jump to navigation

เทคโนโลยีการตัดเฉือนวัสดุ: เครื่องมือตัดขนาดเล็ก December 29, 2012

Posted by viboon in : Manufacturing technologies , add a comment

การผลิตเครื่องมือตัดชนิด Carbides สำหรับใช้ในกระบวนการตัดระดับไมครอน เช่น Micro-milling หรือ Micro-drilling ขนาดผลึก (Grain) ของ Carbides ที่นำมาใช้ขึ้นรูปจะต้องเล็กกว่าขนาดของเครื่องมือตัด ซึ่งโดยทั่วไป ขนาดผลึกที่นำมาใช้จะอยู่ในช่วง 0.5μm ถึง 0.9μm

เนื่องจากความต้องการในการตัดขึ้นรูปชิ้นงานขนาดเล็กที่สูงมากขึ้น สอดคล้องไปกับการพัฒนาด้านไมโครและนาโนเทคโนโลยี ประกอบกับการพัฒนาด้านวัสดุและการออกแบบเครื่องมือตัดขนาดเล็กที่ก่อให้เกิดแรงในการตัดที่ต่ำและเครื่องมือตัดมีอายุการใช้งานที่ยาวนานมากขึ้น การผลิตเครื่องมือตัดขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับใช้ในการตัดเฉือนวัสดุจึงมีส่วนอย่างมากในการผลักดันขีดจำกัดด้านขนาดและการผลิตชิ้นงานที่เล็กลง (Miniaturization) ให้มีความเป็นไปได้มากยิ่งขึ้น

การใช้ผลึก Carbides ที่มีขนาดเล็กลงในการผลิตเครื่องมือตัดขนาดเล็กจะช่วยเพิ่มความสามารถในการต้านทานการแตกหักได้ดี อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันเครื่องมือตัดส่วนใหญ่จะผลิตโดยใช้ผลึก Carbides ที่มีขนาดใหญ่กว่า 0.4μm ดังนั้น การใช้ Carbides ที่มีขนาดเล็กกว่านี้จึงถือเป็นความท้าทายที่สำคัญ

ผลึก Carbides ที่มีความละเอียดมากๆ (Ultrafine grades) ซึ่งมีขนาดอยู่ในช่วง 0.2μm ถึง 0.5μm จึงเป็นกุญแจที่สำคัญในการผลิตเครื่องมือตัดขนาดเล็ก อย่าง Micro-endmills ให้มีขนาดเล็กลงและมีคมตัดที่แหลมคมมากขึ้น อย่างไรก็ตาม การใช้ Ultrafine-grain carbide ก็ไม่ได้ช่วยแก้ปัญหาเรื่องการแตกหักของเครื่องมือตัดได้อย่างชัดเจนนัก การที่เครื่องมือตัดมีความแข็ง (Hardness) มากขึ้น จะส่งผลให้ตัวเครื่องมือตัดมี Rigidity ที่สูงขึ้น แต่ในทางกลับกันก็เป็นตัวเร่งให้การแตกหักมีโอกาสเกิดที่สูงมากขึ้นตามไปด้วย การลดโอกาสในการแตกหักของเครื่องมือตัดที่ให้ผลได้อย่างชัดเจนคือการเพิ่ม Toughness ให้กับตัวเครื่องมือตัดโดยการใช้ตัวประสาน (Binder) ที่เหมาะสมและมีปริมาณเพียงพอในการยึดจับ Carbide particles เข้าไว้ด้วยกัน

ผลที่ได้จากการใช้ Ultrafine-grain carbide อีกประการหนึ่งคือ คมตัดที่ได้จะมีความแหลมมากขึ้น ผิวของเครื่องมือตัดมีความเรียบมากขึ้น ทำให้เศษตัดไหลตัวออกได้ดี ส่งผลให้แรงที่เกิดขึ้นในการตัดต่ำลง

อย่างไรก็ตาม ด้วยกระบวนการอบ Sintering ที่ใช้ในการผลิตเครื่องมือตัดชนิด Carbides จะทำให้ผลึก Carbide ที่ได้โตขึ้น โดยในระหว่างที่ผลึก Tungsten carbides อยู่ในสถานะที่เป็นของเหลวในกระบวนการ Sintering นั้น Tungsten จะเกิดการละลายเข้ากับ Cobalt ที่ทำหน้าที่เป็นตัวประสาน และเมื่อเย็นตัวลง Tungsten ก็จะแยกตัวออกมาจาก Cobalt และทำให้ผลึก Carbides โดยรอบอื่นๆ โตขึ้น (Grain growth) ผลกระทบที่ตามมาคือคุณสมบัติทางกลที่ได้เปลี่ยนไปและขนาดผลึกที่โตขึ้นยังส่งผลต่อประสิทธิภาพของเครื่องมือตัดที่ไม่สามารถคาดการณ์ได้

ผู้ผลิตเครื่องมือตัดบางรายใช้เทคโนโลยีไมโครเวฟในการจำกัดการขยายขนาดของผลึกโดยการเพิ่มความเร็วในกระบวนการ Sintering ให้สูงขึ้น การใส่สารเติมแต่งอย่าง Vanadium carbide และ Chromium carbide ก็สามารถช่วยลดความเร็วในการขยายขนาดของผลึกได้อีกทางหนึ่ง

อีกประเด็นที่มีผลต่ออายุการใช้งานของเครื่องมือตัดคือ การกระจายตัวของ Carbides ในเนื้อวัสดุ หากขอบของผลึก (Grain boundary) อยู่ที่ขอบของคมตัดพอดีจะทำให้เครื่องมือตัดที่ได้มีความแข็งแรงและลดโอกาสในการแตกหักได้ดีกว่าการที่ตำแหน่งของ Grain boundary อยู่ที่ตำแหน่งอื่นในเนื้อโครงสร้างของเครื่องมือตัด

การใช้ผลึก Carbides ที่มีความละเอียดมากขึ้น จะช่วยให้เนื้อโครงสร้างวัสดุของเครื่องมือตัดมีความสม่ำเสมอมากขึ้น ส่งผลให้การแตกหักหรือการสึกหรอเกิดขึ้นได้ช้าลง ด้วยเหตุนี้ การใช้ Ultrafine carbide ที่มีขนาดเล็กกว่า 0.4μm และไม่มีปัญหาเรื่องของการขยายขนาดของผลึกในระหว่างการผลิต จึงเป็นก้าวที่สำคัญในการลดโอกาสการแตกหักและเพิ่มอายุการใช้งานของเครื่องมือตัดขนาดเล็กได้

ในปัจจุบัน Micro endmill tool ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 5μm สามารถผลิตได้แล้ว และหากต้องการผลิตเครื่องมือตัดที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 2μm Carbides ที่ใช้จึงควรมีขนาด ประมาณ 0.2μm (หน้าตัดของเครื่องมือตัดมี Carbides ต่อกันประมาณ 10 ผลึก) หากใช้ผลึกที่ใหญ่กว่านี้จะทำให้เครื่องมือตัดมีคุณภาพต่ำลงอันเนื่องมาจากขนาดของผลึกและตำแหน่งของขอบผลึกในเนื้อโครงสร้างของเครื่องมือตัด

Rigidity ของเครื่องมือตัดขนาดเล็กก็เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ผู้ผลิตเครื่องมือตัดต้องพิจารณา นอกจากการเลือกใช้ผลึก Carbides ที่มีขนาดเหมาะสมแล้ว การออกแบบขนาด Core diameter ของเครื่องมือตัดก็มีความสำคัญเช่นกัน เครื่องมือตัดที่ออกแบบมาสำหรับใช้ในการตัดเฉือนวัสดุที่มีความแข็งสูงควรมีขนาด Core diameter ประมาณ 60% ของ Tool diameter และประมาณ 50% สำหรับใช้ในการตัดเฉือนวัสดุอ่อน

Ref: http://www.emuge.com/news_events/micro_machining_end_mills.html


Tags: , , ,

Related posts:

Abrasive Materials ในกระบวนการตัดวัสดุด้วยน้ำแรงดันสูง November 15, 2011

Posted by viboon in : Manufacturing technologies , add a comment

วิบุญ ตั้งวโรดมนุกูล (2011) Abrasive Materials ในกระบวนการตัดวัสดุด้วยน้ำแรงดันสูง, วารสารส่งเสริมเทคโนโลยี, June-July 2011, Vol.38 No.217, 61-62.


Tags: , , , , ,

Related posts:

วารสารส่งเสริมเทคโนโลยี ฉบับที่ 217 June 4, 2011

Posted by viboon in : Manufacturing technologies , add a comment

แนะนำ…Abrasive Materials ในกระบวนการตัดวัสดุด้วยน้ำแรงดันสูง บทความสั้นๆ ในวารสารส่งเสริมเทคโนโลยี ฉบับที่ 217 ประจำเดือน มิถุนายน – กรกฎาคม 2554


Tags: , , , ,

Related posts:

Inside the Secret Science of Packing Material October 11, 2010

Posted by viboon in : Science and engineering , add a comment

When you received your product which was basically well packed in a cardboard box, bubble wrap, polystyrene foam or else, you may not care much about these packing materials that literally protected your valuable item inside.

Gizmodo came up with a good article letting you know more about packing materials. Next time before you throw them away out of your sight, you would rather have a look and see how were they engineered to protect your gadget on the way of delivery from warehouse to your living room.

http://gizmodo.com/5640713/inside-the-secret-science-of-packing-material


Tags: , ,

Related posts:

เทคโนโลยีการตัดเฉือนวัสดุ: วัสดุเครื่องมือตัด November 14, 2009

Posted by viboon in : Manufacturing technologies , add a comment

photo-0-diamond-innovations

เครื่องมือในการตัดเฉือนวัสดุที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันนี่มีอยู่มากมายหลากหลายชนิดประเภท ในแง่ของวัสดุที่ใช้ พบว่าวัสดุที่นำมาผลิตเป็นเครื่องมือตัดมีตั้งแต่ high carbon steel ไปจนถึง ceramics และ เพชร ด้วยความหลากหลายของวัสดุที่ใช้ สิ่งสำคัญที่ควรใส่ใจคือ วัสดุเครื่องมือตัดแต่ละชนิดมีความแตกต่างกันอย่างไร และจะเลือกเครื่องมือตัดให้เหมาะสมกับงานตัดเฉือนได้อย่างไร

ปัจจุบันมีผู้ผลิตเครื่องมือตัดมากมายหลายบริษัท ซึ่งแต่ละบริษัทก็จะมีชื่อเรียกหรือรหัสของเครื่องมือตัดแตกต่างกันไป บางครั้งชื่อเรียกที่เหมือนกัน แต่ลักษณะการนำไปใช้กลับแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง โดยส่วนใหญ่ ผู้ผลิตจะมีระดับของเครื่องมือตัดที่แตกต่างกันไปตามแต่ลักษณะกระบวนการและวัสดุงาน เครื่องมือตัดสำหรับงานเฉพาะด้าน เช่นการตัดวัสดุที่มีความแข็งมาก ราคาของมีดตัดมักจะสูงกว่ามีดตัดสำหรับงานทั่วๆ ไป อย่างไรก็ตาม มันก็ไม่ได้หมายความว่า เครื่องมือตัดราคาแพงจะให้ผลของการตัดที่มีคุณภาพดีตามราคาแต่อย่างใด

เนื่องด้วยเทคโนโลยีวัสดุ การออกแบบและการผลิตเครื่องมีตัด ได้รับการพัฒนาอยู่ตลอดเวลา มีดตัดที่เคยใช้กับงานแบบเดียวกัน อาจเปลี่ยนไปในการทำงานครั้งต่อๆ ไป ตามความเหมาะสม เพื่อให้เกิดความคุ้มค่าในแง่ของค่าใช้จ่ายต่างๆ ในกระบวนการ โดยยังคงคุณภาพงานตัดที่ดีในระดับที่ต้องการได้
(more…)


Tags: , ,

Related posts:

In summary of metals for Mold & Die applications November 13, 2009

Posted by viboon in : Manufacturing technologies , add a comment

General structures:
1. Base of the machine
Cast iron (Gray cast iron — JIS: FC 25 (tensile str. 25 kg/mm2) or FC 30 (tensile str. 30 kg/mm2))
– cheap; machinability; castability; low thermal expansion; high compressive strength; vibration absorption

2. Small tensile load structures
Mild steel (low-carbon steels — less than 0.25%C by weight; SS 40 and SS 41)
– formability; weldability

3. Backing plate, Spacer block and Insert
Medium-carbon steel (S 45 C or S 50 C)


Plastic mold:
1. Hardening steels (AISI P2 and P4; carburizing on the surface: 58-62 HRC; inner core: 25-35 HRC)
– wear resistance; impact resistance

2. Plastic mold steels (AISI P21, P20 or P20S (high S for high machinability))

3. Stainless steels (Martensitic stainless steels; 11.5-18%Cr; rapid quenching to avoid Cr3C2 on the grain boundary; JIS: SUS 420J2, 431 or 440C)
– corrosion resistance; for high corrosive plastic injection mold (eg. PVC)

4. Aluminum alloy (A7079-61)
– corrosion resistance (good for PVC mold); thermal conduction; light weight

5. Be-Cu alloy
– high thermal conductivity; cooling time can be reduced by 40% in plastic injection mold; reduce sink mark and distortion on the plastic part


Stamping die:
1. Tool steels (JIS: SK 1 to SK 7; 0.6-1.4%C; water quenching: 65-68 HRC)
– wear resistance; impact resistance; not good for high temperature process

2. Alloy tool steel cold work:
- Low-alloy steels (JIS: SKS 3; oil quenching)
- Medium-alloy steels (JIS: SKD 12; air quenching) — wear resistance
- High C-Cr alloy steels (JIS: SKD 11) — wear resistance; ductility
- High speed tool steels (W-Mo-Cr-Co play the important role):
JIS: SKH 51; SKH 52; SKH 55; SKH 59
- Cemented carbide (85-90 HRA) — for cutting and punching sheet metal; wear resistance; low impact resistance
- HZ alloy (Cu-Al-Be alloy; tensile str. 500-650 N/mm2; elongation 0.5-2.0%; 180-400 HB) — wear resistance; good for stainless steel forming; no scratch left on the formed sheet metal


Hot forging and die casting:
1. Alloy tool steel hot work :
- JIS: SKD 5, SKD 61 and SKD 62


Tags: , ,

Related posts:

Influence of alloying elements in metal November 13, 2009

Posted by viboon in : Science and engineering , add a comment

Alloy steel can be classified into two main groups namely “low-alloy steel” and “high-alloy steel”. The low-alloy steel contains the alloying elements of less than 10%, otherwise it becomes high-alloy steel.

Low-alloy steels are normally used in the general engineering applications by cold forming. While, the high-alloy steels are for special purposes such as cutting tools, high-wear and/or corrosion resistance. The high-alloy steels are typically made by arc furnace.

The well-known high-alloy steels are Stainless steel (high Cr-Ni), Wear resistance alloy steel (high Mn) and Tool steel (more Si-V-Ni-Mo-Mn-Cu-W). The tool steels are widely applied in various applications particularly in cutting tools (High speed steel) and mold-die (Die steel) applications.

The influence of alloying elements in the steel.

C high strength; wear resistance; heat treatment
Si ductility; high strength at high temperature; corrosion resistance
Mn impact resistance; ductility; wear resistance; introducing lower melting point
S tensile strength; too much adding reduces the mechanical strength
P castability; high strength at high temperature
Cr high strength at high temperature; corrosion resistance
Ni ductility; thermal resistance; corrosion resistance
V ductility; high strength at high temperature
Mo high strength at high temperature; wear resistance
Co hardness; wear resistance
Al promote the quenching in nitrogen; wear resistance
Mg promote the spherical graphite formation; wear resistance; ductility

Tags: ,

Related posts:

Different hardness testing November 13, 2009

Posted by viboon in : Science and engineering , add a comment

hardness


Tags: , ,

Related posts: