Ekspansi Panas Metal dan Summertime Blues

Cara Meminimalkan Pengaruh Panas pada Pengukuran Bagian Logam

Pada puncak musim panas di sini di Metal Cutting Corporation, pikiran kita secara alami beralih ke cuaca dan bagaimana panas dapat mempengaruhi:

• Materi yang dipilih pelanggan kami
• Alat yang digunakan untuk mengukur toleransi ketat, bagian logam kecil yang kami buat di pabrik ber-AC kami

Masalahnya adalah panas dapat menyebabkan logam (dan bahan lainnya) memuai — dan dalam cuaca dingin, berkontraksi — yang pada gilirannya dapat memengaruhi apakah suatu bagian berada di dalam atau di luar spesifikasi.

Ini terutama benar ketika Anda memiliki toleransi yang sangat ketat (seperti ± 0,0001″, atau ± 0,0025 mm) dan ekspansi panas mengakibatkan salah satu bagian logam gagal dalam pemeriksaan atau, lebih umum, pelanggan dan pemasok datang dengan pengukuran yang berbeda untuk bagian yang sama. .

Itulah sebabnya produsen, perancang, dan insinyur perlu mempertimbangkan ekspansi logam dari panas saat mereka membuat spesifikasi suku cadang dan memutuskan seberapa presisi dimensi suku cadang.

Ekspansi Panas di Berbagai Logam

Apa pengaruh panas terhadap logam? Ekspansi (atau kontraksi) bahan apa pun disebabkan oleh energi kinetik atom-atomnya. Ketika suatu bahan dipanaskan, peningkatan energi menyebabkan atom dan molekul bergerak lebih banyak dan menempati lebih banyak ruang—yaitu, memuai.

Ini berlaku bahkan untuk benda padat seperti logam. Namun, logam yang berbeda merespons panas pada tingkat yang berbeda tergantung pada koefisien unik ekspansi termal masing-masing.

Jadi, misalnya, jika Anda mengambil tiga kawat dengan diameter yang sama tetapi terbuat dari tiga logam yang berbeda — seperti aluminium, baja, dan tungsten — dan memanaskannya pada suhu yang sama, setiap kawat akan memuai dengan jumlah yang berbeda.

Secara alami, karakteristik termal dari bahan yang dipilih pelanggan untuk komponen logam mereka memiliki efek pada potensi ekspansi panas. Jadi, jika Anda memiliki bagian toleransi yang sangat ketat, Anda mungkin ingin memilih logam yang sangat stabil dan tidak mengalami banyak variasi karena perubahan suhu.

Panas dan Kalibrasi Alat Ukur

Kami sering berbicara tentang pentingnya bagaimana suatu bagian diperiksa dan memilih alat ukur yang sesuai dan dikalibrasi dengan benar untuk pekerjaan itu.

Namun tahukah Anda bahwa suhu dan kondisi lain di lingkungan (seperti kelembapan dan tekanan) dapat berdampak pada hasil pengukuran saat Anda memeriksa apakah suku cadang yang diproduksi sesuai dengan spesifikasi?

Secara teoritis, bagian yang diproduksi harus selalu diukur pada suhu yang sama di mana alat ukur yang dipilih dikalibrasi. Namun, kenyataannya adalah bahwa di banyak lantai toko, seringkali tidak ada cara untuk mengetahui suhu sekitar — apalagi mengontrolnya dan memastikannya cocok dengan lingkungan (atau lingkungan) tempat berbagai alat pengukur dikalibrasi.

Selain itu, kelembaban relatif yang tinggi — jumlah kelembaban di udara yang dinyatakan sebagai persentase saturasi yang mungkin terjadi pada suhu tertentu — dalam kombinasi dengan suhu yang berfluktuasi sering menyebabkan kondensasi yang dapat memengaruhi pengukur dan peralatan metrologi yang lebih sensitif. Dengan paparan jangka panjang yang tinggi, kelembapan dapat menyebabkan lengkungan dan, pada akhirnya, korosi, yang keduanya berdampak pada akurasi pengukuran.

Faktor Lain dalam Ekspansi Panas Logam

Kapan bagian yang diukur juga dapat berpengaruh pada suhu dan, oleh karena itu, dimensi bagian tersebut. Misalnya, bagian yang baru dipotong mungkin panas atau dingin sehingga memiliki dimensi yang sedikit berbeda dibandingkan jika diukur kemudian di Quality Assurance (QA) atau saat diperiksa saat tiba di lokasi manufaktur pelanggan.

Tekanan atmosfer juga dapat memiliki dampak yang sangat halus pada pengukuran bagian, dengan logam yang mengembang ketika berada di bawah tekanan yang lebih kecil. Itu berarti jika Anda memotong dan memeriksa bagian di permukaan laut dan kemudian mengirimkannya ke Denver, Anda mungkin mendapatkan pengukuran yang sangat sedikit berbeda di ketinggian yang lebih tinggi — tentu saja, hanya terlihat saat mengukur dimensi terkecil dan toleransi paling ketat.

Selain itu, ekspansi panas logam tergantung pada besarnya ukuran bagian. Misalnya, toleransi mempengaruhi koefisien ekspansi, di mana perbedaan dalam pengukuran lebih mungkin terjadi di mana toleransi yang sangat ketat dikaitkan dengan bagian yang lebih besar, seperti yang panjangnya satu kaki atau lebih versus yang berukuran 0,001” (0,0254 mm) panjangnya.

Itu berarti lebih sulit untuk menahan toleransi yang ketat pada batang yang panjangnya, katakanlah, 2 '(60,96 cm), dengan variasi apa pun menjadi lebih jelas. Selain itu, semakin besar diameternya, semakin sulit untuk menjaga toleransi yang ketat.

Faktor lain adalah bahwa beberapa bahan dapat digunakan dalam produk yang terdiri dari bagian rakitan yang berbeda, dan setiap bahan memiliki koefisien ekspansi termalnya sendiri. Bagian yang berbeda ini — mungkin beberapa terbuat dari logam yang berbeda dan beberapa dari plastik, kaca, atau bahan lain — akan mengembang dengan kecepatan yang berbeda. Oleh karena itu, koefisien pemuaian yang berbeda perlu dipertimbangkan ketika memutuskan toleransi di berbagai bagian.

Cara Meminimalkan Ekspansi Logam dari Panas

Di dunia yang sempurna, semua bagian akan dipotong dan diperiksa oleh pemasok, lalu diperiksa dan digunakan oleh produsen/pelanggan di lingkungan yang hampir identik.

Meskipun tidak mungkin mencapai suhu dan kelembapan yang persis sama, ada beberapa langkah yang dapat diambil untuk meminimalkan atau menghilangkan efek pemuaian panas logam dan kondisi atmosfer lainnya.

Misalnya, di Metal Cutting kami memiliki lingkungan yang terkendali untuk memproduksi dan mengukur bagian-bagian kecil yang kami buat. Sistem pendingin dan pemanas kami memastikan bahwa aktivitas manufaktur terjadi pada suhu kamar, di lingkungan yang sebagian besar konsisten di seluruh fasilitas kami — dimulai dari tempat kami mengkalibrasi alat pengukur dan meluas ke seluruh lantai toko dan area QA.

Akibatnya, kami jarang melihat variasi dalam pengukuran kami karena fluktuasi suhu dan ekspansi panas logam. Selain itu, karena kami selalu berusaha untuk mencapai dimensi nominal untuk semua suku cadang yang kami produksi, kami biasanya tidak melihat suku cadang bervariasi masuk dan keluar dari toleransi.

Namun, hal yang sama mungkin tidak berlaku untuk beberapa pelanggan kami dan lokasi produksi mereka, di mana kondisi pengoperasian dapat sangat bervariasi.

Misalnya, beberapa pabrik tidak memiliki AC (atau pemanas) di fasilitas produksi mereka tetapi memiliki area inspeksi yang dikontrol suhu di mana mereka memeriksa kualitas suku cadang. Di sana, konsekuensi yang tidak diinginkan mungkin berupa perbedaan antara bagian-bagian yang diukur di lantai bengkel yang relatif lebih panas (atau lebih dingin) versus pengukurannya dalam pengendalian kualitas.

Secara umum, efek ini kecil dan kadang-kadang ditutupi oleh kisaran toleransi. Tapi mereka memang ada, dan itulah mengapa penting untuk mempertimbangkannya saat memproduksi dan mengukur suku cadang — terutama yang memiliki toleransi berukuran sepersepuluh dari seperseribu inci.

Praktik Terbaik Ditambah Rekayasa yang Baik

Jelas, ini adalah praktik yang baik untuk memastikan area produksi, inspeksi, dan kontrol kualitas beroperasi di bawah kondisi lingkungan yang sama jika memungkinkan.

Lebih penting lagi, sangat penting untuk memikirkan di mana produk akhir akan digunakan dan apakah perbedaan toleransi yang sangat kecil karena kemungkinan pemuaian panas logam akan berpengaruh pada kinerja produk atau komponen akhir. Misalnya:

• Akankah bagian tersebut pada akhirnya digunakan dalam lingkungan yang terkendali, di mana toleransi yang ketat dapat dipertahankan?
• ATAU akankah produk digunakan di lingkungan yang sangat panas, yang menunjukkan perlunya membuka toleransi sehingga fungsionalitas produk tidak akan terancam karena ekspansi?

Pertimbangan ini dan lainnya sangat penting untuk menentukan dimensi dan toleransi yang akan menghasilkan bagian jadi yang dibutuhkan proyek Anda.