1.2 ประโยชน์ของโลหะวิทยาในภาคอุตสาหกรรม

       ความรู้ที่ได้จากการศึกษาโลหะวิทยา สามารถนำมาแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นในชิ้นงาน ในภาคอุตสาหกรรมได้ กรณีศึกษาตัวอย่างต่อไปนี้เป็นแนวทางส่วนหนึ่งที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในแวดวงอุตสาหกรรมได้ อันได้แก่

กรณีศึกษาที่ 1

       ปัญหา: เฟือง (Gear) ทำหน้าที่ส่งกำลังในเครื่องจักรกล เครื่องจักรบางเครื่องต้องทำงานอย่างต่อเนื่อง เดินเครื่องเป็นเวลายาวนาน ทำให้การหมุนของเฟืองจะถูกแรงกระทำอย่างต่อเนื่องตลอดเวลา และหมุนขบกันอย่างรวดเร็วนานวันไปก็จะเกิดการสึกหรอ

รูปฟันเฟืองที่มีรอยบิ่น

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

รูปฟันเฟืองตรง

รูปเฟืองแตกเสียหาย

เมื่อมีการใช้งานที่หนัก วัสดุที่นำมาใช้ทำฟันเฟืองต้องมีความสามารถทนทานต่อการสึกหรอ (Wear) ถ้าสามารถหาวัสดุแข็งที่ทนการสึกหรอมาทำเฟืองได้แต่ก็เกิดปัญหาที่ว่าวัสดุแข็งจะเกิด การเปราะ (Brittle) ขึ้น และเมื่อใช้งานไปนาน ๆ และมีแรงกระทำซ้ำ ๆ กันเกิดขึ้น ก็จะเกิด รอยร้าว (Crack) ขึ้นเล็ก ๆ ที่เฟือง

รูปการทำให้แข็งที่นำมาใช้กับเฟือง

รูปผลที่ได้จากการทำให้แข็งที่ฟันเฟืองทำให้ตรงฟันเฟืองแข็งแกร่งขึ้น แต่ตัวเฟืองยังสามารถยืดหยุ่นได้เหมือนเดิม

วิธีแก้ปัญหา: แก้ปัญหาให้นำกระบวนการทางโลหะวิทยามาใช้ที่เราเรียกกันว่า การทำให้แข็ง (Hardening) เมื่อโลหะที่ทำเฟืองผ่านกระบวนการนี้แล้ว เฟืองจะมีความแข็งที่ผิวโลหะในส่วนที่มีการขบกัน การทำด้วยกระบวนการนี้ตัวเฟืองจะยังคงความเหนียวเอาไว้ ส่วนบริเวณฟันเฟืองจะเกิดความแข็งแกร่งขึ้น (สามารถใช้งานได้โดยไม่เกิดการเปราะของโลหะ)

วิดีโอการขบกันของเฟืองตรงที่อาจก่อให้เกิดการบิ่น หรือร้าวได้ถ้าไม่ผ่านกระบวนการทางโลหะวิทยา

กรณีศึกษาที่ 2

ปัญหา: งานปั๊ม (Punching) เจาะรู ชิ้นงานเล็ก ๆ ที่เรียงติดกันจะเกิดปัญหาขึ้น

รูปการปั๊มขึ้นรูป อาจเกิดความเค้นภายในจนแผ่นโลหะบิดตัวได้ ต้องแก้ปัญหาด้วยการอบอ่อน (Annealing)

รูปแสดงเครื่องปั๊มโลหะแผ่น

รูปแสดงการปั๊มเจาะรู

วิดีโอเครื่องปั๊มรูโลหะ CNC

ระยะช่องว่างระหว่างรูควรจะมีไม่น้อยกว่า ± 0.025 มิลลิเมตร เมื่อนำแผ่นโลหะมาเจาะรูอาจเกิดปัญหาของการบิดตัวของแผ่นโลหะมันอาจเกิดขึ้นทันที หรือเกิดขึ้นมาในภายหลังการใช้งาน ขึ้นอยู่กับสภาพของการนำไปใช้งาน การบิดเบี้ยวตัวของแผ่นโลหะสาเหตุหลักอาจเนื่องมาจากความเสียดทานระหว่างตัวเจาะ และแม่พิมพ์ (Die) ด้านล่าง

วิธีแก้ปัญหา: การแก้ปัญหาโดยใช้กระบวนการทางโลหะวิทยาที่เรียกกันว่า กระบวนการอบอ่อน (Process Annealing) กระบวนการอบอ่อนนี้เป็นวิธีการรักษาความร้อนในตัวโลหะแล้วให้ค่อย ๆ เย็นตัวลงอย่างช้า ๆ ในเตาอบ หรือเตาหลอม เพื่อให้โลหะค่อย ๆ ผ่อนคลายความเครียดภายในตัวของมันเอง วัตถุประสงค์เพื่อให้เกิดความเค้นภายในลดลง ในกรณีศึกษานี้แผ่นโลหะที่จะใช้ในงานปั๊มเจาะรู จะถูกนำไปเข้าสู่กระบวนการอบอ่อนเมื่อผ่านกระบวนการนี้แล้ว การบิดตัวของโลหะแผ่นจะมีน้อยลง หรือไม่เกิดขึ้นเลย จากนั้นแล้วถึงจะส่งชิ้นงานไปสู่กระบวนการต่อไป

กรณีศึกษาที่ 3

ปัญหา: วัสดุมีดกลึงตัดโลหะ ที่นำไปใช้ในงานหนัก ขณะที่มันยังมีความคม มันจะสามารถตัดโลหะได้ผิวโลหะที่สะอาด และมีความละเอียดที่พื้นผิว เมื่อใช้งานไประยะเวลาหนึ่ง มีดกลึงจะหมดความคม และจะเกิดการสึกหรอไปอย่างรวดเร็ว ทำให้การตัดกลึงโลหะจะไม่ดีผิวงานไม่สวย งานเสียได้ง่าย

รูปมีดกลึงที่ติดตั้งอยู่ในป้อมมีดของเครื่องกลึง

รูปมีดกลึงแบบต่าง ๆ ที่ใช้ในเครื่องกลึง

รูปมีดกลึงเมื่อใช้งานไปนาน ๆ จะเกิดความสึกหรอ วัสดุที่ทำมีดต้องนำเข้าสู่กระบวนการอบคืนตัว

รูปมีดกลึงที่ประกอบกับเครื่องกลึงกำลังทำงาน

รูปการทำการอบคืนตัวในเตาแบบเหนี่ยวนำไฟฟ้า

วิธีแก้ปัญหา: นำความรู้ทางโลหะวิทยามาใช้แก้ปัญหาอีกครั้งหนึ่ง โดยการทำให้มีดกลึงผ่านกระบวนการที่เรียกกว่า การอบคืนตัว (Tempering) จะทำให้มีดกลึงสามารถทำงานได้ดียิ่งขึ้น ทนทานยิ่งขึ้น สึกหรอได้ยากขึ้น

      การอบคืนตัว คือ การนำชิ้นงานโลหะมาให้ความร้อนอีกครั้งหนึ่งเพื่อทำให้โลหะเกิดการอ่อนตัวลงเล็กน้อย กระบวนการนี้จะทำให้โลหะมีความผ่อนคลายทางด้านความเค้น, มีความผ่อนคลายทางด้านการเสียรูป และมีความผ่อนคลายเพื่อลดรอยแตกร้าว

กรณีศึกษาที่ 4

ปัญหา: ใบมีดตัดกระดาษ ที่มีความคมเหมือนมีดโกน ในการติดตั้งต้องแน่นหนา และให้แข็งแรงเพื่อใช้ในงานตัดกระดาษ ปัญหาเกิดขึ้นก็คือเมื่อใบมีดไม่คอยคม มีรอยบิ่น การตัดกระดาษจะไม่เรียบเป็นขุย

รูปใบมีดตัดกระดาษ

วิธีแก้ปัญหา: ได้ค้นพบกระบวนการทางโลหะวิทยาที่เรียกว่า การชุบแข็ง (Quenching) ก็คือการนำเอาวัสดุมีดที่ร้อนที่อยู่ในเตาอบเมื่อถึงอุณหภูมิหนึ่งนำไปจุ่มกับของไหล เช่น น้ำ, น้ำมัน, อากาศ หรืออื่น ๆ จะให้โครงสร้างมีดมีการเปลี่ยนแปลง เพื่อทำให้ใบมีดสามารถใช้งานหนักได้ และมีความแข็งแกร่งขึ้นมาก ถึงอย่างไรก็ตามการชุบแข็งในน้ำ ถ้าเป็นมีดตัดกระดาษที่มีความบางเกินไป เมื่อชุบแข็งแล้วจะเกิดการบิดตัวของมีด ถ้าเป็นเช่นนี้ก็จะทำ การชุบแข็งด้วยอากาศ (Air quenching) จะนำมาแทนการชุบแข็งด้วยน้ำ วัสดุที่ใช้ทำมีดจะเป็นเหล็กกล้าผสมเครื่องมือที่สูงกว่า แล้วทำการชุบแข็ง จะทำให้มีดที่ได้จะทำให้มีความคมนานขึ้น และบิ่นได้ยากมากขึ้น

รูปการนำวัสดุนำไปชุบแข็งในรูปเป็นการชุบแข็งด้วยน้ำมัน

วิดีโอแสดงการชุบแข็งด้วยน้ำมันของชิ้นส่วนเครื่องกล

วิดีโอการทดลองการปรับสภาพทางความร้อนของโลหะส่วนรายละเอียดจะกล่าวในภายหลัง

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“เส้นบางๆที่คั่นระหว่างความเป็นไปได้และความเป็นไปไม่ได้คือการตัดสินใจของเรา”