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Concevoir des assemblages collés pour réduire la contrainte
Il faut faire des compromis lors de l'optimisation de la conception quand on réalise un assemblage avec de la colle et du ruban adhésif. La quantité de matière utilisée, les coûts d'usinage et la facilité de mise en oeuvre jouent un rôle important dans l'« optimisation ». Les deux exemples ci-dessous montrent comment la résistance doit être pondérée en fonction de la productivité ou du coût lors de l'amélioration d'un assemblage collé.
Assemblage en angle
Cette conception de base utilisant un assemblage bout à bout n'est pas idéale pour le collage. La principale contrainte est le clivage, ce qui est très défavorable pour le collage. La modification de la conception d'origine ajoute une pièce supplémentaire visant à renforcer le collage des composants d'origine. Cela transforme une partie de la contrainte en clivage en une contrainte en cisaillement, ce qui renforce le collage. Une pièce de renforcement externe peut également augmenter la résistance à l'impact. Cependant, cet assemblage exige l'utilisation d'une seconde pièce et nécessiterait probablement un processus de collage en deux étapes.
Une conception optimale permet d'améliorer aussi bien les performances que la productivité. Elle est préférable à la seconde conception, car l'assemblage ne requiert pas de pièces ou d'étapes supplémentaires. Cet assemblage nécessite deux pièces avec une complexité d'usinage minimale et est monté en une seule étape. Il est également plus résistant que les autres conceptions, car les contraintes en clivage sont complètement remplacées par des contraintes en compression, qui est préférable pour le collage.
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Assemblage classique en angle sous contrainte en clivage
Cette conception de base utilisant un assemblage bout à bout est la moins favorable au collage. La principale contrainte est le clivage, ce qui est très défavorable pour le collage.
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Assemblage en angle renforcé
La modification de la conception d'origine ajoute une pièce supplémentaire visant à renforcer le collage des composants d'origine. Cela transforme une partie de la contrainte en clivage en une contrainte en cisaillement, ce qui renforce le collage. Une pièce de renforcement externe peut également augmenter la résistance à l'impact. Cependant, cet assemblage exige l'utilisation d'une seconde pièce et nécessiterait probablement un processus de collage en deux étapes.
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Conception d'assemblage en angle optimale
Une conception optimale permet d'améliorer aussi bien les performances que la productivité. Elle est préférable à la seconde conception, car l'assemblage ne requiert pas de pièces ou d'étapes supplémentaires. Cet assemblage nécessite deux pièces avec une complexité d'usinage minimale et est monté en une seule étape. Il est également plus résistant que les autres conceptions, car les contraintes en clivage sont complètement remplacées par des contraintes en compression, qui est préférable pour le collage.
Assemblage par recouvrement
Les assemblages par recouvrement fait travailler généralement la colle en cisaillement, contrainte idéale pour les adhésifs. Dans un scénario parfait, la colle travaille tout le temps en cisaillement, mais que se passe-t-il si votre assemblage par recouvrement connaît un clivage ou si le cisaillement n'est pas parfaitement dans le plan ?
Un assemblage par recouvrement simple, très classique pour le collage, ne suffit pas toujours pour avoir la résistance voulue. Un assemblage par recouvrement simple est souvent soumis au cisaillement. Cependant, le cisaillement est appliqué légèrement en dehors du plan, ce qui commence à se transformer en clivage à mesure que l'assemblage s'étend. Cela concentre la contrainte sur les bords de l'assemblage par recouvrement.
Afin d'améliorer l'assemblage, il est possible de créer "un décroché" sur l'un des substrats, ce qui place la contrainte dans le plan et contribue à maintenir le cisaillement dans l'adhésif. L'adhésif est légèrement hors du plan de contrainte, cependant, cela concentre toujours une partie de la contrainte en clivage à mesure que l'assemblage s'étend.
Les autres améliorations impliquent des assemblages par « double recouvrement ». Les deux substrats sont usinés ou moulés de telle façon à se recouvrir. Cela permet que la contrainte et l'adhésif restent dans le même plan, et que l'assemblage travaille en cisaillement. Si des forces de clivage sont présentes sur le bras de levier de l'assemblage, une concentration de la contrainte peut subsister.
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Assemblage par recouvrement soumis aux contraintes en cisaillement et en clivage
Un assemblage par recouvrement simple, très classique pour le collage, ne suffit pas toujours pour avoir la résistance voulue. Un assemblage par recouvrement simple est souvent soumis au cisaillement. Cependant, le cisaillement est appliqué légèrement en dehors du plan, ce qui commence à se transformer en clivage à mesure que l'assemblage s'étend. Cela concentre la contrainte sur les bords de l'assemblage par recouvrement.
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L'assemblage par recouvrement avec "décroché" réduit la contrainte en clivage
Afin d'améliorer l'assemblage, il est possible de créer "un décroché" sur l'un des substrats, ce qui place la contrainte dans le plan et contribue à maintenir le cisaillement dans l'adhésif. L'adhésif est légèrement hors du plan de contrainte, cependant, cela concentre toujours une partie de la contrainte en clivage à mesure que l'assemblage s'étend.
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L'assemblage par double recouvrement réduit la contrainte en clivage
Les autres améliorations impliquent des assemblages par « double recouvrement ». Les deux substrats sont usinés ou moulés de telle façon à se recouvrir. Cela permet que la contrainte et l'adhésif restent dans le même plan, et que l'assemblage travaille en cisaillement. Si des forces de clivage sont présentes sur le bras de levier de l'assemblage, une concentration de la contrainte peut subsister. -
Utilisez l'assemblage par double recouvrement en biseau pour une résistance ultime
L'assemblage ultime comporte un biseau au niveau du double recouvrement. Il offre les mêmes avantages qu'un assemblage par double recouvrement, mais la partie biseautée offre une résistance supplémentaire lorsque des forces de clivage sont présentes.
Considérations supplémentaires sur la conception des assemblages par recouvrement
Chacune de ces améliorations offre une meilleure répartition des contraintes sur l'assemblage. Cependant, chaque amélioration ajoute également de la complexité, des coûts et du temps. Une autre considération est le format de l'adhésif en fonction de la géométrie de l'assemblage. Si l'assemblage est conçu en trois dimensions, comme avec des assemblages à mortaise et tenon ou par double recouvrement, l'application est souvent limitée à l'utilisation d'une colle liquide. Les rubans pouvant offrir des avantages comme une plus grande productivité, il est important de tenir compte de tous les détails lors de la conception d'un assemblage collé pour optimiser l'application spécifique.
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La série éducative "Science de l'adhésion" est conçue pour être une introduction simple à la science de l'adhésion et à l'utilisation des rubans adhésifs et des colles dans le développement de nouvelles conceptions. Consultez la page Science de l'adhésion pour voir tous les articles ou faites votre choix parmi les sujets sélectionnés ci-dessous.
Besoin d'aide pour trouver le bon produit pour votre projet ? Pour tout conseil sur un produit, une technique ou une application, n'hésitez pas à nous contacter. Vous souhaitez discuter de votre projet avec un ingénieur technique 3M ? Appelez-nous au 09 69 321 478 (N° Cristal).
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