jump to navigation

บทนำ: เทคโนโลยีการตัดเฉือนด้วยความแม่นยำสูง August 31, 2009

Posted by viboon in : Manufacturing technologies , trackback

pegasus

เทคโนโลยีการตัดเฉือนวัสดุที่เราคุ้นเคยเช่น กระบวนการกลึง เจาะ กัด ไส และเจียรไนด้วยเครื่องมือกลต่างๆ นั้นถือได้ว่าเป็นกระบวนการที่ ใช้กันมาหลายร้อยปี หากจะว่าไป ก็มีมาแต่ยุคหินที่มนุษย์เราสร้างเครื่องมือล่าสัตว์ด้วยหิน เครื่องมือกลเหล่านี้ถูกพัฒนามาอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะในช่วงที่เกิดสงครามครั้งใหญ่ๆ อาวุธ รถถัง ปืนใหญ่ ต่างๆ ต้องถูกผลิตออกมาให้ทันใช้งาน จึงเกิดการวิจัยและพัฒนาทั้งในด้านของเทคโนโลยีและกระบวนการผลิต ความเร็วและความแม่นยำของการตัดและกัดวัสดุจึงเพิ่มขึ้นอย่างก้าวกระโดด

ในปัจจุบันนี้ กระบวนการตัดเฉือนด้วยเครื่องมือกลอาจกล่าวได้ว่ามาถึงจุดอิ่มตัว คือกระบวนการอาจ ไม่สามารถพัฒนาให้มีความเร็วมากไปกว่านี้ และ/หรือคุณภาพผิวชิ้นงานคงไม่สามารถทำให้เรียบมากไปกว่านี้ แต่จะไปให้ความสำคัญกับความง่ายในการผลิตและลดเวลาในส่วนอื่นๆ ของกระบวนการแทน เช่น การใช้ computer เข้ามาควบคุมในลักษณะ CAD/CAM การ monitor สภาพของมีดตัดแบบ real time ในลักษณะ preventive maintenance และการพัฒนาเครื่องจักรหลายแกน (Multi-axis machining) มาช่วยลดและกำจัดเวลาที่สูญเปล่าจากการเปลี่ยนตำแหน่งชิ้นงาน เป็นต้น นอกจากนี้ การพัฒนาในด้านวัสดุ และการเคลือบผิวก็มีส่วนช่วยในการเพิ่มความแข็งและอายุการใช้งานของเครื่องมือตัดได้อีกทางหนึ่ง แต่เมื่อพิจารณาที่ค่าใช้จ่ายต่ออายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้น อาจเป็นสัดส่วนที่ไม่ต่างจากการใช้วัสดุแบบเดิมมากนัก

อย่างไรก็ตาม กระบวนการตัด เฉือนวัสดุแบบดั้งเดิมนี้ถือว่ามีข้อจำกัดในแง่ของความแม่นยำ ความเร็ว และคุณภาพผิวชิ้นงานที่ได้ ซึ่งอาจกล่าวได้ว่าดีในระดับ Marco scale แต่พอใช้ในระดับ Micro scale (1/1000 ของ mm) ด้วยเหตุนี้จึงมีการพัฒนากระบวนการที่ สามารถทำงานในระดับ micron ได้ ไม่ว่าจะเป็น การผลิตเครื่องมือตัดขนาดเล็ก และโดยมากแล้วจะใช้ความเร็วในการตัดที่สูง (มากกว่า 100,000 rpm) เพื่อช่วยในการเพิ่มความเร็วในการเอาเนื้อวัสดุออก ในงาน micro-cutting micro-milling และ micro-drilling สำหรับงานขนาดเล็กที่ต้องการความแม่นยำสูง

micromachining-zoom

ปัญหาที่สำคัญของการใช้เครื่องมือตัดเฉือนขนาดเล็กด้วยกระบวนการทางกลคือ อัตราการสึกหรอของเครื่องมือตัดที่สูง เนื่องจากต้องใช้แรงในการตัดเฉือนมากกว่าการตัดที่ระดับ Marco ซึ่งส่งผลโดยตรงกับคุณภาพผิวงาน และค่าใช้จ่ายในส่วนของมีดตัด ทางเลือกใหม่ของกระบวนการตัดเฉือนที่ชัดเจนคือ การเอาเนื้อวัสดุออกในลักษณะที่เครื่องมือตัดไม่สัมผัสกับชิ้นงาน หรือ non-contact process ซึ่งสามารถกำจัดการสึกหรอของมีดตัด เวลาและค่าใช้จ่ายในส่วนของมีดตัดได้อย่างมีนัยสำคัญ

ในกรณีของ non-contact process อย่าง Electro-discharge-machining (EDM) หรือ Wire-cutting ซึ่งก็ใช้หลักการเดียวกัน แต่กระบวนการเหล่า นี้มีข้อจำกัดในเรื่องของความเร็วและวัสดุที่ใช้ โดย EDM ซึ่งอาศัยหลักการ spark ทางไฟฟ้าภายใต้ของเหลว dielectric โดยการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิอย่างรวดเร็วจากการ spark เพื่อให้ผิวชิ้นงานเกิดการหลอมตัว และการสลายตัวของกลุ่ม plasma ที่เกิดขึ้นเหนือชิ้นงานที่หลอมตัว ทำให้เกิด shock wave นำไปสู่การเอาเนื้อวัสดุออกและการพัดพาเอาผงวัสดุที่ผิวหน้าชิ้นงานออก กระบวนการเหล่านี้อาจเหมาะกับงานเฉพาะด้านที่ความเร็วในการเอาเนื้อวัสดุออกไม่ใช่ประเด็นสำคัญแรกสุด ในปัจจุบัน micro-EDM ยังพัฒนาไปใช้กับวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าอย่าง ceramics โดยอาศัย electrolyte fluid และการใช้วัสดุที่มีสมบัติทางไฟฟ้ามาประกอบในขณะทำการ machining


นอกจากนี้ การพัฒนาที่สำคัญช่วงหนึ่งเกิดขึ้นในช่วง 1950s โดย Dr.Norman Franz ได้พัฒนาการตัดไม้ด้วยน้ำแรงดันสูง (Waterjet technology) โดยพัฒนาระบบปั๊มที่สามารถผลิตแรงดันให้กับน้ำได้สูงอย่างมาก จนเมื่อน้ำวิ่งผ่าน nozzle ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กแล้ว ความเร็วของน้ำที่ยิงออกมามีความเร็วมากกว่าเสียงกว่า 3 เท่า ซึ่งเพียงพอต่อการตัดวัสดุประเภทไม้ พลาสติก ยาง เป็นต้น รวมไปถึงการนำน้ำแรงดันสูงไปใช้ในการสกัดหินในอุตสาหกรรมเหมืองแร่อีกด้วย อีกกระบวนการหนึ่ง เกิดในช่วงปี 1960s โดยกลุ่มนักวิจัยใน Bell-lab ได้นำเสนอทางเลือกใหม่ของเทคโนโลยีลำแสงความเข้มสูงอย่าง Laser ซึ่งภายหลังได้นำไปประยุกต์ใช้กับงานต่างๆ รวมไปถึงงานด้าน material processing

ในปัจจุบันนี้ ทั้งเทคโนโลยี Waterjet และ Laser ก็ถือเป็นกระบวนการแบบ non-contact ที่ถูกใช้อย่างแพร่หลาย ทั้งในกระบวนการผลิตแบบ Marco Micro และ submicro ในอุตสาหกรรมต่างๆ รายละเอียดของกระบวนการต่างๆ จะค่อยๆ มานำเสนอในโอกาสถัดไป


Tags: , , , , ,

Related posts:

Comments»

no comments yet - be the first?


*