สารบัญ
การหล่อโลหะ (Casting)
การหล่อโลหะ (Casting) เป็นการขึ้นรูปโลหะประเภทหนึ่ง ซึ่งเหมาะกับการผลิตชิ้นงานที่ไม่สามารถขึ้นรูปด้วยวิธีปั๊มขึ้นรูป (Forging, Punching), เชื่อม (Welding), กลึง (Machining) ได้ หรือขึ้นรูปด้วยวิธีอื่นแล้วมีต้นทุนการผลิตที่สูง
ปัจจัยในการพิจารณาเลือกวิธีหล่อโลหะ
- ขนาด หรือความหนาของชิ้นงาน
- รูปร่าง และความซับซ้อนของชิ้นงาน
- ราคา
- จำนวนที่ต้องการผลิต
- ความเรียบผิว และชนิดของโลหะ
- กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับกรรมวิธีการหล่อโลหะ เช่น การอบชุบโลหะ (Heat Treatment), การชุบเคลือบผิว (Surface Treatment), การเชื่อม (Welding & Joining) เป็นต้น
รูปที่ 1 แสดงกระบวนการขึ้นรูปโลหะจนได้ชิ้นงานที่เราต้องการ
จุดเด่นของการเลือกวิธีการหล่อโลหะในแง่ของกระบวนการผลิต (Advantages of casting process)
- สามารถผลิตได้หลากหลายรูปแบบ (Versatile)
- มีความแม่นยำในเรื่องขนาดชิ้นงาน (Dimensional accuracy)
- สามารถผลิตออกมาเป็นชิ้นงานในขั้นตอนเดียวได้เลย (One step process)
- ต้นทุนการผลิตต่ำ (Low cost)
จุดเด่นของการเลือกวิธีการหล่อโลหะในแง่โลหะวิทยา (Metallurgical advantages of castings)
- มีการเย็นตัวแบบมีทิศทาง (Directional properties)
- สามารถควบคุมขนาดเกรนไซส์ของชิ้นงานได้ (Grain size)
- สามารถผลิตชิ้นงานที่มีความหนาแน่นสม่ำเสมอได้ (Density)
จุดเด่นของการเลือกวิธีการหล่อโลหะในแง่ของการออกแบบ (Design advantages of castings)
- สามารถผลิตชิ้นงานได้ตามขนาดที่ต้องการ (Size)
- สามารถผลิตชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนได้ (Complexity)
- สามารถผลิตชิ้นงานได้ตามน้ำหนักที่ต้องการ (Weight saving)
- สามารถผลิตชิ้นงานต้นแบบได้ง่าย (Production of prototypes)
- สามารถผลิตชิ้นงานที่มีคุณสมบัติที่ต้องการได้หลากหลาย (Wide range of properties)
- สามารถผลิตชิ้นงานได้หลากหลายเกรด (Versatility in casting alloys)
วิธีการหล่อโลหะ
- หล่อในแบบหล่อทราย (Sand casting – 60%)
- หล่อในแบบหล่อเซรามิกส์ หรือขี้ผึ้งหาย (Investment Casting – 7%)
- หล่อในแบบหล่อโลหะ (Permanent Mold Casting – 11%)
- หล่อแบบฉีดหรือไดคาสท์ (Die Casting – 9%)
- หล่อเหวี่ยง (Centrifugal Casting – 7%)
- หล่อในแบบหล่อทรายเปลือกบาง (Shell Mold Casting – 6%)
เทคโนโลยีการหล่อโลหะ (Foundry Technology)
ขั้นตอนในการหล่อโลหะ โดยทั่วไปจะประกอบด้วย 5 ขั้นตอนดังนี้
- การสร้างแม่พิมพ์ (Pattern Making)
- การทำแบบหล่อ และไส้แบบ (Moulding and Core making)
- การหลอมโลหะ และการเทน้ำโลหะลงแบบหล่อ (Melting and Pouring)
- การแยกชิ้นงานหล่อจากแบบหล่อ และการตบแต่งชิ้นงาน (Fettling and Finishing operations)
- การตรวจสอบ และการควบคุมคุณภาพของชิ้นงาน (Inspection and Quality Control)
รูปที่ 2 แสดงส่วนประกอบของแบบหล่อที่พร้อมจะเทน้ำโลหะลงแบบ
รูปที่ 3 แสดงขั้นตอนกระบวนการหล่อชิ้นงานด้วยทรายแบบหล่อ
การหล่อโลหะจึงเริ่มจากการนำโลหะที่เราต้องการมาหลอมเหลว แล้วเทหรือฉีดเข้าสู่แบบหล่อ
(Mould) หรือแม่พิมพ์
(Die) แล้วปล่อยให้น้ำโลหะแข็งตัวในแบบ
เมื่อโลหะแข็งตัวก็จะได้ชิ้นงานที่มีรูปร่างตามต้องการ จากนั้นจึงเอาชิ้นงานมาตกแต่ง
และ/หรือนำไปผ่านขบวนการทางความร้อน
จึงจะได้ชิ้นงานสำเร็จที่จะนำไปใช้งานต่อไป
ขนาดของชิ้นงานจะมีขนาดตั้งแต่น้ำหนักน้อยๆไปจนถึงขนาดใหญ่ที่มีน้ำหนักเป็นหลายตัน คุณสมบัติของชิ้นงานหล่อจะสัมพันธ์กับธรรมชาติของโลหะที่จะนำมาหล่อ ชนิดแบบหล่อ
ขนาด รูปร่างของชิ้นงานหล่อ และอัตราการเย็นตัว ดังนั้นกระบวนการของการหล่อโลหะจะมีขั้นตอนการทำงานมากไปกว่าการเพิ่มความร้อนจนได้โลหะหลอมละลายแล้วนำโลหะไปเทลงแบบ เช่นการเติมอัลลอยด์บางตัวลงไปผสม
เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติทางกล หรือคุณสมบัติอื่นๆ หรือการใช้เทคนิคการควบคุมการผลิตต่างๆเพื่อให้สามารถผลิตชิ้นงานหล่อที่มีคุณภาพ
มีคุณสมบัติเหมาะสมแก่การนำไปใช้งาน
การหล่อโลหะไม่เพียงเป็นการใช้องค์ความรู้ทางด้านวิชาการเท่านั้น แต่ยังต้องใช้ประสบการณ์ในการทำงานที่คลุกคลีในโรงหล่อหลายปีมาช่วย เพื่อให้สามารถผลิตชิ้นงานที่มีคุณภาพออกมาได้ บางครั้งโรงหล่อต้องปรึกษาปัญหากับทางครูอาจารย์ที่มีความรู้ทางโลหะวิทยา หรือผู้เชี่ยวชาญทางงานหล่อโลหะ แต่บางครั้งก็ยังไม่สามารถแก้ปัญหาได้
ดังนั้นประสบการณ์ในโรงหล่อจึงเป็นสิ่งที่สำคัญ และต้องใช้ควบคู่กับความรู้ทางทฤษฎีจึงจะเกิดประโยชน์สูงสุด
เวปไซต์ iFoundryman.com จึงนำความรู้ทั้งทางทฤษฎี และทางปฎิบัติมารวบรวมไว้ เพื่อให้ได้เข้าใจ และสามารถนำไปใช้งานได้จริง
หลักการสำคัญในการหล่อโลหะ (Casting Fundamentals)
การหล่อโลหะให้ได้ชิ้นงานหล่อที่สมบูรณ์ไม่มีข้อบกพร่องนั้นจำเป็นต้องมีความรู้ความเข้าใจในเรื่อง Fluid Dynamic, Heat transfer and Kinetics solidification หรืออีกนัยนึงคือมีความรู้ความเข้าใจ
- การออกแบบระบบทางวิ่งของน้ำโลหะ (Design of running system)
- การเย็นตัวของโลหะ และอัลลอยด์ (Solidifications of metal and alloys)
- การเข้าใจพฤติกรรมการหดตัว และการออกแบบระบบการป้อนเติมน้ำโลหะ (Solidification shrinkage and feeding system)
เพื่อรู้จักเรื่องงานหล่อมากขึ้น สามารถศึกษาข้อมูลเพิ่มเติมได้จากบทความข้างล่างนี้ได้
การปฏิบัติการหล่อทรายแบบชื้น (Greensand Casting)
เทคนิคการหลอมอลูมิเนียม (Aluminium Casting)
ทำความรู้จักเหล็กหล่อ (Cast Iron Introduction)