กระบวนการดัดท่อสแตนเลส: วิธีการ เครื่องมือ และการใช้งาน

1.0 บทนำสู่กระบวนการดัดท่อสแตนเลส

1.1 คุณสมบัติของวัสดุสแตนเลสและความสามารถในการดัดงอ

สแตนเลสเป็นวัสดุสำคัญในการผลิตทางอุตสาหกรรมเนื่องจากมีความแข็งแรงสูง ทนทานต่อการกัดกร่อน และมีความเหนียวดีเยี่ยม

แข็งแต่สามารถขึ้นรูปได้:ด้วยกระบวนการที่เหมาะสม สแตนเลสสามารถดัดให้เป็นรูปร่างที่ซับซ้อนได้ ทำให้เหมาะสำหรับต้นแบบที่กำหนดเองและส่วนประกอบที่มีความแม่นยำ

ข้อได้เปรียบของอุตสาหกรรม:

• ความทนทาน:ความทนทานต่อการกัดกร่อนและออกซิเดชันทำให้เหมาะกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
• ความยืดหยุ่นและความแข็งแกร่ง:ให้ทั้งความเสถียรของโครงสร้างและความยืดหยุ่นในการขึ้นรูป

1.2  การประยุกต์ใช้หลักในอุตสาหกรรมการดัดท่อสแตนเลส

2.0 ความท้าทายและแนวทางแก้ไขในการดัดท่อสแตนเลส

2.1 ลักษณะของวัสดุและความยากในการดัดงอ

• ความแข็งแรงและความเหนียวสูง:สแตนเลสมีความแข็งแรงสูงและมีความเหนียวที่ดี เหมาะสำหรับชิ้นส่วนโครงสร้างและอุปกรณ์อุตสาหกรรม
• ความท้าทาย:ความแข็งแรงสูง → ต้องใช้แรงดัดที่มากขึ้น ทำให้เครื่องจักรรับน้ำหนักได้มากขึ้น ความเหนียวสูง → มีแนวโน้มที่จะเกิดการดีดตัว ซึ่งส่งผลต่อความแม่นยำในการขึ้นรูป
• ความต้านทานการกัดกร่อน:ความเสียหายที่พื้นผิวจากการดัดงอ (เช่น รอยขีดข่วน รอยบุบ) อาจทำให้ความต้านทานการกัดกร่อนลดลง ดังนั้นต้องหลีกเลี่ยงการเสียดสีที่มากเกินไป

2.2 ความแตกต่างในการประมวลผลระหว่างเกรดสแตนเลส

3.0 ภาพรวมวิธีกระบวนการดัด

การดัดท่อสแตนเลสสามารถทำได้หลายวิธี โดยแต่ละวิธีเหมาะกับขนาดท่อ คุณสมบัติของวัสดุ และข้อกำหนดความแม่นยำเฉพาะ การเลือกกระบวนการที่เหมาะสมจะส่งผลโดยตรงต่อความแม่นยำในการขึ้นรูป ผิวสำเร็จ และความน่าเชื่อถือของโครงสร้าง

หัวข้อนี้จะแนะนำเทคนิคการดัด 5 ประการทั่วไป ได้แก่ การดัดด้วยมือ การดัดด้วยไฮดรอลิก การดัดด้วย CNC การดัดด้วยลูกกลิ้ง และการดัดด้วยความร้อน โดยเน้นถึงการใช้งานที่เหมาะสม ประเภทของอุปกรณ์ และขั้นตอนการปฏิบัติงานมาตรฐาน

3.1 เครื่องดัดท่อแบบมือโยก (Manual Pipe Bender)

สถานการณ์ที่สามารถนำไปใช้ได้:ผลิตเป็นชุดเล็กๆ ท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก (โดยทั่วไป ≤25 มม.) ความต้องการความแม่นยำต่ำ

อุปกรณ์:เครื่องดัดท่อแบบมือโยก (มีแม่พิมพ์หลายขนาด)

ขั้นตอนปฏิบัติการ:

• เลือกแม่พิมพ์:เลือกแม่พิมพ์ดัดที่เหมาะสมโดยพิจารณาจากเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก (OD) ของท่อ
• ซ่อมแซมท่อ:ใส่ท่อเข้าไปในเครื่องดัด โดยให้แน่ใจว่าปลายด้านหนึ่งอยู่ชิดกับบล็อกตำแหน่งและจุดเริ่มต้นการดัดอยู่ในแนวเดียวกับจุดศูนย์กลางของแม่พิมพ์
• ทำเครื่องหมายตำแหน่งการดัด:ใช้เครื่องหมายเพื่อระบุว่าควรเริ่มโค้งจากจุดใด
• การดำเนินการด้วยตนเอง:ดึงด้ามจับช้าๆ เพื่อดัดท่อรอบแม่พิมพ์ให้ได้มุมที่ต้องการ (ดูมาตราส่วนมุม)
• การชดเชยสปริงแบ็ค:เนื่องจากสแตนเลสมีความยืดหยุ่น จึงควรงอเกินเล็กน้อย (2°–5°) เพื่อลดแรงดีดกลับ
• ถอดท่อออก:ปล่อยแคลมป์และตรวจสอบมุมโค้งและความกลม

3.2 เครื่องดัดท่อไฮโดรลิก (Hydralic Pipe Bending Machine)

สถานการณ์ที่สามารถนำไปใช้ได้:ท่อขนาดกลางถึงใหญ่ (DN15–DN150) ความต้องการความแม่นยำปานกลางถึงสูง

อุปกรณ์:เครื่องดัดท่อไฮโดรลิก (พร้อมปั๊มไฮโดรลิก แม่พิมพ์ อุปกรณ์จับยึด)

ขั้นตอนปฏิบัติการ:

• ติดตั้งแม่พิมพ์:ติดตั้งแม่พิมพ์ดัด แม่พิมพ์หนีบ และแม่พิมพ์แรงดันให้เข้ากันกับเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อ
• ตั้งค่าพารามิเตอร์:ตั้งค่ามุมการดัด (เช่น 90°) และความเร็ว (ความเร็วที่ต่ำลงจะช่วยหลีกเลี่ยงการยับ)
• ซ่อมแซมท่อ:วางท่อไว้ในเครื่องแล้วยึดด้วยแม่พิมพ์หนีบ โดยให้แน่ใจว่าปลายท่ออยู่ในแนวเดียวกับแม่พิมพ์ดัด
• สตาร์ทปั๊มไฮโดรลิก:กดปุ่มเพื่อเปิดใช้งานกระบอกสูบไฮดรอลิกซึ่งจะหมุนแม่พิมพ์ดัดรอบแกนเพื่อดัดท่อ
• แรงกดดัน:ค้างแรงกดไว้ 2-3 วินาที เพื่อลดการดีดตัวกลับ
• รีเซ็ตและถอดท่อ:ปล่อยระบบไฮดรอลิก ถอดท่อออก และตรวจสอบรอยบุบหรือการเสียรูปของวงรี

3.3 เครื่องดัดท่อซีเอ็นซี (CNC Pipe Bending Machine)

สถานการณ์ที่สามารถนำไปใช้ได้:การดัดแบบ 3 มิติที่ซับซ้อน การผลิตปริมาณมาก ความแม่นยำสูง (เช่น ระบบไอเสียของรถยนต์)

อุปกรณ์:เครื่องดัดท่อ CNC (ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เซอร์โวพร้อมควบคุมระบบ PLC)

ขั้นตอนปฏิบัติการ:

• การเขียนโปรแกรม: ป้อนพารามิเตอร์การดัด (มุม รัศมี ความเร็วการป้อน) ผ่านแผงควบคุมหรือโหลดรูปวาด CAD
• การยึดท่อ: ป้อนท่อเข้าไปในชั้นวาง เครื่องจะยึดและจัดตำแหน่งท่อโดยอัตโนมัติ
• การดัดอัตโนมัติ:
  • แม่พิมพ์ยึดจะยึดท่อเข้าที่ในขณะที่แม่พิมพ์ดัดจะหมุนตามโปรแกรม
  • แกนช่วยป้องกันไม่ให้ท่อทรุดตัว และบูสเตอร์ช่วยป้องกันไม่ให้ท่อย่น
  • หลังจากการดัดแต่ละครั้ง หน่วยป้อนจะเคลื่อนท่อไปยังจุดดัดถัดไป
• การตรวจสอบแบบเรียลไทม์: เซ็นเซอร์เลเซอร์จะตรวจสอบมุมการดัดจริงและชดเชยการคืนตัวโดยอัตโนมัติ
• ผลผลิตของผลิตภัณฑ์: หลังจากการดัดแล้ว ท่อจะถูกปล่อยออกโดยอัตโนมัติสำหรับการตรวจสอบคุณภาพ (เช่น การทดสอบเกจผ่าน)

3.4 การดัดม้วน

เครื่องดัดเหล็ก 3 ลูกกลิ้ง

ลักษณะโครงสร้าง: เค้าโครงสามลูกกลิ้ง: ลูกกลิ้งด้านบน 1 ตัว (ลูกกลิ้งกดแบบแอ็คทีฟ) + ลูกกลิ้งด้านล่าง 2 ตัว (ลูกกลิ้งรองรับแบบคงที่)

วิธีการปรับแต่ง: ลูกกลิ้งด้านบนเคลื่อนที่ในแนวตั้ง ส่วนลูกกลิ้งด้านล่างจะมีระยะห่างคงที่หรือปรับได้

สถานการณ์ที่สามารถนำไปใช้ได้:

• ชนิดท่อ: สแตนเลสท่อกลม ท่อเหลี่ยม เหล็กแบน ฯลฯ (ความหนาของผนังปานกลาง)
• รัศมีการโค้งงอ: เหมาะสำหรับส่วนโค้งที่มีรัศมีขนาดใหญ่ (เช่น ราวกั้น ราวบันได โครงสร้างวงกลม)

ขั้นตอนปฏิบัติการ:

• ปรับแรงกดลูกกลิ้งด้านบน: ตั้งค่าแรงกดลงของลูกกลิ้งด้านบนตามเส้นผ่านศูนย์กลางท่อและความหนาของผนัง
• ป้อนและปรับท่อ: ป้อนท่อระหว่างลูกกลิ้งทั้งสามตัว โดยให้แน่ใจว่าจุดเริ่มต้นอยู่ในแนวเดียวกับลูกกลิ้ง
• การดัดโค้งเบื้องต้น:
  • สตาร์ทเครื่อง ลูกกลิ้งด้านบนกดลงและท่อจะกลิ้งเพื่อสร้างเส้นโค้งเริ่มต้น
  • หากปลายท่อไม่งอ (เนื่องจากผลของขอบตรง) ให้ดัดปลายท่อล่วงหน้าด้วยแม่พิมพ์หากจำเป็น
• การดัดแบบก้าวหน้า:
  • ทำซ้ำการกลิ้งโดยค่อยๆ ปรับแรงกดของลูกกลิ้งด้านบนจนกระทั่งถึงส่วนโค้งเป้าหมาย
• ตรวจสอบความกลม: ใช้แม่แบบส่วนโค้งหรืออุปกรณ์วัดเลเซอร์เพื่อตรวจสอบความสม่ำเสมอของการดัด

เครื่องดัดเหล็กเส้น 5 ลูกกลิ้ง

เค้าโครงห้าลูกกลิ้ง: ลูกกลิ้งล่างแบบคงที่ 2 ตัว (รองรับ) + ลูกกลิ้งด้านข้าง 2 ตัว (นำทาง) + ลูกกลิ้งด้านบน 1 ตัว (การกดแบบแอ็คทีฟ)

ข้อดี: มีความเสถียรมากกว่าการออกแบบ 3 ลูกกลิ้ง เหมาะสำหรับการดัดส่วนโค้งที่แม่นยำและซับซ้อน

สถานการณ์ที่สามารถนำไปใช้ได้:

• ความต้องการความแม่นยำสูง: เช่น ท่อไอเสียรถยนต์ ท่อส่งเครื่องบิน ชิ้นส่วนเครื่องจักรกลแม่นยำ
• การป้องกันรอยยับของท่อผนังบาง: ลูกกลิ้งด้านข้างช่วยลดการเสียรูปและป้องกันรอยบุ๋ม

ขั้นตอนปฏิบัติการ:

• ปรับระยะห่างระหว่างลูกกลิ้ง:
  • กำหนดตำแหน่งลูกกลิ้งล่างและด้านข้างตามเส้นผ่านศูนย์กลางท่อเพื่อให้แน่ใจว่าวางอยู่ในแนวกลาง
• ปลายโค้งล่วงหน้า (ทางเลือก):
  • หากจำเป็นต้องดัดปลายท่อ ให้ใช้แม่พิมพ์หรือเครื่องอัดไฮดรอลิกเพื่อดัดเบื้องต้น
• ป้อนและปรับท่อ:
  • ใส่ท่อเข้าในระบบลูกกลิ้ง 5 ตัว โดยให้แน่ใจว่าสัมผัสกับลูกกลิ้งทั้งหมดอย่างเท่าเทียมกัน
• การกลิ้งแบบก้าวหน้า:
  • ลูกกลิ้งด้านบนกดลง ลูกกลิ้งด้านข้างนำทาง และท่อจะถูกขึ้นรูปโดยการรีดซ้ำๆ
• การปรับไดนามิก:
  • ตรวจสอบรัศมีการดัดแบบเรียลไทม์ ปรับแต่งแรงกดลูกกลิ้งด้านข้างเพื่อควบคุมการคืนตัว
• การตรวจสอบขั้นสุดท้าย: ตรวจสอบความกลม ความเรียบของส่วนโค้ง และความคลาดเคลื่อนของมิติ

เครื่องดัดเหล็ก 7 ลูกกลิ้ง

เค้าโครงแบบ 7 ลูกกลิ้ง:

ลูกกลิ้งล่าง 3 ลูก (ตัวรองรับหลัก) + ลูกกลิ้งด้านข้าง 2 ลูก (ตัวนำทาง) + ลูกกลิ้งด้านบน 2 ลูก (ตัวกด)

ข้อดี: เหมาะสำหรับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางพิเศษใหญ่ (>300 มม.) หรือท่อที่มีผนังหนา (>10 มม.) ที่มีประสิทธิภาพสูง

สถานการณ์ที่สามารถนำไปใช้ได้:

• ชิ้นส่วนโครงสร้างขนาดใหญ่: เช่น ท่อส่งน้ำมัน โครงเรือ สะพานโครงสร้างเหล็ก
• การควบคุมการเสียรูปของท่อผนังหนา: ลูกกลิ้งหลายตัวกระจายแรงกดเพื่อหลีกเลี่ยงแรงกดเฉพาะที่

ขั้นตอนปฏิบัติการ:

• ตำแหน่งท่อหนัก :
  • ใช้อุปกรณ์ยกเพื่อป้อนท่อเข้าสู่ระบบลูกกลิ้ง 7 ตัวโดยให้มั่นใจว่าวางอยู่ในแนวนอน
• กระจายแรงกดลูกกลิ้ง:
  • ปรับแรงดันไฮดรอลิกของลูกกลิ้งแต่ละลูกเพื่อหลีกเลี่ยงการบรรทุกเกินหรือท่อแบนราบ
• การกลิ้งตามส่วน:
  • ดำเนินการดัดเบื้องต้น จากนั้นค่อยๆ เพิ่มแรงกดและขึ้นรูปรัศมีขนาดใหญ่ให้เสร็จภายในหลายๆ รอบ
• การควบคุมแบบซิงโครไนซ์:
  • ลูกกลิ้งทั้งเจ็ดทำงานประสานกันผ่านระบบ PLC เพื่อให้แน่ใจว่ามีการเคลื่อนไหวสม่ำเสมอและป้องกันการบิด
• การคลายเครียด:
  • หลังการดัด การอบอ่อน (ให้ความร้อนถึง ~600°C และปล่อยให้เย็นลงช้าๆ) อาจจำเป็นเพื่อลดความเค้นตกค้าง

สรุปการเปรียบเทียบ

คำแนะนำในการเลือก

• แบตช์เล็ก/อาร์คแบบง่าย→ การใช้งาน เครื่อง 3 ลูกกลิ้ง (คุ้มค่าและใช้งานได้จริง)
• ท่อที่มีความแม่นยำสูง / ผนังบาง→ การใช้งาน เครื่อง 5 ลูกกลิ้ง (มีความสามารถในการป้องกันการเปลี่ยนรูปได้ดีขึ้น)
• เส้นผ่าศูนย์กลางใหญ่พิเศษ / อุตสาหกรรมหนัก→ การใช้งาน เครื่อง 7 ลูกกลิ้ง (การออกแบบลูกกลิ้งหลายตัวช่วยกระจายแรงกดอย่างสม่ำเสมอ)

3.5 เครื่องดัดท่อแบบเหนี่ยวนำ (เครื่องดัดท่อแบบร้อน)

สถานการณ์ที่สามารถนำไปใช้ได้:ท่อที่มีผนังหนา (≥6มม.), เส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ (≥200มม.) หรือโลหะผสมพิเศษ

อุปกรณ์:เครื่องดัดท่อเหนี่ยวนำความถี่ปานกลาง (รวมคอยล์เหนี่ยวนำและระบบระบายความร้อน)

ขั้นตอนปฏิบัติการ:

• มาร์คโซนร้อน: ทำเครื่องหมายส่วนดัด (ความกว้าง ≈ 3× เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ)
• การให้ความร้อนเฉพาะที่: จ่ายพลังงานให้ขดลวดเหนี่ยวนำเพื่อให้ความร้อนแก่โซนที่อุณหภูมิ 900–1100°C (สีส้มแดง)
• การดัด: แขนไฮดรอลิกจะดันส่วนที่ให้ความร้อนไปรอบๆ แม่พิมพ์คงที่ ขณะที่การระบายความร้อนด้วยน้ำจะทำให้รูปร่างแข็งตัวขึ้น
• การอบอ่อน (ถ้าจำเป็น): ให้ความร้อนแก่ท่อทั้งหมดถึงประมาณ 500°C แล้วค่อย ๆ เย็นลงเพื่อบรรเทาความเครียดภายใน

4.0 ข้อควรพิจารณาในการดัดท่อสแตนเลส

เมื่อวางแผนกระบวนการดัดท่อสแตนเลส จะต้องคำนึงถึงปัจจัยสำคัญหลายประการเพื่อให้แน่ใจว่ามีความแม่นยำของขนาดและความสมบูรณ์ของโครงสร้าง ข้อควรพิจารณาที่สำคัญที่สุด ได้แก่:

4.1 กระบวนการควบคุมคีย์

การประเมินวัสดุ→คำนวณรัศมีการโค้งงอขั้นต่ำ→เลือกอุปกรณ์และแม่พิมพ์ →ตั้งค่าพารามิเตอร์กระบวนการ (ความเร็ว/อุณหภูมิ) →ใช้มาตรการป้องกันการเสียรูป →ทดลองดัดและปรับแต่ง →การรักษาหลังการรักษาและการตรวจสอบ

4.2 คุณสมบัติของวัสดุ

1. เกรดสแตนเลส:

ออสเทนนิติก (เช่น 304, 316): มีแนวโน้มที่จะเกิดการแข็งตัวจากการทำงาน ควบคุมความเร็วในการดัดเพื่อป้องกันการแตกร้าว

มาร์เทนซิติก (เช่น 410): มีความแข็งสูง อาจต้องอุ่นเครื่องก่อน (แนะนำให้ดัดด้วยความร้อน)

2. อัตราส่วนเส้นผ่านศูนย์กลางต่อความหนา (D/t):

ท่อผนังบาง (D/t ≥ 20): ง่ายต่อการยุบตัว รองรับด้วยแกนหมุนหรือทราย

ท่อผนังหนา (D/t ≤ 10) : ต้องใช้แรงดัดที่มากขึ้น

ตารางแสดงรัศมีการโค้งงอของท่อสแตนเลส

4.3 รัศมีการโค้งงอ

รัศมีการโค้งงอขั้นต่ำ (R):

การดัดเย็น: R ≥ 1.5 × เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ

การดัดร้อน: R ≥ 1.0 × เส้นผ่านศูนย์กลางท่อ

รัศมีที่เล็กอาจทำให้ผมบางหรือย่นได้

สูตรเชิงประจักษ์:R = K × D (K คือค่าคงที่ของวัสดุ สำหรับสแตนเลส 304, K ≈ 2–3)

4.4 ความเร็วในการดัดและอุณหภูมิ

การดัดเย็น:แนะนำให้ใช้ความเร็วต่ำ (ไฮดรอลิก: 5–10°/s) เพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าวอันเนื่องมาจากการทำงานที่ทำให้แข็ง

การดัดร้อน:

• อุณหภูมิการให้ความร้อน: 900–1100°C สำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก
• ให้แน่ใจว่าความร้อนสม่ำเสมอเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปเฉพาะจุด
• ระยะเวลาแช่ที่เพียงพอสำหรับท่อที่มีผนังหนา

4.5 มาตรการป้องกันการเสียรูป

การเลือกแกน:

แกนแข็ง (เหล็ก) : สำหรับการดัดโค้งที่แม่นยำสูง

แกนยืดหยุ่น (ชนิดลูกโซ่): สำหรับข้อศอกที่มีความซับซ้อน

ปลายแกนหมุนควรอยู่ข้างหน้าจุดดัด 1–2 มม. เพื่อชดเชยการดีดตัวกลับ

วิธีการสนับสนุน:

เติมท่อที่มีผนังบางด้วยโรซิน โลหะผสมที่มีจุดหลอมเหลวต่ำ หรือทราย (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการดัดด้วยความร้อน)

ใช้แม่พิมพ์ลดรอยยับ (แผ่นกด) เพื่อควบคุมรอยยับของผนังด้านใน

4.6 พารามิเตอร์แม่พิมพ์และอุปกรณ์

การจับคู่ตาย:

• รัศมีร่องของแม่พิมพ์ดัดต้องตรงกับ OD ของท่อ (ความคลาดเคลื่อน ±0.1 มม.)
• ระยะห่างที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดการเสียรูปของวงรีได้

แรงยึด:แรงกดของแคลมป์ไฮดรอลิก ≥ 1.5 เท่าของความแข็งแรงของท่อ

การชดเชยสปริงแบ็ค:

• สปริงกลับสแตนเลส: โดยทั่วไป 2–5°
• การดัดโค้งโดยใช้แม่พิมพ์หรือการแก้ไขโปรแกรม CNC

4.7 การหล่อลื่นและการปกป้องพื้นผิว

น้ำมันหล่อลื่น:

• จารบีที่มีความหนืดสูงหรือสารผสมที่มี MoS2 เพื่อลดแรงเสียดทาน
• หลีกเลี่ยงการใช้สารหล่อลื่นที่มีคลอรีนเป็นส่วนประกอบ (ทำให้เกิดการกัดกร่อนจากความเครียด)

การปกป้องพื้นผิว:ติดฟิล์ม PE หรือสารเคลือบป้องกันการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงระหว่างการดัดร้อนเพื่อหลีกเลี่ยงรอยขีดข่วนและการหลุดลอก

4.8 ข้อกำหนดหลังการประมวลผล

การคลายเครียด:สแตนเลสดัดเย็นควรอบที่อุณหภูมิ 300–400°C (โดยเฉพาะสำหรับท่อที่มีผนังหนา)

การแก้ไขความกลม:หากความรี >5% ให้ใช้เครื่องขยายเชิงกลหรือการขึ้นรูปด้วยไฮดรอลิกเพื่อคืนรูปทรงกลม

5.0 ปัญหาทั่วไปและแนวทางแก้ไข

อ้างอิง: