เทคนิคการกำจัดเบอร์จากการขึ้นรูปโลหะ: คู่มือทางวิศวกรรม

สรุปสั้นๆ

เทคนิคการกำจัดคมตัดในการขึ้นรูปโลหะมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความปลอดภัยของชิ้นส่วน การประกอบที่พอดี และคุณภาพด้านรูปลักษณ์ สำหรับการผลิตในปริมาณมาก การตกแต่งแบบปริมาณมาก (การกลึงแบบสั่นสะเทือน) ยังคงเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมที่ให้ผลลัพธ์สม่ำเสมอในการตัดขอบและขัดเงา งานที่มีรูปร่างซับซ้อนหรือชิ้นส่วนความแม่นยำสูง มักต้องการ วิธีพลังงานความร้อน (TEM) หรือ การลบคมเศษโลหะแบบอิเล็กโทรเคมี (ECD) เพื่อเข้าถึงพื้นที่ภายในโดยไม่ทำลายขนาดที่สำคัญ

ในท้ายที่สุด กลยุทธ์ที่คุ้มค่าที่สุดคือ การป้องกันตั้งแต่ต้นทาง ผ่านการบำรุงรักษาแม่พิมพ์และการปรับระยะช่องว่างให้เหมาะสม วิศวกรควรเลือกวิธีการตามปริมาณการผลิต ความเหนียวของวัสดุ และข้อกำหนดด้านความทนทาน เพื่อให้เกิดความสมดุลระหว่างต้นทุนต่อชิ้นกับมาตรฐานคุณภาพ

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับคมตัดจากการขึ้นรูป: สาเหตุและลักษณะเฉพาะ

ในการขึ้นรูปโลหะ คมตัด (burr) ไม่ใช่เพียงแค่ขอบหยาบ แต่เป็นข้อบกพร่องเฉพาะที่เกิดจาก การปรับปรุงพลาสติก ระหว่างกระบวนการตัด ขณะที่พันช์กระแทกโลหะ วัสดุจะอยู่ภายใต้ความเครียดแบบอัด จนถึงจุดการแตกร้า ถ้า ระยะเว้นแม่พิมพ์ —ช่องว่างระหว่างพันช์และได้—ไม่ถูกต้อง วัสดุจะฉีกขาดแทนการตัดอย่างเรียบร้อย ทำให้มีส่วนที่ยื่นออกมาเรียกว่า "ฟัน" หรือสันที่รู้ในทางอุตสาหกรรมว่าเป็นเบอร์

ขนาดและความรุนของเบอร์ได้รับอิทธิพลโดยตรงจากคุณสมบัติของวัสดุและสภาพเครื่องมือ วัสดุที่เหนียว เช่น อลูมิเนมและโลหะผสมทองแดง มีแนวโน้มเกิดเบอร์แบบ "กลิ้งเกิน" อย่างมาก เนื่องจากยืดก่อนขาด ในทางกลับ วัสดุที่แข็งกว่าอาจมีการแตกร้าที่สะอาดกว่า แต้ยังสามารถพัฒนาริ้มคมและหยักแหลมหากเครื่องมือทื่

กฎช่องว่าง 10%

ข้อตกลงในอุตสาหกรรมแนะนำว่าช่องว่างของได้เป็นตัวแปรหลักในการควบคุมเบอร์ โดยทั่วมักใช้ช่องว่างประมาณ 10% ของความหนาของวัสดุ เหมาะสำหรับเหล็กกล้าทั่วไป การเว้นระยะตัดที่มากเกินไปจะทำให้วัสดุกลิ้งข้ามขอบของได (die edge) ทำให้เกิดเสี้ยนขนาดใหญ่ ในขณะที่ระยะตัดที่น้อยเกินไปจะทำให้หัวพันช์ต้องตัดผ่านวัสดุมากกว่าที่จำเป็น ส่งผลให้เครื่องมือสึกหรอเร็วขึ้นและเกิดการเฉือนซ้ำ ซึ่งก็ทำให้เกิดเสี้ยนจำนวนมากเช่นกัน

เทคนิคการตกแต่งผิวแบบปริมาณมาก (โซลูชันสำหรับงานปริมาณสูง)

สำหรับชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปส่วนใหญ่ เช่น โครงยึด แหวนรอง และคลิป การกำจัดเสี้ยนด้วยมือไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจ การตกแต่งแบบปริมาณมาก ช่วยให้สามารถประมวลผลชิ้นส่วนหลายพันชิ้นพร้อมกัน ทำให้มั่นใจได้ถึงความสม่ำเสมอในกระบวนการผลิตจำนวนมาก หมวดหมู่นี้รวมถึงการขัดเงาแบบกลองหมุนและการขัดผิวด้วยการสั่นสะเทือนเป็นหลัก

การขัดผิวด้วยแรงสั่นสะเทือนแบบถ้วย

การตกแต่งผิวด้วยการสั่นสะเทือนเป็นวิธีหลักสำหรับชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปด้วยความแม่นยำ ชิ้นส่วนจะถูกใส่ลงในถังหรืออ่างที่ติดตั้งอยู่กับสปริงแบบอสมมาตร เครื่องจักรจะสั่นสะเทือนด้วยความถี่สูง ทำให้ชิ้นส่วนเคลื่อนที่เป็นวงกลมแบบทอรอยด์ผ่านชั้นของตัวกลางขัดผิว การเสียดสีอย่างต่อเนื่องระหว่างตัวกลาง (เซรามิก พลาสติก หรือเหล็กกล้า) กับชิ้นงานจะกัดกร่อนขอบคมและขัดเงาพื้นผิว

• ตัวกลางเซรามิก: เหมาะที่สุดสำหรับงานตัดหนักและโลหะแข็ง เช่น สเตนเลสสตีล ให้อัตราการกำจัดวัสดุได้อย่างรุนแรง
• ตัวกลางพลาสติก: นุ่มและเบากว่า เหมาะสำหรับอลูมิเนียมหรือโลหะอ่อนที่อาจเกิดความเสียหายต่อพื้นผิว (บุ๋ม) ได้ง่าย
• สารเคมีประกอบ: สารเติมแต่งในรูปของเหลวมักถูกเติมเข้าไปเพื่อทำความสะอาดชิ้นส่วน ป้องกันสนิม และเพิ่มคุณสมบัติหล่อลื่นของตัวกลาง

การกลิ้งในถัง

วิธีการที่เรียบง่ายและรุนแรงมากขึ้น โดยการกลิ้งแบบถังกลม (barrel tumbling) จะใช้ถังหมุนในการยกชิ้นงานและสื่อกลางขึ้นแล้วปล่อยให้ตกลงมา (การไหลหลั่นชั้น) การกระแทกที่มีพลังงานสูงนี้เหมาะสำหรับการกำจัดเศษโลหะหยาบบนชิ้นส่วนที่ทนทาน แต่เสี่ยงต่อการทำลายรายละเอียดที่บอบบาง มักจะช้ากว่าการตกแต่งด้วยการสั่นสะเทือน แต่มีต้นทุนอุปกรณ์ลงทุนต่ำกว่า

สำหรับผู้ผลิตรถยนต์ที่ต้องการความแม่นยำตามมาตรฐานรับรอง การรวมขั้นตอนการตกแต่งเข้าไปในห่วงโซ่อุปทานโดยตรงจึงเป็นสิ่งสำคัญ โซลูชันการขึ้นรูปโลหะครบวงจรของ Shaoyi Metal Technology เชื่อมช่องว่างระหว่างการผลิตดิบกับการประกอบขั้นสุดท้าย โดยจัดส่งชิ้นส่วนปริมาณมาก เช่น คันโยกควบคุม (control arms) ที่เป็นไปตามมาตรฐาน IATF 16949 อย่างเคร่งครัด โดยไม่จำเป็นต้องพึ่งพาลอจิสติกส์การตกแต่งจากบุคคลที่สาม

ความแม่นยำและวิธีการกำจัดขั้นสูง

เมื่อชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปด้วยแรงกดมีรูปร่างซับซ้อน เกลียวภายใน หรือมีค่าความคลาดเคลื่อนทางมิติที่แคบ จนไม่สามารถทนต่อแรงกระแทกทางกายภาพจากการกลิ้งได้ วิศวกรจะหันไปใช้วิธีการทางความร้อนและสารเคมี

วิธีพลังงานความร้อน (TEM)

ซึ่งรู้ในชื่อ "กำจัดเครื่องหมายความร้อน" กระบวนการนี้มีประสิทธิภาพสูงในการลบเครื่องหมายจากช่องภายในและรูที่ตัดขวาง ชิ้นส่วนจะถูกปิดผับในห้องที่มีความดันสูง ซึ่งเต็มกับส่วนผสมของก๊าซเชื้อเพลิงและออกซิเจน จากนั้นจุดระเบิดส่วนผสม ทำให้เกิดคลื่นความร้อนชั่วขณะที่สามารถสูงถึง 6,000°F (3,300°C) ภายในไม่กี่มิลลิวินาที

เนื่องจากเครื่องหมายมีอัตราพื้นที่ผิวต่อมวลสูง ทำให้ดูดซับความร้อนทันทีและกลายเป็นไอ (ออกซิไดซ์) ส่วนชิ้นงานหลักที่มีมวลความร้อนมากกว่าหลายเท่าจะไม่ได้รับผลกระทบ วิธีนี้รับประกันว่าพื้นผิวหลักจะไม่มีขอบมน แต้ต้องการล้างกรดหลังกระบวนการเพื่อกำจัดชั้นออกไซด์ที่เกิดระหว่างการเผาไหมด

การลบคมเศษโลหะแบบอิเล็กโทรเคมี (ECD)

ECD เป็นวิธีการลบเครื่องหมายแบบลบ ซึ่งใช้การอิเล็กโทรไลซ์เพื่อทำลายเครื่องหมาย ชิ้นงานทำหน้าเป็นแอนคาทิ (+) และเครื่องมือที่ออกแบบเป็นรูปร่างเฉพาะทำหน้าเป็นแคโทด (-) สารละลายอิเล็กโทรไลต์ (มักเป็นโซเดียมไนเตรต) ไหลผ่านช่องว่าง ที่โดยทั่วนิยมรักษาระยะห่างระหว่าง 0.3 มม. ถึง 1 มม.

เมื่อกระแสไฟฟ้าตรงถูกนำไปใช้ วัสดุที่ปลายของเสี้ยนจะสลายตัวเข้าสู่สารละลาย กระบวนการนี้ไม่ต้องสัมผัสโดยตรง ซึ่งหมายความว่าไม่มี การสึกหรอของเครื่องมือ และ ไม่มีแรงเครียดเชิงกล ที่เกิดขึ้นกับชิ้นงาน เป็นวิธีที่นิยมใช้สำหรับชิ้นส่วนที่มีมูลค่าสูง เช่น หัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิง หรือตัววาล์วไฮดรอลิก ซึ่งเสี้ยนขนาดเล็กมากเพียงใดก็ตามอาจทำให้ระบบล้มเหลวอย่างร้ายแรงได้

โซลูชันเชิงกลและแบบบูรณาการในแม่พิมพ์

วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการจัดการกับเสี้ยน มักจะเป็นการกำจัดขณะที่ชิ้นงานยังอยู่ในเครื่องอัดหรือทันทีหลังจากนั้น โดยใช้วิธีการทางกลที่ออกแบบมาเฉพาะตามรูปร่างของชิ้นงาน

การตอกแม่พิมพ์ มีความโดดเด่นเป็นพิเศษในการตอกความเร็วสูง โดยการเพิ่มสถานี "การตอกอัดแน่น" เข้าไปในแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟ จะสามารถบดอัดขอบคมกลับเข้าไปในวัสดุได้ ถึงแม้ว่าวิธีนี้จะไม่ได้ลบวัสดุออก แต่ก็ทำให้ขอบปลอดภัยต่อการจับต้อง และแทบไม่สิ้นเปลืองเวลาในรอบการทำงาน

กลยุทธ์การป้องกัน: การปรับปรุงกระบวนการตัดขึ้นรูป

แม้ว่าเทคนิคการกำจัดจะมีความจำเป็น แต่เป้าหมายทางวิศวกรรมควรอยู่ที่การลดให้น้อยที่สุด โดยตามที่ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมระบุไว้ว่า "ป้องกันก่อน รักษาทีหลัง" เป็นแนวทางที่ประหยัดที่สุด

• การปรับช่องว่างในการตัดให้เหมาะสม: การรักษาระดับช่องว่างที่เหมาะสม (5-10% ของความหนา) จะช่วยป้องกันการเปลี่ยนรูปร่างพลาสติกมากเกินไป ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดเสี้ยนขนาดใหญ่
• การบำรุงรักษาเครื่องมือ: ขอบตัดที่หม dull จะทำให้โลหะฉีกขาดแทนที่จะถูกเฉือนอย่างเรียบร้อย การกำหนดตารางเวลาการลับคมอย่างสม่ำเสมอนั้นถูกกว่าค่าใช้จ่ายในการลบเสี้ยนภายหลังมาก
• ชั้นเคลือบขั้นสูง: การเคลือบไทเทเนียมไนไตรด์ (TiN) หรืออะลูมิเนียมไทเทเนียมไนไตรด์ (AlTiN) ลงบนแม่พิมพ์ตัด จะช่วยลดแรงเสียดทานและการสึกหรอ ทำให้รักษารอยตัดที่คมได้ยาวนานขึ้นตลอดรอบการผลิต
• การออกแบบเพื่อความสามารถในการผลิต (DFM): วิศวกรควรออกแบบชิ้นส่วนให้ด้านที่เกิดเสี้ยนหันไปทางพื้นผิวที่ไม่สำคัญ หรือรวมองศาเอียง (chamfers) ไว้ในการออกแบบ เพื่อลดความคมของขอบโดยธรรมชาติ

การเลือกกลยุทธ์การลบเสี้ยนที่เหมาะสม

การเลือกเทคนิคที่เหมาะสมในการกำจัดครีบ (burr) จากชิ้นส่วนโลหะที่ขึ้นรูปด้วยแรงกด เป็นการหาสมดุลระหว่างความแม่นยำ ปริมาณ และต้นทุน ไม่มีวิธีใดวิธีหนึ่งที่เรียกว่า "ดีที่สุด" โดยแท้จริง แต่จะมีวิธีที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานแต่ละประเภท

สำหรับชิ้นส่วนฮาร์ดแวร์ทั่วไปที่ผลิตจำนวนมาก การตกแต่งด้วยเครื่องสั่น ให้ประสิทธิภาพด้านต้นทุนที่ดีที่สุด TEM หรือ ECD ให้ความสามารถในการเข้าถึงและระดับความแม่นยำที่จำเป็น อย่างไรก็ตาม สำหรับทุกโครงการ การเดินทางไปสู่ชิ้นส่วนที่ปราศจากครีบเริ่มต้นที่โต๊ะออกแบบและสถานีแม่พิมพ์ โดยการให้ความสำคัญกับสภาพเครื่องมือและการเว้นระยะห่างที่เหมาะสม ผู้ผลิตสามารถลดการพึ่งพากระบวนการรองที่มีราคาแพงได้อย่างมาก

คำถามที่พบบ่อย

1. วิธีที่พบบ่อยที่สุดในการกำจัดครีบจากชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปคืออะไร

การตกแต่งแบบมวลรวม โดยเฉพาะการใช้เครื่องตกแต่งแบบสั่น (vibratory bowl finishing) หรือการกลิ้งในถัง (barrel tumbling) เป็นวิธีที่พบบ่อยที่สุด ซึ่งช่วยให้สามารถประมวลผลชิ้นงานหลายพันชิ้นพร้อมกันได้ ทำให้มีประสิทธิภาพสูงด้านต้นทุนสำหรับปริมาณการผลิตจำนวนมากที่พบโดยทั่วไปในการขึ้นรูปโลหะ

2. ช่องว่างของแม่พิมพ์ (die clearance) มีผลต่อการเกิดครีบอย่างไร?

ช่องว่างของแม่พิมพ์คือระยะห่างระหว่างตัวดันและแม่พิมพ์ หากช่องว่างแคบเกินไป จะทำให้เครื่องมือสึกหรอเร็วขึ้นและต้องใช้แรงมากขึ้น แต่ถ้าช่องว่างกว้างเกินไป โลหะจะไม่ตัดอย่างเรียบร้อย แต่จะพลิกงอแทน ส่งผลให้เกิดเสี้ยนขนาดใหญ่ ช่องว่างประมาณ 10% ของความหนาของวัสดุถือเป็นมาตรฐานในการลดการเกิดเสี้ยน

3. สามารถกำจัดเสี้ยนออกได้โดยไม่กระทบต่อขนาดชิ้นส่วนหรือไม่

ได้ วิธีการเช่น การกำจัดเสี้ยนแบบอิเล็กโทรเคมี (ECD) และวิธีพลังงานความร้อน (TEM) สามารถกำจัดเสี้ยนได้อย่างเฉพาะเจาะจง โดยไม่เปลี่ยนแปลงขนาดหลักของชิ้นส่วน ECD เป้าหมายบริเวณที่มีความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าสูง (ขอบแหลม) ในขณะที่ TEM ทำให้เสี้ยนบางๆ กลายเป็นไอระเหยไปก่อนที่วัสดุส่วนใหญ่จะร้อนขึ้น