การออกแบบด้วยโลหะ
สำหรับผู้ผลิตนั้น โลหะเป็นวัสดุที่ประหยัดต้นทุนและใช้งานได้ดีภายใต้อุณหภูมิต่างๆ ทนต่อสภาพอากาศ และมีความแข็งแรงมาก ผู้ใช้ทั่วไปเชื่อถือในโลหะ เพราะมีความแข็งและทนทาน เย็นผิวเมื่อสัมผัส และมีความสวยงาม โลหะสามารถปรับรูปลักษณ์ได้ตามที่ต้องการ ไม่ว่าจะเป็นโลหะแบบดั้งเดิมไปจนถึงโลหะสมัยใหม่แบบอัลลอยด์
ตัวอย่างวิธีการดัดหรือขึ้นรูปโลหะมีดังนี้ การหล่อ การปั๊ม การดัดงอ การดึงขึ้นรูป หรือแม้แต่การตีเหล็ก คุณรู้จักกระบวนการทั้งหมดนี้เพราะคุณรู้จักโลหะและเป็นเหตุผลที่เลือกนำมาออกแบบ เราก็รู้จักโลหะเช่นกัน แต่สิ่งที่เราชำนาญคือการยึดติดโลหะ
การต่อยึดแบบดั้งเดิมกับการยึดติดด้วยกาว
การเชื่อมต่อโดยใช้ตัวต่อยึดทางกลกับการยึดติดด้วยกาว
ตัวต่อยึดโลหะมีมาช้านานพอๆ กับการขึ้นรูปโลหะ และผู้คนก็คุ้นเคยเป็นอย่างดี เราอาจ "รู้สึก" ว่าการยึดติดโลหะเข้ากับโลหะโดยใช้น็อต สกรู ยึดโลหะเป็นทางเลือกที่เหมาะสม ทั้งที่อาจไม่ใช่ทางเลือกที่ดีที่สุด กาวอุตสาหกรรมมีข้อดี 6 อย่างที่เหนือกว่าวิธีการประกอบวิธีอื่นๆ ในอุตสาหกรรม ได้แก่
- ไม่ต้องเจาะ – การเจาะใช้เวลานาน และรูที่เกิดจากการเจาะก็ทำให้วัสดุแข็งแรงน้อยลงและอาจเป็นจุดที่เกิดสนิมได้
- กระจายแรงเค้นอย่างสม่ำเสมอทั่วบริเวณที่ยึดติด – วัสดุจะมีแรงเค้นสม่ำเสมอทั่วบริเวณที่ยึดติด แทนที่จะรวมแรงเค้นไว้ที่จุดยึดติดไม่กี่จุด
- ทำให้ใช้วัสดุที่บางและเบากว่าเดิมได้ – เนื่องจากแรงเค้นจะกระจายไปตลอดพื้นที่ยึดติด จึงไม่ต้องใช้วัสดุที่มีความหนาเพื่อชดเชยแรงเค้นของจุดที่มีการยึดติด
- ยึดติดวัสดุต่างชนิดกัน – น็อต สกรูบางประเภทไม่เหมาะกับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ และโลหะที่แตกต่างกัน 2 ชนิดก็อาจเกิดปัญหาการกัดกร่อนได้
- ติดและอุดรอยรั่วไปพร้อมกัน – กาวไม่ได้ทำหน้าที่ยึดติดเพียงเท่านั้น แต่ยังป้องกันไม่ให้ของเหลวไหลเข้าหรือออกได้
- ลดการสั่นสะเทือน – กาวที่มีความยืดหยุ่นสามารถช่วยดูดซับพลังงานแทนที่จะส่งผ่านออกไป
การเชื่อม / การบัดกรีแข็ง / การบัดกรีอ่อน (การยึดติดด้วยความร้อน) กับการยึดติดด้วยกาว
การยึดติดด้วยความร้อน เช่น การเชื่อมนั้น เป็นที่คุ้นเคยและได้รับการยอมรับโดยทั่วไป เนื่องจากวัสดุสิ้นเปลืองมีราคาไม่แพงและการยึดติดด้วยความร้อนก็ไม่ต้องรอเวลาแห้ง ทั้งการยึดติดด้วยความร้อนและการยึดติดด้วยกาวจะให้การยึดติดและการผนึกที่ดีเมื่อทำอย่างถูกวิธี อย่างไรก็ตาม กาวมีข้อดีเหนือกว่าการยึดติดด้วยความร้อนหลายประการดังนี้
- ใช้โลหะต่างชนิดกันได้ – โลหะต่างชนิดกันจะแยกออกจากกันเพื่อป้องกันการกัดกร่อนแบบกัลวานิก
- ทำการยึดติดใหม่ – โลหะที่ยึดติดกันสามารถแยกออกจากกันแล้วติดใหม่หรือซ่อมแซมได้ง่าย
- ลดต้นทุนค่าแรง – การยึดติดด้วยกาวลดระยะเวลาในการฝึกอบรมพนักงานและไม่ต้องใช้ความเชี่ยวชาญมากก็สามารถทำผลงานที่ดีได้
- เพิ่มความสวยงาม – กระบวนการยึดติดไม่ทำให้วัสดุโค้งงอผิดรูปหรือสีถลอก
- ทำให้ใช้วัสดุที่บางลงได้ – เนื่องจากโลหะจะไม่บิดเบี้ยว ในขณะที่วัสดุที่บางก็ให้ความแข็งแรงที่เพียงพอแล้ว
- ลดต้นทุนด้านพลังงาน – การยึดติดด้วยความร้อนสิ้นเปลืองพลังงานมาก
- ทำให้พนักงานทำงานสบายขึ้น – กาวส่วนใหญ่สามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิห้อง
ข้อควรพิจารณาในการยึดติดโลหะ
เมื่อพิจารณาวิธียึดติดโลหะที่จะใช้ในกระบวนการ จะมีหลายปัจจัยที่ต้องคำนึงถึง ซึ่งรวมถึงความแข็งและความยืดหยุ่น การกัดกร่อน การสัมผัสกับอุณหภูมิ และจุดรวมแรงเค้น
- เนื้อกาวที่มีความแข็งจะส่งผ่านพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ เช่น จากด้ามไม้กอล์ฟไปยังหัวไม้ เนื้อกาวที่มีความยืดหยุ่นจะช่วยดูดซับพลังงาน เช่น การสั่นสะเทือนของห้องโดยสารของรถไฟฟ้า เพื่อไม่ให้โครงสร้างได้รับผลกระทบ กาวแต่ละชนิดจะมีความแข็งหรือยืดหยุ่นแตกต่างกันไป คุณจึงสามารถเลือกกาวที่เหมาะกับการใช้งานมากที่สุดได้
- การกัดกร่อนแบบกัลวานิกจะเกิดขึ้นเมื่อโลหะที่แอคทีฟมากกว่าสูญเสียอิเล็กตรอนให้กับโลหะที่แอคทีฟน้อยกว่า ทำให้ความสวยงามลดลงและวัสดุเสื่อมสภาพจากการเกิดสนิมหรือเป็นรู ปัญหานี้เกิดได้เมื่อใช้ตัวยึดติดแบบโลหะที่ส่งผ่านอิเล็กตรอนได้ง่าย กาวไม่เพียงแต่จะยึดติดโลหะต่างชนิดกันได้เท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่เป็นชั้นฉนวนบางๆ เพื่อป้องกันการกัดกร่อนด้วย
- วัสดุแต่ละชนิดจะขยายและหดตัวในอัตราที่แตกต่างกันเมื่อสัมผัสกับความร้อนหรือความเย็น ซึ่งอาจส่งผลเสียร้ายแรงกับโครงสร้างได้ กาวที่ทนต่ออุณหภูมิได้มากพอจะช่วยดูดซับแรงเค้นนี้ไว้ได้ ไม่ว่าจะเป็นแรงเค้นระหว่างโลหะ 2 ชนิด หรือระหว่างโลหะกับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ เช่น แก้ว ไม้ หรือพลาสติก
- การเจาะรูนอกจากจะใช้เวลามากแล้ว ยังทำให้วัสดุแข็งแรงน้อยลง และรวมแรงเค้นไว้ที่บริเวนขอบรูด้วย แต่การใช้กาวใช้เวลาเพียงไม่นานและจะกระจายแรงเค้นไปทั่วบริเวณที่ยึดติดอย่างสม่ำเสมอ
การยึดติดโลหะต่างชนิดกัน
โลหะสามารถยึดติดได้ง่าย แต่มีความแตกต่างกันไปในแต่ละประเภท โลหะประเภทหลักๆ มีดังต่อไปนี้
เหล็กสแตนเลสเป็นโลหะผสมเหล็กกับคาร์บอน และมีการเติมโลหะอื่นๆ ลงไปด้วยเพื่อป้องกันการกัดกร่อน นอกจากจะใช้ทำภาชนะประกอบอาหารภายในบ้าน เครื่องมือรับประทานอาหาร รวมถึงเครื่องครัวในร้านอาหารและใช้ในกระบวนการแปรรูปอาหารแล้ว เหล็กสแตนเลสยังใช้ทำเครื่องมือผ่าตัด ใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์และอากาศยาน อุปกรณ์สำหรับงานอุตสาหกรรมทั่วไป และผนังส่วนนอกอาคารด้วย เหล็กสแตนเลสยึดติดได้ง่ายแต่อาจต้องทำความสะอาดเพื่อกำจัดสิ่งสกปรก ฝุ่น รอยนิ้วมือ และน้ำมันหล่อลื่นก่อน
เหล็กกล้าเป็นโลหะผสมของเหล็กกับคาร์บอนปริมาณเล็กน้อยเพื่อเพิ่มความแข็งแรง โดยปกติจะมีการเคลือบผิวของเหล็กกล้าก่อนหรือหลังการยึดติดเพื่อป้องกันการกัดกร่อน โดยอาจเคลือบด้วยสังกะสี (เหล็กชุบกัลวาไนซ์) หรือสีบางประเภท หากเคลือบผิวก่อนยึดติด กาวจะยึดติดกับชั้นเคลือบแทนที่จะเป็นพื้นผิวของเหล็กกล้า ซึ่งจะมีผลต่อพลังงานพื้นผิวและการกระจายตัวของกาวบนพื้นผิว กาวและเทปชนิดอื่นๆ จะได้รับการออกแบบมาให้ทนต่อกระบวนการเคลือบผิวหรือทาสี
อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่ค่อนข้างอ่อน ทนทาน น้ำหนักเบา ดึงยืดได้ และตีเป็นแผ่นได้ ซึ่งสามารถนำมาขึ้นรูป หล่อ ลากขึ้นรูป และอัดรีดได้ง่าย ซึ่งโดยปกติจะมีการผสมสารอื่นๆ เข้าไปเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกล อะลูมิเนียมทนต่อการกัดกร่อนเนื่องจากจะมีการสร้างชั้นอะลูมินัมออกไซด์ขึ้นเกือบจะทันทีที่เนื้อโลหะสัมผัสกับอากาศ ทั้งนี้มักจะต้องทำความสะอาดหรือขัดถูอะลูมิเนียมเพื่อขจัดสิ่งสกปรก ฝุ่น รอยนิ้วมือ และน้ำมันหล่อลื่น
ทองแดงเป็นโลหะที่ตีเป็นแผ่นและดึงยืดได้ดี โดยมีคุณสมบัติการนำไฟฟ้าและความร้อนดีเยี่ยม ทองแดงเกิดการกัดกร่อนได้ง่ายจึงไม่ควรให้สัมผัสกับวัสดุที่เป็นต้นเหตุหรือเร่งให้เกิดการกัดกร่อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับโลหะประเภทอื่นๆ การเลือกใช้กาวสำหรับโลหะที่เกิดการกัดกร่อนได้ในระยะยาว เช่น ทองแดงและโลหะผสมทองแดงอย่างทองเหลืองและสัมฤทธิ์นั้น จะต้องพิจารณาอย่างรอบคอบ 3M ผลิตเทปและกาวสูตรพิเศษที่ไม่ทำให้เกิดการกัดกร่อนและใช้กับทองแดงได้
