автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Совершенствование технологии установки стекол при сборке автомобиля на основе анализа напряженного состояния

00501621

На правах рукописи

С-

Ж

МУРЗАЕВА ИРИНА ВЛАДИМИРОВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УСТАНОВКИ СТЕКОЛ ПРИ СБОРКЕ АВТОМОБИЛЯ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ

Специальность 05.02.08 «Технология машиностроения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

о о

л ¿И

1Ш

Самара, 2012

005016212

Работа выполнена на кафедре «Оборудование и технологии машиностроительного производства» Тольятгинского государственного университета и в отделе математического моделирования и расчетов дирекции по инжинирингу ОАО «АВТОВАЗ»

кандидат технических наук, доцент ГУЛЯЕВ Вадим Анатольевич

ДЁМИН Феликс Ильич

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Производство двигателей летательных аппаратов» ФГБОУ ВПО «Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет)»

БУДНИКОВ Юрий Михайлович

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Автоматизация производств и управление транспортными системами» ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет»

ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет»

Защита состоится 15.05.2012 г. в 15часов 00 мин. на заседании

диссертационного совета Д 212.217.02 при ФГБОУ ВПО «Самарский

государственный технический университет» по адресу: г. Самара, ул. Галактионовская, 141, коп. 6, ауд. 33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета по адресу: 443100, г. Самара, ул. Первомайская, 18, корпус №1.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Главный корпус, на имя ученого секретаря диссертационного совета Д 212.217.02; факс: (846)278-44-00.

Автореферат разослан « 3 » сси^ии^ 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Д212.217.02, д.т.н.,профессор ^ А.Ф.Денисенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Повышение конкурентоспособности современного отечественного автомобилестроения невозможно без повышения качества. Дефекты, связанные с установкой стекол, составляют около 15% от общего количества дефектов при сборке автомобиля. При различных методах установки стекол с использованием неразъемных соединений выявлены дефекты, влияющие на качество сборки: разгерметизация салона, отклеивание, разрушение ветрового или заднего стекла.

В современном автомобилестроении при сборке все больше находят применение неразъемные соединения деталей, закрепленных с помощью клея и герметиков. Клеевое соединение заменило собой громоздкие уплотнители ветровых, боковых и задних стекол, что позволило увеличить на 30% жесткость кузова и улучшить герметичность соединения стекла с кузовом, а также дизайн автомобиля.

Ввиду неточности изготовления и сборки деталей кузова на сборочной операции установки стёкол выявляется неравномерный зазор между стеклом и кузовом, который компенсируется толщиной клеевого соединения. При изменении зазора меняются геометрические параметры клеевого шва, что приводит в процессе склеивания к возникновению напряжений в стекле, которые суммируются с остаточными напряжениями, полученными при его изготовлении. Влиять на распределение напряжений в установленном стекле можно путём изменения технологических параметров этой сборочной операции: методов базирования и закрепления стекла, выбора рациональных геометрических параметров клеевого шва при нанесении клеевого слоя и режимов склеивания.

В ходе анализа литературных источников установлено, что отсутствуют работы по исследованию влияния отклонений размеров деталей при сборке на результирующие напряжения в стекле при сборке автомобилей.

В связи с этим проблема совершенствования технологии установки стекол при сборке автомобилей за счет минимизации уровня результирующих напряжений является актуальной.

Цель работы - повышение качества установки стекол при сборке автомобилей на основе учета результирующих напряжений в стекле.

На основании цели разработаны следующие задачи:

• исследовать влияние остаточных напряжений в стекле и отклонений формы кузова на формирование зазора клеевого соединения;

• изучить влияние геометрических параметров клеевого шва и технологических параметров процесса установки стекла на формирование результирующих напряжений в стекле;

• найти рациональные технологические параметры клеевого соединения с учётом напряжений в стекле и отклонений формы кузова для повышения точности и качества сборки;

• определить влияние суммарных напряжений на прочность стекла при эксплуатации;

• разработать неразрушающий способ контроля клеевого соединения для промышленной реализации;

• провести опытно-промышленную проверку эффективности установки стекол и разработать рекомендации по внедрению результатов исследований в производство.

Научная повизна:

• предложены научно обоснованные технологические решения по обеспечению заданной точности установки стекла и его прочности при эксплуатации;

• определено влияние технологических остаточных напряжений в стекле и отклонений формы кузова на точность установки;

• на основе исследования процессов адгезии и когезии клеевого шва определён уровень и распределение результирующих напряжений в стекле после его установки с учетом схемы и метода установки;

• раскрыт характер формирования суммарных напряжений, позволяющий оценить влияние режимов установки на эксплуатационные параметры;

• установлены рациональные технологические параметры операции сборки клеевого соединения, обеспечивающие его прочность и герметичность при эксплуатации;

• получены расчётные зависимости для геометрических параметров клеевого соединения, на основании которых можно управлять уровнем действующих напряжений в стекле при эксплуатации.

Достоверность результатов

Достоверность изложенных в работе результатов и адекватность разработанных моделей обеспечиваются строгостью использования математического аппарата, современной методикой испытаний и экспериментальной техникой, корректностью обработки экспериментальных данных, сравнением результатов расчетов и моделирования с экспериментальными данными.

Методы исследований

Теоретические исследования базировались на основах технологии машиностроения, теории сопротивления материалов, методов математического моделирования, теории вероятности и математической статистики. Изучение напряженно-деформированного состояния стекла при сборе кузова проводилось с помощью метода конечных элементов в программных комплексах Patran, Nastran, Marc.

Экспериментальные исследования проводились на испытательных стендах на основе методик, разработанных на ОАО «АВТОВАЗ». Результаты испытаний обрабатывались с помощью статистических методов анализа в программе Excel.

Практическая ценность 1. Выявлено влияние схемы установки на повышение точности сборки стекла при сборке автомобиля.

2. Определены рациональные размеры и форма клеевого валика с учетом допустимого отклонения формы стекла и кузова и процесса формирования поля результирующих напряжений в стекле.

3. Разработан новый способ и устройство неразрушающего контроля клеевых соединений (положительное решение от 16.01.2012 на заявку № 071493, регистрационный № 2009148401 от 24.12.2009), который позволяет решить проблему качества и снизить количество дефектов «негерметичность, течь в салон», «отклеивание стекла» на 85%, и может быть применен при сборке автомобилей в опытно-промышленном производстве (ОПП ОАО «АВТОВАЗ»), а также при проведении экспертных работ.

4. Проведена опытно-промышленная проверка усовершенствованной технологии установки стекол на предприятии AHO «ЛАДА-ЭКСПЕРТ». Установлено, что при внедрении данной технологии происходит снижение результирующих напряжений в стекле после сборки на 40% и действующих напряжений при эксплуатации - на 30%, с экономическим эффектом 17 982 199 руб.

Основные положения, выносимые на защиту

Результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния отклонений формы кузова и стекла на формирование зазора при сборке клеевого соединения.

Результаты влияния остаточных напряжений в стекле на процесс установки стекла и дальнейшего формирования результирующих напряжений.

Аппаратное и методическое обеспечение по контролю качества клеевых соединений.

Рекомендации по внедрению результатов исследований в производство при сборке стекол на предприятии ОПП ОАО «АВТОВАЗ».

Апробация работы

Результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях: II Международной научно-технической конференции «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении» (Резниковские чтения) (Тольятти, 2008, 2011); Всероссийской научно-технической интернет-конференции» (Тольятти, 2007); Всероссийской научно-технической интернет-конференции с международным участием «Высокие технологии в машиностроении» (Самара, 2008); Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, 2009); Межвузовском семинаре «Высокие технологии в машиностроении» (Самара, 2007); семинарах Тольятгинского государственного университета (Тольятти, 2008) и структурных подразделений.

Разработано руководство по расчету кузова автомобиля с установленным стеклом на жесткость при статическом закручивании, внедренная на ОАО «АВТОВАЗ».

Публикации

По теме исследований опубликовано 12 печатных работ в журналах и материалах научных конференций, в том числе 3 в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен 1 патент.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, результатов и общих выводов. Диссертационная работа изложена на 150 страницах машинописного текста, включая 101 рисунок, 33 таблицы, а также список использованной литературы, состоящий из 134 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертации и сформулированы цели и задачи исследования.

В первой главе проведен анализ современного состояния теории и практики процессов сборки неподвижных соединений, к которым относятся клеевые соединения стекол автомобилей.

Причиной малой эффективности традиционных методик и технологии сборки, подвижных и неподвижных соединений, базирующихся на пяти общепринятых методах сборки, является то, что в настоящее время исследования сборочных процессов ограничиваются размерным анализом. На основе анализа установки стекол на ведущих автомобильных фирмах, таких как GM, Citroen, Nissan и др., были рассмотрены причины возникновения дефектов при установке стекол. Выявлено, что недостаточное качество сборки и возможные отклонения формы и размеров деталей сборочной единицы могут стать причинами выхода стекла из строя при его установке и последующей эксплуатации.

Проблеме повышения качества сборки, а также изучению подвижных и неподвижных соединений посвящены работы ученых: Балакшина Б.С., Демина Ф.И., Рыльцева И.К., Гусева A.A., Соколовского А.П., Непомилуева В.В., Корсакова B.C., Маталина A.A., Булатова В.П., Шевелева A.C., Кутай А.К., Кордонского Х.В., Дунаева П.Ф., Лившиц Б.И., Палей М.А., Кована В.Н., Дальского A.M., Новикова М.П., Мещерякова Р.К., Егорова М.Е., Дементьева В.И., Дмитриева B.JI., Косиловой А.Г., Калинина М.А., Замятина В.К., Глейзера JI.A., Колесова И.М., Кулешова З.Г., Greenwood W.H., Chase K.W. и др. Благодаря их исследованиям было выявлено влияние технологических параметров сборки на точность, прочность, жесткость и надежность конструкции изделия при различных режимах эксплуатации. Авторы показали, что на этапе сборки происходит окончательное формирование эксплуатационных показателей изделия.

Общая методология сборки, за исключением сборки с натягом, не учитывает того, что детали, поступающие на сборку, имеют технологические остаточные напряжения, разные как по величине, так и по знаку, возникающие после механической или термической обработки. Также мало рассматривается проблема прочности и долговечности клеевых соединений, как одного из важных элементов сборки. В сборочном узле клеевое соединение можно рассматривать как компенсатор, сглаживающий погрешности формы собираемых деталей и влияющий, как следствие, на точность и напряженно-деформированное состояние всего узла после сборки и при эксплуатации.

Профессор Демин Ф.И. отмечает важную роль сборочных связей, которые обеспечивают выходные параметры изделия в процессе сборки. В его рабо-

тах отмечено, что качество готового изделия зависит от качества сборочных связей, которое в свою очередь зависит от геометрических параметров деталей, входящих в сборочную единицу, а также от других факторов, воздействующих на детали в процессе сборки. К таким факторам можно отнести: силовые, температурные, физико-механические (процесс адгезии, когезии).

Наличие дефектов «непроклей», «нарушение сплошности соединения», «разрушение ветрового стекла» указывают на взаимосвязь между качеством сборки и дефектами. Исследователи Гуляев В.А., Жилин A.A. отмечают, что при внешнем статическом и динамическом нагружении автомобиля в стеклах происходит перераспределение поля остаточных напряжений, которое в дальнейшем сказывается на эксплуатационных показателях качества. Однако не выработано научно обоснованных рекомендаций и методик по управлению формированием допустимых суммарных напряжений в установленном стекле автомобиля, учитывающих отклонения формы кузова и технологические остаточные напряжения в стекле.

Так как в процессе полимеризации и усадки клеевого соединения, в зависимости от точности размеров и расположения деталей сборочной единицы, возникают дополнительные напряжения, которые оказывают влияние на формирование результирующих напряжений в стекле и его долговечность, исследование процесса установки стекла является актуальной задачей.

До конца не решены проблемы неразрушающего контроля неподвижных соединений и выявления дефектов разгерметизации салона, отклеивания стекла. На ОАО «АВТОВАЗ» контроль клеевого соединения стекол отсутствует, а значительное количество указанных дефектов позволяет сделать вывод о необходимости научных исследований в этом направлении и разработки технологии установки стекла, гарантирующей качество соединения.

Во второй главе исследован процесс формирования технологических остаточных напряжений в стекле при его изготовлении, которые вызывают необратимую деформацию. На основе анализа проблем дефектов установки стекол выявлено влияние на качество сборки следующих технологических параметров: остаточных напряжений, полученных при изготовлении, точности формы собираемых деталей, их взаимного положения, схемы установки стекла, метода сборки.

Исследуемое стекло триплекс состоит из нескольких частей, объединённых в пакет. Для расчета технологических остаточных напряжений в стекле был смоделирован с использованием численных расчетных методов процесс изготовления стекла триплекс (рис. 1). При этом один из листов имел допустимое технологическими требованиями отклонение формы по стреле прогиба ±0,5 мм.

Анализ модели стекла триплекс показал, что в процессе подпрессовки в ходе объединения листов в пакет под известным значением давления подпрессовки пакета р = 1,25 МПа, при отклонении формы листа стекла по стреле прогиба [-0,5] мм возникли недопустимые остаточные напряжения растяжения величиной ар = 58,2 МПа по контуру стекла на расстоянии 35 - 50 мм от края (рис. 2).

Рис. 1. Схема изготовления стекла триплекс: q — распределенная нагрузка; 1 — лист № 1; 2 - лист № 2

Е 5.821 Е+01 5.174Е+01 4.527Е+01

-3.881 Е+01

та—3.234Е+01 ^— 2.587Е+01 1.940Е+01 1.294Е+01 6.468Е+00 1.071Е-11

Е

Рис. 2. Распределение остаточных напряжений величиной от 6,4 МПа до 58,1 МПа при соединении двух листов стекла в пакет триплекс

При отклонении формы листа по стреле прогиба [+0,5] мм в процессе подпрессовки возникли остаточные напряжения сжатия в пределах допуска ([осж] = - 10 МПа). Исследованиями установлено, что на величину исходных остаточных напряжений в стекле при его изготовлении влияют режимы изготовления и точность. В результате формирования остаточных напряжений в стекле происходит необратимая деформация, которая влияет на отклонение формы готового стекла.

Для анализа точности сборки был проведен размерный анализ операции установки стекла и рассчитан зазор А (рис. 3) по его периметру с учетом вероятностных распределений погрешностей составляющих звеньев: кузова, стекла и технологической прокжладки, а также с учетом возможного пространственного поворота стекла при установке. Величина зазора рассчитана по формуле: Д = А + Лст+Лл-, (1)

где А - величина зазора между стеклом и кузовом после монтажа, А - номинальное значение технологической прокладки, Аст - отклонение формы стекла, Ак - отклонение формы кузова.

На основе данных контрольных замеров установки стекла была рассчитана суммарная погрешность зазора (рис. 3) при установке по двухопорной базе (применяемый технологический процесс).

Расчеты показывают, что погрешность зазора между стеклом и кузовом больше допуска, заложенного в сборочном чертеже: со [А] = 4,86 ±0,01мм .Это связано с тем, что в процессе установки стекла технологические прокладки закрепляются по одной кромке (2 опорные точки). Опорой с другой стороны является упругопластический слой клея. В этом случае в третьей произвольно расположенной точке опоры может образоваться зазор между стеклом и кузовом, близкий к 0. В работе предложено при установке стекол заменить схему установки с использованием 3 опорных точек (рис. 5), что уменьшает про-

странственный перекос стекла при его установке. Тогда погрешность зазора будет равна со [А] = 0,943 ±0,01 мм, т.е. условие точности выполняется.

шД, мм

Рис.

спеша № замера Ф21

3. Суммарная погрешность зазора шД, с учетом отклонений профиля в сечениях: Д - размер зазора между стеклом и кузовом, мм; 1 - 5 - точки замера погрешности формы

На основе моделирования процесса установки стекла при сборке с учетом двух вариантов установки (двухопорной и трехопорной базы) выявлено влияние погрешности размера толщины технологических прокладок на пространственное расположение стекла.

Результаты исследования формирования поля рассеяния зазора с учетом изменения точности и схемы установки приведены на рис. 4. Видно, что при изменении схемы установки значительно уменьшается поле рассеяния зазора между стеклом и кузовом. В размерном анализе рассматривалось формирование зазора между стеклом и кузовом с учетом пространственных отклонений формы элементов сборки. Окончательно размер зазора обеспечивается после полимеризации клеевой опоры, применяемой при сборке.

Разработана модель формирования зазора соединения при установке стекла автомобиля. Исследовано влияние отклонений формы кузова, стекла и технологических прокладок на формирование зазора соединения. Рекомендована трёхопорная схема установки стекла. Исследовано влияние допуска на прокладки до 0,4 мм и применение монтажа стекла с использованием метода селективной сборки на качество сборки.

Рис. 4. Поле рассеяния зазора при установке и боковом перекосе стекла: он - база, ю2 - проект (уменьшенный допуск на кузов и стекло, новая схема базирования), 1 - нижняя кромка, 2 - верхняя кромка, 3 - боковая кромка

Рис. 5. Схема трехопорной базы при установке стекла: ЮОу - 580у - контрольные сечения при замере точности установки стекла

В третьей главе приводится методика монтажа стекол при сборке автомобиля с учетом процесса формирования клеевого шва. Формула (1) рассчитывает точность установки стекла без учета процесса формирования клеевого шва. Этот технологический процесс имеет большое значение, так как клей при сборке претерпевает ряд изменений, и на его формирование влияют: точность формы стекла и кузова, сила прижима, время отверждения, усадка. Ввиду того что клеевой шов является опорой и оказывает влияние на НДС стекла после установки, необходимо разработать модель формирования клеевого шва при монтаже стекла.

Расчетная схема формирования клеевого шва при монтаже стекол показана на рис. 6.

Модель упругопластического поведения клеевого шва при сборке позволяет рассчитать результирующие напряжения в клее при сборке и описывается уравнением:

з„ = 2С(/1 (£„)э, -1-т)/2(£,, )эу(/т); а = Ж е, (2)

о

где я.. ,э.,а,е - девиаторные и шаровые части тензоров напряжений и деформаций; Щ1-т)~ ядро релаксации; /,(еи) - функция пластичности; /г(£и) ~ универсальная функция нелинейной ползучести; еи - интенсивность деформаций; О - модуль сдвиговой деформации; К - модуль объемной деформации.

3

Рис. 6. Моделирование формирования клеевого шва: 1 - стекло; 2 - клеевой шов; 3 - кузов; 4 - технологическая прокладка, ус - деформация клеевого шва при нагрузке; уу— упругая деформация шва; ур - пластическая деформация шва

Используемая функция пластичности:

/1(е.)=1 -а1(еи), (3)

О, Е <ЕТо

где Ц(еи) =

(4)

Здесь £т° - интенсивность деформации, соответствующая пределу текучести.

По разработанной методике обработки экспериментальных данных рассчитаны значения показателя а и коэффициента А) функции пластичности. Они равны: А[= 0,18; а=3,24.

После регрессионного анализа экспериментальной кривой «деформация - усилие» определена функция ползучести для клеевого шва:

Л(е„) = -—(1,492 + 2,292 ■ г - 23,664 • /2), (5)

Е

где еи = - изм. деформации во времени; ? - время, ч; Е - модуль упругости, МПа.

Разработанная модель упругопластического поведения клеевого шва при сборке позволила рассчитать результирующие силы по периметру стекла через полученные напряжения и постоянную площадь клеевого шва.

С учетом полученных данных при использовании уравнения (2) были рассчитаны результирующие напряжения в стекле после его установки, возникающие от разницы усилий при сборке, разницы усадки клея с учетом отклонения геометрии собираемых деталей и размера технологических прокладок. При заводском варианте установки стекол и номинальной величине прокладок, расположенных по нижнему краю стекла, расчеты показали, что возникают результирующие напряжения в стекле после монтажа: а ост тах =4,5 МПа. При боковом перекосе стекла, который происходит из-за отклонения размеров прокладок, возникают результирующие напряжения в стекле: а ост тах = 5,83 МПа,

а при фронтальном перекосе, возникающем из-за разницы усилия и отсутствия по верхней кромке стекла технологических прокладок - результирующие напряжения в стекле: а ост тах = 5,57 МПа.

При использовании усовершенствованной технологии установки стекла ужесточением допуска и применением селективной сборки выявлено, что результирующие напряжения в стекле снижаются на 40 %. Тогда при номинальной величине прокладок, расположенных по трехопорной схеме, возникают результирующие напряжения в стекле после сборки: а ост тах = 2,83 МПа. При боковом перекосе стекла, который происходит из-за отклонения размера прокладок, возникают напряжения в стекле: a oon тах = 3,43 МПа. При фронтальном перекосе, возникающем из-за разницы усилия: а ост тах = 3,65 МПа. На рис. 7, 8 показано распределение результирующих напряжений после установки стекла.

При селективной сборке прокладки разделяют на 4 группы в пределах допуска. После замера кузова и стекла прокладки выбираются из подходящей группы.

Рис. 7. Распределение результирующих Рис. 8. Распределение результирующих на-напряжений в стекле после его установки пряжений после установки стекла и при уста-и учета процесса формирования клеевого новке по трехопорной базе (3 прокладки) шва при используемой схеме установки (на клей и 2 прокладки)

На основе данных, полученных при изучении процесса формирования клеевого шва и процессов, происходящих в клеевом шве после установки стекол, доказано влияние точности формы сборочных элементов и технологии сборки на формирование результирующих напряжений в стекле после монтажа.

В четвертой главе разработаны мероприятия по усовершенствованию технологии установки стекол, способствующие снижению результирующих напряжений в стекле и повышению качества клеевых соединений. На основе решения задачи оптимизации сделан выбор рациональных геометрических размеров и формы клеевого шва с учетом распределения результирующих напряжений в стекле при эксплуатационных нагрузках.

Схема сборки клеевого соединения, позволяющая моделировать возникновение и распределение суммарных напряжений в процессе установки и эксплуатации, представлена в обобщенном виде на рис. 9.

Д - зазор между стеклом и кузовом при сборке; 1 - стекло; 2 - основание кузова; 3 -клеевой шов; 4 - технологическая прокладка, Fcs. - усилие при установке стекла; du -перемещения основания кузова при эксплуатации; R^, - реакция со стороны клеевого шва; q - нагрузка со стороны кузова; оу - действующие напряжения в стекле

Для определения влияния режимов эксплуатации автомобиля на распределение результирующих напряжений в стекле была разработана конечно-элементная модель кузова в сборе со стеклом.

В стекле были созданы напряжения, возникающие при изготовлении и установке. При постановке задачи учитывались максимальные нагрузки при эксплуатации q (рис. 9), передающиеся от кузова на стекло. В качестве решения получены максимальные эквивалентные напряжения в стекле при квазистатическом нагружении. Регулируемыми параметрами являлись геометрические размеры клеевого шва: его ширина - h (мм), высота - b (мм).

На основе проведенных расчетов выявлено влияние геометрических параметров клеевого шва на перераспределение поля результирующих напряжений.

Неподвижное соединение элемента стекла 1 (рис. 9) автомобиля с элементами силового набора 2 (каркаса автомобиля), осуществляемое через клеевой шов 3, выполненный из полиуретанового материала (клей Terostat-8590), расположенный снизу на поверхности стекла в виде слоя деформируемого основания и регулируемый с помощью технологических прокладок 4.

Была разработана методика оптимизации геометрических параметров клеевого шва при эксплуатации стекла. В поставленной задаче оптимизации метод конечных элементов был объединен с соотношениями критерия оптимальности. Поставленная задача выглядит следующим образом: J—> min.

J = J(XiX2) = (c7imix-W)\

где J - интенсивность напряжений в стекле при эксплуатации; cr(ne- максимальные эквивалентные напряжения при эксплуатации; [с] - допустимое напряжение растяжения в стекле при эксплуатации.

Были определены ограничения в виде конструктивных ограничений и ограничений по прочности стекла и клея. При решении задачи выполнялись условия ограничения на геометрические размеры полимерного клеевого соединения, прочности ветрового стекла, прочности полимерного шва, допускаемого смещения ветрового стекла относительно кузова

Поиск оптимальных геометрических параметров клеевого шва осуществлялся методом прямого поиска на основе сопоставления значений функции интенсивности напряжений в пробных точках поля поиска. Характерным методом прямого поиска является метод многогранника.

Была поставлена двухпараметрическая задача со структурными параметрами: хх-к, хг=Ь, где /г - высота, Ь - ширина клеевого шва (рис. 10).

Произведенные итерации позволили найти точку оптимума в выбранном поле для поиска, в которой интенсивность суммарных действующих напряжений I—>0 и действующие напряжения не превышают допустимых: о, (х,,х2)<[а\

В результате оптимизации были получены размеры оптимального клеевого шва. Правильность утверждений о возможности управления и целенаправленного формирования поля суммарных напряжений подтверждается результатами моделирования поведения кузова при различных эксплуатационных нагрузках (рис.11).

В результате решения задачи оптимизации и регресионного анализа данных в пробных точках получена зависимость величины суммарных напряжений в стекле при его эксплуатации от высоты и ширины клеевого шва:

<т(й, Ь) = 18,75 + (-1,19)А + 0,0436 (7)

где Ь - высота клеевого шва, Ь - ширина клеевого шва.

Также определена рациональная форма валика при нанесении клея, позволяющая равномерно заполнять зазор между стеклом и кузовом и добиваться при выбранных режимах сборки требуемого по ширине и длине контактного пятна. Применяемая в базовой технологии треугольная форма валика показала себя при моделировании методом конечных элементов как неустойчивая форма при сборке. При применении такой формы возможен брак клеевого шва типа нарушения сплошности и герметичности.

Была выбрана наиболее рациональная полукруглая форма валика для клея. Для обеспечения требуемой высоты клеевого шва валик должен быть выполнен с помощью прямоугольного профиля с закругленной вершиной, лекаль-

Рис. 10. Применяемый метод деформируемого треугольника: X] - ширина шва, хг - высота шва

но исполненного в сопле подающего клей робота. Анализ процесса формирования клеевого шва позволил рассчитать усилие, требуемое для получения клеевого шва с применением оптимальной формы валика и размеров. Величина усилия равна: Р = 0, 75*10 "2 Н/м.

В пятой главе для усовершенствования технологии монтажа стекол была разработана и использована на практике методика контроля клеевого соединения стекла с кузовом; проведены опытно-промышленная проверка и технико-экономическое обоснование усовершенствованной технологии сборки стекол автомобиля и исследовано влияние результирующих напряжений на эксплуатацию стекла.

□пробой подвески

допускаемое напряжение в стекле при эксплуатации

Сравнение результатов расчета до оптимизации и после

Рис. 11. Значение суммарных действующих напряжений в стекле при использовании оптимально выбранного клеевого шва: I - до оптимизации, II - после оптимизации

диагональное вывешивание

□продольный удар

пкручение кузова ■боковой удар

На основе расчетов, сделанных в четвертой главе, достигнута минимизация суммарных действующих напряжений в стекле при его эксплуатации (рис. 11) за счет подбора оптимальных размеров и формы клеевого шва. Также подобраны режимы сборки, способствующие повышению производительности и качества клеевого соединения.

На рис. 12 показаны результаты эксперимента на испытательном стенде с учетом изменения технологического процесса установки стекла.

Данные кривой 1 получены при установке стекла в проем кузова до появления трещины. При этом были замерены отклонения формы кузова и стекла. Кривая 2 построена по данным, полученным при расчете результирующих напряжений с учетом процесса формирования клеевого шва. Кривая 3 построена по результатам виртуальных испытаний на стенде и с учетом результирующих напряжений в стекле и действительного поля рассеяния зазора. Кривая 4 построена по результатам натурных испытаний на стенде при использовании предложенной схемы установки стекла.

Рис. 12. Действующие суммарные напряжения в зависимости от поля рассеяния зазора

между стеклом и кузовом и с учетом эксплуатационных нагрузок: шЛ - поле рассеяния зазора между стеклом и кузовом; [О] — допустимые действующие напряжения в стекле, МПа; 1-0 р э. - результирующие напряжения, зафиксированные экспериментально, МПа; 2-0 р у - результирующие напряжения с учетом полимеризации клеевого шва, МПа; 3 - О я - суммарные напряжения при заводской технологии установки стекла, МПа; 4 - бд.б - суммарные напряжения при использовании новой

схемы установки, МПа

На основе расчетов, проведенных в пятой главе с использованием метода конечных элементов, подтверждено влияние результирующих напряжений на эксплуатацию стекол в сборе кузова.

Под действующими суммарными напряжениями понимаются напряжения, полученные сложением результирующих технологических напряжений и эквивалентных напряжений от рабочих нагрузок. В качестве граничных условий взято нагружение кузова кручением 4000Н*м.

При изучении устранения дефектов по гарантии установлено, что -25% из 100% брака по сборке относится к качеству клеевого соединения. Разработан способ и устройство неразрушающего контроля клеевых соединений, который может быть применен в условиях конвейерной сборки.

При контроле клеевого соединения после установки стекла по усовершенствованной технологии было зафиксировано отсутствие дефектов «непро-клей». Способ, основанный на реверберационном методе обнаружения несплошности соединения, позволяет обнаружить около 75% всех дефектов «негерметичность, течь в салон», «отклеивание стекла» с погрешностью измерений -7%.

Для обеспечения доступа к зоне контроля разработано устройство, позволяющее отгибать окантовку стекла (рис. 13). При контроле используется оборудование: дефектоскоп ультразвуковой модели УД2-12 и пьезопреобразо-ватель раздельно-совмещенный 2,5 МГц. Показания прибора при проведении контроля бездефектного клеевого соединения показаны на рис. 14.

Рис. 13. Устройство для УЗ-контроля клеевого Рис. 14. Показания прибора при отсутствии соединения: 1 - РС-преобразователь, 2 - кольцо дефекта «непроклей»: для отгибания окантовки стекла, 3 - хомут для 1 - зондирующий сигнал, 2 - донный сигнал от крепления кольца к корпусу PC-преобразователя, грани стекло - клей, 3 - донный сигнал от гра-4 - элементы крепления, 5 - резина. ни клей-металл

Опытно-промышлениая проверка проводилась в AHO «ЛАДА-ЭКСПЕРТ» при установке ветровых стекол автомобиля 21723 с применением оптимальных размеров клеевого шва и формы клеевого валика.

В результате опытно-промышленной проверки установлено, что при применении усовершенствованной технологии установки стекол дефекты: «непроклей», «нарушение сплошности соединения», «течь через ветровое стекло», «разрушение ветрового стекла» отсутствуют. Fla основе технико-экономического расчета доказано, что при применении разработанных технологических решений повышается производительность процесса установки стекол на 14%. После приклейки ветрового стекла была произведена тензометрия стекла при сборке и эксплуатации автомобиля. Установлено, что уровень результирующих напряжений в стекле после сборки на 40% и при эксплуатации на 30% ниже, чем при тензометрии стекла, установленного по заводской технологии. При применении предложенной усовершенствованной технологии установки стекол в проем кузова обеспечивается прочность, герметичность рассматриваемого сборочного узла.

Проведено технико-экономическое обоснование проекта. Ожидаемый условный экономический эффект составит 17 982 199 руб. в год.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Проанализировано влияние технологических остаточных напряжений в стекле при его изготовлении на погрешность зазора между стеклом и кузовом. Предложено в процессе монтажа стекла использовать трехопорную схему установки, которая позволяет уменьшить суммарную погрешность зазора.

2. На основе аналитического решения доказано уменьшение величины результирующих напряжений в стекле с учетом когезии и адгезии клеевого шва на 40% при предложенной схеме установки стекла.

3. Определены рациональные геометрические параметры клеевого шва и форма клеевого валика. Рассчитано необходимое усилие 0,75 *10~2НУм прижатия стекла к кузову, которое обеспечивает требуемые геометрические параметры клеевого шва, прочность и герметичность клеевого соединения.

4. Выявлено влияние технологических режимов при установке стекол на суммарные напряжения при эксплуатации.

5. Разработан неразрушающий способ и устройство контроля клеевого соединения. Данный метод позволяет снизить дефекты непроклей, разгерметизация салона на 75% при 100% контроле в условиях конвейерной сборки.

6. Проведена опытно-промышленная проверка и внедрена усовершенствованная технология сборки на базе AHO «Лада-Эксперт». Получен экономический эффект от новой технологии установки стекла.

Автор выражает искреннюю благодарность за ценные советы и помощь в работе профессору доктору технических наук Носову Николаю Васильевичу.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ

В РАБОТАХ:

Публикации в центральных изданиях, включенных в перечень периодических изданий ВАК РФ:

1. Мурзаева, И.В. Моделирование напряженно-деформированного состояния автомобильного стекла при сборке [Текст] / И.В. Мурзаева, Н.В. Носов // Вестник СамГТУ. -2007. -№ 20. - С. 130-136.

2. Мурзаева, И.В. Исследование прочности клеевого соединения автомобильных стекол [Текст] / И.В. Мурзаева, В.Ю. Дружинин,

B.А. Гуляев // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2008. - № 2. -

C. 21-24.

3. Мурзаева, И.В. Уточняющий расчет физико-механических свойств клея для стекла методом конечных элементов (МКЭ) [Текст] / И.В. Мурзаева,

B.А. Гуляев // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2008. - № 3. -

C. 31-33. Патенты:

4. Способ обнаружения дефектов в клеевых соединениях и устройство для его осуществления: пат. Рос. Федерация / Мурзаева И.В. - № 2009148401 от 24.12.2009.

Публикации в других изданиях:

5. Мурзаева, И.В. Экспертная оценка технического состояния элементов автомобильного кузова на основе компьютерного моделирования [Текст / И.В. Мурзаева, В.А. Гуляев // Труды третьей международной научно-технической конференции (Ш Резниковские чтения) «Теплофизические

и технологические аспекты повышения эффективности машиностроительного производства». - Тольятти. - 2011, С. 202 - 206.

6. Мурзаева, И.В. Аналитическое исследование остаточных напряжений оболочечных элементов автомобильного кузова [Текст] / И.В. Мурзаева, В Л. Гуляев // Труды третьей международной научно-технической конференции (П1 Резниковские чтения) «Теплофизические и технологические аспекты повышения эффективности машиностроительного производства». - Тольятти. - 2011. - С. 207 - 210.

7. Мурзаева, И.В. Расчет напряженно-деформированного состояния автомобильного стекла с учетом его закрепления в кузове [Текст] / И.В. Мурзаева, В.А. Гуляев, О.Ю. Акимова // Труды Всероссийской интернет-конференции «Компьютерные технологии в машиностроении». -Тольятти. - 2007. - С. 100-106.

8. Мурзаева, И.В. Исследование прочности клеевого соединения в технологии вклеивания автомобильных стекол [Текст] / И.В. Мурзаева, В.А. Гуляев II Труды второй научно-технической конференции (Резниковские чтения) «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении». - Тольятти. - 2008. - С. 62-65.

9. Мурзаева, И.В. Математическое моделирование процесса соединения листов стекла в триплекс [Текст] / И.В. Мурзаева // Труды всероссийской научно-технической интернет-конференции «Высокие технологии в машиностроении». - Самара. - 2008. - С. 62-65.

10. Мурзаева, И.В. Конструкционная прочность пологих стеклянных оболочек [Текст] / И.В. Мурзаева, Н.И. Дедов, В.Н. Исуткина // Труды ХУП Международной НТК. - Самара: РИО СамГТУ, 2009. - С. 345.

11. Мурзаева, И.В. Оптимизация элементов конструкций автомобиля из упругого полиуретанового материала / И.В. Мурзаева, Н.И. Дедов, В.Н. Исуткина И Тезисы докладов Всероссийской научно-технической интернет-конференции с международным участием. - Самара : РИО СамГТУ, 2009.-С. 187-190.

12. Мурзаева, И.В. Исследование точности позиционирования автомобильных стекол при сборке [Текст] / И.В. Мурзаева, Н.В. Носов // Актуальные проблемы автотранспортного комплекса : межвуз. сб. науч. статей. -Самара: СамГТУ, 2010. - С. 31-38.

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д212.217.02 ФГБОУ ВПО Самарский государственный технический университет (протокол № 23 от 26.03.2012 г.)

Подписано в печать 03.04.2012. Формат 60x84/16. Печать оперативная. Усл. п. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ № 3-77-12.

Издательство Тольятгинского государственного университета 445667, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14

61 12-5/3306

МИНИСТЕРСТВО ОЬтзиВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Мурзаева Ирина Владимировна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ УСТАНОВКИ СТЕКОЛ ПРИ СБОРКЕ АВТОМОБИЛЯ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ

Специальность 05.02.08 «Технология машиностроения»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель к.т.н., доцент ГУЛЯЕВ В.А.

Тольятти, 2012

СОДЕРЖАНИЕ

1.4. Выполнение требований качества при установке стекол автомобиля

1.5. Обеспечение качества сборки на основе клеевых соединений

Условные обозначения и сокращения ->

7

Введение

1. Анализ современной установки автомобильных стекол Ю

1.1. Особенности деталей из стекла как объекта сборки 10

1.2. Анализ современной технологии установки стекол 13

1.3. Анализ клеевых соединений, применяемых при сборке кузова 16

18

27 31

1.6. Цели и задачи исследовании

2. Теоретико-экспериментальное исследование напряженно- 33 деформированного состояния автомобильных стекол при сборке автомобиля

2.1. Исследование формирования остаточных напряжений в стекле ти- 33

па триплекс при его изготовлении

2.2. Исследование влияния погрешности формы деталей автомобиля на 40

точность установки стекла

2.3. Исследование влияния отклонений формы деталей автомобиля на 58

формирование результирующих напряжений в стекле после установки

Выводы по главе 2

3. Теоретико-экспериментальное исследование процесса монтажа

стекол при сборке автомобиля

3.1. Методика проведения эксперимента по определению результирующих напряжений при установке стекол в проем окна автомобиля

3.2. Формирование результирующих напряжений в клеевом шве при монтаже стекла

63

64

64 66

3.3. Исследование формирования результирующих напряжений в 72

стекле после полимеризации клеевого шва

Выводы по главе 3 83

4. Совершенствование технологии установки стекол с учетом 84

результирующих напряжений в стекле

4.1. Факторы, влияющие на величину результирующих напряжений в 84 стекле

4.2. Исследование процесса формирования суммарных напряжений в 86 стекле при эксплуатации

4.3. Моделирование НДС стекла в сборе кузова при эксплуатации 91

4.4. Моделирование процесса формирования суммарных напряжений 101 в стекле при эксплуатации

4.5. Выбор рациональных геометрических размеров клеевого шва с 106 учетом распределения результирующих напряжений в стекле при эксплуатационных нагрузках

4.6. Выбор рациональной формы клеевого валика при установке стек- 117

ла

4.7. Исследование прочности клеевого соединения кузова со стеклом 124 при действии инерционных нагрузок

Выводы по главе 4 128

5. Экспериментальные исследования точности монтажа стекол ав- 129 томобиля с учетом результирующих напряжений

5.1. Методика тензометрирования ветрового стекла при кручении ку- 129 зова

5.2. Влияние результирующих напряжений на эксплуатацию стекла 134

5.3. Разработка способа и устройства контроля качества клеевых со- 136

единений, применяемых при сборке автомобиля

5.4. Теоретико-экономическое обоснование усовершенствования тех- 140 нологии установки стекол

Выводы по главе 5 148

Выводы по работе 149

Список использованных источников 151

Приложение. Акты внедрения 164

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

НДС ЭОА ОА

шеи

у, 2

?

Е

//(N11)

/?(КНО)

п т

^ р с С .Х.Т ' ^ ху 5 уу

о П

Т

и

IV со

лсг

л

А £

к

£

дО

а,

- напряженно-деформированное состояние.

- элементы остекления автомобиля.

- остекление автомобиля.

- показатели качества изделия

- декартовы координаты.

- время, с.

- модуль упругости, МПа.

- коэффициент Пуассона.

- массовая плотность, кг/м3.

- единичный вектор в направлении внешней нормали.

- единичный вектор в тангенциальном направлении.

- линейные относительные деформации.

- тангенциальные напряжения, Па.

- момент силы, Н*м.

- нормальные силы, Н.

- поперечные силы, Н.

- кинетическая энергия, Дж.

- энергия деформации, Дж.

- полная энергия (Ж =Т + 11), Дж.

- поле рассеяния размера, мм.

- погрешность формы стекла, мм.

- погрешность формы кузова, мм.

- погрешность зазора между стеклом и кузовом, мм.

- деформация усадки клея после изменения температуры, мм.

- деформация усадки клея после отверждения, мм.

- коэффициент линейного расширения адгезива.

а - коэффициент линейного расширения субстрата.

о

Г(а) - гамма-функция Эйлера.

- толщины оболочки и деформируемых оснований, мм.

[ ] - квадратная или прямоугольная матрица.

{ } - матрица-столбец.

г 1(1) - функции релаксации.

р - комплексные амплитуды возмущающей силы.

V - комплексные амплитуды колебательной скорости.

Щ - модуль механического импеданса.

£ - механический импеданс.

X2 - критерий соответствия опытного распределения любому

теоретическому.

ВВЕДЕНИЕ

На ОАО «АВТОВАЗ» при сборке автомобиля нашли широкое применение клеевые соединения для склеивания деталей, герметизации, усиления конструкции, гашения колебаний, упрощения конструкции. Клеевое соединение заменило собой громоздкие уплотнители ветровых, боковых и задних стекол, что позволило увеличить на 30% жесткость кузова и улучшить герметичность соединения стекла с кузовом, а также эстетический вид автомобиля, что немаловажно при возрастающей конкуренции на рынке.

Сейчас клей с уверенностью можно назвать конструкционным материалом, применяемым для обеспечения прочности и герметичности стыков, повышения безопасности пассажиров, а также для полноценного соединения внутренних панелей автомобиля с внешними. Преимущество клеевых соединений состоит в том, что есть возможность автоматизации процесса и применения модульной сборки. Клеевое соединение универсально, может при сборке компенсировать незначительные отклонения геометрии, не вызывает коррозии металла, устойчиво ведет себя при резких перепадах температуры, сохраняя при этом герметичность соединения [ 46, 47,48, 85, 99].

Современная теория сборки предполагает выбор метода сборки, который обеспечивает заданную точность взаимного расположения сопрягаемых деталей, геометрическую точность. Однако при традиционных методах сборки не учитываются факторы, которые влияют на возникновение или изменение картины остаточных деформаций и напряжений в деталях [29,30].

Силикатные стекла, прошедшие термическую обработку (закаленные), а также безопасные стекла типа триплекс, применяемые при остеклении автомобиля, за счет отклонения исходной геометрии имеют на своей поверхности технологические остаточные напряжения.

Современная технология установки стекол автомобиля производится преимущественно с помощью клеевого соединения. Поэтому изучение специфики клеевых соединений, их влияние при сборке на несущую способ-

ность, напряженно-деформированное состояние всей конструкции, и стекла в частности, является актуальной задачей.

Цель данной работы - повышение качества установки стекол при сборке автомобилей на основе учета результирующих напряжений в стекле.

Намеченная цель достигалась посредством решения следующих задач:

1) исследовать влияние остаточных напряжений в стекле и отклонений формы кузова на формирование зазора клеевого соединения;

2) изучить влияние геометрических параметров клеевого шва и технологических параметров процесса установки стекла на формирование результирующих напряжений в стекле;

3) найти рациональные технологические параметры клеевого соединения с учётом напряжений в стекле и отклонений формы кузова для повышения

точности и качества сборки;

4) определить влияние суммарных напряжений на прочность стекла при

эксплуатации;

5) разработать неразрушающий способ контроля клеевого соединения для

промышленной реализации;

6) провести опытно-промышленную проверку эффективности установки стекол и разработать рекомендации по внедрению результатов исследований в производство.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) предложены научно обоснованные технологические решения по обеспечению заданной точности установки стекла и его прочности при эксплуатации;

2) определено влияние технологических остаточных напряжений в стекле и отклонений формы кузова на точность установки;

3) на основе исследования процессов адгезии и когезии клеевого шва определён уровень и распределение результирующих напряжений в стекле после его установки с учетом схемы и метода установки;

4) раскрыт характер формирования суммарных напряжений, позволяющий оценить влияние режимов установки на эксплуатационные параметры;

5) установлены рациональные технологические параметры операции сборки клеевого соединения, обеспечивающие его прочность и герметичность при эксплуатации;

6) получены расчётные зависимости для геометрических параметров клеевого соединения, на основании которых можно управлять уровнем действующих напряжений в стекле при эксплуатации.

Работа выполнена на базе ОАО «АВТОВАЗ» и на кафедре «Оборудование и технологии машиностроительного производства» Тольяттинского государственного университета. Результаты работы внедрены в учебный процесс, что подтверждено Актом внедрения (см. приложение).

Разработанные мероприятия по совершенствованию технологии установки стекол автомобиля прошли апробацию на базе AHO «Лада-Эксперт», ОПП ОАО «АВТОВАЗ». Проведено технико-экономическое обоснование проекта. Ожидаемый условный экономический эффект составит 17 982 199 рублей.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОЙ УСТАНОВКИ АВТОМОБИЛЬНЫХ СТЕКОЛ

1.1. Особенности деталей из стекла как объекта сборки

В современном автомобилестроении применяют стекла, которые обеспечивают не только хороший обзор, но и безопасность водителя и пассажира. Безопасными называют такие стекла, которые при разбивании от удара не дают острых осколков. К безопасным стеклам относят армированное стекло, закаленное и многослойное безосколочное стекло [12,21,22,101, 107].

Закаленное стекло получают из обычного стекла путем термической обработки — закалки, в результате которой оно приобретает механическую прочность, значительно превышающую тот же параметр исходного стекла, а также имеет высокую термическую устойчивость. При особенно сильном механическом ударе такое стекло распадается на многочисленные мелкие осколки, которые не имеют острых режущих краев [83, 101].

Многослойное безосколочное стекло состоит из нескольких листов стекла, прочно склеенных между собой прозрачной эластичной пленкой органического происхождения. Наибольшее распространение получило безосколочное трехслойное стекло (триплекс), представляющее собой трехслойное листовое изделие, состоящее из двух наружных листов силикатного стекла, скрепленных между собой третьим внутренним слоем, состоящим из прозрачной эластичной прокладки [101, 109]. В случае нарушения целости триплекс'не дает разлетающихся или отпадающих острых осколков. При ударе, например, стальным шаром по стеклу на его поверхности образуются лишь многочисленные радиальные и концентрические трещины. Благодаря прочной склейке прокладка удерживает на себе осколки растрескавшегося стекла. Вместе с тем триплекс должен удовлетворять требованиям, предъявляемым ко всякому остеклению: обладать необходимой прозрачностью и обеспечивать возможность получения отчетливого, яс-

и

ного, четкого и неискаженного изображения при просматривании через него.

Основными параметрами, характеризующими стекло триплекс, являются: геометрические (размеры и формы), оптические (светопропускание, неискажаемость изображений, незамутненность), механические (стрела прогиба, прочность при двухстороннем ударе, прочность при одностороннем ударе) и термофизические (теплостойкость, термоустойчивость, морозостойкость и морозопрозрачность) [101, 107, 109].

В ходе развития автомобилестроения за счет совершенствования технологии и изменения способа крепления стекол при сборке появилась возможность увеличить площадь остекления автомобиля и тем самым улучшить обзор водителя.

Объект исследования - стекло триплекс - может быть изготовлен из обычного и полированного листового стекла. Толщина так называемого утоненного триплекса 4 - 4,5 мм, обычного 5-6 мм, утолщенного 6 - 7,5 мм. Допускаемые отклонения по толщине ±0,5 мм.

Прочность автомобильного стекла зависит от технологии его производства. Проведен анализ современной технологии производства и упрочнения безопасных стекол. В ряде исследований оценено влияние технологии производства на прочность и разрушение силикатного стекла и керамики [13, 22, 54], влияние временного и масштабного факторов [10, 26, 54], способа получения и теплового режима [30, 107, 109], рассмотрены способы повышения прочности [58, 77, 111] и объяснены наблюдаемые при этом явления [10, 25, 109, 112, 115], изучено влияние напряженного состояния на поведение стекла под нагрузкой [34, 49, 68].

Остаточные напряжения, присутствующие в стекле после термической обработки, представляются наиболее опасными и вызывающими отказ или нарушение работоспособности конструкции вследствие саморазрушения элемента из стекла [7, 15, 34, 49,50, 58, 62].

Остаточные напряжения в стеклах бывают различного рода, который определяется по особенностям внутренней структуры стекла. Допустимые остаточные напряжения в изделиях различного типа по ГОСТ 3514-67 соответствуют разности хода лучей А, нм/см [81, 83]: оптические стекла 2 - 50; полированное стекло, полученное методом плавающей ленты, 25 -30; листовое стекло, полученное методом непрерывного проката, 20 - 60; стеклянная тара 50-400; закаленное листовое стекло 1350-2400. По ТУ 45 42.1.46.00232934-99 допустимая величина остаточных напряжений сжатия в стекле триплекс должна не превышать ЮМПа и иметь равномерное распределение вдоль всей кромки изделия. При этом напряжений растяжения не допускается.

1.1.1. Влияние остаточных напряжений на эксплуатационные

свойства стекла

При проверке соответствия предъявляемых требований к стеклу и показателей при эксплуатации встает вопрос о влиянии остаточных напряжений на прочность стекла. Для закаленного стекла наиболее важным является равномерное распределение остаточных напряжений по всей его поверхности. До сих пор не разработаны общепризнанные методики расчета деформаций от действия остаточных напряжений в стеклах.

Вопрос об остаточных напряжениях в стекле тесно связан с технологией закалки или отжига. При этом необходимо учитывать деформации, возникшие как в процессе термической обработки, так и происходящие уже после окончания термической обработки в процессе хранения, транспортировки, установки и даже во время последующей эксплуатации стекла в автомобиле. Следует добавить, что причиной деформации стекол является неравномерная конструктивная жесткость и наличие остаточных напряжений.

Исследователями установлено, что с увеличением остаточных напряжений в стекле в 1,5-2 раза величина сопротивления изгибу понижается на

9 - 12% и колеблется в пределах от 48 до 52 МПа - для одинарного стекла, от 34 до 39 МПа - для стекла триплекс. Среднее значение сопротивления удару колеблется в пределах от 20 до 32 МПа для одинарного стекла, от 13 до 15 МПа для стекла триплекс [12, 29]. При различных типах деформации стекло ведет себя по-разному, обладая сравнительно высокой прочностью при сжатии и низкой при ударе. Недостаточная механическая прочность и хрупкость стекла ограничивают более широкое применение его в качестве конструкционного и строительного материала.

В исследовательских работах Гуляева В.А., Жилина A.A. доказано, что при внесении внешней нагрузки на стекло происходит перераспределение поля остаточных напряжений. На основе экспериментальных данных была получена математическая зависимость внутренних напряжений от внешних методом доверительных интервалов.

1.2. Анализ современной технологии установки стекол Технология остекления освещена в работах [68, 82], где выявлено, что стекла для транспорта крепят двумя способами: механическим и неразъемным способами.

При механическом способе крепление стекла в автомобиле часто производится с помощью резиновых профилей, которые одновременно служат держателями и уплотнителями. При этом стекло находится как бы в подвешенном состоянии и не влияет на жесткость кузова в целом.

После установки стекла уплотнитель дополнительно прижимается в результате установки прочного молдинга, часто выполненного из металлизированной пластмассы. Недостатком данного способа крепления является то, что стекло остается изолированным элементом конструкции, в то время как весь кузов является несущим каркасом всего автомобиля. При аварии существует возможность выпадения стекла в салон машины, что является угрозой для безопасности пассажиров.

При неразъемном способе стекло приклеивается к кузову автомобиля с помощью клеевого шва, выполненного из полиуретанового клея.

При таком способе крепления стекла элементы остекления участвуют в работе всей констру