Metal też "gumowaty" do cięcia? Narysuj na nim Sharpie lub klej w sztyfcie, mówi nauka

Anonim

Twoje codzienne trwałe markery, kleje w sztyfcie i taśma do pakowania mogą oferować zaskakująco niskie technologicznie rozwiązanie, które od dawna będzie przeszkadzać w przemyśle wytwórczym: Łatwiejsze cięcie miękkich i ciągliwych lub tak zwanych "gumowatych" metali.

Tym, co sprawia, że ​​farby i kleje są skuteczne, nie jest ich zawartość chemiczna, ale ich lepkość na powierzchni dowolnego gumowatego metalu, takiego jak nikiel, aluminium, stal nierdzewna lub miedź, naukowcy z Purdue University i University of West Florida znajdują się w niedawno opublikowanym badaniu w zastosowanym przeglądzie fizycznym.

Kleje te pomagają uzyskać gładsze, czystsze i szybsze cięcie niż obecne procesy obróbki, wpływając na zastosowania od produkcji implantów ortopedycznych i narzędzi chirurgicznych po komponenty lotnicze.

"Szeroka gama produktów polega na obróbce gumowatych metali, co może być czymś, z czego korzystamy na co dzień, takim jak zawór w kranach zlewowych lub coś bardziej krytycznego, jak część sprężająca w silniku odrzutowym samolotu", powiedział James Mann, adiunkt inżynierii mechanicznej na University of West Florida i absolwent Purdue.

Jeśli można znacząco poprawić "skrawalność" gumowatych metali lub stopów - czyli jak dobrze one tną, wywiercają lub szlifują - wówczas istnieje możliwość obniżenia kosztów produktów, poprawy ich wydajności lub umożliwienia nowych i ulepszonych projektów.

"Gumowate metale charakterystycznie deformują się w bardzo falisty sposób" - powiedział Srinivasan Chandrasekar, profesor Purdue w dziedzinie inżynierii przemysłowej. "Ten falisty przepływ wiąże się ze znacznym zużyciem energii, co oznacza, że ​​te metale wymagają większej siły do ​​obróbki niż niektóre twarde metale. Musieliśmy znaleźć sposób na stłumienie tego falistego przepływu".

Pozbycie się ruchomych części oznacza, że ​​metal ma teraz tendencję do działania bardziej przypominającego kruchy materiał ceramiczny lub szklany w miejscu, w którym musi zostać przycięty.

Jednym z dobrze znanych sposobów na uczynienie gumowatego metalu kruchym jest powlekanie go odpowiednim ciekłym metalem, takim jak gal w przypadku aluminium. Jednak takie ciekłe metale działają zbyt dobrze; dyfundując przez powierzchnię i powodując, że cały metal kruszy się w proszek.

"To sprawia, że ​​obrabiany metal jest bezużyteczny" - powiedział Chandrasekar.

Inne próby osiągnięte z ograniczonym powodzeniem były zwykle toksyczne lub powodowały łzy i pęknięcia na obrabianej powierzchni. Naukowcy zaczęli następnie badać inne łagodne środki chemiczne, które mogłyby ciąć czystsze.

Znakowanie atramentem lub przyczepianie kleju na powierzchni metalu radykalnie zmniejsza siłę cięcia bez rozpadnięcia się całego metalu, pozostawiając czyste cięcie w ciągu kilku sekund. Jakość obrabianej powierzchni również uległa znacznej poprawie.

Przylepność początkowo nie wyróżniała się jako rozwiązanie, które mają wspólne znaczniki trwałe, kleje w sztyfcie i taśma.

"Przyjrzeliśmy się składnikom chemicznym stałego atramentu, odizolowaliśmy każdą z nich na powierzchni metalu i nie było zauważalnego efektu" - powiedział Anirudh Udupa, główny autor badań i doktor habilitowany w Szkole Inżynierii Przemysłowej Purdue. "Zdaliśmy sobie sprawę, że to nie jest konkretna substancja chemiczna, ale sam atrament przylega do metalu poprzez mechanizm fizycznej adsorpcji."

Sharpie i kleje wydawały się również działać na wielu gumowatych metalach, niezależnie od narzędzia tnącego.

"Z perspektywy czasu możemy powiedzieć, dlaczego pewne rzeczy nie zakończyły się sukcesem w poprzedniej pracy, i wszystko to wraca do istnienia tego żwawego przepływu" - powiedział Koushik Viswanathan, pracownik naukowy habilitowanego Purdue w dziedzinie inżynierii przemysłowej. "Niektórzy ludzie mogli na przykład próbować przecinać miedź w stanie twardym, a nie w stanie miękkim".

Zgodnie z wiedzą naukowców stosowanie trwałych znaczników, klejów lub taśm do ułatwienia obróbki gumowatych metali nie stwarza żadnych zagrożeń dla środowiska.

Następnie grupa Chandrasekara będzie oceniać stopień lepkości, który działa najlepiej w przypadku cięcia gumowatych metali i odkrywać sposoby na przyspieszenie zastosowania tej technologii w praktyce przemysłowej.

menu
menu