ข้อกำหนดมุมร่าง (Draft Angle) ที่จำเป็นสำหรับการออกแบบชิ้นงานฉีดขึ้นรูปโลหะ

สรุปสั้นๆ

อัตราไล่เอียงในการหล่อตายคือการเอียงเล็กน้อยที่ใช้กับพื้นผิวของชิ้นส่วนซึ่งขนานกับทิศทางการดึงออกจากแม่พิมพ์ คุณลักษณะการออกแบบนี้ โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 0.5 ถึง 2 องศา มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรับประกันว่าชิ้นส่วนสามารถปลดออกจากรูปได้ง่าย โดยไม่เกิดความเสียหายต่อชิ้นงานหรือเครื่องมือ อัตราไล่เอียงที่ต้องการขึ้นอยู่กับโลหะผสมที่ใช้หล่อ ความลึกของลักษณะโครงสร้าง และพื้นผิวสัมผัส โดยวัสดุที่กัดกร่อนได้ง่าย เช่น อลูมิเนียม โดยทั่วไปจะต้องใช้มุมที่ใหญ่กว่าวัสดุอย่างสังกะสี

บทบาทพื้นฐานของอัตราไล่เอียงในการหล่อตาย

ในโลกของการหล่อตายที่ต้องการความแม่นยำ การเลือกออกแบบแต่ละครั้งย่อมส่งผลต่อความสามารถในการผลิต คุณภาพ และต้นทุน หนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดคือมุมร่าง (draft angle) มุมร่างคือการเอียงหรือลาดที่ออกแบบไว้อย่างตั้งใจบนผนังแนวตั้งของชิ้นงานหล่อ ผิวทุกพื้นที่ที่ขนานกับทิศทางที่แม่พิมพ์เปิดจะต้องมีมุมร่าง เพื่อให้สามารถดึงชิ้นส่วนที่แข็งตัวแล้วออกจากแม่พิมพ์ได้อย่างเรียบร้อย หากไม่มีมุมร่าง ชิ้นงานจะเสียดสีกับผนังแม่พิมพ์ขณะถูกดันออก ทำให้เกิดแรงเสียดทานมาก และอาจเกิดความเสียหายได้

วัตถุประสงค์หลักของมุมร่างคือเพื่ออำนวยความสะดวกในการดันชิ้นส่วนออกอย่างง่ายดายและสะอาด เมื่อโลหะเหลวเย็นตัวและแข็งตัว จะหดตัวและยึดเกาะแน่นกับแกนและลักษณะภายในของแม่พิมพ์ พื้นผิวที่มีการเอียงจะช่วยลดการยึดติดนี้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดแรงที่ใช้ในการดันชิ้นงานออก ตามข้อกำหนดของ สมาคมการหล่อโลหะแบบไดคัสติ้งแห่งอเมริกาเหนือ (NADCA) , คุณสมบัติที่เรียบง่ายนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการป้องกันข้อบกพร่องและรับประกันพื้นผิวที่มีคุณภาพสูง การดันชิ้นส่วนที่มีผนังแนวตั้ง (ไม่มีมุมเอียง) ออกจากแม่พิมพ์อาจทำให้เกิดรอยลาก รอยขีดข่วน และความเสียหายต่อโครงสร้างของชิ้นงานหล่อได้ นอกจากนี้ยังอาจก่อให้เกิดการสึกหรออย่างมากต่อเครื่องมือแม่พิมพ์ฉีดโลหะซึ่งมีราคาแพง ส่งผลให้ต้องซ่อมแซมโดยใช้ค่าใช้จ่ายสูงและหยุดการผลิต

การใส่มุมเอียงที่เหมาะสมจะช่วยให้กระบวนการผลิตมีประสิทธิภาพและเชื่อถือได้มากขึ้น โดยข้อดีที่สำคัญเหล่านี้ ได้แก่:

• การปลดชิ้นงานออกได้ดีขึ้น: ประโยชน์ที่เห็นได้ชัดเจนที่สุดคือการลดแรงที่จำเป็นในการดันชิ้นงานออกจากแม่พิมพ์ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงที่ชิ้นงานจะติดอยู่ในแม่พิมพ์
• คุณภาพพื้นผิวดีขึ้น: ด้วยการป้องกันการขูดและการลากขณะนำชิ้นงานออก มุมเอียงจะช่วยให้ชิ้นส่วนที่หล่อได้มีพื้นผิวเรียบเนียน ปราศจากข้อบกพร่อง ลดความจำเป็นในการดำเนินการตกแต่งเพิ่มเติมในขั้นตอนถัดไป
• อายุการใช้งานของแม่พิมพ์ยาวนานขึ้น: การลดแรงเสียดทานและแรงดันให้น้อยลงหมายความว่าพื้นผิวโพรงและแกนของแม่พิมพ์จะสึกหรอน้อยลง ช่วยยืดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์ได้อย่างมาก
• เพิ่มความเร็วในการผลิต: รอบการดันชิ้นงานออกที่รวดเร็วและลื่นไหลมากขึ้น ส่งผลให้เวลาการผลิตรวมลดลง และผลผลิตสูงขึ้น ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตโดยรวม

ถึงแม้ว่ามุมร่าง (draft angle) จะจำเป็น แต่มันก็ถือเป็นการเบี่ยงเบนเล็กน้อยจากแบบออกแบบทางเรขาคณิตที่สมบูรณ์แบบซึ่งมีผนังแนวตั้ง 90 องศา นักออกแบบจึงจำเป็นต้องคำนึงถึงการเอียงนี้ในมิติสุดท้ายและความทนทานต่อการประกอบของชิ้นส่วน อย่างไรก็ตาม การแลกเปลี่ยนเชิงเล็กน้อยนี้ถูกชดเชยด้วยข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในด้านความสามารถในการผลิตและคุณภาพของชิ้นงาน

ข้อกำหนดมาตรฐานของมุมร่าง: การวิเคราะห์ข้อมูลเชิงลึก

ไม่มีมุมร่าง (draft angle) เดียวที่ใช้ได้กับการหล่อตายทุกประเภท มุมที่เหมาะสมที่สุดนั้นต้องคำนวณอย่างระมัดระวังโดยพิจารณาจากปัจจัยสำคัญหลายประการ เช่น โลหะผสมที่ใช้ พื้นผิวของชิ้นงาน และลักษณะของผนังว่าเป็นผนังภายในหรือภายนอก เนื่องจากชิ้นงานจะหดตัวเข้าหากำลังใจ (cores) แต่จะหดตัวออกห่างจากผนังแม่พิมพ์ (cavity walls) ดังนั้นพื้นผิวภายในมักต้องการมุมร่างที่มากกว่า

โลหะผสมแต่ละชนิดมีคุณสมบัติทางความร้อนและการกัดกร่อนที่แตกต่างกัน ซึ่งส่งผลต่อความต้องการมุมร่าง ตัวอย่างเช่น อลูมิเนียมมีความกัดกร่อนมากกว่าและอัตราการหดตัวสูงกว่าโลหะผสมสังกะสี จึงจำเป็นต้องใช้มุมร่างที่มากขึ้นเพื่อให้สามารถดันชิ้นงานออกได้อย่างเรียบร้อย ในทำนองเดียวกัน พื้นผิวที่มีลวดลายหรือหยาบจะสร้างแรงเสียดทานมากกว่าพื้นผิวที่ขัดมัน จึงต้องใช้มุมร่างที่มากขึ้นเพื่อป้องกันไม่ให้ลวดลายถูกขูดในระหว่างการถอดชิ้นงาน การทำความเข้าใจรายละเอียดของข้อกำหนดทั่วไปอย่างถ่องแท้จึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับนักออกแบบทุกคน

ตารางต่อไปนี้สรุปคำแนะนำจากแหล่งอุตสาหกรรมต่างๆ เพื่อเป็นแนวทางที่ชัดเจนในการกำหนดมุมร่างในแบบออกแบบของคุณ

ค่าเหล่านี้ถือเป็นจุดเริ่มต้นที่มั่นคงสำหรับการออกแบบส่วนใหญ่ สำหรับชิ้นส่วนที่มีโพรงลึกหรือรูปร่างเรขาคณิตซับซ้อน มุมดังกล่าวอาจจำเป็นต้องเพิ่มขึ้น ควรพิจารณาความต้องการเฉพาะเจาะจงของโครงการของคุณเสมอ และปรึกษากับผู้ผลิตเพื่อกำหนดมุมดรอฟต์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแต่ละลักษณะ

ข้อพิจารณาและการคำนวณขั้นสูงสำหรับการออกแบบ

นอกเหนือจากแนวทางทั่วไปตามวัสดุและพื้นผิว ยังมีปัจจัยขั้นสูงอีกหลายประการที่มีผลต่อข้อกำหนดมุมดรอฟต์ขั้นสุดท้าย สิ่งที่ควรพิจารณาเป็นพิเศษคือ ความสัมพันธ์ระหว่างความลึกของลักษณะกับมุมดรอฟต์ที่ต้องการ หลักทั่วไปที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการหล่อและขึ้นรูปคือ การเพิ่มมุมดรอฟต์ประมาณ 1 องศา ต่อความลึก 1 นิ้วของโพรง ตัวอย่างเช่น โพรงที่ลึก 3 นิ้วควรมีมุมดรอฟต์อย่างน้อย 3 องศา เพื่อให้มั่นใจว่าส่วนล่างของลักษณะจะสามารถปลดออกจากแม่พิมพ์ได้อย่างง่ายดายในขณะที่ถอดชิ้นงาน

ตำแหน่งของเส้นแบ่งชิ้นส่วน—ระนาบที่แม่พิมพ์สองชิ้นมาบรรจบกัน—มีบทบาทสำคัญเช่นกัน ฟีเจอร์ที่ข้ามผ่านเส้นแบ่งชิ้นส่วนจะต้องมีการเว้นความเอียง (draft) ทั้งสองด้าน โดยลดขนาดออกจากจุดศูนย์กลาง การจัดวางความเอียงที่ไม่ตรงกับเส้นแบ่งชิ้นส่วนอาจทำให้ชิ้นงานติดอยู่ในแม่พิมพ์ และไม่สามารถดันชิ้นงานออกได้โดยไม่เกิดความเสียหายต่อแม่พิมพ์ การออกแบบที่เหมาะสมจำเป็นต้องมีการประสานงานอย่างรอบคอบระหว่างรูปทรงเรขาคณิตของชิ้นงาน กลยุทธ์การกำหนดเส้นแบ่งชิ้นส่วน และการใช้ความเอียง ซึ่งกระบวนการนี้มักถูกแนะนำตามหลักการออกแบบเพื่อความสามารถในการผลิต (Design for Manufacturability: DFM)

การนำหลักการเหล่านี้ไปประยุกต์ใช้ในขั้นตอนการออกแบบเชิงปฏิบัตินั้น ประกอบด้วยขั้นตอนดังต่อไปนี้:

1. กำหนดเส้นแบ่งชิ้นส่วน: พิจารณาระนาบที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการแยกแม่พิมพ์ โดยอิงจากเรขาคณิตของชิ้นงาน เพื่ออำนวยความสะดวกในการดึงชิ้นงานออกตามทิศทางที่เหมาะสม
2. ระบุพื้นผิวที่ต้องใช้ความเอียง: วิเคราะห์โมเดล 3 มิติ เพื่อระบุพื้นผิวทั้งหมดที่ขนานหรือเกือบขนานกับทิศทางการเปิดแม่พิมพ์
3. ใช้ความเอียงพื้นฐาน: ใช้ค่าจากตารางข้อกำหนดเป็นจุดเริ่มต้น โดยเพิ่มมุมให้กับลักษณะภายในและพื้นผิวที่มีพื้นผิวหยาบ
4. ปรับตามความลึกของลักษณะ เพิ่มมุมร่างสำหรับซี่โครงลึก โหนก หรือช่องว่าง ตามกฎ 1 องศาต่อนิ้ว หรือตามที่กำหนดโดยการจำลอง
5. ตรวจสอบใน CAD ใช้เครื่องมือวิเคราะห์มุมร่างที่มีอยู่ในซอฟต์แวร์ CAD ส่วนใหญ่ เพื่อยืนยันภาพรวมว่าพื้นผิวทั้งหมดที่จำเป็นมีมุมร่างที่เพียงพอและมีทิศทางที่ถูกต้อง ขั้นตอนนี้ช่วยตรวจจับข้อผิดพลาดก่อนที่การออกแบบจะถูกส่งไปทำแม่พิมพ์

สำหรับชิ้นส่วนที่ซับซ้อน โดยเฉพาะในภาคอุตสาหกรรมที่ต้องการสมรรถนะสูง การทำงานร่วมกับผู้เชี่ยวชาญด้านการผลิตถือเป็นสิ่งที่มีค่ามาก เช่น ผู้เชี่ยวชาญด้านการขึ้นรูปโลหะแบบแม่นยำ Shaoyi (Ningbo) Metal Technology ในด้านการตีขึ้นรูปอุตสาหกรรมยานยนต์ เข้าใจถึงความสัมพันธ์อย่างลึกซึ้งระหว่างคุณสมบัติของวัสดุและการออกแบบแม่พิมพ์แม่เหล็ก แม้ว่าการตีขึ้นรูปจะเป็นกระบวนการที่แตกต่าง แต่หลักการพื้นฐานเกี่ยวกับการไหลของวัสดุและการมีปฏิสัมพันธ์กับเครื่องมือ จำเป็นต้องอาศัยความเชี่ยวชาญในกฎการออกแบบในลักษณะเดียวกัน เพื่อให้มั่นใจในความแข็งแรงของชิ้นส่วนและความสามารถในการผลิต

คำถามที่พบบ่อย

1. คำนวณมุมร่าง (draft angle) ในการหล่ออย่างไร

แม้ว่าจะไม่มีสูตรตายตัวเพียงหนึ่งเดียว แต่หลักการทั่วไปที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือ การกำหนดมุมร่าง 1 องศา ต่อความลึกของโพรง 1 นิ้ว การคำนวณเริ่มจากมุมพื้นฐานที่กำหนดตามชนิดของวัสดุและผิวสัมผัส (เช่น 1.5° สำหรับอลูมิเนียม) จากนั้นจะเพิ่มมุมให้มากขึ้นตามความลึกและความซับซ้อนของลักษณะเฉพาะ สำหรับการคำนวณที่แม่นยำ วิศวกรจะใช้ซอฟต์แวร์ CAD ที่มีเครื่องมือวิเคราะห์มุมร่างในตัว เพื่อจำลองการดันชิ้นงานออกและตรวจสอบระยะว่าง

2. มุมร่าง (draft angle) ของแบบหล่อคืออะไร

มุมร่างของแบบหล่อคือการเอียงที่ใช้กับพื้นผิวแนวตั้ง เพื่อให้สามารถดึงแบบออกจากระบบแม่พิมพ์ (เช่น ทรายหรือแม่พิมพ์โลหะ) ได้โดยไม่ทำลายโพรงแม่พิมพ์ ในกระบวนการฉีดขึ้นรูปโลหะ มุมเอียงนี้จะถูกออกแบบไว้ที่พื้นผิวด้านในของแม่พิมพ์โดยตรง โดยทั่วไป มุมร่างในกระบวนการฉีดขึ้นรูปโลหะจะอยู่ระหว่าง 0.5° ถึง 3° ขณะที่การหล่อทรายมักต้องการมุมระหว่าง 1° ถึง 3° เนื่องจากลักษณะของแม่พิมพ์ทรายที่มีความเสถียรน้อยกว่า

3. มุมร่างมาตรฐานคืออะไร

มุมร่างมาตรฐานหรือทั่วไปสำหรับการฉีดขึ้นรูปโลหะมักถือว่าอยู่ระหว่าง 1.5 ถึง 2 องศา อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงแนวทางทั่วไปเท่านั้น มุม 'มาตรฐาน' ที่แท้จริงสำหรับการใช้งานเฉพาะเจาะจงนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ เช่น วัสดุ (อลูมิเนียมต้องการมุมมากกว่าสังกะสี) ความลึกของชิ้นงาน และพื้นผิวสำเร็จ ตัวอย่างเช่น มุมร่าง 0.5 องศาอาจถือเป็นมาตรฐานสำหรับผนังด้านนอกที่ตื้นและขัดมันบนชิ้นส่วนสังกะสี

4. การระบุมิติของมุมร่างทำอย่างไร

ในภาพวาดทางเทคนิคและโมเดล CAD มุมร่างจะถูกระบุขนาดจากเส้นอ้างอิงแนวตั้งหรือพื้นผิว โดยทั่วไปมุมจะระบุเป็นองศา พร้อมหมายเหตุที่แสดงทิศทางของการเอียงสัมพันธ์กับเส้นแยกชิ้นส่วน สำหรับพื้นผิวที่มีลวดลาย พ designers มักเพิ่มหมายเหตุระบุมุมร่างเพิ่มเติม (เช่น 1-2 องศา) เพื่อให้มั่นใจว่าลวดลายสามารถปลดออกได้อย่างสะอาด