กรรมวิธีเครื่องจรักพิเศษ

หนวยที่ 12 ชื่อเรื่อง กรรมวิธีการผลิตดวยเครื่องจักรพิเศษ (Special machining process) หัวขอเรื่องยอย 12.1 เครื่องอัลตราโซนิค (Ultrasonic machining) 12.2 เครื่องพนสารเชิงทราย (Abrasive – jet machining) 12.3 เครื่องพนน้ํา (Water jet machining) 12.4 เครื่อง อี ดี เอ็ม (Electrical discharge machining : EDM) 12.5 เครื่องไฟฟาเคมีหรือ อี ซี เอ็ม (Electrochemical machining : ECM) 12.6 เครื่องยิงแสงเลเซอร (Laser beam machining) 12.7 เครื่องยิงแสงอิเล็กตรอน (Electron beam machining) 12.8 เครื่องเพิ่มความรอน (Elevated temperature machining) จุดประสงคเชิงพฤติกรรม 1. อธิบายเครื่องอัลตราโซนิคได 2. อธิบายเครื่องพนสารเชิงทรายได 3. อธิบายเครื่องพนน้ําได 4. อธิบายเครื่อง อี ดี เอ็มได 5. อธิบายเครื่องไฟฟาเคมีหรือ อี ซี เอ็มได 6. อธิบายเครือ่ งยิงแสงเลเซอรได 7. อธิบายเครื่องยิงแสงอิเล็กตรอนได 8. อธิบายเครื่องเพิ่มความรอนได กิจกรรมหลัก 1. ครูนําเขาสูบทเรียน 2. นักเรียนทําแบบทดสอบกอนเรียน

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

210 กรรมวิธีการผลิตดวยเครื่องจักรพิเศษ (Special machining process) กรรมวิธีการผลิตดวยเครื่องจักรพิเศษ เปนอีกวิธีหนึ่งที่ไดมีการพัฒนาขึ้นมาเพื่อใหเหมาะสม กับการผลิตชิ้นสวน ที่มีความแข็งสูงซึ่งจะไดชิ้นงานที่มีคุณภาพ ละเอียด เที่ยงตรงสูง สูญเสียเศษ โลหะนอย แตราคาของเครื่องจักร คอนขางแพง ซึ่งสามารถแบงวิธีการผลิตใหมได เปน 4 กลุม คือ การผลิตดวยเครื่องจักรกล (Mechanical) การผลิตดวยวิธีทางเคมี (Chemical) การผลิตดวย วิธีการไฟฟาเคมี (Electrochemical) และการผลิตดวยวิธีไฟฟาความรอน (Thermoelectric) 12.1 เครื่องอัลตราโซนิก (Ultrasonic machining) เครือ่ งอัลตราโซนิก เปนเครื่องที่ใชสําหรับตัดปาดเนื้อโลหะที่มีความแข็งและเปราะ เชน คารไบด เหล็กลาทําเครื่องมือ เซรามิก แกว เปนตน รูปแบบของงานที่เหมาะสม คือ การเจาะ การทํารองเกลียว การปม และการทําผิวหนาของแมพิมพทุกรูปแบบ ขอดีของการใชเครื่อง อัลตราโซนิก คือ ไมเกิดความเคนในเนื้อวัสดุและสามารถเจาะรูที่ไมกลมได เปนตน หลักการทํางานของเครื่องอัลตราโซนิก จะใชคลื่นเหนือเสียงความถี่สงู จากเครื่องแปลงกําลัง ทําใหมีดกัดซึง่ ทํามาจากทองเหลือง หรือเหล็กออน เกิดการสั่นสะเทือนดวยความถี่สูงประมาณ 20,000 – 30,000 เฮิรตซ(Hz) การเกิดการสั่นสะเทือนดวยความถี่สูงจะทําใหเม็ดสารเชิงทรายวิ่งเขา กระแทกผิวงานดวยความเร็วสูงจนผิวงานถูกตัดออก บริเวณที่ถูกตัดเฉือนจะถูกควบคุมดวยรูปราง ของมีดกัดซึง่ มีลักษณะตามรูปทรงของชิ้นงานที่ตองการ แหลงพลังงาน

หมอแปลงไฟฟา

เครื่องแปลงกําลังเปนการสั่นทางกล

มีดกัด

หัวจับมีดกัด ของเหลวผสมสารเชิงทราย ชิ้นงาน

รูปที่ 12.1 กระบวนการอัลตราโซนิก ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา 197

211 12.2 เครื่องพนสารเชิงทรายหรือการตัดปาดดวยลําฉีดความเร็วสูงของสารเชิงทราย (Abrasive-jet machining) เครื่องพนสารเชิงทราย ใชสําหรับตัด ลบคม และทําความสะอาดวัสดุที่แข็งและเปราะ โดยการพนสารเชิงทรายที่เปนผงละเอียด เชน ซิลิคอนคารไบด หรืออะลูมิเนียมออกไซด ซึง่ เปน สารเชิงทรายที่แข็งใชสําหรับตัดเจาะชิ้นงาน หรือใชสารเชิงทรายออน เชน โซเดียมไบคารบอเนต (Sodium bicarbonate) หรือโดโลไมท (Dolomite) ใชสําหรับทําความสะอาดผิวงาน หรือขัดผิวงาน หลักการทํางานของเครื่องพนสารเชิงทราย จะใชแรงดันของอากาศหรือแกสคารบอนพนสาร เชิงทรายผานหัวฉีดสารเชิงทรายที่มีรูขนาดเล็กมากดวยความเร็วสูงประมาณ 900–18,000 เมตร/นาที เม็ดสารเชิงทรายจะวิ่งเขาตัดผิวชิ้นงานไดตามรูปรางตามตองการ อากาศและผงสารเชิงทราย หัวฉีดสารเชิงทราย ขนาดรูเล็กมาก

รูปที่ 12.2 การพนผงอะลูมิเนียมออกไซด

รูปที่ 12.3 เครื่องพนทราย

212 12.3 เครื่องพนน้ําหรือการตัดปาดดวยลําน้ําฉีดความเร็วสูง (Water jet machining) กระบวนการนี้เปนการพนน้ําหรือพนของเหลวออกมาใหลําน้ําขนาดเล็กมีเสนผาศูนยกลาง ประมาณ 0.25 มม. และทํางานที่ความเร็วสูง 36,000-54,000 เมตรตอนาที ซึ่งความเร็วของ กระแสน้ําขนาดนี้ทําใหสามารถตัดไม พลาสติก ผา และในบางกรณีอาจจะตัดเซรามิกไดดวย แตกรรมวิธีนี้มีขอจํากัดคือขาดเครื่องปมที่เหมาะสม

รูป 12.4 เครื่องพนน้ํา 12.4 เครื่อง อี ดี เอ็ม (Electrical discharge machining : EDM) เครื่อง อี ดี เอ็ม เปนเครื่องจักรที่ใชสําหรับตัดปาดเนื้อโลหะออก โดยทําใหเกิดการสปารค (spark) ของกระแสไฟฟาระหวางตัวกัดกับชิ้นงานคลายกับการเชื่อมไฟฟา สามารถตัดหรือเจาะรู รูปทรงตางๆ บนชิ้นงาน ใชสําหรับผลิตแมพิมพ เฟอง ใบพัดเทอรไบด เปนตน หลักการทํางานของเครื่อง อี ดี เอ็ม เมื่อจายประจุไฟฟาระหวางขั้วลบซึง่ ตอเขากับตัวกัดหรือ แทงอิเล็กโทรด ซึ่งทํามาจากทองเหลือง ทองแดง กราไฟต ทังสเตนคารไบด เปนตน กับขั้วบวก ซึ่งตอเขากับชิ้นงานระยะหางระหวางแทงอิเล็กโทรดกับชิ้นงานจะทําใหเกิดการสปารคอยางรุนแรง และทําใหผิวชิ้นงานถูกตัดปาดออก เปนรูปรางตามลักษณะของแทงอิเล็กโทรด หรือตัวกัด การตัด ชิ้นงานดวยเครื่อง อี ดี เอ็ม จะตองใหชิ้นงานแชอยูในของเหลว เชน น้ํามันแร น้ํามันกาด ซึ่งทํา หนาที่เปนฉนวนไฟฟาและลางเศษโลหะที่เกิดจากการตัด

213

การปอนหัวกัด อัตโนมัติ ของเหลวที่เปน ฉนวนไฟฟาเขา อิเล็กโทรด

ชุดเพิ่มความเขมไฟฟา

ตัวตานทาน

ไฟฟาระบบดีซี

เศษโลหะออก งาน

รูปที่ 12.5 หลักการทํางานของ เครื่อง อี ดี เอ็ม ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา198

ระบบไฮดรอลิก แผงควบคุม

แทงอิเล็กโทรด ประตูเปดปดถังของเหลว

ชุดกรองฉนวนไฟฟา

ปมฉนวนไฟฟา

รูปที่ 12.6 เครื่อง อี ดี เอ็ม (EDM.) ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา 199

214 12.5 เครื่องไฟฟาเคมี (Electrochemical machining ) หรือเครื่อง อี ซี เอ็ม (ECM) การตัดปาดเนื้อโลหะดวยวิธีไฟฟาเคมี ใชหลักการเดียวกับการชุบเคลือบผิวดวยไฟฟา แตตา งกันที่การตัดปาดดวยไฟฟาเคมีจะใหชิ้นงานที่จะกัดเปนขั้วบวก และตัวกัดหรืออิเล็กโทรด เปนขั้วลบ ตัวกัดตองทําจากวัสดุที่สามารถนําไฟฟาที่ดี เชน ทองแดง ทองเหลือง แกรไฟต และ ทังสเตน แตนิยมใชทองแดง กรรมวิธีไฟฟาเคมีเหมาะสําหรับงานตัดหรือเจาะหรืองานทําแมพิมพที่มีรูปรางซับซอน ซึ่งทํา ดวยวิธีอื่นยาก ตัดไดทงั้ โลหะแข็งและเหนียวไมเกิดความเคนภายในเนื้อโลหะ หลักการทํางานของเครื่องไฟฟาเคมี เมื่อปลอยกระแสไฟฟาตรง (DC) ขนาด 10,000 แอมแปร ไปยังตัวกัดซึ่งเปนขั้วบวกและชิ้นงานทีเ่ ปนขั้วลบ จะทําใหเนื้อชิ้นงานถูกตัดออกและใชน้ํายา อิเล็กโทรไลท ที่เปนโซเดียมคลอไรด พนลงไปในชิ้นงานดวยแรงดัน 1.4 – 2.4 MPa เพื่อรักษา ชองวางระหวางผิวงานกับตัวกัดและชิ้นงานจะถูกกัดกรอนในอัตรา 0.01 ม. 3 /วินาที ซึ่งเร็วมาก แกนเลื่อนปอนกินงาน สายปอนอิเล็กโทรไลท

กระแสไฟฟาระบบดีซี ฉนวน ชุดจายพลังงาน

เครื่องมือกัดหรืออิเล็กโทรด น้ํายาอิเล็กโทรไลท งาน การแสไฟฟาระบบดีซี

รูปที่ 12.7 การทํางานเครื่อง อี ซี เอ็ม ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา200

12.6 เครื่องยิงแสงเลเซอร (Laser beam machining) เลเซอร ยอมาจาก “Light amplification by stimulated emission of radiation” เปนลําแสงที่มี ความเขมขนเดินทางโดยมีการเบี่ยงเบนของลําแสงนอยมาก ขบวนการตัดปาดดวยแสงเลเซอร จะใชลําแสงเลเซอรยิงไปยังชิ้นงาน ซึ่งสามารถสรางความ รอนไดถึง 75,000 องศาฟาเรนไฮท ชิ้นงานจะถูกหลอมละลายและถูกแรงดันออกไปดวยความเร็ว สูง สามารถเจาะรูขนาดเล็กมากๆ หรือตัดชิ้นสวนอุปกรณอิเล็กทรอนิกสได

215

หลักการทํางานของเครื่องยิงเลเซอร อากาศรอนและแกสไนโตรเจน เปนอุปกรณในการสราง ลําแสงและแทงรูบี (ruby rod) จะทําหนาที่เก็บและสงพลังแสงที่มีความเขมสูง ผานเลนสรวมแสงที่ อยูหนาหัวยิงใหไปตกบนชิ้นงาน ทอแกว

หลอดไฟ

ทอสุญญากาศ แทงรูบี

อากาศรอน แสงเลเซอร

แกสไนโตรเจน เปลือกกันสะทอน

เลนส

รูปที่ 12.8 อุปกรณผลิตแสงเลเซอร ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา201

เครื่องจักรประเภทนี้มีราคาแพงมากและการควบคุมการทํางานก็คอนขางยาก สําหรับปจจุบัน ไดมีพัฒนานําเครื่องยิงแสงเลเซอรมาประยุกตใชในการผลิตอยางกวางขวางขึ้น เชน การตัดโลหะ ดวยหัวตัดแกสและเพิ่มแสงเลเซอรเขาไป ทําใหสามารถตัดเหล็กไดหนากวา 10 มม. และมีตนทุน การผลิตต่ํา

ทอนําแสงเลเซอร ทอนําแกส

งาน

กระจกเงา เลนส ชุดประคองเลนส และแผนลบแรงกด แผนรับแรงกด หัวตัดออกชิเจน

รูปที่ 12.9 อุปกรณผลิตแสงเลเซอรสําหรับตัดโลหะ

216

รูปที่ 12.10 เครื่องยิงแสงเลเซอรสําหรับตัดโลหะ 12.7 เครื่องยิงแสงอิเล็กตรอน (Electron beam machining) เครื่องยิงแสงอิเล็กตรอน ใชหลักการเดียวกันกับเครื่องยิงแสงเลเซอร หลักการทํางานของ เครื่องยิงอิเล็กตรอน คือ ลําอิเล็กตรอนซึ่งมีพลังงานจลนจะเคลื่อนที่ดวยความเร็ว 16,000 กิโลเมตร ตอวินาที จะถูกเปลี่ยนเปนพลังงานความรอน เมื่อลําอิเล็กตรอนที่มีขนาดเล็กกระทบผิวงานจะเกิด ความรอนสูงกวาจุดเดือดของชิ้นงาน จะทําใหชิ้นงานถูกลําแสงกลายเปนไอและเกิดรูบนชิ้นงาน วิธีการนี้จะใชผลิตรูขนาดเล็กมากๆ หรือตัดชิ้นงานในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร (semiconductor) หรือการทําเครื่องประดับ เชน เพชร พลอย เปนตน 12.8 เครื่องเพิ่มความรอน (Elevated temperature machining) โลหะเมื่อไดรับความรอน ความเคนแรงเฉือนจะลดลงทําใหใชแรงในการตัดเฉือนลดลง สามารถใชความเร็วในการตัดชิ้นงานไดสูงกวาปกติเวลาในการทํางานลดลง การเพิ่มความรอน ใหกับชิ้นงานในขณะทําการตัดเฉือนจะใชเฉพาะในการตัดเฉือนโลหะแข็ง การเพิ่มความรอนใหกับชิ้นงาน มีหลายวิธี เชน วิธีผานกระแสไฟฟาในงาน วิธีประกายไฟฟา ใชเปลวไฟจากแกส การเหนี่ยวนําไฟฟา หรือความถี่เหนือเสียง เปนตน

217

อิเล็กโทรด

งาน มีดตัด อิเล็กโทรด

รูปที่ 12.11 การใหความรอนดวยความถี่เหนือเสียง จากรูปเปนการใหความรอนกับชิ้นงานดวยคลื่นความถี่เหนือเสียง ตรงบริเวณมีดตัดและเหนือ มีดตัดเล็กนอย ซึ่งเปนบริเวณที่ถูกทําใหเกิดความรอนสูง เมื่อปลอยกระแสไฟฟาผานอิเล็กโทรด

219

แบบทดสอบกอนเรียน-หลังเรียน ประจําหนวยที่ 12 เรื่อง กรรมวิธีการผลิตดวยเครื่องจักรพิเศษ ตอนที่ 1 จงทําเครื่องหมาย √ ลงในคําตอบที่ถูกที่สุดเพียงคําตอบเดียว 1. กรรมวิธีการผลิตดวยเครื่องจักรพิเศษไดพัฒนาขึ้นมาเพื่อใหเหมาะสมกับการผลิตชิ้นสวน ที่มีคุณบัติอยางไร ก. มีความเหนียว ข. มีความแข็งสูง ค. มีความเปราะ ง. มีความยืดหยุน 2. กรรมวิธีการผลิตใหมสามารถแบงไดเปน 4 กลุม ขอใดไมใช ก. การผลิตดวยวิธีทางเคมี ข. การผลิตดวยวิธีการไฟฟาเคมี ค. การผลิตดวยการหลอ ง. การผลิตดวยเครื่องจักรกล 3. เครื่องอัลตราโซนิค เปนกรรมวิธีการผลิตที่มีลักษณะการทํางานตรงกับขอใด ก. แบบสั่นสะเทือนของคลื่นเสียง ข. การพนของเหลวออกมาใหลําน้ําขนาดเล็ก ค. การทําใหเกิดประกายไฟฟาระหวางขั้วลบกับขั้วบวก ง. ขบวนการไฟฟาความรอน 4. การพนสารเชิงทรายที่เปนผงละเอียดสําหรับงานตัดเจาะสารเชิงทรายที่ใชคือ ก. ซิลิคอนคารไบด ข. โซเดียมไบคารบอเนต ค. โคโลไมท ง. คารไบด 5. เครื่อง อี ดี เอ็ม (EDM) ไมสามารถตัดหรือเจาะวัสดุจําพวกอะไรได ก. โลหะผสม ข. เซรามิก ค. โลหะออน ง. โลหะแข็ง 6. เครื่องไฟฟาเคมี (ECM) สวนมากนิยมใชวัสดุอะไรเปนหลักสําหรับทําตัวกัด ก. เหล็ก ข. ทองเหลือง ค. ทองแดง ง. ตะกั่ว 7. การผลิตชิ้นสวนของอิเล็กทรอนิกสการสื่อสาร จะใชเครื่องจักรพิเศษในขอใดทําการผลิต ก. เครื่องอัลตราโซนิก ข. เครื่องอี ดี เอ็ม (EDM) ค. เครื่องไฟฟาเคมี (ECM) ง. เครื่องยิงแสงเลเซอร

220

8. กรรมวีธกี ารผลิตดวยเครื่องจักรพิเศษ ขอใดที่เหมาะกับงานการเจาะหิน การทําเครื่องประดับ เพชร พลอย ก. เครื่องพนสารเชิงทราย ข. เครื่องยิงแสงอิเล็กตรอน ค. เครื่องยิงแสงเลเซอร ง. เครื่องพนน้ํา 9. เครื่องเพิ่มความรอน ในการทํางานสําหรับโลหะที่ไมใชเหล็กจะใชความรอนในขอใด ก. อะเชทิลีน ข. ไฟฟา ค. แกสหุงตม ง. แกสเฉื่อย 10. ถาตองการตัดโลหะที่มีความหนามากกวา 10 มม. ใหรวดเร็วเที่ยงตรงและตนทุนต่ํา ควรเลือก กรรมวิธีในขอใด ก. เครื่องเลื่อยสายพานแนวนอน ข. หัวตัดแกสติดแสงเลเซอร ค. เครื่องยิงแสงอิเล็กตรอน ง. เครื่องอัลตราโซนิค ตอนที่ 2 จงตอบคําถามตอไปนี้โดยการอธิบายสั้นๆพอเขาใจ 1. กรรมวิธีการผลิตดวยเครื่องจักรพิเศษ คือ อะไร……………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………..

2. เครื่องอัลตราโซนิกเหมาะกับการตัดปาดวัสดุชนิดไหนจงบอกมา 2 ชนิด................................... ..........................................................................................................................................................

3. กรรมวิธีอะไรที่ใชในการกัดหรือเจาะชิ้นงานดวยพลังของเสียง...................................................

4. สารเชิงทรายชนิดไหนที่นิยมนํามากัดชิ้นงาน…………………………………………………

5. เครื่องพนน้ําใชอะไรเปนตัวกัดหรือเจาะชิ้นงาน ............................................................................

6. กรรมวิธีอะไรที่ใชหลักการของไฟฟาขั้วบวกและขั้วลบ ทําใหเกิดการตัดหรือเจาะบนชิ้นงาน ... .............................................................................................................................................................

7. วัสดุที่ใชทําตัวกัดสําหรับเครื่องไฟฟาเคมี (ECM) จะตองมีคุณสมบัติอยางไร................................ .............................................................................................................................................................

8. เครื่องยิงแสงเลเซอรเหมาะกับการตัดวัสดุชิ้นงานชนิดใด.............................................................

9. จากพลังจลนแลวเปลี่ยนมาเปนพลังงานความรอน คือ กรรมวิธีของเครื่องจักรพิเศษแบบไหน..... .............................................................................................................................................................

10. เครื่องเพิ่มความรอนมีหลักการทํางานอยางไร.............................................................................. ……………………………………………………………………………………………………….