You cannot copy content of this page.
Wednesday, 25 December 2019

แบบหล่อ (Casting Molds)

แบบหล่อ (Casting Molds)

ชิ้นงานหล่อ (Castings) สามารถผลิตได้โดยใช้แบบหล่อได้หลายประเภท ขึ้นอยู่กับความคุ้มค่าในการผลิต ทั้งนี้จะขอแบ่งเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ

  1. แบบหล่อทราย (Sand System)
    • Clay/water-bonded green sand moulding
      • Green sand moulding
      • Floor and pit moulding
      • Loam moulding
    • Dry sand moulding
      • Skin dried moulding
    • Resin-bonded sand moulding
      • No-bake process
      • Cold box process
      • Hot box process
      • Warm box moulding
    • Sodium silicate process
    • Precision casting
    • Un-bonded sand moulding
      • Lost foam process
      • Vacuum moulding
  2. แบบหล่อที่ไม่ใช้ทราย (Non-Sand System)
    • Metal (or permanent) mould processes
      • Gravity die casting
      • Low-pressure die casting
      • High-pressure die casting
    • Centrifugal casting
      • Vertical centrifugal casting
      • Horizontal centrifugal casting
    • Hybrid processes
      • Squeeze casting
      • Semisolid metal casting (rheocasting)
    • Ceramic moulding
    • Plaster moulding
    • Graphite moulding

เนื่องจากการหล่อด้วยแบบหล่อทราย เป็นที่นิยม และมีต้นทุนที่ถูกกว่าการหล่อที่ไม่ใช้ทราย ดังนั้นทางเรา ifoundryman จะขออธิบายเฉพาะประเภทการหล่อด้วยแบบหล่อทราย เท่านั้น โดยทรายแบบหล่อที่นิยมใช้ แบ่งออกได้ ดังนี้

  1. การหล่อด้วยแบบหล่อทรายชื้น หรือแบบหล่อทรายดำ (Green sand molding) จะประกอบด้วยทราย, เบนโทไนต์, น้ำ และสารปรุงแต่งอื่นๆที่ช่วยให้คุณสมบัติของทรายดีขึ้น
  2. การหล่อด้วยแบบหล่อทรายผิวแบบทรายแห้ง (Skin-dried sand mold) เป็นแบบหล่อทรายชื้น ที่ถูกทำให้หน้าผิวแบบทรายแห้งลึกลงไปประมาณ 10 – 25 mm. โดยใช้ไฟเป่า (Torch) หรือใช้หลอดไฟให้ความร้อนที่บริเวณผิว
  3. การหล่อด้วยแบบหล่อทรายผสมเรซิ่น (Resin-bonded sand molding) จะประกอบด้วยทราย, ตัวประสานที่เป็นสารอินทรีย์ เช่น ฟูราน, ฟีโนลิค และตัวเร่งปฎิกิริยาให้เกิดการเซ็ตตัว (อาจอยู่ในรูปของเหลว หรือก๊าซ)
  4. การหล่อด้วยแบบหล่อทรายผสมโซเดียมซิลิเกต (Resin-bonded sand molding) จะประกอบด้วยทราย, โซเดียมซิลิเกต (น้ำแก้ว) และตัวเร่งปฎิกิริยาให้เกิดการเซ็ตตัว (อาจอยู่ในรูปของเหลว หรือก๊าซ)
  5. การหล่อด้วยแบบหล่อทรายเปลือกบาง (Shell Molding) จะใช้ความร้อนการการทำให้ทรายที่ผสมเรซิ่นแล้วเกิดการเซ็ตตัว
  6. การหล่อแบบ Lost Foam หรือ Full Mold (Expanded Polystyrene Process) ใช้โฟมมาทำเป็นแบบ แล้วนำไปฝังลงในแบบทราย พร้อมออกแบบทางวิ่ง (Runner) รูเท (Sprue) รูล้น (Vent) และระบบป้อนเติม (Risering) ของน้ำโลหะ
  7. การหล่อแบบ Lost wax (Investment casting) จะเริ่มจากการใช้แวกซ์ขี้ผึ้ง ขึ้นรูปเป็นรูปร่างชิ้นงาน และนำไปติดกับระบบทางวิ่งน้ำโลหะ และรูเทที่ทำจากแวกซ์ขี้ผึง แล้วนำไปชุบในของเหลว (Slurry) ที่ประกอบด้วยวัสดุทนไฟ และตัวประสาน จำนวน 2 – 3 ชั้น แล้วนำไปเข้าเตาอบเพื่อเอาแวกซ์ขี้ผึ้งออกจากแบบ (สามารถนำแวกซ์ขี้ผึ้งกลับมาใช้ใหม่ได้) จากนั้นก็นำแบบที่ได้ไปรอเทน้ำโลหะลงแบบ

การหล่อด้วยแบบหล่อทราย (Sand System)

การหล่อด้วยแบบหล่อทราย เป็นที่นิยมใช้กันทั่วไป เริ่มต้นจากการออกแบบงานหล่อ และการสร้างแม่พิมพ์ (Pattern making) ที่มีการออกแบบทางวิ่ง และระบบป้อนเติม (Gating and Feeding System) เข้าไปในแม่พิมพ์ด้วย เพื่อให้ได้รูปร่างตามที่ได้ออกแบบไว้ และได้ชิ้นงานที่สมบูรณ์ ไม่มีการยุบตัวหรือหล่อไม่เต็ม หากงานที่ต้องการมีโพรง หรือรู จะต้องมีขั้นตอนการทำไส้แบบ (Core making) เพิ่มขึ้นมาอีก เมื่อวางไส้แบบ(ถ้ามี) และประกบแบบหล่อเรียบร้อย (Mold) แล้ว ให้นำมาจัดเรียง รอเทน้ำโลหะ หลังจากเทน้ำโลหะลงแบบหล่อทรายที่เตรียมไว้แล้ว ต้องปล่อยให้งานหล่อเย็นตัว และแข็งตัวสมบูรณ์ (Solidification and Cooling)ให้ดีเสียก่อนจึงทำการรื้อแบบหล่อ (Shakeout) และนำมาตัดทางวิ่ง และระบบป้อนเติมออก แล้วนำชิ้นงานที่ได้มาทำความสะอาดโดยใช้การยิงทรายด้วยลูกเหล็ก (Shot blast) ถ้ามีการอบชุบ(Heat treatment) ก็นำชิ้นงานไปอบชุบ แล้วนำกลับมายิงทรายอีกครั้ง แล้วทำการตบแต่งชิ้นงานให้เรียบร้อย ตรวจสอบคุณภาพชิ้นงาน เช่นขนาด, คุณภาพผิว, คุณสมบัติทางกลชิ้นงาน เป็นต้น แล้วทาสีหรือแพ็คชิ้นงานลงภาชนะที่เตรียมไว้

outline-production-sand-casting
รูปที่ 3-1 แสดงขั้นตอนการหล่อโลหะด้วยในแบบหล่อทราย

เมื่อพูดถึงการทำแบบหล่อด้วยทราย มักจะมีคำถามประจำว่าควรใช้ทรายจากทะเล หรือทรายจากแม่น้ำ หรือทรายจากภูเขา หรือทรายจากทะเลทราย ฯลฯ ซึ่งจริงๆจะใช้ทรายจากแหล่งไหนก็ได้ที่เราสามารถหาได้ แต่แน่นอนคุณภาพของทรายก็จะส่งผลต่อคุณภาพของแบบหล่อทรายด้วย ดังนั้นการเลือกทรายมาทำแบบหล่อควรพิจารณาปัจจัยต่างๆที่จะอธิบายดังต่อไปนี้

ปัจจัยในการเลือกทรายมาทำแบบหล่อ

  1. ชนิดของทราย (Mineral Type)
    • ทรายซิลิก้า (Silica sand, Quartz – SiO2)
    • ทรายโครไมต์ (Chromite Sand – FeCr2O5)
    • ทรายเซอร์คอน (Zircon Sand – ZrSiO4)
    • ทรายโอลิวีน (Olivine Sand – (Mg Fe)2 SiO4)
    • ทรายอื่นๆ เช่น Fused Silica, Mullite ฯลฯ
  2. ความละเอียดของทราย ตามมาตรฐาน (AFS. Grain Fineness)
  3. การกระจายตัวของทราย (Distribution)
  4. รูปร่างของทราย (Grain Shape)
sand-properties
รูปที่ 3-2 แสดงคุณสมบัติของทรายชนิดต่างๆ
sand-linear-expansion
รูปที่ 3-3 แสดงคุณสมบัติการขยายตัว (Linear Expansion) ของทรายชนิดต่างๆ