Welding fundamentals and processes ตอนที่ 5
เอกสารอ้างอิง : Thomas J. Lienert. ASM handbook. Volume 06A welding fundamentals and processes. ASM international handbook committee. Materials park. Ohio. USA. 2011.
Joining with mechanical, chemical, and physical
forces. ในทางพื้นฐาน
มีแรงอยู่เพียงสามประเภทเท่านั้นที่ใช้ยึด parts
สองชิ้นหรือมากกว่าให้สัมผัสกันโดยต้านทานการเคลื่อนที่ที่ไม่ต้องการได้
ไม่ว่า materials ที่เกี่ยวข้องจะเป็นชนิดใดก็ตาม
แรงทั้งสามประเภทคือ mechanical forces, chemical forces และ
physical forces ที่เกิดจากแรงดึงดูดในระดับอะตอม
Mechanical
forces.
เกิดจาก part หนึ่งรบกวนการเคลื่อนที่ของอีก part
หนึ่งหรือหลาย part ทางกายภาพ
เนื่องจากรูปร่างระดับ macroscopic และความขรุขระของผิวระดับ
microscopic ในระดับ macroscopic หากรูปร่างของ
parts สองชิ้นหรือมากกว่าที่ประกบกันทำให้ชิ้นหนึ่งสามารถสอดเข้าไปหรือซ้อนอยู่ภายในอีกชิ้นหนึ่งได้
ก็จะป้องกันการเคลื่อนที่ได้อย่างน้อยบางทิศทาง โดยทั่วไป solid bodies สองชิ้นสามารถเคลื่อนที่ได้สามทิศทางแบบ translation คือในทิศ x, y หรือ z ของ Cartesian
coordinate system หรือหมุนรอบแกน x, y หรือ z
ของ Cartesian coordinate system การเคลื่อนที่สัมพัทธ์ทั้งหกแบบนี้เรียกว่า
degrees of freedom ดังนั้น การเคลื่อนที่ใน three-dimensional
space จึงมีหก degrees of freedom คือสามแบบในการเลื่อนตำแหน่งและสามแบบในการหมุน, ตัวอย่างเช่น หากมี protrusion บน part หนึ่งสอดพอดีกับ recess ของอีก part หนึ่ง parts ทั้งสองจะถูกป้องกันไม่ให้เลื่อนผ่านกันภายใต้
shear force แต่จะยังไม่ถูกป้องกันไม่ให้แยกออกจากกันภายใต้แรง
tension ดังที่จะเห็นในหัวข้อถัดไป interference ลักษณะนี้อาจเกิดจากการใช้ special part มาทำให้เกิดการรบกวนร่วมกัน
หรือเกิดจากการที่ abutting parts เองมีรูปร่างที่เข้าคู่กันจนเกิด
interference ในทั้งสองกรณี จะมีเพียง mechanical
forces เท่านั้น และไม่มี atomic-level forces ชนิดใดเข้ามาช่วยในการยึด parts ไว้ด้วยกันเพื่อต้านทานการเคลื่อนที่ที่ไม่ต้องการอย่างน้อยบางทิศทาง, นอกจาก interference ระดับ macroscopic ที่เกิดจากรูปร่างของ mating parts แล้ว ยังมี interference
ระดับ microscopic อยู่เสมอจาก surface
asperities หรือยอดและหุบของผิว เมื่อ real surfaces สองผิว ซึ่งไม่เคยเรียบสมบูรณ์ในระดับอะตอม สัมผัสกัน
จุดสูงและจุดต่ำของผิวหนึ่งจะมีปฏิสัมพันธ์กับจุดสูงและจุดต่ำของอีกผิวหนึ่ง
ความไม่พอดีกันระดับ microscopic นี้ทำให้เกิด friction
ซึ่งเป็นสิ่งที่ช่วยให้ fasteners ทำงานได้ในการ
mechanical joining, ข้อดีของการใช้ mechanical
forces เพื่อทำให้เกิด joining คือ materials
ที่ถูก join ทางกลไม่จำเป็นต้องเป็นชนิดเดียวกัน
ตราบใดที่เข้ากันได้ทางเคมี หรือถูกแยกออกจากกันด้วย intermediate
insulating material parts ที่
join ทางกลสามารถยอมให้เกิดการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่าง mating
parts ได้เฉพาะบางทิศทางของ translation และ/หรือ
rotation ขณะที่ไม่เคลื่อนที่ในทิศทางอื่น parts ที่ประกอบด้วยวิธีทางกลสามารถถอดแยกออกได้โดยตั้งใจ
และสามารถออกแบบเพื่อป้องกันการถอดแยกโดยไม่ตั้งใจได้ joints ที่เกิดจาก purely mechanical forces จะหยุดการลามของ
crack ที่ part-to-part interface ซึ่งไม่มี
material continuity จึงช่วยให้ structural assembly มี damage tolerance ระดับทักษะที่ต้องใช้ในการทำ mechanical
joining ค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับ joining methods อื่น เช่น adhesive bonding และ welding การทำ mechanical joining ทำได้ง่ายทั้งในโรงงานและหน้างาน
และ joints ที่ได้สามารถมี strength เข้าใกล้
strength ของ joint elements ได้ง่าย, ข้อเสียของการใช้ mechanical forces เพื่อทำให้เกิด
joining คือ mechanically joints อาจคลายตัวหรือแยกออกโดยไม่ตั้งใจ
stress มักไปรวมตัวที่ discrete points ของตำแหน่งยึดหรือตำแหน่ง fastening joints ทางกลอาจรั่วของไหลได้หากไม่มีมาตรการพิเศษ
เช่น gaskets หรือ sealants และงาน fastening
ทางกลใช้แรงงานค่อนข้างมาก
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น