หนวยที่ 11 ชื่อเรื่อง กรรมวิธีการผลิตแบบพิเศษ (Special process) หัวขอเรื่องยอย 11.1 การขึ้นรูปดวยไฟฟา 11.2 การพนโลหะเหลว 11.3 การพนโลหะผง 11.4 การพนดวยเปลวแกสรอน 11.5 การผลิตงานจากผงโลหะ 11.6 การกัดดวยเคมี 11.7 การผลิตงานบางดวยวิธเี คมี จุดประสงคเชิงพฤติกรรม 1. อธิบายการขึ้นรูปดวยไฟฟาได 2. อธิบายการพนโลหะเหลวได 3. อธิบายการพนโลหะผงได 4. อธิบายการพนดวยเปลวแกสรอนได 5. อธิบายการผลิตงานจากผงโลหะได 6. อธิบายการกัดดวยเคมีได 7. อธิบายการผลิตงานบางดวยวิธีเคมีได กิจกรรมหลัก 1. ครูนําเขาสูบทเรียน 2. นักเรียนทําแบบทดสอบกอนเรียน
198 3. นักเรียนศึกษาเนื้อหาจากเอกสารประกอบการสอน - แบงกลุมนักเรียนกลุมละ 4-5 คน - ศึกษาเนื้อหาสาระการเรียน - อภิปรายหนาชั้นเรียน - ครูสรุปเนื้อหาสาระการเรียนประจําหนวย 4. นักเรียนทําแบบทดสอบหลังเรียน 5. ครูและนักเรียนตรวจแบบทดสอบ
199 กรรมวิธีการผลิตแบบพิเศษ (Special process) กรรมวิธีการผลิตในปจจุบันไดมีการพัฒนาคิดคนเทคโนโลยีใหมๆขึ้นมาเฉพาะงาน เพื่อที่ จะไดงานนั้นมีคุณภาพดีที่สดุ และตนทุนในการผลิตต่ํา เชน การขึ้นรูปดวยไฟฟา การพนโลหะ การกัดชิ้นงานใหบางดวยวิธีเคมี การทําแมพิมพลวดลายดวยเคมี เปนตน 11.1 การขึ้นรูปดวยไฟฟา (Electro – forming process) เปนวิธีการขึ้นรูปโลหะดวยไฟฟาซึ่งมีลักษณะเหมือนกับการชุบโลหะ โดยเกิดการแยกสลาย ตัวโลหะจะไปเกาะบนแมพิมพ จากนั้นก็แกะชิ้นงานออกจากแมพิมพ ชิ้นงานที่ไดจะมีความบาง ผิวดานในเรียบหรือมีรูปทรงตามแบบ ของแมพิมพ เชน กรวยปากแตร ชิ้นงานทรงกลม หมวกที่หัวปากกา หรือชิ้นงานทรงเหลี่ยม เปนตน การขึ้นรูปดวยไฟฟาขั้นแรกจะตองทําแมพิมพหรือกระสวนทําจากโลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ํา เชน อลูมิเนียม สังกะสีผสม พลาสติกหรือขี้ผึ้ง ซึ่งจะตองฉาบผิวดวยแกรไฟตเพื่อทําใหเปนตัวนํา ไฟฟา จากนั้นก็นําแมพิมพไปแขวนไวในถังที่ใสน้ํายาอิเล็กโทรไลท ขณะเดียวกันก็แขวนวัสดุที่ ตองการใหละลายไปเกาะแมพิมพอยูใกลกัน เชน เงิน สังกะสี ตะกั่ว ทองแดง นิกเกิล ดีบุก เหล็ก เปนตน ปลอยกระแสไฟฟาเขาไปก็จะเกิดกระบวนการทางไฟฟาเคมี โดยโลหะที่ตองการละลาย ไปเกาะติดแมพิมพ เมื่อไดความหนาตามที่ตองการแลวก็นําแมพิมพออกจากถังน้ํายา แกะงานออก จากแมพิมพก็จะไดชิ้นงานสําเร็จ ชุดวัดอุณหภูมิ
ราวขั้วบวก ราวขั้วลบ น้ํายาอิเล็กโทรไลท แท็งกน้ํายาบริสุทธิ์
ทออากาศ ทําใหน้ํากระเพื่อม
แมพิมพ
แทงโลหะบริสุทธิ์ (นิเกิล)
รูปที่ 11.1 การขึ้นรูปดวยไฟฟา ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา 191
200 11.2 การพนโลหะเหลว (Metallizing) การพนโลหะเหลวเปนกรรมวิธีเพื่อเพิ่มความหนาหรือความแข็งใหกับชิ้นงาน โดยการพน โลหะที่ถูกหลอมละลายลงบนผิวชิ้นงาน โลหะที่ใชพนเชน อะลูมิเนียม เหล็ก บรอนช นิเกิล เปนตน หลักการทํางานของเครื่องพนโลหะเหลว หัวยิงโลหะเหลว (Spray gun ) ดังในภาพ 11.2 จะประกอบดวยรูที่ใชสําหรับใสลวดโลหะ ทอแกส ออกซิ-อะเซทิลีนและทอลม เมื่อตองการจะพน โลหะเหลวบนผิวชิ้นงานลวดโลหะที่ใสเขาไปในหัวยิง จะถูกหลอมละลายโดยความรอนของแกส ออกซิ-อะเซทิลีน แลวเปดลมเพื่อดันใหโลหะเหลวไปเกาะติดที่ผิวงานที่ตองการ หัวยิงโลหะเหลว สามารถพนไดไกลประมาณ 100-200 มม. และสามารถพนทับไดหลายชั้นตามความหนาที่ตองการ
โลหะที่เคลือบ
แรงดันอากาศ แกสออกซิ-อะเซทิลีน ลวด
พื้นวัสดุ
รูปที่ 11.2 แผนภาพหัวยิงโลหะเหลว ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา 191
11.3 การพนโลหะผง (Metal power spraying) กรรมวิธีพนโลหะผงบางครั้งเรียกวา เทอรโมสเปรย (Thermospray) เปนการนําผงโลหะ เชน สแตนเลส บรอนซ ทังสเตนคารไบด หรือโลหะผสมอื่นๆ มาหลอมละลายแลวพนลงบนผิวชิ้นงาน เพื่อใหผิวชิ้นงานมีความตานทานตอการกัดกรอน การเกิดออกซิเดชันและการสึกหรอ หลักการทํางานคลายกับการพนโลหะเหลว โดยการนําผงโลหะใสเขาไปในหัวยิง แลวใช ความรอนจากแกสอะเซทิลีนหรือแกสไฮโดรเจน จนผงโลหะหลอมละลายออกไปเกาะบน ผิวชิ้นงาน
201
รูปที่ 11.3 แสดงปนพนแบบใชอุณหภูมิสําหรับพนโลหะผง http://www.acme-inter.com/framespray_th.html
11.4 การพนดวยเปลวแกสรอน (Plasma frame spraying) กรรมวิธีนี้ก็มีลักษณะคลายกับการพนดวยผงโลหะ แตกตางกันอยูที่กรรมวิธีนี้ การหลอม ละลายผงโลหะจะใชทั้งระบบไฟฟาและแกส สําหรับแกสที่ใช เชน แกสไนโตรเจน หรือ แกสไฮโดรเจนหรือแกสอากอน โดยจะพนผานประกายไฟฟาซึ่งทําใหเกิดความรอนสูงถึง 17,000 องศาเซลเซียส ผงโลหะจะถูกปลอยเขาสูลําแกสดวยความเร็วสูง ผงโลหะที่นยิ มใชเคลือบงาน เชน ทังสเตน โคบอลต โครเมียม ไฮโรเนียม และอลูมิเนียออกไซด ความสําเร็จของกรรมวิธีนี้คือ ไมทําใหชิ้นงานบิดงอ ไมเกิดความเคนภายใน สามารถนําไปใช กับผงโลหะอื่นๆไดหรือแมกระทั่งวัสดุที่ไมใชโลหะ เชน ไม หรือ แกว ที่ยึดหัวยิง
ปอนผงโลหะ เปลว พลาสมา
หัวฉีดอิเล็กโทรด หัวยิง อิเล็กโทรด โลหะเคลือบ พื้นวัสดุ แกสพลาสมา
สารหมุนเวียนน้ําหลอเย็น
รูปที่ 11.4 ภาพแสดงปนพนเปลวกาชรอน ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา 192
202 11.5 การผลิตงานจากผงโลหะ (Sintering) การผลิตชิ้นงานจากผงโลหะซึง่ ไดจากการ บด กัด กลึง อัด หรือพน จากโลหะชนิดตางๆ เชน ทองเหลือง ทองแดง เหล็ก บรอนช เงิน นิกเกิล ทังสเตน หรืออะลูมิเนียม เปนตน กรรมวิธีการผลิตชิ้นงานจากผงโลหะ กระทําโดยนําผงโลหะมาอัดขึน้ รูปในแมพิมพดวย แรงดันสูง จะทําใหไดชิ้นงานที่มีคุณสมบัติพิเศษเหมาะสมกับการนําไปใชงานตางๆ ชิ้นงานที่ผลิตจากกรรมวิธีอัดผงโลหะ เชน แบริ่งที่หลอลื่นในตัวเอง ลูกเบี้ยว ฟลเตอร เฟอง มีดกลึงเล็บ หรือชิ้นงานที่ตองการทนตอความรอนสูง เปนตน ขั้นตอนการผลิตชิ้นงานจากผงโลหะโดยวิธีทางกล 1) เตรียมผงโลหะที่ตองการอัดอาจจะเปนชนิดเดียวหรือหลายชนิดก็ได แลวผสมกับสาร หลอลื่น เชน Stearie acid เพื่อใหสามารถถอดชิ้นงานจากแมพิมพไดงาย 2) นําผงโลหะใสลงในแมพิมพ (A) 3) กดอัดแมพิมพดวยแรงดันสูงประมาณ 15-50 ตันตอตารางนิ้ว (B) 4) ถอดชิ้นงานออกจากแมพิมพ (C) 5) นําชิ้นงานไปอบที่อุณหภูมิ 1,500-2,300 องศาเซลเซียสประมาณ 30 นาทีถึง2 ชั่วโมง (D) 6) นําชิน้ งานมาอัดหรือตกแตงใหไดขนาดตามที่ตองการ (E)
ใสผงโลหะ
อัดขึ้นรูป
ดันงานออก
รูปที่ 11.5 ขั้นตอนการอัดขึ้นรูปผงโลหะ
อบ
อัดเพื่อตกแตง
203
รูปที่ 11.6 ตัวอยางชิ้นงานที่ผลิตจากผงโลหะ 11.6 การกัดดวยเคมี (Chemical milling) การกัดผิวชิ้นงานใหบางลงหรือเรียวลงเพื่อลดน้ําหนัก เชน การผลิตชิ้นสวนเครื่องบินซึ่งมี ความซับซอน จะใชน้ํายาเคมีกัดผิวชิ้นงานออก การใชน้ํายาเคมีกัดผิวชิ้นงาน มีขอดี คือ จะทําใหไมเกิดความเคนภายในเนื้อวัสดุ แตถาใช น้ํายาหรือจุมไมถูกตองอาจจะทําใหชิ้นงานโคงงอได ความเรียบของผิวงานที่ไดจะอยูระหวาง 0.013 – 0.015 มิลลิเมตร ขั้นตอนการใชน้ํายาเคมีกัดผิวชิ้นงาน มีดังนี้ 1. ทําความสะอาดชิ้นงาน 2. ปดหนาผิวชิ้นงานสวนที่ไมตองการกัด โดยการมัดดวยแผนเทป (abrasive tape) หรือ เคลือบผิวดวยไฟฟา (electroplating) หรือพนดวยสารอินทรีย 3. นําชิ้นงานจุมลงในน้ํายาอาคาริน ซึง่ จะทําใหชิ้นงานรอนและกัดผิวงาน 4. ทําความสะอาดชิ้นงานและแกะเทปออก 2. ภาพหนาตัดชิ้นงานที่กัด ผิวที่ปองกันไว โลหะ
1. งานที่ไดจากการกัด 3. ความลึกของผิวงานที่กัด
รูปที่ 11.7 งานจากการกัดดวยเคมี ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา 189
204
11.7 การผลิตงานบางดวยวิธีเคมี (Chemical blanking) เปนการทําลวดลาย เจาะรูหรือทํารองลงบนโลหะแผนบาง โดยการใชสารเคมีกัดชิ้นงาน ในสวนที่ไมไดใชสารอินทรียปกปดไว ขั้นตอนในการทํา ทําความสะอาดชิ้นงานใหปราศจากไขมัน สนิม จากนั้นก็นําชิ้นงานไป แขวนไวในถังโลหะที่ใสน้ํายาตานการเกิดภาพ แลวนําขึ้นมาทําใหแหงนําแผนฟลมที่เปนภาพถาย ลวดลายหรือรูปรางของงานที่ตองการวางลงบนผิวชิ้นงานแลวเปดไฟแสงสีมวง ผิวชิ้นงานที่ถูก ไฟแสงสีมวงจะแข็งตัวน้ํายากัดไมได จากนั้นก็นําชิ้นงานไปเคลือบดวยน้ํายาเพื่อปองกันการถูกกัด อีกครั้งหนึ่ง ขั้นตอนสุดทายก็นําน้ํายากัดมาพนลงบนชิ้นงาน ในสวนชิ้นงานที่ไมไดถูกเคลือบก็จะ ถูกน้ํายากัดจนทะลุชิ้นงาน เสร็จแลวทําความสะอาดชิ้นงานและอบใหแหง วิธีนี้เหมาะกับโลหะที่มี ความหนานอยกวา 1.6 มม. ทําไดทั้งโลหะแข็ง เปราะ และมีตนทุนในการผลิตต่ํา แตตองมี ความสามารถในการทําภาพดวย ถังลาง งานเขา
งานออก
ชุดสั่นและฉีดชิ้นงาน
รูปที่ 11.8 เครื่องกัดแผนงานบางแนวนอน
รูปที่ 11.9 ตัวอยางชิ้นสวนบางที่กัดดวยสารเคมี ที่มา:ทวี,กรรมวิธีการผลิต,หนา 637
206 แบบทดสอบกอนเรียน-หลังเรียน ประจําหนวยที่ 11 เรื่อง กรรมวิธีการผลิตแบบพิเศษ ตอนที่ 1 จงทําเครื่องหมาย √ ลงในคําตอบที่ถูกที่สุดเพียงคําตอบเดียว 1. กรรมวิธีการผลิตแบบพิเศษ ความหมายตรงกับขอใดมากที่สุด ก. การผลิตที่แตกตางจากวิธีการผลิตแบบเดิมๆ ข. การผลิตชิ้นสวนบางอยางที่เครื่องมือพื้นฐานทําไมได ค. การใชเทคโนโลยีสมัยใหมชวยในการผลิต ง. การพัฒนาคิดคนเทคโนโลยีใหมๆ ขึ้นมาเฉพาะงาน 2. การขึ้นรูปไฟฟา แมพิมพแขวนอยูในถังน้ํายาอะไร ก. น้ําหลอเย็น ข. น้ํามันแร ค. น้ํามันสบู ง. น้ํายาอิเล็กโทรไลท 3. จุดประสงคของการพนโลหะเหลวคือขอใด ก. เพิ่มความหนา ความแข็งแรง ข. เพิ่มความแข็ง สวยงาม ค. เพิ่มความเหนียว ยืดหยุน ง. เพิ่มความหนา สวยงาม 4. กรรมวิธีในขอใดที่ตองการเพิ่มผิวชิ้นงานเพื่อใหมีความตานทานตอการกัดกรอน ก. การขึ้นรูปดวยไฟฟา ข. การพนโลหะเหลว ค. การพนโลหะผง ง. การพนดวยเปลวแกสรอน 5. กรรมวิธีในขอใดที่จะไมทําใหชิ้นงานบิดงอ ไมเกิดความเคนภายใน ก. การขึ้นรูปดวยไฟฟา ข. การพนโลหะเหลว ค. การพนโลหะผง ง. การพนดวยเปลวแกสรอน 6. ขอใดไมใชชิ้นงานที่ผลิตจากกรรมวิธีการผลิตงานจากผงโลหะ (Sintering) ก. เกลียว ข. เฟอง ค. ฟลเตอร ง. มีดกลึงเล็บ 7. การกัดดวยเคมี เปนกรรมวิธีที่ไดมีการพัฒนามาจากอุตสาหกรรมอะไร ก. อุตสาหกรรมยานยนต ข. อุตสาหกรรมเครื่องบิน ค. อุตสาหกรรมเครื่องมือกล ง. อุตสาหกรรมอิเล็กโทรนิกส
207 8. การกัดดวยเคมี ปริมาณของโลหะที่ถูกกัดออกมากหรือนอยขึ้นอยูกับอะไร ก. ความหนาของชิ้นงาน ข. ความเขมขนของเคมี ค. เวลา ง. อุณหภูมิ 9. การผลิตงานบางดวยวิธีเคมีเปนการทําลวดลายลงบนโลหะแผนบาง ในสวนที่ไมตองการกัด ใชสารอะไรปกปดไว ก. สารละลาย ข. สารเชิงทราย ค. สารเคมี ง. สารอินทรีย 10. ขอใด คือ ขั้นตอนสุดทายของการผลิตงานบางดวยวิธีเคมี ก. ทําความสะอาด ข. เปดแสงไฟสอง ค. นําน้ํายากัดพนลงบนชิ้นงาน ง. ใสชิ้นงานลงในถังน้ํายาตานการเกิดภาพ ตอนที่ 2 จงตอบคําถามตอไปนี้โดยการอธิบายสั้นๆพอเขาใจ 1. กรรมวิธีการผลิตแบบพิเศษ มีขั้นตอนการทําขั้นตอนแรกที่เหมือนๆ กันคือ .............................. ............................................................................................................................................................ 2. จงบอกตัวอยางงานที่ผานกรรมวิธีการขึ้นรูปดวยไฟฟามา 2 ตัวอยางงาน..................................... ............................................................................................................................................................ 3. การพนโลหะเหลว จะใชโลหะที่มีจุดหลอมเหลวต่ํา เชน .............................................................. 4. การพนโลหะผงซึ่งในบางครั้งเรียกกรรมวิธีนี้วา ............................................................................ 5. การพนดวยเปลวแกสรอน กรรมวิธีนี้จะใชแกสอะไรในการหลอมละลายผงโลหะ ...................... ............................................................................................................................................................. 6. จงอธิบายขั้นตอนการผลิตงานจากผงโลหะมาโดยสังเขป .............................................................. ............................................................................................................................................................. 7. การกัดดวยเคมี สําหรับชิ้นงานที่มีลวดลายที่ซับซอนจะเคลือบผิวสวนที่ไมตองการกัดดวยวิธี อะไร ................................................................................................................................................... 8. วัตถุประสงคของการกัดดวยเคมีคืออะไร........................................................................................ 9. กรรมวิธีการผลิตงานบางดวยวิธีเคมี จะใชไฟสีอะไรในขบวนการผลิต ......................................... 10. จงอธิบายหลักการของการผลิตงานบางดวยวิธีเคมี ...................................................................... .............................................................................................................................................................