สรุปสั้นๆ

การล้างชิ้นส่วนโลหะที่ขึ้นรูปเป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิต ซึ่งทำหน้าที่เชื่อมโยงระหว่างกระบวนการผลิตขั้นต้นกับกระบวนการตกแต่งขั้นสุดท้าย เช่น การชุบ, การเชื่อม หรือการพ่นสี โดยทั่วไปกระบวนการนี้จะใช้วิธีหลักใดวิธีหนึ่งในสามวิธี ได้แก่ การทำความสะอาดด้วยน้ำ (ใช้น้ำและสารทำความสะอาดสำหรับสิ่งสกปรกที่ละลายน้ำได้) การทำความสะอาดด้วยไอน้ำ (ใช้ตัวทำละลายสำหรับน้ำมันหนักและชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อน) หรือ การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิก (ใช้ปรากฏการณ์ฟองอากาศระเบิดเพื่อความแม่นยำสูง) ความสำเร็จขึ้นอยู่กับวงจร "ทำความสะอาด-ล้าง-อบแห้ง": การขจัดสิ่งปนเปื้อนเฉพาะเจาะจง ป้องกันการตกค้างกลับมาใหม่ด้วยการล้างให้เหมาะสม และตรวจสอบให้แน่ใจว่าแห้งสนิทเพื่อป้องกันการเกิดสนิมหรือคราบ

การเลือกวิธีการขึ้นอยู่กับประเภทของสิ่งสกปรก (ที่มาจากน้ำมันปิโตรเลียม หรือที่ละลายน้ำได้) รูปร่างของชิ้นส่วน (รูปทรงที่มีโพรงปิดหรือพื้นผิวเรียบ) และข้อกำหนดในขั้นตอนถัดไป ความล้มเหลวในการทำความสะอาดชิ้นส่วนอย่างมีประสิทธิภาพจะนำไปสู่ข้อบกพร่องที่สร้างต้นทุนสูง เช่น รูพรุนจากการเชื่อม การยึดเกาะไม่ติด และการถูกปฏิเสธในขั้นตอนการประกอบ

ต้นทุนสูงจากชิ้นส่วนที่สกปรก: ผลกระทบต่อกระบวนการถัดไป

ในการผลิตที่มีความแม่นยํา "สะอาดทางสายตา" น้อยครั้งที่สะอาดพอ ส่วนที่ถูกตีพิมพ์ทิ้งเครื่องพิมพ์ที่ครอบคลุมด้วยน้ํามันเล็บ, เหรียญโลหะ, โอไซด์, และฝุ่นร้านค้า ถ้าสารพิษเหล่านี้ยังคงอยู่บนพื้นผิว มันจะเป็นชั้นป้องกัน ที่ทําให้การทํางานทุกครั้งต่อมา สําหรับวิศวกรกระบวนการ ค่าใช้จ่ายของการทําความสะอาดที่ไม่เพียงพอถูกวัดในอัตราการใช้เศษขยะและการร้องขอรับประกัน

ผลของดินที่เหลือเป็นเฉพาะและรุนแรง

• ความผิดพลาดในการปั่น: เหลือน้ํามันระเหยระหว่างการผสม ทําให้มีรูและข้ออ่อนแอ โลหะขีดข้นสามารถสร้างการรวมที่เสี่ยงต่อความสมบูรณ์แบบของโครงสร้าง
• การเคลือบและเคลือบ delamination: สําหรับกระบวนการเช่น e-coating, powder coating หรือ electroplating ด้านผิวต้องมีสารเคมีที่ทํางาน สารที่ใช้ในผิวหรือน้ํามันที่เหลือจะป้องกันการติดกัน ซึ่งจะนําไปสู่การเปลือก, กระจก, หรืออาการผิดปกติ "ตาปลา"
• ประเด็นประชุม: ในการประกอบแบบอัตโนมัติ การปนเปื้อนของอนุภาคอาจทําให้มีการขัดแย้งหรือติดอยู่ในกลไกความอดทนที่แน่น

อุตสาหกรรมที่มีความเสี่ยงสูงกำหนดมาตรฐานความสะอาดอย่างเข้มงวด ตัวอย่างเช่น ผู้เชี่ยวชาญด้านการขึ้นรูปชิ้นส่วนยานยนต์อย่าง เทคโนโลยีโลหะเส้าอี้ ใช้การควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวดตั้งแต่ขั้นตอนต้นแบบอย่างรวดเร็วจนถึงการผลิตจำนวนมาก เพื่อให้มั่นใจว่าชิ้นส่วนจะเป็นไปตามมาตรฐานของผู้ผลิตอุปกรณ์เดิมระดับโลก (เช่น IATF 16949) ก่อนที่จะถูกส่งไปยังสายการประกอบ การดำเนินการแบบองค์รวมนี้แสดงให้เห็นว่าการทำความสะอาดไม่ใช่เพียงแค่การล้างครั้งสุดท้ายเท่านั้น แต่เป็นประตูสำคัญด้านคุณภาพ

การระบุสารปนเปื้อนและพื้นผิวฐาน

การล้างทำความสะอาดที่มีประสิทธิภาพเริ่มต้นจากหลักการ "ของที่คล้ายกันจะละลายซึ่งกันและกัน" วิศวกรจำเป็นต้องจัดประเภทของสิ่งสกปรกเพื่อเลือกสารเคมีที่เหมาะสม การเลือกผิดพลาด เช่น การใช้สารทำความสะอาดชนิดน้ำในการขจัดไขมันปิโตรเลียมหนักโดยไม่มีตัวทำให้เกิดอิมัลชันที่เหมาะสม จะทำให้ชิ้นส่วนแค่เปียก ไม่ได้สะอาดจริง

การจัดประเภทสารปนเปื้อน

สารปนเปื้อนแบบขั้ว (อนินทรีย์): ได้แก่ เกลือ ออกไซด์ของโลหะ สนิมจากการตัดด้วยเลเซอร์ และสารหล่อเย็นที่ละลายน้ำได้ ซึ่งสามารถกำจัดได้ดีที่สุดโดย ระบบแบบน้ำ เนื่องจากน้ำเป็นตัวทำละลายชนิดขั้วที่สามารถละลายเกลือได้ตามธรรมชาติ และด้วยความช่วยเหลือของสารซักฟอก จึงสามารถขจัดสิ่งสกปรกประเภทอนินทรีย์ออกได้

สารปนเปื้อนชนิดไม่ขั้ว (อินทรีย์): รวมถึงน้ำมันตราชั่วที่ใช้น้ำมันปิโตรเลียมเป็นฐาน แว็กซ์ คราบน้ำมัน และสารป้องกันสนิม ซึ่งเป็นสิ่งสกปรกที่ไม่ชอบน้ำเหล่านี้จะผลักไสน้ำ และสามารถกำจัดได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุดโดย การทำความสะอาดด้วยตัวทำละลาย (การถอดไขมันด้วยไอ) หรือระบบน้ำที่เสริมด้วยสารลดแรงตึงผิวและสารเคมีที่ช่วยทำให้เกิดการกระจายตัวโดยเฉพาะ

ความไวต่อพื้นผิววัสดุ

ตัวโลหะเองเป็นตัวกำหนดค่าพีเอชและความรุนแรงของตัวทำความสะอาด เหล็กกล้าไร้สนิมและเหล็กกล้าอ่อนทั่วไปมีความทนทานโดยทั่วไป สามารถทนต่อการล้างด้วยด่างที่อุณหภูมิสูงได้ อย่างไรก็ตาม โลหะอ่อน เช่น อลูมิเนียม สังกะสี และแมกนีเซียม มีปฏิกิริยาตอบสนอง ตัวทำความสะอาดด่างที่มีค่าพีเอชสูงสามารถกัดกร่อนอลูมิเนียม ทำให้กลายเป็นสีดำหรือทำให้มิติเสียหาย สำหรับวัสดุเหล่านี้ จำเป็นต้องใช้ตัวทำความสะอาดที่มีค่าพีเอชเป็นกลางหรือสารละลายด่างที่มีสารยับยั้ง

วิธีที่ 1: ระบบทำความสะอาดด้วยน้ำ

การทำความสะอาดด้วยน้ำเป็นวิธีที่พบบ่อยที่สุดสำหรับการล้างอุตสาหกรรมทั่วไป โดยอาศัยการรวมกันของ เวลา อุณหภูมิ การกระทำทางกล และสารเคมี (TACT) เพื่อขจัดสิ่งสกปรก กระบวนการโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับการแช่หรือฉีดล้างด้วยน้ำยาทำความสะอาดที่ละลายน้ำได้ ตามด้วยการล้างน้ำและกระบวนการอบแห้ง

วิธีการทำงาน

ในระบบทำความสะอาดด้วยน้ำ น้ำยาทำความสะอาดจะช่วยลดแรงตึงผิวของน้ำ ทำให้น้ำสามารถซึมเข้าสู่พื้นผิวชิ้นงานได้ สารลดแรงตึงผิวจะทำหน้าที่เปลี่ยนน้ำมันให้อยู่ในรูปอิมัลชัน โดยจับน้ำมันไว้ภายในไมเซลล์ เพื่อให้สามารถล้างออกได้ การเคลื่อนไหวเชิงกล—ที่มาจากการฉีดผ่านหัวพ่น การกวน หรือการหมุน—จะช่วยขจัดอนุภาคต่างๆ เช่น ผงโลหะละเอียด และฝุ่นจากร้านผลิต

ข้อดีและข้อเสีย

• ข้อดี: เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการขจัดสิ่งสกปรกแบบขั้วและอนุภาค ปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อม (ไม่มีมลพิษทางอากาศอันตราย) โดยทั่วไปมีค่าใช้จ่ายด้านสารเคมีต่ำกว่า
• ข้อเสีย: ใช้พลังงานสูง (ในการให้ความร้อนกับน้ำและการอบชิ้นงานให้แห้ง) มีความเสี่ยงต่อการ เกิดสนิมทันที หากไม่ได้ทำการอบแห้งทันที ประสบปัญหาในการทำความสะอาดรูที่ปิดปลาย ซึ่งน้ำอาจถูกกักอยู่ภายใน และต้องมีการบำบัดน้ำทิ้ง

ระบบน้ำเหมาะสำหรับชิ้นส่วนแบบเรียบ การผลิตจำนวนมาก และสารปนเปื้อนที่ละลายน้ำได้ อย่างไรก็ตาม "ความท้าทายในการอบแห้ง" มีความสำคัญ: ชิ้นส่วนขึ้นรูปซับซ้อนที่มีพับขอบหรือซอกอาจกักเก็บน้ำไว้ ส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนก่อนที่ชิ้นส่วนจะถึงสถานีถัดไป

วิธีที่ 2: การทำความสะอาดด้วยไอน้ำยา (Solvent Cleaning)

การทำความสะอาดด้วยไอน้ำยาเป็นวิธีที่แนะนำสำหรับชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อน รูปิด หรือน้ำมันจากปิโตรเลียมที่หนาแน่น โดยใช้น้ำยาแทนที่น้ำ (มักเป็นของเหลวฟลูออรีนหรือแอลกอฮอล์ดัดแปลง) กระบวนการนี้เกิดขึ้นในระบบวงจรปิด ซึ่งน้ำยาจะถูกต้มให้กลายเป็นไอ ควบแน่นบนผิวชิ้นส่วนเย็น แล้วหยดลงมาพร้อมกับสิ่งสกปรก

รอบการควบแน่น

เมื่อชิ้นส่วนโลหะเย็นเข้าสู่เขตไอน้ำยา อุณหภูมิสูงจะทำให้ไอน้ำยานั้นควบแน่นทันทีบนพื้นผิว น้ำยานี้ซึ่งบริสุทธิ์และกลั่นแล้ว จะละลายไขมันและน้ำมันทันทีที่สัมผัส เพราะน้ำยามี แรงตึงผิวต่ำ (มักจะต่ำกว่า 20 ไดนส์/เซนติเมตร เมื่อเทียบกับน้ำที่ 72 ไดนส์/เซนติเมตร) สามารถซึมลึกเข้าไปในรอยแยกแคบที่น้ำไม่สามารถเข้าถึงได้ เช่น รูเกลียว และแนวเชื่อมแบบจุด

การกำจัดคราบน้ำมันด้วยระบบสุญญากาศ

ระบบที่ทันสมัยใช้เทคโนโลยีสุญญากาศเพื่อไล่อากาศออกจากหลุมที่ปิดปลาย ทำให้ตัวทำละลายซึมเข้าไปในช่องว่างทุกจุด ซึ่งรับประกันการสัมผัสพื้นผิว 100% แม้ในชิ้นงานที่ขึ้นรูปอย่างซับซ้อน การอบแห้งด้วยสุญญากาศจะทำให้ตัวทำละลายระเหยออกที่อุณหภูมิต่ำ ทิ้งไว้แต่ชิ้นส่วนที่แห้งสนิท

ข้อดีและข้อเสีย

• ข้อดี: ทำความสะอาดรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนได้อย่างยอดเยี่ยม; แห้งทันที (ไม่มีความเสี่ยงต่อการเกิดสนิม); พื้นที่ติดตั้งเล็ก; การทำความสะอาด/ล้าง/อบแห้งในขั้นตอนเดียว; มีประสิทธิภาพสูงต่อการขจัดน้ำมันและขี้ผึ้งหนัก
• ข้อเสีย: ต้นทุนอุปกรณ์เริ่มต้นสูงกว่า; ต้องปฏิบัติตามกฎระเบียบด้านการจัดการสารเคมี (แม้ว่าตัวทำละลายสมัยใหม่จะปลอดภัยกว่าสาร nPB หรือ TCE รุ่นเก่ามาก)

วิธีที่ 3: การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกและการแช่

เมื่อชิ้นส่วนต้องการการทำความสะอาดอย่างแม่นยำเพื่อกำจัดอนุภาคขนาดเล็กมากหรือฟิล์มที่เกาะแน่น การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิก จะถูกเพิ่มเข้าไปในระบบที่ใช้น้ำหรือตัวทำละลาย วิธีนี้ใช้คลื่นเสียงความถี่สูงในการสร้าง จำนวน腫 ฟองอากาศในของเหลว

พลังของกระบวนการเกิดฟองสุญญากาศ (Cavitation)

ตัวเปลี่ยนสัญญาณสร้างคลื่นเสียง (โดยทั่วไป 25 kHz ถึง 80 kHz) ซึ่งทำให้เกิดฟองสุญญากาศขนาดเล็กจำนวนมาก เมื่อฟองเหล่านี้ระเบิดตัวลงบนพื้นผิวโลหะ จะก่อให้เกิดพลังงานเฉพาะจุดอย่างรุนแรง (อุณหภูมิสูงได้ถึง 10,000°F และแรงดันสูงถึง 5,000 psi ในระดับไมโคร) การขัดล้างแบบนี้ช่วยขจัดสิ่งสกปรกออกจากพื้นผิวขรุขระ รูที่มองไม่ทะลุ และเกลียวภายใน

การเลือกความถี่:

• 25 kHz: ฟองใหญ่ เหมาะกับการทำความสะอาดอย่างรุนแรง ดีที่สุดสำหรับชิ้นส่วนหนัก เช่น บล็อกเครื่องยนต์
• 40 kHz: มาตรฐานอุตสาหกรรม สมดุลในการทำความสะอาดสำหรับชิ้นส่วนขึ้นรูปทั่วไป
• 80+ kHz: ฟองละเอียด เหมาะกับการทำความสะอาดอย่างอ่อนโยน ดีที่สุดสำหรับอิเล็กทรอนิกส์ละเอียด อโลหะอ่อน หรือการขจัดอนุภาคขนาดต่ำกว่าไมครอน

การควบคุมกระบวนการ: การล้างน้ำ การอบแห้ง และการตรวจสอบความถูกต้อง

ตัวทำความสะอาดช่วยยกสิ่งสกปรกออก แต่ ล้าง จะเป็นตัวนำสิ่งสกปรกออกไป การเกิดข้อผิดพลาดทั่วไปในกระบวนการตัดแตะคือ "drag-out" ซึ่งหมายถึงน้ำยาทำความสะอาดที่ปนเปื้อนแห้งติดอยู่บนชิ้นงาน ทำให้เหลือคราบตกค้าง ระบบล้างแบบเรียงต่อ (cascade rinse system) ที่ใช้ถังน้ำที่มีความสะอาดเพิ่มขึ้นตามลำดับ เป็นแนวทางปฏิบัติมาตรฐานเพื่อป้องกันปัญหานี้

ความสำคัญของการอบแห้ง

การอบแห้งไม่ใช่กระบวนการแบบเฉื่อย แต่เป็นการควบคุมกระบวนการเชิงรุก สำหรับระบบที่ใช้น้ำ มีดลม ใช้ตัดน้ำออกจากพื้นผิวเรียบ ในขณะที่ เครื่องเป่าสุญญากาศ จำเป็นต้องใช้กับชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อน เพื่อระเหยน้ำออกจากช่องแคบต่างๆ การอบแห้งไม่สมบูรณ์จะนำไปสู่การเกิดคราบและสนิม ระบบกำจัดไขมันด้วยไอระเหยสามารถแก้ปัญหานี้ได้โดยธรรมชาติ เนื่องจากใช้สารทำละลายที่ระเหยง่าย ซึ่งจะระเหยออกไปอย่างรวดเร็วโดยไม่ทิ้งคราบใดๆ

วิธีการตรวจสอบความสะอาด

คุณจะรู้ได้อย่างไรว่าชิ้นงานสะอาด? การตรวจสอบขึ้นอยู่กับระดับความสะอาดที่ต้องการ:

• การทดสอบการหยุดน้ำ: การทดสอบที่ง่ายและทำได้บนพื้นการผลิต หากมีฟิล์มน้ำต่อเนื่องติดอยู่บนชิ้นส่วน (แผ่นโลหะ) แสดงว่าชิ้นส่วนสะอาด แต่หากน้ำรวมเป็นหยด แสดงว่ายังมีน้ำมันเหลือ
• ปากกาไดน์: ปากกาที่มีของเหลวซึ่งมีแรงตึงผิวเฉพาะเจาะเจง หากหมึกยังคงเปียก แสดงว่าพลังงานผิวสูง (สะอาด) แต่หากหมึกแห้งเป็นตาข่ายหรือเป็นหยด แสดงว่าพื้นผิวมีพลังงานต่ำกว่าระดับนั้น (สกปรก)
• ถุงมือสีขาว / การทดสอบเช็ดคราบ: การตรวจสอบด้วยตาเปล่าเพื่อหาอนุภาคหยากรวม

ด้วยการเลือกวิธีทำความสะอาดที่เหมาะสมกับดินและวัสดัตั้งต้น และควบคุมรอบล้างและรอบทำแห้งอย่างเข้มงวด ผู้ผลิตสามารถรับประกันว่าชิ้นส่วนโลหะที่ขึ้นรูปจะพร้อมใช้งานอย่างแท้จริงในสภาพแวดล้อมการใช้งานจริง