele overlapverbinding vermindert breukspanning verder
Een verdere verbetering maakt gebruik van 'dubbele overlapverbindingen'. Nu worden beide ondergronden zodanig machinaal bewerkt of gevormd, dat beide ondergronden elkaar overlappen. Hierdoor blijven de spanning en de lijm in hetzelfde vlak wanneer de verbinding afschuifspanning ondervindt. Als er breukkrachten aanwezig zijn langs de momentarm van de assemblage, kan er nog steeds sprake zijn van enige spanningsconcentratie. -
Gebruik de dubbele schuine overlapverbinding voor ultieme sterkte
In de ultieme overlapverbinding wordt een 'afschuining' opgenomen in de dubbele overlapping. Dit biedt dezelfde voordelen op het gebied van hetzelfde vlak als een dubbele overlapverbinding, maar nu biedt de 'afschuining' extra sterkte wanneer er breukkrachten aanwezig zijn.
Extra overwegingen voor het ontwerp van overlapverbindingen
Elke van deze verbeteringen zorgt voor een betere sterkte en spanningsnormalisatie in een assemblage met een overlapverbinding. Elke verbetering betekent echter ook extra complexiteit, kosten en tijd. Weer een andere overweging is de vorm van de lijm met betrekking tot de geometrie. Als de verbinding is ontworpen met drie dimensies van lijmdekking, zoals bij pen-en-gat- of dubbele overlapverbindingen, is de applicatie vaak beperkt tot het gebruik van een vloeibare lijm. Aangezien tapes voordelen kunnen bieden op het gebied van productie-efficiëntie en doorvoer, is het bij het ontwerpen van een lijmverbinding belangrijk dat alle aspecten worden overwogen om te optimaliseren voor de specifieke toepassing.
-
De educatieve serie De wetenschap van adhesie dient als uitgebreide inleiding tot de wetenschap van adhesie en het gebruik van tapes en lijmen in ontwerptoepassingen. Ga naar de pagina De wetenschap van adhesie en bekijk alle artikelen of kies uit de geselecteerde onderwerpen hieronder.
Hulp nodig om het juiste product te vinden voor uw project? Neem gemakkelijk contact met ons op wanneer je op zoek bent naar een product, technisch advies wenst of wilt samenwerken met een van onze technisch specialisten.
Hulp nodig om het juiste product te vinden voor uw project? Neem gemakkelijk contact met ons op wanneer je op zoek bent naar een product, technisch advies wenst of wilt samenwerken met een van onze technisch specialisten.
