[email protected]
บล็อก-เดี่ยว

อธิบายกระบวนการตีขึ้นรูป: ประเภทและเทคนิค

อธิบายกระบวนการตีขึ้นรูป ประเภท และเทคนิค
สารบัญ

1.0ความหมายและลักษณะสำคัญของการตีขึ้นรูป

การตีขึ้นรูปโลหะเป็นกระบวนการผลิตที่เกี่ยวข้องกับการขึ้นรูปโลหะโดยใช้แรงอัดเฉพาะจุด การตีขึ้นรูปจะดำเนินการโดยใช้ค้อน (มักเป็นค้อนไฟฟ้า) หรือแม่พิมพ์ การตีขึ้นรูปมักจำแนกตามอุณหภูมิที่ใช้ ได้แก่ การตีขึ้นรูปเย็น (การขึ้นรูปเย็นประเภทหนึ่ง) การตีขึ้นรูปอุ่น หรือการตีขึ้นรูปร้อน (การขึ้นรูปร้อนประเภทหนึ่ง) สำหรับสองประเภทหลัง โลหะจะถูกทำให้ร้อน ซึ่งมักจะอยู่ในเตาหลอม ชิ้นส่วนที่ตีขึ้นรูปสามารถมีน้ำหนักได้ตั้งแต่น้อยกว่าหนึ่งกิโลกรัมไปจนถึงหลายร้อยเมตริกตัน การตีขึ้นรูปทำโดยช่างตีเหล็กมานานหลายพันปี ผลิตภัณฑ์ดั้งเดิม ได้แก่ เครื่องครัว ฮาร์ดแวร์ เครื่องมือช่าง อาวุธมีคม ฉาบ และเครื่องประดับ

นับตั้งแต่การปฏิวัติอุตสาหกรรม ชิ้นส่วนตีขึ้นรูปถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในกลไกและเครื่องจักรที่ส่วนประกอบต้องการความแข็งแรงสูง การตีขึ้นรูปดังกล่าวมักต้องผ่านกระบวนการเพิ่มเติม (เช่น การตัดเฉือน) เพื่อให้ได้ชิ้นส่วนสำเร็จรูป ปัจจุบัน การตีขึ้นรูปเป็นอุตสาหกรรมหลักระดับโลก

ช่างตีเหล็กแบบเปิด ตีเหล็กชิ้นส่วนโลหะ
ชิ้นงานตีขึ้นรูป

2.0การจำแนกตามอุณหภูมิการตีขึ้นรูป

พื้นฐานหลักในการจำแนกประเภทอุณหภูมิคืออุณหภูมิการตกผลึกใหม่ของโลหะ ซึ่งเป็นจุดวิกฤตที่อะตอมจะเรียงตัวใหม่เพื่อสร้างเกรนใหม่ จากจุดนี้ การตีขึ้นรูปสามารถแบ่งได้เป็น การตีขึ้นรูปร้อน การตีขึ้นรูปอุ่น และการตีขึ้นรูปเย็น

2.1การตีขึ้นรูปร้อน

  • ช่วงอุณหภูมิ: สำหรับเหล็ก โดยทั่วไปอยู่ที่ 950–1,260°C (แตกต่างกันไปตามโลหะและโลหะผสมแต่ละชนิด)
  • คุณสมบัติหลัก:
    • โลหะมีความยืดหยุ่นดี ขึ้นรูปได้ดี และมีแรงขึ้นรูปต่ำ
    • การทำให้งานแข็งตัวจะถูกชดเชยด้วยการตกผลึกใหม่ ส่งผลให้ความเค้นภายในต่ำ
    • อาจทำให้เกิดตะกรันออกไซด์ ส่งผลให้พื้นผิวสำเร็จและความแม่นยำของมิติลดลง
  • การใช้งาน: การตีขึ้นรูปขนาดใหญ่ (เช่น เพลา ดุมล้อ) การขึ้นรูปโลหะผสมความแข็งแรงสูงแบบหยาบ เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากที่ไม่ต้องการความแม่นยำสูง

2.2การตีขึ้นรูปด้วยความร้อน

  • ช่วงอุณหภูมิ: ต่ำกว่าอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ แต่สูงกว่าช่วงการตีขึ้นรูปเย็น สำหรับเหล็ก โดยทั่วไปอยู่ที่ 650–950°C
  • คุณสมบัติหลัก:
    • มีเกล็ดน้อยหรือไม่มีเลย พื้นผิวสำเร็จดีกว่าเมื่อเทียบกับการตีขึ้นรูปร้อน
    • ความแม่นยำของมิติระหว่างการตีขึ้นรูปร้อนและเย็น โดยแรงในการขึ้นรูปต่ำกว่าการตีขึ้นรูปเย็น
    • ความสามารถในการขึ้นรูปลดลงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับการตีขึ้นรูปร้อน ต้องมีการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำเพื่อป้องกันการแตกร้าว
  • การใช้งาน: ชิ้นส่วนความแม่นยำระดับปานกลางถึงเล็ก เช่น ช่องว่างของเฟือง ซึ่งจำเป็นต้องมีคุณภาพพื้นผิว แต่ไม่จำเป็นต้องมีการตีขึ้นรูปเย็นที่มีความแม่นยำในระดับสูงมาก

2.3การตีขึ้นรูปเย็น

  • ช่วงอุณหภูมิ: สำหรับเหล็ก โดยทั่วไปอุณหภูมิห้องจะอยู่ที่ ~150°C ส่วนอลูมิเนียมและทองแดงจะผ่านการตีขึ้นรูปเย็นที่อุณหภูมิห้อง ในขณะที่ 200–400°C ถือเป็นการตีขึ้นรูปด้วยความร้อนเพื่อปรับปรุงความเหนียวและลดภาระในการขึ้นรูป
  • คุณสมบัติหลัก:
    • ไม่เกิดออกซิเดชัน มีพื้นผิวสำเร็จสูง สามารถบรรลุค่าความคลาดเคลื่อน ±0.3 มม.
    • การทำให้งานแข็งตัวอย่างมีนัยสำคัญจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความต้านทานความเมื่อยล้า
    • ต้องใช้แรงขึ้นรูปสูงและอุปกรณ์ที่แข็งแรง จำกัดเฉพาะโลหะที่มีความเหนียว เช่น อะลูมิเนียม ทองแดง และเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ
  • การใช้งาน: ตัวยึดที่แม่นยำ (สลักเกลียว สกรู) และชิ้นส่วนโครงสร้างขนาดเล็ก (แหวนลูกปืน) ที่ต้องปฏิบัติตามค่าความคลาดเคลื่อนในการประกอบโดยตรง
การตีขึ้นรูปเย็น

หนังสือแนะนำ:กระบวนการตีขึ้นรูปเย็น: หลักการ ข้อดี การใช้งาน และเทคโนโลยีหลัก

3.0การจำแนกประเภทตามข้อจำกัดของแม่พิมพ์

การตีขึ้นรูปสามารถแบ่งประเภทตามขอบเขตของการปิดแม่พิมพ์ได้ ได้แก่ การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิด และการตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ปิด

3.1การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิด (Smith Forging)

  • หลักการกระบวนการ: ใช้แม่พิมพ์ที่หุ้มชิ้นงานเพียงบางส่วน โลหะที่ถูกความร้อนจะถูกขึ้นรูปโดยการตอกหรือกดซ้ำๆ ในขณะที่ไหลออกด้านนอกได้อย่างอิสระ ซึ่งต้องใช้การปรับตำแหน่งด้วยมือ
  • ข้อดี: โครงสร้างแม่พิมพ์เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ สามารถผลิตชิ้นงานขึ้นรูปขนาดใหญ่หรือแบบไม่สม่ำเสมอได้ สามารถปรับทิศทางการไหลของเกรนเพื่อเพิ่มความแข็งแรง เหมาะสำหรับการผลิตแบบล็อตเล็กหรือการผลิตตามสั่ง
  • ข้อเสีย : ขึ้นอยู่กับผู้ปฏิบัติงาน ความสม่ำเสมอของมิติต่ำ ค่าเผื่อการตัดเฉือนสูง การใช้ประโยชน์ของวัสดุต่ำ
  • ผลิตภัณฑ์ทั่วไป: เพลาขนาดใหญ่ ดิสก์ บล็อก และชิ้นส่วนอุตสาหกรรมที่กำหนดเอง
การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิด

3.2การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ปิด (Impression-Die Forging)

  • หลักการกระบวนการ: แม่พิมพ์ด้านบนและด้านล่างสร้างโพรงที่ตรงกับรูปทรงของชิ้นส่วน แท่งโลหะที่ผ่านการอุ่นร้อนจะเติมโพรงภายใต้แรงดัน วัสดุส่วนเกินจะไหลออกมาเป็นแฟลช แล้วจึงถูกตัดออกในภายหลัง การตีขึ้นรูปแบบไร้แฟลชจะหุ้มโพรงทั้งหมดเพื่อป้องกันแฟลช
  • ข้อดี: ความแม่นยำเชิงมิติสูง ความสามารถในการทำซ้ำได้ดี เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก การไหลของเกรนสอดคล้องกับรูปทรงของชิ้นส่วน ช่วยเพิ่มคุณสมบัติเชิงกล
  • ข้อเสีย : การออกแบบแม่พิมพ์ที่ซับซ้อน ต้นทุนการผลิตสูง ความต้องการบิลเล็ตและการหล่อลื่นที่เข้มงวดสำหรับการตีขึ้นรูปแบบไร้แฟลช การลงทุนเริ่มต้นสูง
  • ผลิตภัณฑ์ทั่วไป: ชิ้นส่วนยานยนต์ (ก้านสูบ เฟือง) ชิ้นส่วนเครื่องมือ โครงสร้างความแม่นยำขนาดกลางถึงเล็ก
การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ปิด

4.0การจำแนกตามอุปกรณ์และการใช้งาน

4.1การตีดรอปฟอร์จ

  • หลักการ: การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์แบบดรอป (Drop forging) ใช้ค้อนหรือกระบอกที่ขับเคลื่อนด้วยพลังไอน้ำ ไฮดรอลิก นิวเมติก หรือไฟฟ้า ซึ่งจะตกลงบนชิ้นงานเพื่อเปลี่ยนรูปทันที มีทั้งแบบแม่พิมพ์เปิดและแบบแม่พิมพ์ปิด การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิดต้องอาศัยการปรับตำแหน่งชิ้นงานด้วยมือ ในขณะที่การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ปิดจะทำให้วัสดุส่วนเกินไหลออกมาเป็นของเหลว การติดตั้งสมัยใหม่มักใช้ ค้อนไฟฟ้าสำหรับการตีขึ้นรูปด้วยลม เพื่อส่งมอบแรงกระแทกความถี่สูงที่ควบคุมได้ ปรับปรุงความสม่ำเสมอ และลดความเหนื่อยล้าของผู้ปฏิบัติงาน
  • การใช้งาน: เหมาะสำหรับชิ้นส่วนขนาดกลางถึงเล็ก เช่น เพลา เครื่องมือทางการเกษตร และชิ้นส่วนเครื่องจักรกล การตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์เปิด (Open-Die Drop Forging) สามารถผลิตชิ้นงานที่มีรูปร่างขนาดใหญ่หรือไม่สม่ำเสมอ ซึ่งทิศทางการไหลของเกรนมีความสำคัญอย่างยิ่ง
  • ข้อดีและข้อจำกัด: การเสียรูปอย่างรวดเร็ว คุณสมบัติการกำหนดทิศทางที่แข็งแกร่ง อย่างไรก็ตาม ความแม่นยำของมิติขึ้นอยู่กับทักษะของผู้ปฏิบัติงาน และการตัดแต่งแบบแฟลชจำเป็นสำหรับการตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ปิด

4.2การตีขึ้นรูปด้วยเครื่องกด

  • หลักการ: การตีขึ้นรูปด้วยแรงกดจะใช้แรงกดต่อเนื่องช้าๆ แทนแรงกระแทก ทำให้โลหะเสียรูปอย่างสม่ำเสมอ สามารถทำได้โดยใช้แม่พิมพ์แบบเปิดหรือแบบปิด โดยใช้เครื่องอัดแบบกลไกหรือไฮดรอลิก
  • การใช้งาน: เหมาะสำหรับส่วนประกอบขนาดใหญ่หรือซับซ้อน เช่น เพลาข้อเหวี่ยง ก้านสูบ และชิ้นส่วนโครงสร้างที่ต้องการการกระจายความเครียดสม่ำเสมอ
  • ข้อดี: การเสียรูปที่ควบคุมได้ พื้นผิวที่ปรับปรุงดีขึ้น ความแม่นยำของรายละเอียดที่ดีขึ้นด้วยแม่พิมพ์ที่ได้รับความร้อน
  • ข้อจำกัด: ช้ากว่าการดรอปฟอร์จและมีต้นทุนอุปกรณ์เริ่มต้นที่สูงกว่า

4.3การตีขึ้นรูปที่ไม่พอใจ

  • หลักการ: ในการตีขึ้นรูปแบบอัดขึ้นรูป แท่งเหล็กหรือบิลเล็ตจะถูกอัดตามแนวแกน ทำให้ความยาวสั้นลงในขณะที่เส้นผ่านศูนย์กลางเพิ่มขึ้น แม่พิมพ์หลายช่องช่วยให้สามารถขึ้นรูปชิ้นงานได้ตามลำดับ
  • การใช้งาน: ตัวยึด (สลักเกลียว สกรู) วาล์วเครื่องยนต์ ข้อต่อ และชิ้นส่วนอื่นๆ ที่ต้องการการขยายเส้นผ่านศูนย์กลาง สายการผลิตปริมาณมากสามารถผลิตชิ้นส่วนได้หลายสิบถึงหลายร้อยชิ้นต่อนาที
  • บันทึก: มักรวมเข้ากับระบบอัตโนมัติสำหรับตัวยึดในกระบวนการผลิตสมัยใหม่
การตีเหล็กแบบไม่พอใจ

4.4การตีขึ้นรูปร้อนอัตโนมัติ

  • หลักการ: สายการผลิตการตีขึ้นรูปร้อนอัตโนมัติผสานรวมการให้ความร้อน การขจัดตะกรัน การเฉือน และการตีขึ้นรูปเข้าด้วยกันในหลายสถานี กระบวนการแบบไร้แฟลชช่วยลดการสูญเสียวัสดุและเพิ่มประสิทธิภาพ
  • การใช้งาน: การผลิตปริมาณมากของชิ้นส่วนสมมาตรขนาดเล็กถึงขนาดกลาง เช่น ชิ้นส่วนยานยนต์
  • ข้อดีและข้อจำกัด: ปริมาณงานสูง คุณภาพสม่ำเสมอ อัตราการผลิตและความคลาดเคลื่อนขึ้นอยู่กับรูปทรงของชิ้นส่วน การลงทุนด้านอุปกรณ์มีมูลค่าหลายล้านดอลลาร์ และโดยทั่วไปแล้วสายการผลิตจะออกแบบมาสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็กที่มีความสมมาตร

สมัยใหม่มากมาย เครื่องรีดขึ้นรูป CNC ถูกนำมาใช้ในสายการผลิตการตีขึ้นรูปร้อนแบบอัตโนมัติเพื่อควบคุมการเสียรูปที่แม่นยำและเพื่อให้มั่นใจถึงความสามารถในการทำซ้ำได้ในชุดการผลิตขนาดใหญ่

4.5การตีขึ้นรูปด้วยลูกกลิ้ง

  • หลักการ: แท่งเหล็กที่ผ่านการทำความร้อนจะผ่านลูกกลิ้งแบบมีร่องเพื่อลดความหนาและยืดชิ้นงาน โดยการผ่านหรือเปลี่ยนลูกกลิ้งหลายๆ ครั้งเพื่อให้ได้รูปทรงสุดท้าย
  • การใช้งาน: เพลา, เพลาขับ, สปริง และชิ้นส่วนเครื่องมือ
  • ข้อดี: การไหลของเมล็ดพืชที่สม่ำเสมอและไม่มีแฟลช เหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่ยาวต่อเนื่อง

เครื่องรีดขึ้นรูป CNC ให้การควบคุมที่แม่นยำของความเร็วของม้วน ช่องว่าง และการหมุนของแท่ง ช่วยให้มั่นใจถึงความสม่ำเสมอของมิติและการไหลของเมล็ดพืชที่ทำซ้ำได้

การตีขึ้นรูปด้วยลูกกลิ้ง

4.6การกลิ้งแหวน

  • หลักการ: การรีดวงแหวน (Ring Rolling) ทำให้เกิดวงแหวนไร้รอยต่อโดยการอัดแท่งกลวงระหว่างลูกกลิ้ง เส้นผ่านศูนย์กลางภายในจะขยายตัวในขณะที่ความหนาของผนังถูกควบคุม มีขนาดตั้งแต่วงแหวนอุตสาหกรรมขนาดเล็กไปจนถึงฐานกังหันลมขนาดใหญ่
  • การใช้งาน: ตลับลูกปืน, หน้าแปลน, วงแหวนโครงสร้างขนาดใหญ่
  • ข้อดีและข้อจำกัด: ประสิทธิภาพวัสดุสูง การไหลของเมล็ดพืชเรียงเป็นแนวรอบ ต้องใช้แท่งกลวงที่ขึ้นรูปไว้ล่วงหน้า

ขั้นสูง เครื่องรีดวงแหวน CNC และ เครื่องรีดวงแหวนแบบเรเดียลและแบบแกน ให้การควบคุมอัตโนมัติสำหรับการขยายวงแหวน การหมุนแกน และความหนาของผนัง ช่วยให้สามารถผลิตวงแหวนที่ซับซ้อนได้ใกล้เคียงกับรูปร่างสุทธิ

การตีขึ้นรูปแหวนรีด

4.7การตีขึ้นรูปด้วยความร้อนคงที่

  • หลักการ: แม่พิมพ์และแท่งโลหะจะถูกรักษาไว้ที่อุณหภูมิเกือบเท่ากันเพื่อลดการแตกร้าวและให้การเสียรูปสม่ำเสมอ
  • การใช้งาน: โลหะผสมที่เสียรูปยาก เช่น ส่วนประกอบของอากาศยาน เช่น ใบพัดกังหัน
  • ข้อดี: การควบคุมโครงสร้างจุลภาคที่ยอดเยี่ยมและลดการเกิดข้อบกพร่อง
  • ข้อจำกัด: ต้องใช้แม่พิมพ์เฉพาะทางและการควบคุมอุณหภูมิที่แม่นยำ ซึ่งมีรอบการทำงานที่ช้ากว่าการตีขึ้นรูปร้อนแบบธรรมดา
การตีขึ้นรูปด้วยความร้อนคงที่

4.8การตีขึ้นรูปด้วยการเหนี่ยวนำ

  • หลักการ: การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าจะทำให้ชิ้นงานร้อนอย่างรวดเร็วและในพื้นที่ก่อนการตีขึ้นรูป โดยมักจะรวมกับการตีขึ้นรูปด้วยหยดหรือการกดขึ้นรูป
  • การใช้งาน: ส่วนประกอบยานยนต์และอวกาศที่ต้องเกิดการเสียรูปเฉพาะที่ที่อุณหภูมิสูง
  • ข้อดี: การให้ความร้อนที่มีประสิทธิภาพ ลดขนาด กระบวนการสม่ำเสมอ การควบคุมที่แม่นยำเหนือโซนที่ให้ความร้อน
  • ข้อจำกัด: การลงทุนในอุปกรณ์สูง มีข้อจำกัดตามขนาดชิ้นงานและการออกแบบคอยล์

5.0กระบวนการเสริมในการตีขึ้นรูป

ประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายของชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับกระบวนการขึ้นรูปเพียงอย่างเดียว แต่ยังขึ้นอยู่กับกระบวนการเสริมต่างๆ ที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพคุณภาพทางโลหะวิทยาอีกด้วย เทคนิคสนับสนุนที่สำคัญ ได้แก่ การอบอ่อน การอบคืนตัว และการหล่อลื่นแม่พิมพ์:

การอบ:

  • วัตถุประสงค์: ปรับปรุงความเหนียวและความสามารถในการตัดเฉือนของโลหะ บรรเทาความเครียดภายในที่เกิดขึ้นระหว่างการตีขึ้นรูป และลดความแข็ง
  • กระบวนการ: การตีขึ้นรูปจะถูกให้ความร้อนทั้งที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ (การตีขึ้นรูปหลังร้อน) หรือต่ำกว่าอุณหภูมิดังกล่าว (การตีขึ้นรูปก่อนเย็น) คงอุณหภูมิไว้เป็นระยะเวลาหนึ่ง แล้วจึงทำให้เย็นลงอย่างควบคุม การปรับอัตราการทำให้เย็นลงจะใช้เพื่อปรับขนาดเกรน ซึ่งเกรนละเอียดจะช่วยเพิ่มความเหนียว
  • แอปพลิเคชัน:การอบอ่อนหลังการตีขึ้นรูปร้อนจะช่วยป้องกันการแตกร้าวในระหว่างการกลึงครั้งต่อไป ในขณะที่การอบอ่อนแบบทรงกลมก่อนการตีขึ้นรูปเย็นจะช่วยปรับปรุงโครงสร้างเพิร์ลไลต์ ปรับปรุงความเหนียว และลดภาระในการขึ้นรูป

การอบชุบ:

  • วัตถุประสงค์:สร้างสมดุลระหว่างความแข็งและความเหนียวของการตีขึ้นรูป ลดความเปราะหลังการดับ และรักษาความแม่นยำของมิติให้คงที่
  • กระบวนการ:การตีขึ้นรูปที่ผ่านการชุบแข็งแล้วจะถูกให้ความร้อนซ้ำจนถึงอุณหภูมิต่ำกว่าจุดวิกฤต (โดยทั่วไปคือ 200–600 °C สำหรับเหล็กกล้า) คงไว้ตามระยะเวลาที่กำหนด แล้วจึงปล่อยให้เย็นลง ความแข็งจะลดลงและความเหนียวจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิการอบคืนตัวสูงขึ้น
  • แอปพลิเคชัน:ส่วนประกอบที่ต้องรับแรงกระแทกหรือรับน้ำหนักเป็นรอบ (เช่น เพลาข้อเหวี่ยง เฟือง) จำเป็นต้องผ่านการอบชุบเพื่อให้ได้ความแข็งแรงและความเหนียวสูง

การหล่อลื่นแม่พิมพ์:

  • การทำงาน:ลดแรงเสียดทานระหว่างโลหะและแม่พิมพ์ ป้องกันข้อบกพร่องที่พื้นผิวหรือการเสียรูปทรงกระบอก ขณะเดียวกันก็ยืดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์และอำนวยความสะดวกให้โลหะไหลเข้าสู่ส่วนโพรงได้อย่างเหมาะสม
  • ความต้องการ:การตีขึ้นรูปร้อนต้องใช้สารหล่อลื่นที่ทนต่ออุณหภูมิสูง (เช่น สารหล่อลื่นที่ทำจากกราไฟต์) ในขณะที่การตีขึ้นรูปเย็นต้องใช้สารหล่อลื่นที่มีแรงเสียดทานต่ำและสามารถถอดออกได้ง่าย (เช่น สารหล่อลื่นที่ทำจากสบู่โลหะ)

6.0การคัดเลือกโลหะสำหรับการตีขึ้นรูป

โลหะและโลหะผสมเกือบทุกชนิดสามารถตีขึ้นรูปได้ แต่การเลือกใช้วัสดุขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์การใช้งานและข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของชิ้นส่วนสำเร็จรูป โลหะอุตสาหกรรมทั่วไปและคุณลักษณะเฉพาะมีดังนี้:

โลหะ / โลหะผสม คุณสมบัติที่สำคัญ กระบวนการตีขึ้นรูปที่เหมาะสม การใช้งานทั่วไป
เหล็กกล้าคาร์บอนและโลหะผสม มีความแข็งแรงสูง ต้นทุนต่ำ ความสามารถในการขึ้นรูปร้อนที่ยอดเยี่ยม ตอบสนองการอบชุบด้วยความร้อนได้ดี การตีขึ้นรูปร้อน การตีขึ้นรูปอุ่น เพลาข้อเหวี่ยงยานยนต์ ชิ้นส่วนเครื่องจักรกลการเกษตร เครื่องมือ
สแตนเลส ทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง การตีขึ้นรูปร้อนและการตีขึ้นรูปอุ่นเป็นเรื่องปกติ การตีขึ้นรูปเย็นเป็นไปได้สำหรับเกรดออสเทนนิติก (เช่น 304/316) ในขณะที่เกรดมาร์เทนซิติกหรือการชุบแข็งด้วยการตกตะกอนอาจต้องใช้การตีขึ้นรูปอุ่นหรือร้อน ส่วนประกอบอุปกรณ์เคมี อุปกรณ์ยึดสำหรับอากาศยาน
อะลูมิเนียมและโลหะผสมอะลูมิเนียม ความหนาแน่นต่ำ ความเหนียวดีเยี่ยม ความสามารถในการขึ้นรูปเย็นที่โดดเด่น การตีขึ้นรูปเย็น การตีขึ้นรูปอุ่น ชิ้นส่วนโครงสร้างน้ำหนักเบา (เช่น ล้อรถยนต์ ตัวเรือนอิเล็กทรอนิกส์)
ไททาเนียมและโลหะผสมไททาเนียม มีความแข็งแรงสูง ทนต่ออุณหภูมิสูงและการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม ยากต่อการเสียรูป การตีขึ้นรูปร้อน การตีขึ้นรูปแบบไอโซเทอร์มอล ใบพัดเครื่องยนต์เครื่องบิน, ฐานรองรับยานอวกาศ
ทองแดงและทองเหลือง การนำไฟฟ้าดีเยี่ยม ความเหนียวสูง พื้นผิวเรียบในการตีขึ้นรูปเย็น การตีขึ้นรูปเย็น การตีขึ้นรูปอุ่น ขั้วต่อไฟฟ้า วาล์ว ส่วนประกอบฮาร์ดแวร์

6.1การตีขึ้นรูปเทียบกับกระบวนการผลิตอื่น ๆ

ข้อดีของการตีขึ้นรูปเกิดจากการเสียรูปพลาสติกแบบโซลิดสเตตและโครงสร้างเกรนที่เหมาะสม คุณสมบัติของวัสดุเหล่านี้แตกต่างจากผลิตภัณฑ์หล่อ เชื่อม และกลึงอย่างมีนัยสำคัญ:

การตีขึ้นรูปและการหล่อ

มิติของการเปรียบเทียบ การตีขึ้นรูป การหล่อ
ความสมบูรณ์ของโครงสร้าง ปราศจากรูพรุนและข้อบกพร่องแบบเดนไดรต์ การไหลของเมล็ดพืชเป็นไปตามรูปทรงของชิ้นส่วน โดยทั่วไปความแข็งแรงจะสูงกว่าการหล่อที่เทียบเท่ากัน 20% มีแนวโน้มที่จะเกิดรูพรุนของก๊าซและข้อบกพร่องจากการหดตัว การวางแนวเมล็ดพืชแบบสุ่ม ความต้านทานความล้าต่ำ
ความอดทนและความซับซ้อน ความสามารถที่จำกัดสำหรับผนังบางหรือโพรงลึก ความคลาดเคลื่อนที่กว้างขึ้นต้องใช้การกลึง สามารถสร้างรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนพร้อมรายละเอียดที่ละเอียด มักมีรูปร่างใกล้เคียงสุทธิพร้อมการกลึงรองน้อยที่สุด
การใช้ประโยชน์ของวัสดุ การตีขึ้นรูปร้อนทำให้เกิดแฟลช (สูญเสียวัสดุ 10–20%) การตีขึ้นรูปเย็น/การตีขึ้นรูปโดยไม่ใช้แฟลชทำให้มีประสิทธิภาพสูงกว่า การหล่อเกี่ยวข้องกับเกตและไรเซอร์ (การสูญเสียวัสดุ 20–30%) แต่ความสามารถในการมีรูปร่างใกล้เคียงสุทธิจะสูงกว่า
การพิจารณาต้นทุน ต้นทุนแม่พิมพ์สูง ประหยัดสำหรับการผลิตปริมาณมาก ต้นทุนแม่พิมพ์ต่ำ (เช่น การหล่อทราย) ประหยัดกว่าสำหรับงานปริมาณน้อย
การตีขึ้นรูปและการหล่อ

การตีขึ้นรูปเทียบกับการเชื่อม:

  • ความแข็งแกร่ง:งานตีขึ้นรูปเป็นโครงสร้างชิ้นเดียวที่ไม่มีข้อบกพร่องของรอยเชื่อม (เช่น รูพรุน การหลอมรวมไม่สมบูรณ์) ทำให้มีความทนทานต่อแรงกระแทกและความล้าที่สม่ำเสมอ ชิ้นงานที่เชื่อมมีรอยเชื่อมเป็น "จุดอ่อน" ซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดรอยแตกร้าวภายใต้ความเค้นที่เข้มข้น
  • การใช้ประโยชน์ของวัสดุ:การตีขึ้นรูปโลหะช่วยให้ได้รูปทรงโดยการเสียรูปโดยมีเศษวัสดุน้อยที่สุด โครงสร้างที่เชื่อมต้องใช้การตัดและประกอบชิ้นส่วนหลายชิ้น ส่งผลให้สูญเสียวัสดุมากขึ้น
  • ประสิทธิภาพการผลิต:การตีขึ้นรูปสามารถทำได้โดยอัตโนมัติในระดับสูงสำหรับการผลิตจำนวนมาก ในขณะที่ชิ้นส่วนที่เชื่อมต้องใช้การเชื่อมด้วยมือหรือหุ่นยนต์ รวมถึงการทดสอบแบบไม่ทำลายเพิ่มเติม (เช่น การตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์) ซึ่งทำให้กระบวนการมีความซับซ้อนมากขึ้น

การตีขึ้นรูปเทียบกับการกลึงแท่ง:

  • โครงสร้างเมล็ดพืช:ในการตีขึ้นรูป การไหลของเกรนจะเป็นไปตามรูปทรงของชิ้นงาน ช่วยเพิ่มความแข็งแรงตามทิศทาง การตัดเฉือนจะตัดผ่านเกรน ช่วยลดความต้านทานต่อความล้า
  • ช่วงขนาด:การตีขึ้นรูปสามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีขนาดตั้งแต่ต่ำกว่า 1 นิ้วไปจนถึงมากกว่า 450 ตัน ในขณะที่การกลึงจะถูกจำกัดด้วยขนาดสต็อกที่มีอยู่
  • ค่าใช้จ่าย:การตีขึ้นรูปที่เกือบเป็นรูปทรงสุทธิช่วยลดการตัดเฉือนในขั้นตอนต่อไป ซึ่งช่วยลดต้นทุนในการผลิตจำนวนมาก เศษวัสดุจากการตัดเฉือนอาจมีมากถึง 30–50% ของวัตถุดิบ

7.0ข้อบกพร่องในการตีขึ้นรูปทั่วไปและสาเหตุ

แม้ว่าการตีขึ้นรูปจะเป็นกระบวนการที่ก้าวหน้าและเป็นที่ยอมรับกันดีอยู่แล้ว แต่ข้อบกพร่องก็ยังคงเกิดขึ้นได้เนื่องจากข้อบกพร่องด้านการออกแบบ ข้อผิดพลาดในการปฏิบัติงาน หรือปัญหาเกี่ยวกับวัสดุ ข้อบกพร่องหลักๆ จากการตีขึ้นรูป ลักษณะอาการ และสาเหตุหลัก สรุปได้ดังนี้

ประเภทข้อบกพร่อง การแสดงออก สาเหตุหลัก
ช่องว่าง โพรงภายในหรือบริเวณที่ไม่มีการเติมภายในโลหะ การให้ความร้อนแก่แท่งโลหะที่ไม่สม่ำเสมอ การออกแบบแม่พิมพ์ที่ไม่เหมาะสมทำให้การไหลของโลหะถูกจำกัด การกักเก็บก๊าซ
รอยแตกร้าว ความไม่ต่อเนื่องเชิงเส้นบนพื้นผิวหรือภายในชิ้นงาน อุณหภูมิไม่เพียงพอ (ความเหนียวต่ำ) แรงขึ้นรูปมากเกินไป รัศมีแม่พิมพ์เล็กทำให้เกิดความเค้นเข้มข้น
รอบ ตะเข็บปลอมที่เกิดจากการพับวัสดุเข้าหากัน การไหลของวัสดุไม่เพียงพอ การออกแบบโพรงแม่พิมพ์ที่ไม่เหมาะสมนำไปสู่การไหลย้อนกลับของโลหะ
การปิดแบบเย็น (Laps/Seams) ข้อบกพร่องจากการพับผิวทำให้เกิดโซนที่อ่อนแอ อุณหภูมิการตีขึ้นรูปต่ำ (การไหลของโลหะไม่ดี) การระบายแม่พิมพ์ไม่เพียงพอทำให้แก๊สอุดตัน
แฟลชส่วนเกิน วัสดุส่วนเกินเกินขีดจำกัดที่ตั้งใจไว้ บิลเล็ตขนาดใหญ่เกินไป ระยะห่างการปิดแม่พิมพ์ไม่เหมาะสม แรงดันไม่เพียงพอในการตีขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ปิด
รอยขีดข่วนบนพื้นผิว รอยพื้นผิวหรือรอยบุ๋มที่ไม่สม่ำเสมอ พื้นผิวแม่พิมพ์สึกหรอ การหล่อลื่นไม่เพียงพอ การขจัดตะกรันออกจากแท่งโลหะไม่เพียงพอ ทำให้มีตะกรันออกไซด์ฝังตัว
โครงสร้างเมล็ดพืชไม่ดี การกระจายเมล็ดหยาบหรือไม่สม่ำเสมอ ความร้อนสูงเกินไปทำให้เมล็ดพืชเติบโต การเสียรูปไม่เพียงพอทำให้เกิดการตกผลึกใหม่ไม่สมบูรณ์ อัตราการเย็นตัวที่ไม่สามารถควบคุมได้

7.1อุปกรณ์ตีแกน

การเลือกอุปกรณ์การตีขึ้นรูปขึ้นอยู่กับประเภทของกระบวนการและขนาดของชิ้นส่วน เครื่องจักรหลักและหน้าที่ของอุปกรณ์ประกอบด้วย:

  • เตาหลอม: ให้อุณหภูมิการตีขึ้นรูปตามที่ต้องการ ระบบสมัยใหม่ใช้ความร้อนจากแก๊สหรือไฟฟ้าเป็นหลัก เตาเหนี่ยวนำที่ใช้ในการตีขึ้นรูปร้อนอัตโนมัติหรือการตีขึ้นรูปด้วยเหนี่ยวนำ ช่วยให้สามารถให้ความร้อนได้อย่างรวดเร็วและเฉพาะจุด
  • ค้อนพลัง: อุปกรณ์หลักสำหรับการตีขึ้นรูปด้วยวิธีการดรอปฟอร์จ จำแนกตามแหล่งพลังงาน ได้แก่ ค้อนไอน้ำ ค้อนไฮดรอลิก และค้อนไฟฟ้า น้ำหนักของค้อนมีตั้งแต่ประมาณ 230 กิโลกรัม (ขนาดเล็ก) ไปจนถึงหลายตัน (ขนาดใหญ่) ซึ่งให้แรงเสียรูปสูง
  • เครื่องกด: เครื่องจักรอุตสาหกรรมมีตั้งแต่น้ำหนักไม่กี่ตันไปจนถึงหลายพันตัน เครื่องจักรขนาดใหญ่พิเศษอาจมีน้ำหนักถึงหลายหมื่นตัน แต่พบได้น้อย
  • เครื่องทำลายล้าง: เครื่องอัดแบบแนวนอนหรือแนวตั้งเฉพาะทางที่ออกแบบมาสำหรับงานอัดขึ้นรูป เครื่องเหล่านี้ติดตั้งแม่พิมพ์แยกหลายช่อง ช่วยให้สามารถถ่ายโอนชิ้นงานอัตโนมัติและขึ้นรูปได้อย่างต่อเนื่อง
  • เครื่องรีดแหวน: อุปกรณ์เฉพาะสำหรับการตีขึ้นรูปวงแหวน ประกอบด้วยลูกกลิ้งขับเคลื่อน ลูกกลิ้งแกนหมุน และลูกกลิ้งนำ เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก และความสูงของวงแหวนจะถูกควบคุมโดยการปรับระยะห่างระหว่างลูกกลิ้ง
  • เครื่องรีดขึ้นรูป: ประกอบด้วยลูกกลิ้งร่องหนึ่งคู่หรือมากกว่า โลหะจะถูกเปลี่ยนรูปโดยการหมุนของลูกกลิ้ง ทำให้ระบบนี้เหมาะสำหรับการตีขึ้นรูปชิ้นส่วนที่มีความยาว เช่น แท่งหรือเพลาอย่างต่อเนื่อง
ค้อนตีขึ้นรูปลมประสิทธิภาพสูง
ค้อนไฟฟ้าสำหรับการตีขึ้นรูปด้วยลม
เครื่องรีดวงแหวนเรเดียล CNC สำหรับการตีหน้าแปลน img4
เครื่องรีดแหวน
แม่พิมพ์รีดขึ้นรูป โซลูชันเครื่องมือการตีขึ้นรูปอุตสาหกรรม
เครื่องรีดขึ้นรูป

8.0คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

คำถามที่ 1: ความแตกต่างหลักระหว่างการตีขึ้นรูปด้วยเครื่องดรอปฟอร์จและการตีขึ้นรูปด้วยเครื่องอัดคืออะไร?

A: การตีขึ้นรูปด้วยค้อน (Drop forging) ใช้ค้อนเพื่อให้แรงกระแทกทันที จึงเหมาะสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็กถึงขนาดกลางที่มีทิศทางการไหลของเกรนสูง การตีขึ้นรูปด้วยแรงกดจะใช้แรงกดที่ช้าและต่อเนื่อง ทำให้เกิดการเสียรูปสม่ำเสมอและควบคุมชิ้นส่วนขนาดใหญ่หรือชิ้นส่วนที่ซับซ้อนได้ดีกว่า

คำถามที่ 2: เครื่องจักรใดที่ใช้สำหรับการผลิตเพลาความแม่นยำสูง?

ตอบ: เพลาและชิ้นส่วนที่มีลักษณะยาวมักใช้เครื่องรีดขึ้นรูป CNC เพื่อการควบคุมขนาดที่แม่นยำและการไหลของเกรนที่สม่ำเสมอ สำหรับเพลาเรียวหรือเพลาขั้นบันได เครื่องรีดแบบ Cross Wedge จะช่วยขึ้นรูปแท่งเหล็กโดยสิ้นเปลืองวัสดุน้อยที่สุดก่อนการขึ้นรูปขั้นสุดท้าย

ไตรมาสที่ 3: แหวนไร้รอยต่อผลิตอย่างไร และใช้เครื่องจักรใด

ตอบ: แหวนไร้รอยต่อผลิตโดยการขยายแท่งกลวงระหว่างลูกกลิ้งหมุน แหวนขนาดเล็กถึงขนาดกลางมักใช้เครื่องรีดแหวน CNC ในขณะที่แหวนขนาดใหญ่ที่ต้องการการควบคุมทั้งเส้นผ่านศูนย์กลางและความสูงจะใช้เครื่องรีดแหวนแบบเรเดียลและแบบแกน

ไตรมาสที่ 4: วัสดุใดที่เหมาะกับกระบวนการตีขึ้นรูปเหล่านี้?

ตอบ: โลหะทั่วไป ได้แก่ เหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าผสม สเตนเลสสตีล อะลูมิเนียม ทองแดง และโลหะผสมประสิทธิภาพสูง เช่น ไทเทเนียม การเลือกขึ้นอยู่กับขนาดของชิ้นส่วน คุณสมบัติเชิงกลที่ต้องการ และความเข้ากันได้กับกระบวนการตีขึ้นรูป (ร้อน อุ่น หรือเย็น)

คำถามที่ 5: ความแตกต่างระหว่างเครื่อง CNC Roll Forging กับเครื่อง Roll Forging แบบดั้งเดิมคืออะไร?

A: เครื่องรีดขึ้นรูปด้วย CNC สามารถควบคุมความเร็วของลูกกลิ้ง ช่องว่าง และการหมุนของแท่งโลหะได้อย่างแม่นยำ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงความแม่นยำของขนาดที่สม่ำเสมอและการไหลของเกรนที่สม่ำเสมอ เครื่องรีดขึ้นรูปแบบดั้งเดิมมักอาศัยการปรับด้วยมือและประสบการณ์ของผู้ปฏิบัติงาน ทำให้การผลิตที่มีปริมาณมากและความแม่นยำสูงมีความท้าทายมากขึ้น

 

อ้างอิง

https://en.wikipedia.org/wiki/Forging

https://www.tfgusa.com/resources/metal-forging-processes-methods/

https://www.iqsdirectory.com/articles/forging.html

https://www.compass-anvil.com/forging-vs-casting

กระทู้ที่เกี่ยวข้อง