เทคโนโลยีการตัดเฉือนโลหะ Metal Cutting Technology

เทคโนโลยีการตัดเฉือนโลหะ Metal Cutting Technology เป็นหนึ่งในความรู้ที่สำคัญในกระบวนการผลิต แบบกำจัดเศษ Chip Removal Process โดยการเลือกเงื่อนไขการตัดเฉือน Cutting Condition ที่ไม่เหมาะสม จะส่งผลกับคุณภาพของชิ้นงานโดยตรง เช่น ผิวไม่เรียบ ไม่ได้ขนาดตามที่ต้องการ และเกิดความความผิดพลาดทางด้านรูปทรง

Metal Cutting Technology 2

ซึ่งในบทความต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยี การตัดเฉือนส่วนมากก็จะเป็น การคำนวณรอบ (Speed, n) และอัตราป้อน (Feed, f) การวิเคราะห์ระยะป้อนด้านลึก (Depth of Cut, ap) และระยะป้อนด้านข้าง (Side Step, ae) รวมทั้งการวิเคราะห์การสึกหรอของมีกัด (Tool Wear) รวมทั้งตัวแปรอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องอีกมากมาย

จริงๆ แล้วแก่นของเทคโนโลยีการตัดเฉือนโลหะมีอยู่แค่ 3 ส่วนเอง

  1. คือ การควบคุมความร้อนที่เกิดจากระบวนการตัดเฉือน (Thermal Control)
  2. คือ การควบคุมเศษที่เกิดกระบวนการตัดเฉือน (Chip Control)
  3. คือ การควบคุมการสั่นสะเทือนที่เกิดระหว่างกระบวนการตัดเฉือน (Vibration Control)

ดังนั้น ไม่ว่าสิ่งที่เราคำนวณหรือวิเคราะห์จะเป็นอะไรก็ตาม สุดท้ายก็จะโยงกลับมาที่การควบคุมทั้ง 3 ข้อนี้เสมอ

ความร้อนที่เกิดขึ้นจากกระบวนการตัดเฉือนโลหะ

ในกระบวนการตัดเฉือนโลหะ พลังงานที่ใช้ในการตัดเฉือนเกือบทั้งหมดจะเปลี่ยนไปเป็นความร้อนเนื่องจากการเปลี่ยนรูปอย่างถาวร (Plastic Deformation) ของเนื้อวัสดุที่ถูกตัดเฉือน

ความร้อนที่เกิดขึ้นจากกระบวนการตัดเฉือนโลหะ เกิดจาก 3 ส่วนหลักๆ ได้แก่

Metal Cutting Technology 3

  1. ความร้อนที่เกิดจากการเปลี่ยนรูปอย่างถาวร (Plastic Deformation) ของเนื้อโลหะในระหว่างกระบวนการตัดเฉือนบนระนาบตัดเฉือน (Primary Shear Zone) ซึ่งความร้อนส่วนนี้จะเกิดขึ้นมากที่สุดจากภาพคือความร้อนที่เกิดขึ้นในแนว S1
  2. ความร้อนที่เกิดจากการเปลี่ยนรูปอย่างถาวรของเนื้อโลหะและแรงเสียดทาน (Friction) ระหว่างเศษตัด (Chip) กับมีด (Cutting Tool) จากภาพคือความร้อนที่เกิดขึ้นในแนว S2
  3. ความร้อนที่เกิดขึ้นจากแรงเสียดทาน (Friction) ระหว่างชิ้นงานกับส่วนของมีดที่สึกหรอ (Tool Flank) ซึ่งความร้อนส่วนนี้จะเกิดขึ้นน้อยที่สุด 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

ความร้อนที่สูงที่สุด จะเกิดขึ้นบริเวณหน้ามีด ตามที่แสดงในรูปที่มีเส้น Thermal Isotherm ด้านขวาบน ซึ่งเมื่อพิจารณา

ตัวแปรที่ทำให้เกิดความร้อนในกระบวนการตัดเฉือนพบว่า 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

ถ้าความร้อนที่เกิดขึ้นมีค่ามากเกินไป 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.