WHAT IS DIE CASTING? การหล่อฉีดคืออะไร (2)

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

ในชีวิตประจำวัน ทุกสิ่งอย่างตั้งแต่ตัวเรือนกล้องถ่ายรูป เฟรมแท็บเล็ต ไปจนถึงตัวเรือนทีวีดาวเทียม ล้วนแล้วแต่ถูกหล่อขึ้นจากวัสดุหลายประเภท โดยใช้กระบวนการหล่ออย่างน้อยหนึ่งวิธี

Metal Die Casting_การหล่อโลหะ

Items generally created through casting / สรรพสิ่งรอบตัวเราล้วนมาจากการหล่อ

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ชิ้นส่วนยานยนต์เป็นผลิตภัณฑ์ชิ้นใหญ่ที่ผลิตขึ้นด้วยการหล่อ ชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อนและแข็งเช่น กล่องเกียร์ขับเคลื่อนสี่ล้อที่ทำจากอะลูมิเนียมและเฟืองที่เข้ากับเคสเหล่านี้ก็เป็นตัวอย่างที่สำคัญ

สำหรับเรือ ก็มีผลิตภัณฑ์ เช่น มอเตอร์และใบพัด สำหรับเครื่องบิน ชิ้นส่วนที่ทำจากโลหะบริสุทธิ์น้ำหนักเบาและโลหะผสมโดยเฉพาะอย่างยิ่งในที่นั่ง เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการประหยัดน้ำหนักและมวลเพื่อเพิ่มการยกตัว และเครื่องบินที่มีน้ำหนักน้อยก็ไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานมากในการบิน ส่งผลให้ต้นทุนเชื้อเพลิงลดลง



Metal die cast steps / ขั้นตอนการหล่อฉีดโลหะ

ไม่ว่าจะใช้วิธีการหล่อแบบปฐมภูมิ (primary) หรือแบบทุติยภูมิ (Secondary) ล้วนมีขั้นตอนทั่วไป 5 ขั้นตอนสำหรับกระบวนการทั้งหมด:

  1. การจับยึด (Clamping) – ชิ้นส่วนแต่ละด้านของแม่พิมพ์จะต้องถูกยึดให้แน่นเข้าที่ ก่อนที่จะฉีดโลหะหลอมเหลวร้อน ๆ เข้าไป โดยแต่ละด้านต้องถูกทำความสะอาดและหล่อลื่นอย่างทั่วถึง โดยระยะเวลาในการจับยึด การทำความสะอาด และการหล่อลื่นจะนานแค่ไหนขึ้นอยู่กับ ขนาดชิ้นส่วนและจำนวนเบ้า (cavity) ที่ต้องเติม ดังนั้นการยึดแม่พิมพ์ต้องสมบูรณ์แบบ เพื่อไม่ให้เกิดการรั่วไหล เมื่อมีการฉีดโลหะหลอมเหลวเข้าไป เพราะนั่นหมายถึงหายนะ
  2. การฉีด (Injection) – เมื่อชิ้นส่วนของแม่พิมพ์แน่นหนาปลอดภัยแล้ว โลหะเหลวจะถูกถ่ายเทไปยังแชมเบอร์ จากนั้นผู้ควบคุมจึงจะฉีดลงในแม่พิมพ์ วิธีการนี้อาจแตกต่างกันไปตามอุปกรณ์ เครื่องมือ และขั้นตอน ความดันที่ต้องใช้อาจมากจนสูงถึง 20,000 psi หรือต่ำกว่านั้น ความดันจะจับโลหะไม่ให้เคลื่อนที่ภายในแม่พิมพ์จนกว่าจะแข็งตัว โดยปกติแล้วการฉีดจะเกิดขึ้นในเวลาน้อยกว่า 0.1 วินาที ซึ่งจะช่วยให้โลหะหลอมเหลวไม่แข็งตัวเร็วเกินไป อย่างไรก็ตาม วัสดุที่แตกต่างกันก็ต้องใช้เวลาในการฉีดที่แตกต่างกัน
  3. การระบายความร้อน (Cooling) – โลหะจะเย็นลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเกิดการแข็งตัว และผู้ปฏิบัติงานจะไม่สามารถเปิดแม่พิมพ์ได้จนกว่าวัสดุภายในจะแข็งตัวเต็มที่ ระยะเวลาช่วงนี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของโลหะ เช่น ความหนืด ความตึงผิว อัตราการแข็งตัว รูปทรง และเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดของผนังชิ้นงานที่หล่อ
  4. การปลดชิ้นงาน (Ejection) – เมื่อไอเทมที่หล่อแข็งตัว แม่พิมพ์ด้านหนึ่งจะเปิดออกและกลไกการปลดชิ้นงานจะดันผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปออกมา รอบการทำงานในส่วนนี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุที่มีความแตกต่างกัน เวลาที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าจะต้องรวมถึงเวลาที่ใช้ในการเก็บชิ้นส่วนสำเร็จรูปจากเครื่อง โดยการวัดระยะเวลาที่ชิ้นส่วนตกลงไปในเครื่องมือรวบรวม หรือ ระยะเวลาที่ใช้สายพานลำเลียง หรือวิธีการอื่น ๆ ที่ใช้ในการนำชิ้นส่วนออกจากแชมเบอร์ หลังจากที่ปลดชิ้นส่วนออกมาจนเสร็จสมบูรณ์แล้วเท่านั้น จึงจะสามารถยึดแม่พิมพ์เข้าด้วยกันอีกครั้งสำหรับชิ้นส่วนถัดไป
  5. การตัดแต่งพื้นผิว (Trimming) – ไม่เคยมีชิ้นส่วนใดในโลกเกิดขึ้นโดยไม่มีแฟลช หรือเศษอื่น ๆ เกิดขึ้นบนพื้นผิวซึ่งมันจะต้องถูดขจัดออกไปก่อนการใช้งาน ซึ่งสามารถทำได้ด้วยคัตเตอร์ หรือเลื่อยที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ สามารถตัดแต่งชิ้นงานแต่ละชิ้นได้ วัสดุที่ถูกกำจัดออกไปด้วยวิธีนี้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างง่ายดาย โดยกลับไปเป็นส่วนผสมของโลหะหลอมเหลวชุดถัดไป แม้ว่าจะต้องมีการปรับสภาพใหม่เพื่อให้ตรงกับค่าความบริสุทธิ์ที่ถูกต้อง หรือคงความสมดุลของโลหะผสมที่ต้องการ

Casting defects / จุดบกพร่องในการหล่อ

การหล่อส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการป้องกันและแก้ไขข้อบกพร่อง บางชิ้นงานอาจมีข้อผิดพลาดเล็กน้อยที่ไม่สำคัญหรืออาจไม่มีผลกับการใช้งานที่ตั้งใจไว้ แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นก็อาจนำไปสู่ความหายนะในสถานการณ์อื่น ดังนั้นผู้ปฏิบัติงานทุกคนควรตระหนักไว้ว่า ข้อบกพร่องใดที่จะมีผลต่อการใช้งานในชิ้นส่วนนั้น ๆ

ข้อบกพร่องในการหดตัวเกิดขึ้นระหว่างการหล่อบางส่วน โดยปกติจะทำให้เกิดขอบขรุขระหรือรอยหยัก อาจเป็นข้อบกพร่องแบบที่เรียกว่า Cylindrical defects ที่เรียกว่า “pipes” เป็นโพรงที่เกิดขึ้นตรงกลางของชิ้นงาน ส่วนรอยเว้าในพื้นผิว หรือแม้แต่โพรงอากาศที่มองไม่เห็น ซึ่งเกิดจากการระบายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอ ทั้งหมดนี้จะทำให้ความสมบูรณ์ของโครงสร้างชิ้นส่วนลดลง

เมื่อมีโพรงอากาศ หรือ air pocket เกิดขึ้นมาก เรียกว่า รูพรุน (porosity)  ซึ่ง air pocket เล็กๆ เพียงจุดเดียวอาจไม่ส่งผลเลวร้ายต่อการใช้งาน แต่หากชิ้นส่วนนั้นเกิดโพรงอากาศมากมาย จนมีรูพรุนมากจนใช้การไม่ได้ กระบวนการหล่อแบบช่วยสูญญากาศก็คือทางออกที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อป้องกันข้อบกพร่องนี้

บางครั้งจุดบกพร่องก็เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการเทหรือผสม ตัวอย่างเช่น หากส่วนผสมต้องใช้อะลูมิเนียม 58% และสังกะสี 42% การผสมสังกะสี 43.5% อาจทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า cold shut ก็คือจุดที่โลหะผสมไม่ถูกต้อง ณ จุดใดจุดหนึ่งภายในชิ้นส่วน เส้นแตกหัก หรือ fracture line ที่เกิดจากโลหะผสมไม่ถูกต้องทำให้เกิด weak spot ที่อาจสร้างความเสียหายในช่วงเวลาที่ไม่เหมาะสมที่สุด

การไหลไม่เต็มแบบ (Misrun) คือการที่วัสดุเติมไม่เต็มแม่พิมพ์อย่างสมบูรณ์หรือถูกต้อง โดยปกติ misrun จะเกิดขึ้นเพราะวัสดุหลอมเหลวในอุณหภูมิที่ไม่ถูกต้องสำหรับส่วนประกอบใดส่วนประกอบหนึ่งภายใน หรือแรงภายนอกอื่น ๆ ทำให้คุณสมบัติของแชมเบอร์เปลี่ยนไป

สื่งเจือปนในน้ำโลหะ หรือ Inclusion เกิดขึ้นเมื่อมีสิ่งที่ไม่ต้องการผสมเข้าไปกับวัสดุ อาจเป็นชิ้นส่วนของฉนวนกันความร้อนแม่พิมพ์ (mould insulation) ที่แตกหัก น้ำมันหล่อลื่นที่มากเกินไป หรือแม้แต่เศษชิ้นส่วนเพียงชิ้นเล็กๆ ชิ้นเดียวที่หลุดออกแล้วละลาย สารปนเปื้อนเหล่านี้จะ “รวม” อยู่ในส่วนผสมและอาจทำให้เกิดการเสียสมดุล หรือสร้างความผิดพลาดบกพร่องอื่น ๆ ในส่วนผสม


อ้างอิง: https://www.etmm-online.com/what-is-die-casting-a-892860/

บทความที่เกี่ยวข้อง: 

What is die casting? การหล่อฉีดคืออะไร (1)

โอกาสของ Die Casting ในอุตสาหกรรมยานยนต์

Tech Focus: Metal AM ในอุตสาหกรรมแม่พิมพ์วันนี้ไปได้แค่ไหน

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *