การผลิตแบบพิเศษ

หนวยที่ 11 ชื่อเรื่อง กรรมวิธีการผลิตแบบพิเศษ (Special process) หัวขอเรื่องยอย 11.1 การขึ้นรูปดวยไฟฟา 11.2 การพนโลหะเหลว 11.3 การพนโลหะผง 11.4 การพนดวยเปลวแกสรอน 11.5 การผลิตงานจากผงโลหะ 11.6 การกัดดวยเคมี 11.7 การผลิตงานบางดวยวิธเี คมี จุดประสงคเชิงพฤติกรรม 1. อธิบายการขึ้นรูปดวยไฟฟาได 2. อธิบายการพนโลหะเหลวได 3. อธิบายการพนโลหะผงได 4. อธิบายการพนดวยเปลวแกสรอนได 5. อธิบายการผลิตงานจากผงโลหะได 6. อธิบายการกัดดวยเคมีได 7. อธิบายการผลิตงานบางดวยวิธีเคมีได กิจกรรมหลัก 1. ครูนําเขาสูบทเรียน 2. นักเรียนทําแบบทดสอบกอนเรียน

198 3. นักเรียนศึกษาเนื้อหาจากเอกสารประกอบการสอน - แบงกลุมนักเรียนกลุมละ 4-5 คน - ศึกษาเนื้อหาสาระการเรียน - อภิปรายหนาชั้นเรียน - ครูสรุปเนื้อหาสาระการเรียนประจําหนวย 4. นักเรียนทําแบบทดสอบหลังเรียน 5. ครูและนักเรียนตรวจแบบทดสอบ

199 กรรมวิธีการผลิตแบบพิเศษ (Special process) กรรมวิธีการผลิตในปจจุบันไดมีการพัฒนาคิดคนเทคโนโลยีใหมๆขึ้นมาเฉพาะงาน เพื่อที่ จะไดงานนั้นมีคุณภาพดีที่สดุ และตนทุนในการผลิตต่ํา เชน การขึ้นรูปดวยไฟฟา การพนโลหะ การกัดชิ้นงานใหบางดวยวิธีเคมี การทําแมพิมพลวดลายดวยเคมี เปนตน 11.1 การขึ้นรูปดวยไฟฟา (Electro – forming process) เปนวิธีการขึ้นรูปโลหะดวยไฟฟาซึ่งมีลักษณะเหมือนกับการชุบโลหะ โดยเกิดการแยกสลาย ตัวโลหะจะไปเกาะบนแมพิมพ จากนั้นก็แกะชิ้นงานออกจากแมพิมพ ชิ้นงานที่ไดจะมีความบาง ผิวดานในเรียบหรือมีรูปทรงตามแบบ ของแมพิมพ เชน กรวยปากแตร ชิ้นงานทรงกลม หมวกที่หัวปากกา หรือชิ้นงานทรงเหลี่ยม เปนตน การขึ้นรูปดวยไฟฟาขั้นแรกจะตองทําแมพิมพหรือกระสวนทําจากโลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ํา เชน อลูมิเนียม สังกะสีผสม พลาสติกหรือขี้ผึ้ง ซึ่งจะตองฉาบผิวดวยแกรไฟตเพื่อทําใหเปนตัวนํา ไฟฟา จากนั้นก็นําแมพิมพไปแขวนไวในถังที่ใสน้ํายาอิเล็กโทรไลท ขณะเดียวกันก็แขวนวัสดุที่ ตองการใหละลายไปเกาะแมพิมพอยูใกลกัน เชน เงิน สังกะสี ตะกั่ว ทองแดง นิกเกิล ดีบุก เหล็ก เปนตน ปลอยกระแสไฟฟาเขาไปก็จะเกิดกระบวนการทางไฟฟาเคมี โดยโลหะที่ตองการละลาย ไปเกาะติดแมพิมพ เมื่อไดความหนาตามที่ตองการแลวก็นําแมพิมพออกจากถังน้ํายา แกะงานออก จากแมพิมพก็จะไดชิ้นงานสําเร็จ ชุดวัดอุณหภูมิ

ราวขั้วบวก ราวขั้วลบ น้ํายาอิเล็กโทรไลท แท็งกน้ํายาบริสุทธิ์

ทออากาศ ทําใหน้ํากระเพื่อม

แมพิมพ

แทงโลหะบริสุทธิ์ (นิเกิล)

รูปที่ 11.1 การขึ้นรูปดวยไฟฟา ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา 191

200 11.2 การพนโลหะเหลว (Metallizing) การพนโลหะเหลวเปนกรรมวิธีเพื่อเพิ่มความหนาหรือความแข็งใหกับชิ้นงาน โดยการพน โลหะที่ถูกหลอมละลายลงบนผิวชิ้นงาน โลหะที่ใชพนเชน อะลูมิเนียม เหล็ก บรอนช นิเกิล เปนตน หลักการทํางานของเครื่องพนโลหะเหลว หัวยิงโลหะเหลว (Spray gun ) ดังในภาพ 11.2 จะประกอบดวยรูที่ใชสําหรับใสลวดโลหะ ทอแกส ออกซิ-อะเซทิลีนและทอลม เมื่อตองการจะพน โลหะเหลวบนผิวชิ้นงานลวดโลหะที่ใสเขาไปในหัวยิง จะถูกหลอมละลายโดยความรอนของแกส ออกซิ-อะเซทิลีน แลวเปดลมเพื่อดันใหโลหะเหลวไปเกาะติดที่ผิวงานที่ตองการ หัวยิงโลหะเหลว สามารถพนไดไกลประมาณ 100-200 มม. และสามารถพนทับไดหลายชั้นตามความหนาที่ตองการ

โลหะที่เคลือบ

แรงดันอากาศ แกสออกซิ-อะเซทิลีน ลวด

พื้นวัสดุ

รูปที่ 11.2 แผนภาพหัวยิงโลหะเหลว ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา 191

11.3 การพนโลหะผง (Metal power spraying) กรรมวิธีพนโลหะผงบางครั้งเรียกวา เทอรโมสเปรย (Thermospray) เปนการนําผงโลหะ เชน สแตนเลส บรอนซ ทังสเตนคารไบด หรือโลหะผสมอื่นๆ มาหลอมละลายแลวพนลงบนผิวชิ้นงาน เพื่อใหผิวชิ้นงานมีความตานทานตอการกัดกรอน การเกิดออกซิเดชันและการสึกหรอ หลักการทํางานคลายกับการพนโลหะเหลว โดยการนําผงโลหะใสเขาไปในหัวยิง แลวใช ความรอนจากแกสอะเซทิลีนหรือแกสไฮโดรเจน จนผงโลหะหลอมละลายออกไปเกาะบน ผิวชิ้นงาน

201

รูปที่ 11.3 แสดงปนพนแบบใชอุณหภูมิสําหรับพนโลหะผง http://www.acme-inter.com/framespray_th.html

11.4 การพนดวยเปลวแกสรอน (Plasma frame spraying) กรรมวิธีนี้ก็มีลักษณะคลายกับการพนดวยผงโลหะ แตกตางกันอยูที่กรรมวิธีนี้ การหลอม ละลายผงโลหะจะใชทั้งระบบไฟฟาและแกส สําหรับแกสที่ใช เชน แกสไนโตรเจน หรือ แกสไฮโดรเจนหรือแกสอากอน โดยจะพนผานประกายไฟฟาซึ่งทําใหเกิดความรอนสูงถึง 17,000 องศาเซลเซียส ผงโลหะจะถูกปลอยเขาสูลําแกสดวยความเร็วสูง ผงโลหะที่นยิ มใชเคลือบงาน เชน ทังสเตน โคบอลต โครเมียม ไฮโรเนียม และอลูมิเนียออกไซด ความสําเร็จของกรรมวิธีนี้คือ ไมทําใหชิ้นงานบิดงอ ไมเกิดความเคนภายใน สามารถนําไปใช กับผงโลหะอื่นๆไดหรือแมกระทั่งวัสดุที่ไมใชโลหะ เชน ไม หรือ แกว ที่ยึดหัวยิง

ปอนผงโลหะ เปลว พลาสมา

หัวฉีดอิเล็กโทรด หัวยิง อิเล็กโทรด โลหะเคลือบ พื้นวัสดุ แกสพลาสมา

สารหมุนเวียนน้ําหลอเย็น

รูปที่ 11.4 ภาพแสดงปนพนเปลวกาชรอน ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา 192

202 11.5 การผลิตงานจากผงโลหะ (Sintering) การผลิตชิ้นงานจากผงโลหะซึง่ ไดจากการ บด กัด กลึง อัด หรือพน จากโลหะชนิดตางๆ เชน ทองเหลือง ทองแดง เหล็ก บรอนช เงิน นิกเกิล ทังสเตน หรืออะลูมิเนียม เปนตน กรรมวิธีการผลิตชิ้นงานจากผงโลหะ กระทําโดยนําผงโลหะมาอัดขึน้ รูปในแมพิมพดวย แรงดันสูง จะทําใหไดชิ้นงานที่มีคุณสมบัติพิเศษเหมาะสมกับการนําไปใชงานตางๆ ชิ้นงานที่ผลิตจากกรรมวิธีอัดผงโลหะ เชน แบริ่งที่หลอลื่นในตัวเอง ลูกเบี้ยว ฟลเตอร เฟอง มีดกลึงเล็บ หรือชิ้นงานที่ตองการทนตอความรอนสูง เปนตน ขั้นตอนการผลิตชิ้นงานจากผงโลหะโดยวิธีทางกล 1) เตรียมผงโลหะที่ตองการอัดอาจจะเปนชนิดเดียวหรือหลายชนิดก็ได แลวผสมกับสาร หลอลื่น เชน Stearie acid เพื่อใหสามารถถอดชิ้นงานจากแมพิมพไดงาย 2) นําผงโลหะใสลงในแมพิมพ (A) 3) กดอัดแมพิมพดวยแรงดันสูงประมาณ 15-50 ตันตอตารางนิ้ว (B) 4) ถอดชิ้นงานออกจากแมพิมพ (C) 5) นําชิ้นงานไปอบที่อุณหภูมิ 1,500-2,300 องศาเซลเซียสประมาณ 30 นาทีถึง2 ชั่วโมง (D) 6) นําชิน้ งานมาอัดหรือตกแตงใหไดขนาดตามที่ตองการ (E)

ใสผงโลหะ

อัดขึ้นรูป

ดันงานออก

รูปที่ 11.5 ขั้นตอนการอัดขึ้นรูปผงโลหะ

อบ

อัดเพื่อตกแตง

203

รูปที่ 11.6 ตัวอยางชิ้นงานที่ผลิตจากผงโลหะ 11.6 การกัดดวยเคมี (Chemical milling) การกัดผิวชิ้นงานใหบางลงหรือเรียวลงเพื่อลดน้ําหนัก เชน การผลิตชิ้นสวนเครื่องบินซึ่งมี ความซับซอน จะใชน้ํายาเคมีกัดผิวชิ้นงานออก การใชน้ํายาเคมีกัดผิวชิ้นงาน มีขอดี คือ จะทําใหไมเกิดความเคนภายในเนื้อวัสดุ แตถาใช น้ํายาหรือจุมไมถูกตองอาจจะทําใหชิ้นงานโคงงอได ความเรียบของผิวงานที่ไดจะอยูระหวาง 0.013 – 0.015 มิลลิเมตร ขั้นตอนการใชน้ํายาเคมีกัดผิวชิ้นงาน มีดังนี้ 1. ทําความสะอาดชิ้นงาน 2. ปดหนาผิวชิ้นงานสวนที่ไมตองการกัด โดยการมัดดวยแผนเทป (abrasive tape) หรือ เคลือบผิวดวยไฟฟา (electroplating) หรือพนดวยสารอินทรีย 3. นําชิ้นงานจุมลงในน้ํายาอาคาริน ซึง่ จะทําใหชิ้นงานรอนและกัดผิวงาน 4. ทําความสะอาดชิ้นงานและแกะเทปออก 2. ภาพหนาตัดชิ้นงานที่กัด ผิวที่ปองกันไว โลหะ

1. งานที่ไดจากการกัด 3. ความลึกของผิวงานที่กัด

รูปที่ 11.7 งานจากการกัดดวยเคมี ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา 189

204

11.7 การผลิตงานบางดวยวิธีเคมี (Chemical blanking) เปนการทําลวดลาย เจาะรูหรือทํารองลงบนโลหะแผนบาง โดยการใชสารเคมีกัดชิ้นงาน ในสวนที่ไมไดใชสารอินทรียปกปดไว ขั้นตอนในการทํา ทําความสะอาดชิ้นงานใหปราศจากไขมัน สนิม จากนั้นก็นําชิ้นงานไป แขวนไวในถังโลหะที่ใสน้ํายาตานการเกิดภาพ แลวนําขึ้นมาทําใหแหงนําแผนฟลมที่เปนภาพถาย ลวดลายหรือรูปรางของงานที่ตองการวางลงบนผิวชิ้นงานแลวเปดไฟแสงสีมวง ผิวชิ้นงานที่ถูก ไฟแสงสีมวงจะแข็งตัวน้ํายากัดไมได จากนั้นก็นําชิ้นงานไปเคลือบดวยน้ํายาเพื่อปองกันการถูกกัด อีกครั้งหนึ่ง ขั้นตอนสุดทายก็นําน้ํายากัดมาพนลงบนชิ้นงาน ในสวนชิ้นงานที่ไมไดถูกเคลือบก็จะ ถูกน้ํายากัดจนทะลุชิ้นงาน เสร็จแลวทําความสะอาดชิ้นงานและอบใหแหง วิธีนี้เหมาะกับโลหะที่มี ความหนานอยกวา 1.6 มม. ทําไดทั้งโลหะแข็ง เปราะ และมีตนทุนในการผลิตต่ํา แตตองมี ความสามารถในการทําภาพดวย ถังลาง งานเขา

งานออก

ชุดสั่นและฉีดชิ้นงาน

รูปที่ 11.8 เครื่องกัดแผนงานบางแนวนอน

รูปที่ 11.9 ตัวอยางชิ้นสวนบางที่กัดดวยสารเคมี ที่มา:ทวี,กรรมวิธีการผลิต,หนา 637

206 แบบทดสอบกอนเรียน-หลังเรียน ประจําหนวยที่ 11 เรื่อง กรรมวิธีการผลิตแบบพิเศษ ตอนที่ 1 จงทําเครื่องหมาย √ ลงในคําตอบที่ถูกที่สุดเพียงคําตอบเดียว 1. กรรมวิธีการผลิตแบบพิเศษ ความหมายตรงกับขอใดมากที่สุด ก. การผลิตที่แตกตางจากวิธีการผลิตแบบเดิมๆ ข. การผลิตชิ้นสวนบางอยางที่เครื่องมือพื้นฐานทําไมได ค. การใชเทคโนโลยีสมัยใหมชวยในการผลิต ง. การพัฒนาคิดคนเทคโนโลยีใหมๆ ขึ้นมาเฉพาะงาน 2. การขึ้นรูปไฟฟา แมพิมพแขวนอยูในถังน้ํายาอะไร ก. น้ําหลอเย็น ข. น้ํามันแร ค. น้ํามันสบู ง. น้ํายาอิเล็กโทรไลท 3. จุดประสงคของการพนโลหะเหลวคือขอใด ก. เพิ่มความหนา ความแข็งแรง ข. เพิ่มความแข็ง สวยงาม ค. เพิ่มความเหนียว ยืดหยุน ง. เพิ่มความหนา สวยงาม 4. กรรมวิธีในขอใดที่ตองการเพิ่มผิวชิ้นงานเพื่อใหมีความตานทานตอการกัดกรอน ก. การขึ้นรูปดวยไฟฟา ข. การพนโลหะเหลว ค. การพนโลหะผง ง. การพนดวยเปลวแกสรอน 5. กรรมวิธีในขอใดที่จะไมทําใหชิ้นงานบิดงอ ไมเกิดความเคนภายใน ก. การขึ้นรูปดวยไฟฟา ข. การพนโลหะเหลว ค. การพนโลหะผง ง. การพนดวยเปลวแกสรอน 6. ขอใดไมใชชิ้นงานที่ผลิตจากกรรมวิธีการผลิตงานจากผงโลหะ (Sintering) ก. เกลียว ข. เฟอง ค. ฟลเตอร ง. มีดกลึงเล็บ 7. การกัดดวยเคมี เปนกรรมวิธีที่ไดมีการพัฒนามาจากอุตสาหกรรมอะไร ก. อุตสาหกรรมยานยนต ข. อุตสาหกรรมเครื่องบิน ค. อุตสาหกรรมเครื่องมือกล ง. อุตสาหกรรมอิเล็กโทรนิกส

207 8. การกัดดวยเคมี ปริมาณของโลหะที่ถูกกัดออกมากหรือนอยขึ้นอยูกับอะไร ก. ความหนาของชิ้นงาน ข. ความเขมขนของเคมี ค. เวลา ง. อุณหภูมิ 9. การผลิตงานบางดวยวิธีเคมีเปนการทําลวดลายลงบนโลหะแผนบาง ในสวนที่ไมตองการกัด ใชสารอะไรปกปดไว ก. สารละลาย ข. สารเชิงทราย ค. สารเคมี ง. สารอินทรีย 10. ขอใด คือ ขั้นตอนสุดทายของการผลิตงานบางดวยวิธีเคมี ก. ทําความสะอาด ข. เปดแสงไฟสอง ค. นําน้ํายากัดพนลงบนชิ้นงาน ง. ใสชิ้นงานลงในถังน้ํายาตานการเกิดภาพ ตอนที่ 2 จงตอบคําถามตอไปนี้โดยการอธิบายสั้นๆพอเขาใจ 1. กรรมวิธีการผลิตแบบพิเศษ มีขั้นตอนการทําขั้นตอนแรกที่เหมือนๆ กันคือ .............................. ............................................................................................................................................................

2. จงบอกตัวอยางงานที่ผานกรรมวิธีการขึ้นรูปดวยไฟฟามา 2 ตัวอยางงาน..................................... ............................................................................................................................................................

3. การพนโลหะเหลว จะใชโลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ํา เชน ..............................................................

4. การพนโลหะผงซึ่งในบางครั้งเรียกกรรมวิธีนี้วา ............................................................................

5. การพนดวยเปลวแกสรอน กรรมวิธีนี้จะใชแกสอะไรในการหลอมละลายผงโลหะ ...................... .............................................................................................................................................................

6. จงอธิบายขั้นตอนการผลิตงานจากผงโลหะมาโดยสังเขป .............................................................. .............................................................................................................................................................

7. การกัดดวยเคมี สําหรับชิ้นงานที่มีลวดลายที่ซับซอนจะเคลือบผิวสวนที่ไมตองการกัดดวยวิธี อะไร ...................................................................................................................................................

8. วัตถุประสงคของการกัดดวยเคมีคืออะไร........................................................................................

9. กรรมวิธีการผลิตงานบางดวยวิธีเคมี จะใชไฟสีอะไรในขบวนการผลิต .........................................

10. จงอธิบายหลักการของการผลิตงานบางดวยวิธีเคมี ...................................................................... .............................................................................................................................................................