หนวยที่ 12

ชื่อเร่ือง กรรมวิธีการผลิตดวยเครื่องจักรพิเศษ (Special machining process) หัวขอเร่ืองยอย

12.1 เครื่องอัลตราโซนิค (Ultrasonic machining) 12.2 เครื่องพนสารเชิงทราย (Abrasive – jet machining) 12.3 เครื่องพนน้ํา (Water jet machining) 12.4 เครื่อง อี ดี เอ็ม (Electrical discharge machining : EDM) 12.5 เครื่องไฟฟาเคมีหรือ อี ซี เอ็ม (Electrochemical machining : ECM) 12.6 เครื่องยิงแสงเลเซอร (Laser beam machining) 12.7 เครื่องยิงแสงอิเล็กตรอน (Electron beam machining) 12.8 เครื่องเพ่ิมความรอน (Elevated temperature machining)

จุดประสงคเชิงพฤติกรรม

1. อธิบายเครื่องอัลตราโซนิคได 2. อธิบายเครื่องพนสารเชิงทรายได 3. อธิบายเครื่องพนน้ําได 4. อธิบายเครื่อง อี ดี เอ็มได 5. อธิบายเครื่องไฟฟาเคมีหรือ อี ซี เอ็มได 6. อธิบายเครือ่งยิงแสงเลเซอรได 7. อธิบายเครื่องยิงแสงอิเล็กตรอนได 8. อธิบายเครื่องเพ่ิมความรอนได

กิจกรรมหลัก 1. ครูนําเขาสูบทเรียน 2. นักเรียนทําแบบทดสอบกอนเรียน

3. นักเรียนศึกษาเนื้อหาจากเอกสารประกอบการสอน - แบงกลุมนักเรียนกลุมละ 4-5 คน - ศึกษาเนื้อหาสาระการเรียน - อภิปรายหนาช้ันเรียน - ครูสรุปเนื้อหาสาระการเรียนประจําหนวย 4. นักเรียนทําแบบทดสอบหลังเรียน 5. ครูและนักเรียนตรวจแบบทดสอบ

209

กรรมวิธีการผลิตดวยเคร่ืองจักรพิเศษ (Special machining process)

กรรมวิธีการผลิตดวยเครื่องจักรพิเศษ เปนอีกวิธีหนึ่งท่ีไดมีการพัฒนาขึ้นมาเพ่ือใหเหมาะสมกับการผลิตช้ินสวน ท่ีมีความแข็งสูงซ่ึงจะไดช้ินงานท่ีมีคุณภาพ ละเอียด เท่ียงตรงสูง สูญเสียเศษโลหะนอย แตราคาของเครื่องจักร คอนขางแพง ซ่ึงสามารถแบงวิธีการผลิตใหมได เปน 4 กลุม คือ การผลิตดวยเครื่องจักรกล (Mechanical) การผลิตดวยวิธีทางเคมี (Chemical) การผลิตดวยวิธีการไฟฟาเคมี (Electrochemical) และการผลิตดวยวิธีไฟฟาความรอน (Thermoelectric) 12.1 เคร่ืองอัลตราโซนิก (Ultrasonic machining) เครือ่งอัลตราโซนิก เปนเครื่องท่ีใชสําหรับตัดปาดเนื้อโลหะท่ีมีความแข็งและเปราะ เชน คารไบด เหล็กลาทําเครื่องมือ เซรามิก แกว เปนตน รูปแบบของงานท่ีเหมาะสม คือ การเจาะ การทํารองเกลียว การปม และการทําผิวหนาของแมพิมพทุกรูปแบบ ขอดีของการใชเครื่อง อัลตราโซนิก คือ ไมเกิดความเคนในเนื้อวัสดุและสามารถเจาะรูท่ีไมกลมได เปนตน หลักการทํางานของเครื่องอัลตราโซนิก จะใชคล่ืนเหนือเสียงความถ่ีสูงจากเครื่องแปลงกําลังทําใหมีดกัดซ่ึงทํามาจากทองเหลือง หรือเหล็กออน เกิดการส่ันสะเทือนดวยความถ่ีสูงประมาณ 20,000 – 30,000 เฮิรตซ(Hz) การเกิดการส่ันสะเทือนดวยความถ่ีสูงจะทําใหเม็ดสารเชิงทรายวิ่งเขากระแทกผิวงานดวยความเร็วสูงจนผิวงานถูกตัดออก บริเวณท่ีถูกตัดเฉือนจะถูกควบคุมดวยรูปรางของมีดกัดซ่ึงมีลักษณะตามรูปทรงของช้ินงานท่ีตองการ

รูปท่ี 12.1 กระบวนการอัลตราโซนิก

แหลงพลังงาน

หัวจับมีดกัด

เครื่องแปลงกําลังเปนการสั่นทางกล

หมอแปลงไฟฟา

มีดกัด ของเหลวผสมสารเชิงทราย

ช้ินงาน

210

ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา 197

12.2 เคร่ืองพนสารเชิงทรายหรือการตัดปาดดวยลําฉีดความเร็วสูงของสารเชิงทราย (Abrasive-jet machining) เครื่องพนสารเชิงทราย ใชสําหรับตัด ลบคม และทําความสะอาดวัสดุท่ีแข็งและเปราะ โดยการพนสารเชิงทรายท่ีเปนผงละเอียด เชน ซิลิคอนคารไบด หรืออะลูมิเนียมออกไซด ซ่ึงเปนสารเชิงทรายท่ีแข็งใชสําหรับตัดเจาะช้ินงาน หรือใชสารเชิงทรายออน เชน โซเดียมไบคารบอเนต (Sodium bicarbonate) หรือโดโลไมท (Dolomite) ใชสําหรับทําความสะอาดผิวงาน หรือขัดผิวงาน หลักการทํางานของเครื่องพนสารเชิงทราย จะใชแรงดันของอากาศหรือแกสคารบอนพนสารเชิงทรายผานหัวฉีดสารเชิงทรายท่ีมีรูขนาดเล็กมากดวยความเร็วสูงประมาณ 900–18,000 เมตร/นาที เม็ดสารเชิงทรายจะวิ่งเขาตัดผิวช้ินงานไดตามรูปรางตามตองการ

รูปท่ี 12.2 การพนผงอะลูมิเนียมออกไซด

รูปท่ี 12.3 เครื่องพนทราย

อากาศและผงสารเชิงทราย

หัวฉีดสารเชิงทราย ขนาดรูเล็กมาก

211

12.3 เคร่ืองพนน้ําหรือการตัดปาดดวยลําน้ําฉีดความเร็วสูง (Water jet machining) กระบวนการนี้เปนการพนน้ําหรือพนของเหลวออกมาใหลําน้ําขนาดเล็กมีเสนผาศูนยกลางประมาณ 0.25 มม. และทํางานท่ีความเร็วสูง 36,000-54,000 เมตรตอนาที ซ่ึงความเร็วของกระแสน้ําขนาดนี้ทําใหสามารถตดัไม พลาสติก ผา และในบางกรณีอาจจะตัดเซรามิกไดดวย แตกรรมวิธีนี้มีขอจํากัดคือขาดเครื่องปมท่ีเหมาะสม

รูป 12.4 เครื่องพนน้ํา

12.4 เคร่ือง อี ดี เอ็ม (Electrical discharge machining : EDM) เครื่อง อี ดี เอ็ม เปนเครื่องจักรท่ีใชสําหรับตัดปาดเนื้อโลหะออก โดยทําใหเกิดการสปารค (spark) ของกระแสไฟฟาระหวางตัวกัดกับช้ินงานคลายกับการเช่ือมไฟฟา สามารถตัดหรือเจาะรู รูปทรงตางๆ บนช้ินงาน ใชสําหรับผลิตแมพิมพ เฟอง ใบพัดเทอรไบด เปนตน หลักการทํางานของเครื่อง อี ดี เอ็ม เม่ือจายประจุไฟฟาระหวางขั้วลบซ่ึงตอเขากับตัวกัดหรือแทงอิเล็กโทรด ซ่ึงทํามาจากทองเหลือง ทองแดง กราไฟต ทังสเตนคารไบด เปนตน กับขั้วบวกซ่ึงตอเขากับช้ินงานระยะหางระหวางแทงอิเล็กโทรดกับช้ินงานจะทําใหเกิดการสปารคอยางรุนแรงและทําใหผิวช้ินงานถูกตดัปาดออก เปนรูปรางตามลักษณะของแทงอิเล็กโทรด หรือตัวกัด การตัดช้ินงานดวยเครื่อง อี ดี เอ็ม จะตองใหช้ินงานแชอยูในของเหลว เชน น้ํามันแร น้ํามันกาด ซ่ึงทําหนาท่ีเปนฉนวนไฟฟาและลางเศษโลหะท่ีเกิดจากการตัด

212

รูปท่ี 12.5 หลักการทํางานของ เครื่อง อี ดี เอ็ม

รูปท่ี 12.6 เครื่อง อี ดี เอ็ม (EDM.)

เศษโลหะออก

อิเล็กโทรด

ของเหลวท่ีเปน ฉนวนไฟฟาเขา

อัตโนมัติ

ชุดเพิ่มความเขมไฟฟา

การปอนหัวกัด

ตัวตานทาน

งาน

ไฟฟาระบบดีซี

213

ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา198

ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา 199

แทงอิเล็กโทรด

ระบบไฮดรอลิก

แผงควบคุม

ปมฉนวนไฟฟา

ชุดกรองฉนวนไฟฟา

ประตูเปดปดถังของเหลว

12.5 เคร่ืองไฟฟาเคมี (Electrochemical machining ) หรือเคร่ือง อี ซี เอ็ม (ECM) การตัดปาดเนื้อโลหะดวยวิธีไฟฟาเคมี ใชหลักการเดียวกับการชุบเคลือบผิวดวยไฟฟา แตตางกันท่ีการตัดปาดดวยไฟฟาเคมีจะใหช้ินงานท่ีจะกัดเปนขั้วบวก และตัวกัดหรืออิเล็กโทรดเปนขั้วลบ ตัวกัดตองทําจากวัสดุท่ีสามารถนําไฟฟาท่ีดี เชน ทองแดง ทองเหลือง แกรไฟต และทังสเตน แตนิยมใชทองแดง กรรมวิธีไฟฟาเคมีเหมาะสําหรับงานตัดหรือเจาะหรืองานทําแมพิมพท่ีมีรูปรางซับซอน ซ่ึงทําดวยวิธีอ่ืนยาก ตัดไดท้ังโลหะแข็งและเหนียวไมเกิดความเคนภายในเนื้อโลหะ หลักการทํางานของเครื่องไฟฟาเคมี เม่ือปลอยกระแสไฟฟาตรง (DC) ขนาด 10,000 แอมแปร ไปยังตัวกัดซ่ึงเปนขั้วบวกและช้ินงานท่ีเปนขั้วลบ จะทําใหเนื้อช้ินงานถูกตัดออกและใชน้ํายา อิเล็กโทรไลท ท่ีเปนโซเดียมคลอไรด พนลงไปในช้ินงานดวยแรงดัน 1.4 – 2.4 MPa เพ่ือรักษาชองวางระหวางผิวงานกับตัวกัดและช้ินงานจะถูกกัดกรอนในอัตรา 0.01 ม. 3 /วินาที ซ่ึงเร็วมาก

รูปท่ี 12.7 การทํางานเครื่อง อี ซี เอ็ม 12.6 เคร่ืองยิงแสงเลเซอร (Laser beam machining) เลเซอร ยอมาจาก “Light amplification by stimulated emission of radiation” เปนลําแสงท่ีมีความเขมขนเดินทางโดยมีการเบ่ียงเบนของลําแสงนอยมาก ขบวนการตัดปาดดวยแสงเลเซอร จะใชลําแสงเลเซอรยิงไปยังช้ินงาน ซ่ึงสามารถสรางความรอนไดถึง 75,000 องศาฟาเรนไฮท ช้ินงานจะถูกหลอมละลายและถูกแรงดันออกไปดวยความเร็วสูง สามารถเจาะรูขนาดเล็กมากๆ หรือตัดช้ินสวนอุปกรณอิเล็กทรอนิกสได

ฉนวน

แกนเลื่อนปอนกินงาน สายปอนอิเล็กโทรไลท

เครื่องมือกัดหรืออิเล็กโทรด น้ํายาอิเล็กโทรไลท

งาน

กระแสไฟฟาระบบดีซี

ชุดจายพลังงาน

การแสไฟฟาระบบดีซ ี

214

ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา200

หลักการทํางานของเครื่องยิงเลเซอร อากาศรอนและแกสไนโตรเจน เปนอุปกรณในการสรางลําแสงและแทงรูบี (ruby rod) จะทําหนาท่ีเกบ็และสงพลังแสงท่ีมีความเขมสูง ผานเลนสรวมแสงท่ีอยูหนาหัวยิงใหไปตกบนช้ินงาน

รูปท่ี 12.8 อุปกรณผลิตแสงเลเซอร เครื่องจักรประเภทนี้มีราคาแพงมากและการควบคุมการทํางานก็คอนขางยาก สําหรับปจจุบันไดมีพัฒนานําเครื่องยิงแสงเลเซอรมาประยุกตใชในการผลิตอยางกวางขวางขึ้น เชน การตัดโลหะดวยหัวตัดแกสและเพ่ิมแสงเลเซอรเขาไป ทําใหสามารถตัดเหล็กไดหนากวา 10 มม. และมีตนทุนการผลิตต่ํา

รูปท่ี 12.9 อุปกรณผลิตแสงเลเซอรสําหรับตัดโลหะ

อากาศรอน

ทอสุญญากาศ

แทงรูบี

แสงเลเซอร

เลนส เปลือกกันสะทอน

หลอดไฟ

แกสไนโตรเจน

ทอแกว

เลนส ชุดประคองเลนส

แผนรับแรงกด และแผนลบแรงกด

หัวตัดออกชิเจน

ทอนําแสงเลเซอร ทอนําแกส

งาน

กระจกเงา

215

ที่มา:ประเวศ,กรรมวิธีการผลิต,หนา201

รูปท่ี 12.10 เครื่องยิงแสงเลเซอรสําหรับตัดโลหะ 12.7 เคร่ืองยิงแสงอิเล็กตรอน (Electron beam machining) เครื่องยิงแสงอิเล็กตรอน ใชหลักการเดียวกันกับเครื่องยิงแสงเลเซอร หลักการทํางานของเครื่องยิงอิเล็กตรอน คือ ลําอิเล็กตรอนซ่ึงมีพลังงานจลนจะเคล่ือนท่ีดวยความเร็ว 16,000 กิโลเมตรตอวินาที จะถูกเปล่ียนเปนพลังงานความรอน เม่ือลําอิเล็กตรอนท่ีมีขนาดเล็กกระทบผิวงานจะเกิดความรอนสูงกวาจุดเดือดของช้ินงาน จะทําใหช้ินงานถูกลําแสงกลายเปนไอและเกิดรูบนช้ินงาน วิธีการนี้จะใชผลิตรูขนาดเล็กมากๆ หรือตัดช้ินงานในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร(semiconductor) หรือการทําเครื่องประดับ เชน เพชร พลอย เปนตน

12.8 เคร่ืองเพ่ิมความรอน (Elevated temperature machining) โลหะเม่ือไดรับความรอน ความเคนแรงเฉือนจะลดลงทําใหใชแรงในการตัดเฉือนลดลง สามารถใชความเรว็ในการตัดช้ินงานไดสูงกวาปกตเิวลาในการทํางานลดลง การเพ่ิมความรอนใหกับช้ินงานในขณะทําการตัดเฉือนจะใชเฉพาะในการตัดเฉือนโลหะแข็ง การเพ่ิมความรอนใหกับช้ินงาน มีหลายวิธี เชน วิธีผานกระแสไฟฟาในงาน วธีิประกายไฟฟา ใชเปลวไฟจากแกส การเหนี่ยวนําไฟฟา หรือความถ่ีเหนือเสียง เปนตน

216

รูปท่ี 12.11 การใหความรอนดวยความถ่ีเหนือเสียง จากรูปเปนการใหความรอนกับช้ินงานดวยคล่ืนความถ่ีเหนือเสียง ตรงบริเวณมีดตัดและเหนือมีดตัดเล็กนอย ซ่ึงเปนบริเวณท่ีถูกทําใหเกิดความรอนสูง เม่ือปลอยกระแสไฟฟาผานอิเล็กโทรด

งาน

อิเล็กโทรด

อิเล็กโทรด

มีดตัด

217

แบบทดสอบกอนเรียน-หลังเรียน ประจําหนวยที่ 12 เร่ือง กรรมวิธีการผลิตดวยเคร่ืองจักรพิเศษ

ตอนที่ 1 จงทําเคร่ืองหมาย √ ลงในคําตอบที่ถูกที่สุดเพียงคําตอบเดียว 1. กรรมวิธีการผลิตดวยเครื่องจักรพิเศษไดพัฒนาขึ้นมาเพ่ือใหเหมาะสมกับการผลิตช้ินสวน ท่ีมีคุณบัติอยางไร ก. มีความเหนียว ข. มีความแข็งสูง ค. มีความเปราะ ง. มีความยืดหยุน 2. กรรมวิธีการผลิตใหมสามารถแบงไดเปน 4 กลุม ขอใดไมใช ก. การผลิตดวยวิธีทางเคมี ข. การผลิตดวยวิธีการไฟฟาเคมี ค. การผลิตดวยการหลอ ง. การผลิตดวยเครื่องจักรกล 3. เครื่องอัลตราโซนิค เปนกรรมวิธีการผลิตท่ีมีลักษณะการทํางานตรงกับขอใด ก. แบบส่ันสะเทือนของคล่ืนเสียง ข. การพนของเหลวออกมาใหลําน้ําขนาดเล็ก ค. การทําใหเกิดประกายไฟฟาระหวางขั้วลบกับขั้วบวก ง. ขบวนการไฟฟาความรอน 4. การพนสารเชิงทรายท่ีเปนผงละเอียดสําหรับงานตัดเจาะสารเชิงทรายท่ีใชคือ ก. ซิลิคอนคารไบด ข. โซเดียมไบคารบอเนต ค. โคโลไมท ง. คารไบด 5. เครื่อง อี ดี เอ็ม (EDM) ไมสามารถตัดหรือเจาะวัสดุจําพวกอะไรได ก. โลหะผสม ข. เซรามิก ค. โลหะออน ง. โลหะแข็ง 6. เครื่องไฟฟาเคมี (ECM) สวนมากนิยมใชวัสดุอะไรเปนหลักสําหรับทําตัวกัด ก. เหล็ก ข. ทองเหลือง ค. ทองแดง ง. ตะกั่ว 7. การผลิตช้ินสวนของอิเล็กทรอนิกสการส่ือสาร จะใชเครื่องจักรพิเศษในขอใดทําการผลิต ก. เครื่องอัลตราโซนิก ข. เครื่องอี ดี เอ็ม (EDM) ค. เครื่องไฟฟาเคมี (ECM) ง. เครื่องยิงแสงเลเซอร

219

8. กรรมวีธีการผลิตดวยเครื่องจักรพิเศษ ขอใดท่ีเหมาะกับงานการเจาะหิน การทําเครื่องประดับเพชร พลอย ก. เครื่องพนสารเชิงทราย ข. เครื่องยิงแสงอิเล็กตรอน ค. เครื่องยิงแสงเลเซอร ง. เครื่องพนน้ํา 9. เครื่องเพ่ิมความรอน ในการทํางานสําหรับโลหะท่ีไมใชเหล็กจะใชความรอนในขอใด ก. อะเชทิลีน ข. ไฟฟา ค. แกสหุงตม ง. แกสเฉื่อย 10. ถาตองการตัดโลหะท่ีมีความหนามากกวา 10 มม. ใหรวดเร็วเท่ียงตรงและตนทุนต่ํา ควรเลือกกรรมวิธีในขอใด ก. เครื่องเล่ือยสายพานแนวนอน ข. หัวตัดแกสตดิแสงเลเซอร ค. เครื่องยิงแสงอิเล็กตรอน ง. เครื่องอัลตราโซนิค ตอนที่ 2 จงตอบคําถามตอไปนี้โดยการอธิบายส้ันๆพอเขาใจ 1. กรรมวิธีการผลิตดวยเครื่องจักรพิเศษ คือ อะไร……………………………………………….. …………………………………………………………………………………………………….. 2. เครื่องอัลตราโซนิกเหมาะกับการตัดปาดวัสดุชนิดไหนจงบอกมา 2 ชนิด................................... .......................................................................................................................................................... 3. กรรมวิธีอะไรท่ีใชในการกัดหรือเจาะช้ินงานดวยพลังของเสียง................................................... 4. สารเชิงทรายชนิดไหนท่ีนิยมนํามากัดช้ินงาน………………………………………………… 5. เครื่องพนน้ําใชอะไรเปนตัวกัดหรือเจาะช้ินงาน ............................................................................ 6. กรรมวิธีอะไรท่ีใชหลักการของไฟฟาขั้วบวกและขั้วลบ ทําใหเกิดการตัดหรือเจาะบนช้ินงาน ... ............................................................................................................................................................. 7. วัสดุท่ีใชทําตัวกัดสําหรับเครื่องไฟฟาเคมี (ECM) จะตองมีคุณสมบัติอยางไร................................ ............................................................................................................................................................. 8. เครื่องยิงแสงเลเซอรเหมาะกับการตัดวัสดุช้ินงานชนิดใด............................................................. 9. จากพลังจลนแลวเปล่ียนมาเปนพลังงานความรอน คือ กรรมวิธีของเครื่องจักรพิเศษแบบไหน..... ............................................................................................................................................................. 10. เครื่องเพ่ิมความรอนมีหลักการทํางานอยางไร.............................................................................. ……………………………………………………………………………………………………….

220