При проектирането на производствени детайли и конструкции често трябва да се избере между индустриално залепване и традиционни методи за механично съединяване – винтове, болтове, нитове, скоби или заваряване.

На пръв поглед сравнението изглежда лесно:

цена на лепилото срещу цена на крепежните елементи.

В реалното производство обаче това рядко е достатъчно.

За правилна икономическа оценка трябва да бъдат сравнени целите производствени процеси:

материали + подготовка + крепежни елементи + оборудване + труд + производствено време + контрол + технологични загуби + брак.

Затова индустриалното залепване може да бъде по-изгодно в едно приложение, а механичното закрепване – в друго.

Правилният избор зависи от конструкцията, материалите, натоварването, необходимостта от демонтаж и производствения процес.

Индустриално лепило или механично закрепване – каква е основната разлика?

При механичното закрепване натоварването обикновено се предава през отделни точки – например винтове, болтове или нитове.

При правилно проектирана залепена връзка натоварването може да бъде разпределено върху значително по-голяма площ.

Това е фундаментална конструктивна разлика.

Индустриалното лепило не е просто „заместител на винта“. Адхезивната технология позволява различен подход към проектирането на връзката между детайлите.

В определени конструкции това може да позволи:

• намаляване на броя на крепежните елементи;
• премахване на отвори;
• свързване на различни материали;
• едновременно залепване и уплътняване;
• намаляване на локалните концентрации на напрежение;
• автоматизирано и повторяемо нанасяне.

За общ преглед на различните технологии вижте Индустриални лепила BEST Klebstoffe.

Какво включва механичното закрепване?

В зависимост от конструкцията могат да бъдат необходими:

• винтове;
• болтове;
• гайки;
• шайби;
• нитове;
• скоби;
• резбови вложки;
• пробиване на отвори;
• нарязване на резби;
• заваръчни операции.

Към тях трябва да се добавят времето за подготовка, монтажът, инструментите, машинното време и контролът на операцията.

Затова реалната цена на механичното закрепване не е само цената на един болт, винт или нит.

Какво включва процесът на индустриално залепване?

Процесът може да включва:

• подготовка и почистване на повърхностите;
• нанасяне на лепилото;
• дозиране;
• позициониране на детайлите;
• фиксиране;
• време за достигане на необходимата якост;
• контрол на процеса.

При определени приложения могат да бъдат необходими праймер, активатор или специализирано дозиращо оборудване.

За подготовката на повърхностите вижте Почистващи препарати, активатори и праймери за индустриални лепила.

Следователно и при залепването трябва да се разглежда цялата технология, а не само цената на използваното лепило.

Сравнение: индустриално лепило срещу винтове, болтове и нитове

Показател	Индустриално залепване	Механично закрепване
Допълнителни крепежни елементи	Обикновено не	Да
Пробиване на отвори	Често не	Често да
Разпределение на натоварването	Върху по-голяма площ при правилна конструкция	Концентрирано около крепежните точки
Свързване на различни материали	Често възможно при подходящо лепило	Възможно, ако конструкцията го позволява
Уплътняване	Може да бъде част от самото залепване	Често изисква отделно решение
Видими крепежи	Не са необходими	Често присъстват
Демонтаж	Зависи от лепилото и конструкцията	Обикновено по-лесен
Незабавна механична фиксация	Зависи от технологията	Обикновено да
Подготовка на повърхностите	Критично важна	Обикновено по-малко критична
Автоматизация	Възможна	Възможна

Нито една технология няма автоматично предимство във всички показатели.

Изборът трябва да бъде направен според конкретното приложение.

Кога залепването може да намали броя на производствените операции?

Да разгледаме условно съединяване с болтове.

Процесът може да включва:

позициониране → пробиване → почистване → поставяне на болт → шайба → гайка → затягане → контрол

При подходящо адхезивно решение процесът може да бъде:

подготовка → дозиране → позициониране → фиксиране

Това не означава, че залепването винаги е по-бързо.

Трябва да бъдат отчетени времето за подготовка на повърхностите, времето за фиксиране и времето за достигане на необходимата функционална якост.

Но при правилно подбрано приложение индустриалното залепване може да премахне част от механичните операции.

Колко струва пробиването на отвори?

Отворът няма цена като отделен консуматив, но неговото производство има.

Пробиването може да изисква:

машинно време + инструмент + оператор + позициониране + контрол + обработка на ръбовете

При големи производствени серии дори няколко секунди допълнително машинно време за един детайл могат да се превърнат в значим производствен разход.

Ако използването на индустриално лепило позволява отворите да бъдат премахнати от конструкцията, икономическото сравнение вече не е:

лепило срещу болт

а:

процес на залепване срещу целия процес на механично закрепване.

Как залепването разпределя натоварването?

Едно от важните конструктивни предимства на адхезивните технологии е възможността натоварването да бъде разпределено върху по-голяма площ.

При болт или нит силите се предават през ограничени контактни области.

Около отворите могат да възникнат локални концентрации на напрежение.

При правилно проектирана залепена връзка натоварването може да се разпредели по цялата активна площ между детайлите.

Това може да бъде особено полезно при:

• тънки метални листове;
• пластмасови компоненти;
• композитни материали;
• леки конструкции;
• съединяване на различни материали.

При проектирането обаче трябва да се отчита и начинът на натоварване.

Може ли залепването да намали теглото?

В определени конструкции – да.

Когато могат да бъдат премахнати или намалени част от:

болтовете + гайките + шайбите + нитовете + допълнителните усилващи елементи

може да бъде постигнато намаляване на общото тегло.

При един детайл разликата може да бъде малка.

При автомобил, машина, транспортна система или друга конструкция със стотици точки на съединяване общият ефект може да стане значим.

Може ли индустриалното лепило да свързва различни материали?

Често да, ако бъде избрана подходяща технология и повърхностите са правилно подготвени.

Типични комбинации са:

• метал към метал;
• метал към пластмаса;
• алуминий към пластмаса;
• неръждаема стомана към пластмаса;
• стъкло към метал;
• гума към метал;
• метал към композит.

Механичното закрепване също може да бъде използвано при различни материали, но в някои конструкции са необходими допълнителни крепежни или конструктивни елементи.

Какво става при различно термично разширение?

Когато се свързват различни материали, техните коефициенти на термично разширение могат да бъдат различни.

Например метал и пластмаса могат да променят размерите си различно при температурни промени.

В такива приложения по-еластична технология може да помогне за поемане на част от относителното движение между детайлите.

Една от технологиите в гамата BEST Klebstoffe за еластично залепване и уплътняване е BEST-MS01.

Това обаче не означава, че всяко еластично лепило е подходящо.

Трябва да бъдат отчетени:

• температурният диапазон;
• размерите на детайлите;
• дебелината на слоя;
• еластичността на продукта;
• геометрията на връзката;
• материалите и подготовката им.

Индустриално лепило или заваряване?

Това е различно сравнение от лепило срещу болтове или нитове.

Заваряването създава металургична връзка и при много метални конструкции е изключително ефективен метод.

То има ясни предимства при приложения, при които се изискват специфична конструктивна якост, висока температурна устойчивост или постоянна метална връзка.

Индустриалното залепване обаче може да представлява интерес, когато трябва да бъдат избегнати:

• високата температура при съединяване;
• локалното термично въздействие;
• определени термични деформации;
• видими заваръчни шевове;
• някои допълнителни довършителни операции.

Особено важно предимство е възможността да бъдат свързвани материали, които практически не могат да бъдат заварени един към друг.

Залепването винаги ли е по-евтино от заваряването?

Не.

При проста стоманена конструкция с добре организиран и автоматизиран заваръчен процес заваряването може да бъде много ефективно както технически, така и икономически.

При друга конструкция технологичният маршрут може да включва:

подготовка → заваряване → корекция на деформации → шлифоване → довършителна обработка

и тогава икономическото сравнение може да изглежда различно.

Затова трябва да бъдат сравнени пълните производствени процеси, а не само цената на една операция.

Индустриално лепило или нитове?

Нитовете са бързо и доказано механично решение за много листови конструкции.

Едно от техните предимства е непосредственото механично фиксиране.

Използването им обаче обикновено изисква отвори и създава локални точки, през които се предава натоварването.

При залепването натоварването може да бъде разпределено върху по-голяма площ, а непрекъснатият слой в определени приложения може едновременно да изпълнява и уплътняваща функция.

В някои конструкции се използва и комбинирано решение – лепило плюс механичен крепеж.

Трябва ли изборът винаги да бъде „лепило или механично закрепване“?

Не.

Двете технологии могат да бъдат комбинирани.

Например механичният крепеж може да осигури:

незабавно позициониране и фиксиране

докато подходящото индустриално лепило може да допринесе за:

разпределение на натоварването + уплътняване + допълнителна стабилност.

Хибридният подход може да бъде подходящ при определени конструкции, но трябва да бъде оценен спрямо конкретните технически изисквания.

Как вибрациите влияят върху избора?

Вибрациите и динамичните натоварвания са важни както при механичното закрепване, така и при индустриалното залепване.

При резбови съединения вибрациите могат да създадат риск от саморазвиване.

За метални резбови съединения съществува специална група анаеробни осигурители за резби, които запълват пространството между металните резби и след втвърдяване спомагат за тяхното фиксиране.

За технологията и различните приложения вижте Пълно ръководство за анаеробните лепила BEST-MK.

При конкретен проблем със саморазвиване вижте и Резбата се развива – причини и решения.

За по-широк избор според вида на натоварването вижте Какво лепило да използваме при вибрации.

Може ли индустриалното лепило едновременно да залепва и уплътнява?

При подходяща технология и конструкция – да.

Непрекъснатият слой между детайлите може едновременно да изпълнява функции на:

свързване + уплътняване.

Това може да намали необходимостта от отделен уплътняващ компонент.

При метални резбови връзки, фланци и цилиндрични детайли такива функции могат да бъдат изпълнявани от подходящо подбрани продукти от серията BEST-MK.

Способността за уплътняване обаче зависи от конкретния продукт, материалите, геометрията и работната среда.

Как подготовката на повърхностите влияе върху икономиката?

Това е един от факторите, които лесно могат да бъдат пропуснати при първоначалното сравнение.

Процесът на залепване може да изисква:

обезмасляване → механична подготовка → праймер/активатор → нанасяне на лепилото

в зависимост от материалите и конкретната технология.

В гамата BEST Klebstoffe подготовката може да включва например BEST Clean 1000, BEST Clean 2000 и при подходящи анаеробни приложения BEST-Aktiv A.

Тези операции имат цена.

Механичното закрепване също има подготвителни операции – например пробиване, нарязване на резби, позициониране или други механични обработки.

Затова трябва да бъдат сравнени два пълни производствени процеса.

Как времето за втвърдяване влияе върху себестойността?

Механичното закрепване обикновено осигурява своята монтажна функция непосредствено след правилното сглобяване.

При индустриалните лепила трябва да се разграничават:

отворено време → време за фиксиране → функционална якост → пълно втвърдяване

Ако производствената линия не може да изчаква, времето за фиксиране може да се превърне в съществен икономически фактор.

Затова при избора на лепило трябва да се отчита не само крайната якост, но и скоростта на производствения процес.

Как автоматизацията променя сравнението?

Както залепването, така и механичното закрепване могат да бъдат автоматизирани.

При индустриалното залепване автоматизираната система може да контролира:

• позицията на нанасяне;
• количеството лепило;
• скоростта на дозиране;
• формата на нанесения шнур;
• повторяемостта на процеса.

При механичното закрепване могат да бъдат автоматизирани подаването, позиционирането и затягането на крепежните елементи.

Следователно при големи серии икономическото сравнение трябва да включва:

инвестиция в оборудване + време на цикъла + консумативи + поддръжка + производствен обем.

Как да сравним реалната себестойност?

Най-практичният подход е за двата варианта да бъде изчислена общата цена за производството на един готов детайл.

Вариант A – механично закрепване

крепежни елементи + обработка на отвори + монтаж + труд + оборудване + контрол

Вариант B – индустриално залепване

лепило + подготовка на повърхностите + дозиране + позициониране/фиксиране + труд + оборудване + контрол

След това може да се изчисли:

Годишен икономически ефект = разлика в себестойността на един детайл × годишен производствен обем

Така дори сравнително малка разлика за един детайл може да стане значима при голяма серия.

Условен производствен пример

Да разгледаме производство на 100 000 детайла годишно.

След анализ на целия производствен процес е установена условна себестойност:

• механично закрепване: 0,48 €/детайл;
• индустриално залепване: 0,39 €/детайл.

Разликата е:

0,09 €/детайл.

При 100 000 детайла:

0,09 × 100 000 = 9 000 € годишно.

В този хипотетичен пример залепването би имало икономическо предимство.

При друго приложение обаче механичният процес може да бъде по-евтин.

Всички стойности са условни и не представляват цени, оферта или универсална икономия от използването на индустриално лепило.

Как разходът на лепило участва в сравнението?

За правилна икономическа калкулация трябва да бъде известна реалната доза лепило.

Например 0,20 ml/детайл и 0,50 ml/детайл могат да доведат до съществено различна материална себестойност при големи производствени серии.

Затова преди окончателното икономическо сравнение е полезно да бъде определен реалният производствен разход.

Кога индустриалното залепване може да бъде по-изгодно?

Индустриалното лепило заслужава да бъде разгледано като алтернатива, когато технологията може да:

• намали броя на крепежните елементи;
• премахне част от производствените операции;
• намали необходимостта от пробиване на отвори;
• позволи свързване на различни материали;
• намали теглото на конструкцията;
• разпредели натоварването върху по-голяма площ;
• комбинира свързване и уплътняване;
• позволи ефективна автоматизация;
• подобри външния вид на готовия детайл.

Но всяко потенциално предимство трябва да бъде проверено за конкретното приложение.

Кога механичното закрепване може да бъде по-подходящо?

Механичното съединяване може да бъде предпочитано, когато:

• се изисква лесен или многократен демонтаж;
• детайлът трябва да бъде механично натоварен непосредствено след монтажа;
• условията не позволяват надеждна подготовка на повърхностите;
• работната среда е извън възможностите на подходящите адхезивни системи;
• производствената серия не оправдава промяна на съществуващия процес;
• конструктивните или нормативните изисквания налагат механично съединяване.

Следователно индустриалното лепило не трябва да се разглежда като универсален заместител на механичните крепежни технологии.

Как да определим кое решение е по-изгодно?

Най-практичният подход е:

1. Определете техническите изисквания към връзката между детайлите.
2. Определете кои технологии могат надеждно да изпълнят тези изисквания.
3. Проектирайте правилно връзката за всяка от разглежданите технологии.
4. Определете всички необходими производствени операции.
5. Изчислете времето за един производствен цикъл.
6. Изчислете материалната себестойност.
7. Добавете разходите за оборудване, труд и технологични загуби.
8. Изработете пробни детайли и проведете необходимите изпитвания.
9. Сравнете крайната себестойност на готовия детайл.

Този подход е значително по-надежден от директното сравнение:

„Колко струва лепилото и колко струва болтът?“

Най-ниската цена на консуматива не винаги означава най-ниска производствена себестойност

При индустриалното производство трябва да се разглежда общата цена на решението.

Една технология може да има по-висок материален разход, но да намалява времето за обработка.

Друга може да използва евтини консумативи, но да изисква повече производствени операции.

Трета може да изисква по-голяма първоначална инвестиция в оборудване, но да бъде значително по-ефективна при голям производствен обем.

Следователно икономическото сравнение трябва да бъде направено на ниво готов производствен детайл, а не само на ниво единичен консуматив.

Заключение: по-изгодно ли е индустриалното лепило от механичното закрепване?

Няма универсален отговор.

При някои приложения индустриалното залепване може да осигури технически и икономически предимства чрез намаляване на крепежните елементи, производствените операции, теглото или необходимостта от механична обработка.

При други конструкции механичното закрепване може да бъде по-практично или технически необходимо, особено когато се изисква лесен демонтаж или незабавно натоварване след монтажа.

Затова правилният въпрос не е:

„Лепилото по-евтино ли е от болтовете?“

а:

„Коя технология осигурява необходимата надеждност при най-добра обща производствена себестойност?“

Именно сравнението на целия производствен процес дава най-реалистичния отговор.

За конкретен избор може да използвате AVTECH BEST Adhesive Selector, а за техническа консултация и оценка на конкретното приложение се свържете с AVTECH Adhesives Bulgaria.