You cannot copy content of this page.
Sunday, 15 December 2019

ทำความรู้จักการหล่อโลหะ (Casting Introduction)

การหล่อโลหะ (Casting)

การหล่อโลหะ (Casting) เป็นการขึ้นรูปโลหะประเภทหนึ่ง ซึ่งเหมาะกับการผลิตชิ้นงานที่ไม่สามารถขึ้นรูปด้วยวิธีปั๊มขึ้นรูป (Forging, Punching), เชื่อม (Welding), กลึง (Machining) ได้ หรือขึ้นรูปด้วยวิธีอื่นแล้วมีต้นทุนการผลิตที่สูง

ปัจจัยในการพิจารณาเลือกวิธีหล่อโลหะมีหลายประการ เช่น

  • ขนาด หรือความหนาของชิ้นงาน
  • รูปร่าง และความซับซ้อนของชิ้นงาน
  • ราคา
  • จำนวนที่ต้องการผลิต
  • ความเรียบผิว และชนิดของโลหะ
  • กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับกรรมวิธีการหล่อโลหะ เช่น การอบชุบโลหะ (Heat Treatment), การชุบเคลือบผิว (Surface Treatment), การเชื่อม (Welding & Joining) เป็นต้น

metal-forming

รูปที่ 1 แสดงกระบวนการขึ้นรูปโลหะจนได้ชิ้นงานที่เราต้องการ

จุดเด่นของการเลือกวิธีการหล่อโลหะในแง่ของกระบวนการผลิต (Advantages of casting process)

  1. สามารถผลิตได้หลากหลายรูปแบบ (Versatile)
  2. มีความแม่นยำในเรื่องขนาดชิ้นงาน (Dimensional accuracy)
  3. สามารถผลิตออกมาเป็นชิ้นงานในขั้นตอนเดียวได้เลย (One step process)
  4. ต้นทุนการผลิตต่ำ (Low cost)

จุดเด่นของการเลือกวิธีการหล่อโลหะในแง่โลหะวิทยา (Metallurgical advantages of castings)

  1. มีการเย็นตัวแบบมีทิศทาง (Directional properties)
  2. สามารถควบคุมขนาดเกรนไซส์ของชิ้นงานได้ (Grain size)
  3. สามารถผลิตชิ้นงานที่มีความหนาแน่นสม่ำเสมอได้ (Density)

จุดเด่นของการเลือกวิธีการหล่อโลหะในแง่ของการออกแบบ (Design advantages of castings)

  1. สามารถผลิตชิ้นงานได้ตามขนาดที่ต้องการ (Size)
  2. สามารถผลิตชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนได้ (Complexity)
  3. สามารถผลิตชิ้นงานได้ตามน้ำหนักที่ต้องการ (Weight saving)
  4. สามารถผลิตชิ้นงานต้นแบบได้ง่าย (Production of prototypes)
  5. สามารถผลิตชิ้นงานที่มีคุณสมบัติที่ต้องการได้หลากหลาย (Wide range of properties)
  6. สามารถผลิตชิ้นงานได้หลากหลายเกรด (Versatility in casting alloys)

การหล่อโลหะทำได้หลายวิธี เช่น

  • 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

  1. การสร้างแม่พิมพ์ (Pattern Making)
  2. การทำแบบหล่อ และไส้แบบ (Moulding and Core making)
  3. การหลอมโลหะ และการเทน้ำโลหะลงแบบหล่อ (Melting and Pouring)
  4. การแยกชิ้นงานหล่อจากแบบหล่อ และการตบแต่งชิ้นงาน (Fettling and Finishing operations)
  5. การตรวจสอบ และการควบคุมคุณภาพของชิ้นงาน (Inspection and Quality Control)

elements-of-mould

รูปที่ 2 แสดงส่วนประกอบของแบบหล่อที่พร้อมจะเทน้ำโลหะลงแบบ

workflow-sand-castings

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

  1. การออกแบบระบบทางวิ่งของน้ำโลหะ (Design of running system)
  2. การเย็นตัวของโลหะ และอัลลอยด์ (Solidifications of metal and alloys)
  3. การเข้าใจพฤติกรรมการหดตัว และการออกแบบระบบการป้อนเติมน้ำโลหะ (Solidification shrinkage and feeding system)
วิดีโอแสดงกระบวนการหล่อโลหะ (Metal Casting Process)

เพื่อรู้จักเรื่องงานหล่อมากขึ้น สามารถศึกษาข้อมูลเพิ่มเติมได้จากบทความข้างล่างนี้ได้

การปฏิบัติการหล่อทรายแบบชื้น (Greensand Casting)
เทคนิคการหลอมอลูมิเนียม (Aluminium Casting)
ทำความรู้จักเหล็กหล่อ (Cast Iron Introduction)