ความร้อนที่เกิดขึ้นจากกระบวนการตัดเฉือนโลหะ

ในกระบวนการตัดเฉือนโลหะ พลังงานที่ใช้ในการตัดเฉือนเกือบทั้งหมด จะเปลี่ยนไปเป็นความร้อนเนื่องจากการเปลี่ยนรูปอย่างถาวร (Plastic Deformation) ของเนื้อวัสดุที่ถูกตัดเฉือน

metal cutting

ความร้อนที่เกิดขึ้นจากกระบวนการตัดเฉือนโลหะ เกิดจาก 3 ส่วนหลักๆ ได้แก่

(1) ความร้อนที่เกิดจากการเปลี่ยนรูปอย่างถาวร (Plastic Deformation) ของเนื้อโลหะในระหว่างกระบวนการตัดเฉือน บนระนาบตัดเฉือน (Primary Shear Zone) ซึ่งความร้อนส่วนนี้จะเกิดขึ้นมากที่สุด … จากภาพคือความร้อนที่เกิดขึ้นในแนว S1
(2) ความร้อนที่เกิดจากการเปลี่ยนรูปอย่างถาวร ของเนื้อโลหะและแรงเสียดทาน (Friction) ระหว่างเศษตัด (Chip) กับมีด (Cutting Tool)
… จากภาพคือความร้อนที่เกิดขึ้นในแนว S2
(3) ความร้อนที่เกิดขึ้นจากแรงเสียดทาน (Friction) ระหว่างชิ้นงาน กับส่วนของมีดที่สึกหรอ (Tool Flank) ซึ่งความร้อนส่วนนี้ จะเกิดขึ้นน้อยที่สุด … จากภาพคือความร้อนที่เกิดขึ้นในแนว S3

ความร้อนที่เกิดขึ้นทั้งหมดควรจะกระจายไปยังส่วนต่างๆ ดังนี้

(1) กระจายไปยังเศษตัด (Chip) ประมาณ 80% ของปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นทั้งหมด จากภาพคือ Q1
(2) กระจายไปยังชิ้นงาน (Work piece) ประมาณ 10-20% ของปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นทั้งหมด จากภาพคือ Q2
(3) กระจายไปยังมีดกัด (Cutting Tool) น้อยกว่า 10% ของปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นทั้งหมด จากภาพคือ Q3

ความร้อนที่สูงที่สุดจะเกิดขึ้นบริเวณหน้ามีด ตามที่แสดงในรูปที่มีเส้น Thermal Isotherm ด้านขวาบน ซึ่งเมื่อพิจารณาตัวแปรที่ทำให้เกิด ความร้อนในกระบวนการตัดเฉือนพบว่า มีตัวแปรอยู่ 3 ตัว คือ

(1) ความเร็วตัด (Cutting Velocity, V) โดยยิ่งใช้ความเร็วตัดมากขึ้นเท่าไหร่ ก็จะเกิดความร้อนมากขึ้นเท่านั้น
(2) อัตราป้อนต่อฟัน (Feed per Tooth, Fz โดยยิ่งใช้อัตราป้อนต่อฟันมากขึ้นเท่าไหร่ ก็จะเกิดความร้อนมากขึ้นเท่านั้น
(3) ระยะป้อนลึก (Depth of Cut, ap) โดยระยะป้อนลึกแทบจะไม่มีผลต่อความร้อนที่เกิดขึ้นจากการะบวนการตัดเฉือน

ความร้อนที่เกิดขึ้นส่วนมากจะถูกกำจัดอออกทางเศษตัด โดยพยายามให้ความร้อนที่เกิดขึ้นที่มีดกัดและชิ้นงานมีค่าน้อยที่สุด แต่ถ้าความร้อนที่เกิดขึ้นมีค่ามากเกินไป ก็สามารถลดความร้อนที่เกิดขึ้นได้ดังนี้

(1) ใช้น้ำหล่อเย็น (Coolant) ในระหว่างการตัดเฉือน
(2) ปรับเปลี่ยนเงื่อนไขการตัดเฉือน (Cutting Condition) โดยการลดความเร็วรอบ (Speed) หรืออัตราป้อน (Feed)
(3) เปลี่ยนไปใช้มีดกัดที่มีการออกแบบคมตัดและรูปร่างลักษณะของมีดกัด (Cutting Tool Geometry) ที่เหมาะสม

 

นรเศรษฐ์ คำบำรุง

N-TRIS SOLUTIONS & ENGINEERING CO., LTD.
N-TRIS RECISTION PART CO., LTD.