เทคโนโลยีแม่พิมพ์ Moulding Technology ตอน 6

บทความชุดนี้เขียนไป 5 ตอนแล้ว ใน 5 ตอนแรกได้พูดถึง แม่พิมพ์ประเภทต่างๆ, การออกแบบผลิตภัณฑ์, การสร้างต้นแบบหรือ prototype, การออกแบบแม่พิมพ์, ขั้นตอนในการสร้างแม่พิมพ์, วัสดุที่ใช้ในการทำแม่พิมพ์ และประเภทของเหล็กในงานแม่พิมพ์, คุณสมบัติของเหล็กที่ต้องการในงานแม่พิมพ์ และเครื่องจักรกลเครื่องมือรวมไปถึงซอฟแวร์ที่ใช้ในการผลิตแม่พิมพ์ วันนี้จะมาพูดถึง เครื่องมือตัด เครื่องมือวัด Software ที่เกี่ยวข้อง และการอบชุบโลหะ (Heat treatment)

เครื่องมือตัด
ในการผลิตชิ้นส่วนใดๆ ด้วยกระบวนการตัดเฉือนที่ผ่าน เครื่องมือช่วยที่เป็นหัวใจหลักของการขึ้นรูปคือ เครื่องมือตัด (Cutting Tool) เนื่องจากเครื่องมือตัดทำหน้าที่ในการตัดเฉือนเนื้อวัสดุออกให้ได้ตามขนาดที่แบบงานต้องการ ซึ่งเครื่องมือตัดที่ใช้อยู่ในกระบวนการตัดเฉือนมีอยู่ด้วยกัน 3 กลุ่ม คือ

  • คมตัด (Cutting Edge) เป็นส่วนที่ต้องสัมผัสกับวัสดุงานตลอดเวลา ทำให้ต้องมีความแข็งและความเหนียวมากกว่าวัสดุงาน ซึ่งทำจากวัสดุหลากหลายชนิดเช่น เหล็กคาร์บอนสูง(High Carbon) เหล็กรอบสูง(High Speed Steel) เหล็กคาร์ไบด์ (Carbide)เป็นต้น โดยวัสดุเหล่านี้ถูกนำมาสร้างให้เป็นคมตัดที่เหมาะสมกับลักษณะการนำไปใช้งานกับเครื่องจักรกลประเภทต่างๆ เช่น มีดกลึง ดอกเจาะ(Twist drill) มีดกัด(Milling Cutter) ดอกตัดเกลียว(Tap or Die) เป็นต้น
  • ล้อหินเจียระไน(Grinding Wheel) เป็นการนำวัสดุประเภทที่ได้มาจากธรรมชาติหรือสารสังเคราะห์ เช่น ผงเพชร อลูมิเนียมออกไซด์ ซิลิกอนคาร์ไบด์ เป็นต้น นำมาผสมกับตัวประสานแล้วอัดขึ้นรูปให้เป็นรูปทรงต่างๆ ล้อหินเจียระไนนี้โดยมากจะนำไปใช้กับชิ้นงานที่ต้องการขนาดตามพิกัดที่กำหนด ผิวงานที่ต้องการความเรียบ หรือชิ้นงานที่ผ่านกรรมวิธีชุบแข็งมาแล้ว
  • วัสดุนำไฟฟ้า ชิ้นงานบางประเภทจำเป็นต้องผ่านกรรมวิธีชุบแข็งก่อน แล้วจึงขึ้นรูปให้ได้ชิ้นงานสำเร็จ ดังนั้นเครื่องจักรที่สามารถขึ้นรูปชิ้นงานประเภทนี้ได้เครื่องมือตัดต้องมีคุณสมบัติที่เหนือกว่าความแข็งที่ชิ้นงานนั้นมีอยู่ ซึ่งเครื่องจักรที่สามารถขึ้นรูปชิ้นงานประเภทนี้ได้ จะมีก็แต่เพียงเครื่องเจียระไนและเครื่องจักรที่ใช้กระแสไฟฟ้าเป็นตัวทำให้เกิดรูปร่างของชิ้นงาน สำหรับเครื่องจักรที่ใช้กระแสไฟฟ้าจำเป็นต้องมีสื่อเป็นตัวนำไฟฟ้า ซึ่งวัสดุที่ใช้เป็นตัวนำได้แก่ ทองแดง ทองเหลือง เงิน และกราไฟต์ ซึ่งทำหน้าที่เหมือนเครื่องมือตัดเพื่อให้เกิดรูปร่างตามต้องการ

เครื่องมือวัดละเอียด
ในระหว่างการสร้างชิ้นส่วนต่างๆ ที่เป็นส่วนประกอบของแม่พิมพ์ จำเป็นต้องมีการตรวจสอบขนาดของชิ้นงานตลอดระยะเวลาการทำงาน ดังนั้นเครื่องมือวัดละเอียดจึงมีบทบาทในการควบคุมขนาดของชิ้นงานให้เป็นไปตามแบบงานที่กำหนด สำหรับเครื่องมือวัดระเอียดที่ใช้เป็นประจำมีดังนี้

  • ฉาก เป็นเครื่องมือวัดละเอียดทีใช้ในการตรวจสอบความได้ฉากของผิวงานที่ผ่านการขึ้นรูปในงานที่เป็นรูปทรงเหลี่ยม
  • เวอร์เนียคาลิเปอร์ เป็นเครื่องมือวัดพื้นฐานที่ผู้อยู่ในแวดวงการสร้างชิ้นงานทั่วไปต้องมีความรู้ในการใช้งาน เพราะเวอร์เนียคาลิเปอร์จะเป็นเครื่องมือวัดละเอียดที่ใช้งานครอบคลุมรูปทรงทางเรขาคณิตของชิ้นงาน เช่น ทรงกระบอก ทรงกลม รูปเหลี่ยมต่าง เป็นต้น โดยค่าความละเอียดของเวอร์เนียคาลิเปอร์นี้ มีค่า 0.01 มิลลิเมตร ซึ่งมีทั้งการอ่านค่าด้วยสเกล และอ่านค่าเป็นตัวเลข (Digital display)
  • ไมโครมิเตอร์ มีการใช้งานเช่นเดียวกับเวอร์เนียคาลิเปอร์ แต่ความละเอียดของสามารถอ่านได้ถึง 0.001 มิลลิเมตร
  • เกจวัดขนาด เป็นเครื่องมือวัดละเอียดที่ใช้ในการเทียบค่าของเครื่องมือวัดละเอียดตัวอื่นๆ หรือนำมาใช้เพื่อการตรวจสอบความถูกต้องของขนาดชิ้นงาน สามารถวัดค่าความละเอียดได้ถึง 0.0001 มิลลิเมตร
  • นอกจากนี้เครื่องมือวัดละเอียดบางชนิดยังถูกนำมาใช้ในการควบคุมคุณภาพของชิ้นงาน เช่น เกจวัดระยะพิตของเกลียว เกจวัดรัศมีความโค้ง นาฬิกาวัด รวมทั้งเครื่องวัด3แนวแกน (Coordinate Measuring Machine) เป็นต้น

ซอฟแวร์ที่ใช้ในกระบวนการผลิต

cad-cam-cae

cad-cam-cae

cam-toolpath

cam-toolpath

  • CAD (Computer Aided Design) เป็นซอฟแวร์ที่ใช้ในการออกแบบแม่พิมพ์ ซึ่งมีทั้งการออกแบบ 2D และ 3D ซอฟแวร์สำหรับงาน CAD เช่น AutoCAD, UG, Pro Engineer, CATIA, SolidWork, Cimatron เป็นต้น
  • CAM (Computer Aided Manufacturing) เป็นซอฟแวร์ที่ใช้ในการคำนวณสร้างเส้นทางเดินของเครื่องมือตัด (Tool path) และสร้างรหัสตัวเลข ตัวอักษร (NC-CODE) เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของเครื่องจักร CNC ซอฟแวร์สำหรับงาน CAM เช่น Hyper Mill, Cimatron, Master Cam, UG, Work NC เป็นต้น

การอบชุบโลหะ (Heat treatment)

การอบชุบโลหะ นับว่าเป็นขั้นตอนสุดท้ายหรือรองสุดท้ายของการผลิตชิ้นส่วนโลหะต่างๆ  เป็นกระบวนการเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติและคุณภาพของชิ้นส่วนโลหะหรือแม่พิมพ์และเครื่องมือที่ทำด้วยโลหะให้เหมาะสมกับการใช้งาน เช่น ชิ้นงานทั่วไป (Double Clip กิ๊ป สปริงต่างๆ มีดผ่าตัด และมีดในครัว) ชิ้นงานมอเตอร์ไซด์ (ชุดเกียร์ส่งกำลัง เสตอร์ โซ่ และคันสตาร์ท) ชิ้นส่วนรถยนต์ (ชุดเบรคมือ ชุดส่งกำลัง ชิ้นส่วนเบาะ และช่วงล่าง) เครื่องมือต่างๆ (ประแจ ไขควง มีดกลึง ดอกสว่าน คัตเตอร์ต่างๆ และเวอร์เนียร์) แม่พิมพ์ต่างๆ (แม่พิมพ์ตัด ขึ้นรูป หล่อฉีด และ extrusion dies) และอื่นๆ (ลูกรีด ชิ้นส่วนเครื่องฉีดพลาสติ, ใบมีดตัดเหล็ก ใบมีดตัดกระดาษ และชิ้นส่วนแทรกเตอร์) การอบชุบโลหะเป็นกระบวนการ ปรับปรุงโครงสร้างคุณสมบัติของโลหะ โดยนำโลหะไปอบที่อุณหภูมิที่พอเหมาะ(เพื่อให้โครงสร้างเดิมที่มีส่วนผสมของธาตุต่างเกิดการเปลี่ยนแปลง ) โดยมีการรักษาอุณหภูมินี้ในเวลาที่เหมาะสม แล้วนำไปทำให้เกิดการเย็นตัว  โดยใช้สารชุบชนิดต่าง ๆ เช่น น้ำ น้ำมัน ลม หรืออากาศ เป็นต้น เพื่อให้ได้โครงสร้างและคุณสมบัติของวัสดุตามต้องการ  การอบชุบอาจทำให้โลหะอ่อนลง กลับสู่สภาพเดิม แข็งขึ้น หรือเพิ่มความเหนียว แต่โดยทั่วไปเมื่อคุณสมบัติด้านหนึ่งเด่นขึ้น คุณสมบัติด้านอื่นจะด้อยลง เช่น การอบชุบเหล็กกล้าเพิ่มความแข็ง จะทำให้เหล็ก มีความแข็ง ความแข็งแรง และเปราะขึ้น แต่ความเหนียว ความสามารถยืดตัวลดลง การอบชุบเพื่อให้มีคุณสมบัติ ดีทุกด้านนั้นเป็นไปได้ จึงต้องเลือกคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดไปใช้งาน

กระบวนการในการอบชุบ ประกอบไปด้วยกรรมวิธีต่างๆ ต้องคำนึงถึงการนำวัสดุนั้นไปใช้งานในสภาพใด ซึ่งมีกระบวนการดังนี้

  • กระบวนการชุบแข็ง (Hardening) เป็นกระบวนการที่ต้องการให้วัสดุมีความแข็งเพิ่มขึ้น เพื่อทนต่อการเสียดสีในขณะทำงาน ทั้งนี้ความแข็งที่เพิ่มขึ้นมีผลมาจากส่วนผสมของธาตุคาร์บอนที่อยู่ในเนื้อวัสดุ อุณหภูมิที่ใช้ในการอบชุบและอัตราการเย็นตัวที่อาศัยของเหลวเป็นตัวกระทำ (น้ำ น้ำมัน น้ำเกลือ ลม และอากาศ)
  • กรรมวิธีของการชุบแข็ง เริ่มจากการนำชิ้นงานที่ต้องการชุบบรรจุเข้าเตาเผา ให้ความร้อนแก่ชิ้นงานอย่างช้า ๆ เพื่อให้ความร้อนได้แทรกซึมเข้าถีงใจกลางของชิ้นงานจนถึงอุณหภูมิที่ที่กำหนดให้เป็นอุณหภูมิชุบแข็ง(พิจารณาจากส่วนผสมของคาร์บอนที่มีอยู่) จากนั้นนำชิ้นงานจุ่มลงในของเหลวที่เลือกใช้เป็นสารชุบแข็งทันที
  • กระบวนการอบคืนตัว (Tempering) เป็นกระบวนการที่ทำต่อจากการชุบแข็ง เนื่องจากชิ้นงานที่มีความแข็งเพิ่มขึ้น แต่ขาดคุณสมบัติด้านความเหนียว ทำให้ไม่สามารถทนต่อแรงกระแทกได้ อาจเกิดการแตกร้าวในขณะใช้งาน เพื่อป้องกันการเสียหายที่อาจเกิดขึ้น จึงควรนำชิ้นงานที่ผ่านการชุบแข็งทุกครั้ง มาทำการอบคืนตัวทันที่เพื่อกำจัดความเครียดภายในให้หมดไปหรือตกค้างน้อยที่สุด
  • กรรมวิธีของการอบคืนตัว นำชิ้นงานที่ผ่านการชุบแข็งแล้วบรรจุเข้าเตาเผา เริ่มให้ความร้อนอย่างช้าจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด และเผาแช่ไว้ในระยะเวลาที่เหมาะสม (พิจารณาจากความแข็งที่ต้องการ) แล้วปล่อยให้เย็นตัวอย่างช้า ๆ ภายในเตา
  • กระบวนการอบอ่อน (Annealing) เป็นขบวนการปรับปรุงคุณสมบัติของชิ้นงานที่ผ่านกรรมวิธีผลิตแบบต่างๆ เช่นการขึ้นรูปร้อน (Forging, Hot Rolling) การขึ้นรูปเย็น (Drawing) เป็นต้น ขบวนการนี้เป็นการกำจัดคุณสมบัติที่ด้อยออกจากชิ้นงานเช่น โครงสร้างภายในเนื้อวัสดุไม่สม่ำเสมอหลังการผลิต เกิดความเครียดภายในทำให้ความเหนียวลดลง เป็นต้น ดังนั้นเมื่อนำชิ้นงานไปผ่านกระบวนการตัดเฉือนด้วยเครื่องจักรชนิดต่างๆ หรือขึ้นรูปซ้ำอีกครั้ง ทำได้อย่างง่ายดาย กรรมวิธีการอบอ่อนนี้คล้ายคลึงกับการอบคืนตัว เพียงแต่กระบวนการนี้จะเลือกใช้อุณหภูมิและระยะเวลาในการอบ โดยพิจารณาจากความหนาของชิ้นงาน