9 การขี้นรูปด้วยกรรมวิธีทางกลและทางความร้อน

การขึ้นรูปดว้ ยกรรมวิธที างกล และความร้อน 20102-2007 <<<<<<<< Jirayut Chotikul @ Sisaket Technical College >>>>>>>>

หนว่ ยการเรียนรทู้ ่ี 9 การขึ้นรปู ด้วยกรรมวิธที างกลและความรอ้ น สาระสาคญั กรรมวิธีการข้ึนรูปดว้ ยวิธีทางกลและความร้อนเป็นกรรมวิธีการผลิตท่ีนามาเพื่อ กาจัดเนื้อวัสดุออกด้วยเทคนิคพิเศษต่างๆ อีกวิธีหนึ่งโดยการข้ึนรูปด้วยกรรมวิธีทางกล เปน็ การใชห้ ลกั การกดั กรอ่ นที่เกดิ จากแรงกลตา่ งๆ ไมว่ ่าจะเป็นคล่นื ความถ่ีเหนอื เสียง ใช้ ลาน้าความเร็วสูงที่พุ่งเข้าหาเน้ือวัสดุ ส่วนการขึ้นรูปด้วยกรรมวิธีทางความร้อนเป็น กรรมวิธกี ารผลิตทน่ี ามาเพื่อกาจดั เนื้อวสั ดุออกด้วยพลังงานความรอ้ นที่การกดั กร่อนเพ่ือ ไปสลายเศษโลหะจนทาให้โลหะส่วนนั้นหลอมละลายไปและเหลือเป็นชิ้นงานที่ต้องการ เท่านนั้ <<<<<<<< Jirayut Chotikul @ Sisaket Technical College >>>>>>>>

หนว่ ยการเรียนรู้ที่ 9 การขึน้ รปู ดว้ ยกรรมวิธีทางกลและทางความรอ้ น 9.1 การข้นึ รูปด้วยกรรมวิธที างกล การข้ึนรูปด้วยกรรมวิธีทางกลเป็นกรรมวิธีการผลิตที่นามาเพ่ือกาจัดเน้ือวัสดุ ออกด้วยเทคนิคพิเศษต่างๆ อีกวิธีหนึ่งซ่ึงอยู่ในกลุ่มของกรรมวธิ ีการผลิตแบบไม่คายเศษ ประกอบดว้ ยกรรมวธิ ตี ่างๆ ดังน้ี 9.1.1 การขนึ้ รปู ดว้ ยคลนื่ ความถอ่ี ัลตราโซนกิ การขึ้นรูปด้วยคลื่นความถี่อัลตราโซนิก (Ultrasonic Machining : USM) จะใช้ หลักการของคลื่นความถี่เหนือเสียงมาทาให้เกิดการส่ันท่ีบริเวณชุดเคร่ืองมือเพื่อส่งต่อ กาลังไปยังวัสดุกัดกร่อนซ่ึงอยใู่ นสภาพที่เปน็ สารละลายผสมผงขัดหรือสาร Slurry ผงขัด ท่ีอยู่ในสารละลายน้ีจะมีคมตัดซึ่งจะถูกส่งไปขัดสีกับผิวชิ้นงานให้หลุดออกไป ระบบ สั่นสะเทือนท่ีใช้ในการปฏิบัติการนี้จะได้มาก Piezoelectric หรืออาจจะเป็นระบบ Magnetostrictive Transducers ดงั รปู ที่ 9.1 รูปที่ 9.1 หลกั การขน้ึ รูปด้วยคลื่นความถเ่ี สยี งอลั ตราโซนิก รูปท่ี 9.2 เครื่องข้ึนรปู ดว้ ยคลื่นความถี่อลั ตราโซนิก <<<<<<<< Jirayut Chotikul @ Sisaket Technical College >>>>>>>>

ในการประยุกตใ์ ชง้ านจะใช้สาหรบั วสั ดุแขง็ และเปราะ เชน่ เซรามิค แกว้ และ คารไ์ บด์ นอกจากนยี้ งั เหมาะสาหรบั โลหะด้วย เชน่ เหลก็ ไร้สนิม และไทเทเนียม นาไปใช้ ผลิตรใู นลักษณะต่างๆ ทั้งทีเ่ ป็นรูกลมหรือรูปทรงอน่ื ๆ หรือแม้กระท่งั การเจาะรบู น ผวิ ชน้ิ งานท่ีไมเ่ รียบ ใชใ้ นกรรมวิธีคล้ายๆ การทาเหรยี ญ ซง่ึ เปน็ ขบวนการถ่ายรปู แบบ หรอื ลวดลายจากแม่พมิ พล์ งไปสูช่ ้ินงาน 9.1.2 การข้นึ รูปดว้ ยระบบฉีดพน่ นา้ การข้ึนรูปด้วยระบบฉีดพน่ น้า (Water Jet Cutting : WJC)หรือเรียกอีกช่ือหนึ่ง ว่า Pure Water Jet เป็นการทาให้เกิดการกัดกร่อนด้วยแรงของลาน้าท่ีพุ่งมาจากระบบ ฉดี พน่ เขา้ สู่บริเวณท่ีต้องการกาจัดน้ันโดยกลไกการกัดกร่อนคือการใช้ความเร็วของลาน้า ในการตัด ซงึ่ เกิดจากการเปล่ียนแปลงความดันของน้าให้กลายเป็นความเร็วด้วยลักษณะ ของโครงสร้างของหัวฉีดท่ีมีรูซึ่งมีขนาดเล็กมากเอาไว้ให้ลาน้าพุ่งกระแทกจนลาน้ากัด เซาะเอาอนุภาคหรือเกรนของวัสดุให้แยกออกจากกนั และหลุดออกมากับลาน้าโดยท่ัวไป ใช้ความดันที่ 40,000 Psi จะให้ความเร็วของน้าเท่ากับ 2 มัค (mach) ความเร็วเสียง 1 มคั ประมาณ 343 เมตร/วินาที หรอื 1,236 กม./ชม. ดงั รปู ท่ี 9.3 รปู ที่ 9.3 หลกั การขึ้นรูปดว้ ยระบบฉีดพน่ นา้ <<<<<<<< Jirayut Chotikul @ Sisaket Technical College >>>>>>>>

รูปท่ี 9.4 เครือ่ งขึน้ รปู ด้วยระบบฉีดพ่นนา้ ปจั จยั ในกรรมวธิ ีการกาจัดเศษแบบนป้ี ระกอบไปด้วยแรงดันน้า รูหัวฉีด อตั รา การป้อนของน้าและระยะชิ้นงานที่จะทาการกาจัดเศษ ซ่งึ บางคร้งั อาจเกดิ ปัญหาเชน่ การอดุ ตนั ของระบบส่งนา้ และหวั ฉดี ทาให้การปฏิบตั ิงานดังกล่าวไมเ่ ต็มประสทิ ธิภาพได้ การประยุกต์ใช้สาหรับกรรมวิธนี ีม้ ักใช้ควบคกู่ ับระบบควบคุมเชงิ ตวั เลขหรือแขน แกนเพื่อควบคุมการกาจัดเศษวัสดุจากชิ้นงานนิยมใช้เป็นวิธีตัดแบ่งแยกวัสดุบาง เช่น แผ่นพลาสติก ผ้า กระเบื้อง พรม หนังและแผ่นกระดาษอัด เป็นต้น อาจจะไม่เหมาะกับ วัสดุที่เปราะบาง เช่น แก้ว กรรมวิธีการฉีดพ่นน้านี้จะไม่ทาให้เกิดรอยไหม้หรือรอย แตกร้าวเกดิ ขึน้ กับขอบชน้ิ งานบริเวณรอยตดั และประหยัดวัสดุไม่ก่อใหเ้ กิดมลภาวะ 9.1.3 การขึน้ รปู ด้วยระบบฉดี พ่นน้าผสมผงขัด การข้ึนรูปด้วยระบบฉีดพ่นน้าผสมผงขัด (Abrasive Water Jet Machining : AWM) เป็นการเพ่ิมผงขัดเข้าไปกับระบบฉีดน้าเพ่ือให้การกาจัดเศษดีข้ึน โดยการเติมผง ขัดไว้ในห้องผสมซ่ึงอยู่บริเวณเหนือหัวฉีดซ่ึงทาให้ระบบนี้ต้องมีการควบคุมเพิ่มข้ึน เช่น การเลือกประเภทผงขัด ความแข็ง รูปร่าง หรือขนาด และการปรับอัตราการไหลของผง ขดั สารกัดกร่อนหรือผงขัดทน่ี ิยมใช้คือ โกเมน เน่ืองจากมีคุณสมบัติที่แข็ง เหนียว และมี ราคาไม่แพง <<<<<<<< Jirayut Chotikul @ Sisaket Technical College >>>>>>>>

การขึ้นรูปด้วย Abrasive Water Jet Machining : AWM จะมีประสิทธิภาพท่ี สูงกว่าแบบ Water Jet Cutting ประมาณ 100 เท่าและมีจุดประสงค์ในการใช้งานที่ ต่างกัน โดยที่ Water Jet Cutting จะใช้ในการตัดวัสดุอ่อนในขณะท่ี Abrasive Water Jet จะใชใ้ นการตัดวัสดุแขง็ มากๆ เชน่ โลหะ หิน และเซรามิค ดังรปู ที่ 9.5 รูปท่ี 9.5 หลักการทางานดว้ ยระบบฉีดพน่ น้าผสมผงขัด 9.1.4 การขดั ขน้ึ รูปด้วยผงขดั การขัดข้ึนรูปด้วยผงขัด (Abrasive Flow Machining : AFM) เป็นการนาเอา สารละลายที่ผสมผงขัดมาฉีดพ่นบนผิวชิ้นงานเพ่ือช่วยกาจัดเศษวัสดุที่ไม่ต้องการออก เชน่ ครีบทข่ี อบผิว หรือการทาให้ผิวหรือขอบช้ินงานเกิดความโค้งมน หรือได้ความเรียบที่ ตอ้ งการ สามารถนาไปใช้กับวสั ดุเกือบทุกประเภทและเหมาะสาหรบั การทาความสะอาด หรือขดั ผิวชิ้นงานในบริเวณท่ีเข้าถงึ ยาก เชน่ ชอ่ งหรือพ้ืนผิวภายเป็นต้น รูปที่ 9.6 หลกั การขน้ึ รูปด้วยผงขดั <<<<<<<< Jirayut Chotikul @ Sisaket Technical College >>>>>>>>

รูปท่ี 9.7 เคร่ืองขัดขนึ้ รูปด้วยผงขดั 9.2 การขน้ึ รปู ด้วยกรรมวิธีทางความร้อน การขึ้นรูปด้วยกรรมวิธีทางความร้อนเป็นการใช้หลักการกัดกร่อนเพ่ือไปสลาย เศษโลหะด้วยพลังงานความร้อนที่กระทากับส่วนหนึ่งส่วนใดของชิ้นงาน จนทาให้วัสดุ ส่วนน้นั หลอมละลายไปและเหลือเป็นชน้ิ งานท่ีตอ้ งการเท่านัน้ โดยกระบวนการกัดกร่อน ด้วยพลงั งานความร้อนประกอบดว้ ยกรรมวิธีต่างๆ ดงั นี้ 9.2.1 กระบวนการตัดขึน้ รปู ด้วยลาแสงอิเลก็ ตรอน กระบวนการตัดข้ึนรูปด้วยลาแสงอิเล็กตรอน (Electron Beam Machining : EBM) เป็นการใช้ลาแสงอนุภาคอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงให้มารวมเป็นจุดเดียวกันบน ผิวชิ้นงานเพ่ือทาให้เกิดการหลอมละลายและสลายไปของเศษวัสดุ ลาแสงอิเล็กตรอนน้ี จะเกิดจากระบบกาเนิดเฉพาะภายใต้สุญญากาศ หรือปฏิกิริยาท่ีเรียกว่า Thermionic Emission และเม่ือลาแสงนตี้ กกระทบบนวัสดุจะทาใหเ้ กิดรังสีเอ็กซ์แผ่กระจาย และอาจ เป็นอันตรายต่อผู้ปฏิบัติงานดังน้ันจึงต้องมีระบบป้องกันติดต้ังไว้ซึ่งกระบวนการน้ีเหมาะ กับการกาจัดเศษในงานขนาดเล็กมากๆ เน่ืองจากมีความแม่นยาสูงกว่าวิธีอื่นๆ และ รวดเร็วกวา่ ดังรปู ท่ี 9.8 รูปท่ี 9.8 หลักการทางานดว้ ยลาแสงอเิ ล็กตรอน <<<<<<<< Jirayut Chotikul @ Sisaket Technical College >>>>>>>>

รปู ท่ี 9.9 เครื่องข้ึนรูปด้วยลาแสงอเิ ลก็ ตรอน 9.2.2 กระบวนการตดั ข้ึนรูปด้วยลาแสงเลเซอร์ กระบวนการตัดข้ึนรปู ด้วยลาแสงเลเซอร์ (Laser Beam Machining : LBM) เป็นการประยุกตใ์ ชร้ ะบบเลเซอร์ทมี่ ีความเข้มแสงสูง ฉายลงบนผวิ ช้นิ งานให้เกิดการ หลอมละลายคลา้ ยกับวิธขี องการข้นึ รูปดว้ ยลาแสงอิเล็กตรอน เพยี งแต่ปฏิกิรยิ าของ เลเซอร์อาจจัดไดท้ ั้งแบบท่เี ป็นการหลอมดว้ ยความร้อน หรอื ยอ่ ยสลายออกไปดว้ ย ปฏิกริ ยิ าเคมี หรอื ทเ่ี รยี กวา่ Ablation นี้ แสงเลเซอร์จะไปทาลายพนั ธะเคมีระหวา่ ง อะตอมเพ่ือให้เกิดการหลุดของเศษวสั ดุตวั แปรสาคัญในการเลอื กใชเ้ ลเซอร์กค็ ือความยาว คลื่นของเลเซอร์ ดังรูปที่ 9.10 รปู ที่ 9.10 หลกั การทางานตดั ดว้ ยแสงเลเซอร์ <<<<<<<< Jirayut Chotikul @ Sisaket Technical College >>>>>>>>

รปู ท่ี 9.11 การตัดด้วยแสงเลเซอร์ รูปท่ี 9.12 เคร่ืองตัดดว้ ยแสงเลเซอร์ 9.2.3 กระบวนการตดั ขึน้ รปู ด้วยพลาสมา กระบวนการตัดข้ึนรูปด้วยพลาสมา (Plasma Arc Cutting : PAC) เป็นการนา ระบบเผาไหม้ท่ีเกิดจากการสันดาปของแก๊สเช้ือเพลิงและกระแสไฟฟ้าทาใหเ้ กิดการแตก ตัวของโมเลกุล ข อ ง ก๊า ซท่ี อุ ณหภู มิสู ง แล้วฉี ด พ่น อ อ ก มา ด้ว ย คว าม เร็วสู ง ท่ี อุ ณ ห ภู มิ ประมาณ 50,000oF ขึ้นไปเมื่อพลาสมาถูกส่งออกมาท่ีหัวฉีดช้ินงานจะเกิดการหลอม ละลายและด้วยแรงดนั ทีส่ ูงวสั ดุจะเกดิ การหลอมละลายและขาดจากกัน ดงั รปู ที่ 9.13 <<<<<<<< Jirayut Chotikul @ Sisaket Technical College >>>>>>>>

รูปที่ 9.13 หลักการทางานตดั ดว้ ยพลาสมา รปู ที่ 9.14 การตัดข้ึนรปู ดว้ ยพลาสมา รปู ท่ี 9.15 เครอ่ื งตดั ขน้ึ รูปด้วยพลาสมา <<<<<<<< Jirayut Chotikul @ Sisaket Technical College >>>>>>>>

สรุปสาระสาคัญ การขึ้นรปู ดว้ ยกรรมวธิ ที างกลเป็นการใช้หลักการกัดกรอ่ นท่ีเกิดจากแรงกลต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นคล่ืนความถี่เหนือเสียง ใช้ลาน้าความเร็วสูง หรือแรงขูดกัดของสารประกอบ ขนาดเล็กเพอ่ื กาจัดเศษวัสดุ การข้ึนรูปด้วยกรรมวิธีทางความร้อนเป็นการใช้หลักการกัดกร่อนเพ่ือไปสลาย เศษโลหะด้วยพลังงานความร้อนไปกระทากับวัสดุจนทาให้วัสดุนั้นหลอมละลาย มี กระบวนการต่างๆ ดงั น้ี กระบวนการตัดข้ึนรปู ดว้ ยลาแสงอเิ ล็กตรอน กระบวนการตัดข้ึน รูปด้วยลาแสงเลเซอรแ์ ละกระบวนการตัดขน้ึ รูปด้วยพลาสมา <<<<<<<< Jirayut Chotikul @ Sisaket Technical College >>>>>>>>

แสงสวา่ งจงบังเกดิ แด่ท่าน จริ ยทุ ธ์ โชติกุล ช่างกลโรงงาน วทิ ยาลัยเทคนคิ ศรีสะเกษ <<<<<<<< Jirayut Chotikul @ Sisaket Technical College >>>>>>>>