กระบวนการหล่อโลหะ

1. กระบวนการหล่อโลหะ รัตน บริสุทธิกุล สาขาวิชาวิศวกรรมโลหการ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี

2. (Metals Shaping) ตัวอย่างชิ้นงานที่ขึ้นรูป กระบวนการหล่อโลหะ กระบวนการโลหะผง กระบวนการอัดขึ้นรูป การขึ้นรูปโลหะ Engine housing Connecting rod Cam shaft bearing cap - ชิ้นงานที่ได้จากการหล่อมีรูปทรงที่ซับซ้อน ดังนั้นกระบวนการหล่อโลหะสามารถใช้ขึ้นรูปชิ้นงานที่ซับซ้อนได้ • ชิ้นงานที่ได้จากการอัดขึ้นรูปเป็นชิ้นงานที่ต้องรับแรงมากเรื่องรับภาวะความล้าดังนั้นจึงต้องการความสมบูรณ์ของเนื้อโลหะจากการอัดขึ้นรูป • ชิ้นงานที่ไม่ซับซ้อนมากต้องการสมบัติพิเศษบ้างอย่างเช่น ความหล่อลื่นด้วยตัวชิ้นงานเอง การใช้กระบวนการโลหะผงเป็นวิธีที่ดี

3. กระบวนการหล่อโลหะ กระบวนการหล่อโลหะ คือ กระบวนการขึ้นรูปชิ้นงานวิธีหนึ่งที่ใช้โลหะหลอมเหลวในการสร้างชิ้นงาน หลักการสร้างชิ้นงานโดยการหล่อนั้นเริ่มจากการเทน้ำโลหะลงสู่ช่องว่างของวัสดุทนไฟที่เตรียมไว้ โดยช่องว่างดังกล่าวมีลักษณะคล้ายกับชิ้นงานที่ต้องการหลังจากเทน้ำโลหะลงในช่องว่างแล้วก็จะปล่อยให้น้ำโลหะเกิดการเย็นตัวและแข็งตัวได้ชิ้นงานหล่อออกมามีลักษณะใกล้เคียงชิ้นงานจริง ช่องว่าง(cavity)ในแบบทราย การเติมน้ำโลหะ

4. การแข็งตัวของน้ำโลหะ (Solidification of Metals) คือ กระบวนการที่โลหะเปลี่ยนแปลงสถานะจากของเหลวมาเป็นของแข็ง โลหะบริสุทธิ์(pure metals) Characteristic grain structure of casting pure metal Cooling curve

5. การแข็งตัวของน้ำโลหะ (Solidification of Metals) โลหะผสม(Alloys) Cooling curve

6. การแข็งตัวของน้ำโลหะ (Solidification of Metals) โลหะผสม(Alloys) Dendritic growth Characteristic grain structure of casting alloys การเย็นตัวของโลหะในระดับไมครอนเกิดทั้งในการหล่อโลหะบริสุทธิ์ และผสม

7. ปรากฏการณ์อื่นๆที่พบในขณะน้ำโลหะแข็งตัวปรากฏการณ์อื่นๆที่พบในขณะน้ำโลหะแข็งตัว การหดตัวของชิ้นงาน(shrinkage) เริ่มแข็งตัวของน้ำโลหะ เพิ่งเทน้ำโลหะ ระหว่างกระบวนการแข็งตัวของน้ำโลหะ การแข็งตัวของน้ำโลหะสมบูรณ์

8. ปรากฏการณ์อื่นๆที่พบในขณะน้ำโลหะแข็งตัวปรากฏการณ์อื่นๆที่พบในขณะน้ำโลหะแข็งตัว การแยกตัวของธาตุผสม(segregation) Surface segregationin Al-Fe-Si casting การคายก๊าซที่ละลายอยู่ในสภาวะหลอมเหลว(gas release)

9. ขั้นตอนทั่วไปของการหล่อโลหะขั้นตอนทั่วไปของการหล่อโลหะ (Casting procedures) บรรจุน้ำโลหะลงแบบหล่อ เตรียมวัตถุดิบ ปรับส่วนผสมของน้ำโลหะให้ได้ตามที่ต้องการ หลวมวัตถุดิบโดยเตาหลอมโลหะ ทำแบบที่ใช้สำหรับสำหรับหล่อโลหะ ทำการออกแบบกระสวน(pattern) และแบบผลิตใสแบบ(Core Box) ทำการเตรียมกระสวน และ แบบผลิตใสแบบ รอจนเย็น หรือน้ำโลหะแข็งตัวแกะแบบออก นำเข้าสู่กระบวนการผลิตขั้นถัดไป หรือเข้าสู่กระบวนการควบคุมคุณภาพ

10. วัตถุดิบที่ใช้ในงานหล่อวัตถุดิบที่ใช้ในงานหล่อ (Raw materials) • โลหะที่ได้จากการถลุง เช่น Pig iron และ HBI • เศษโลหะที่ได้จากการซื้อมาภายในประเทศมีการแบ่งเกรด • เศษโลหะที่เหลือจากกระบวนการผลิต เช่น ส่วนของรูเท หรือ รูล้น • โลหะผสมสำหรับเตรียม • ฟลักซ์เพื่อกำจัดสิ่งเจือปน • วัสดุกำจัดก๊าซ • อื่นๆ

11. การหลอมโลหะและประเภทของเตาหลอมโลหะการหลอมโลหะและประเภทของเตาหลอมโลหะ • คือกระบวนการให้ความร้อนกับโลหะ หรือโลหะผสมเกิดการหลอมเหลวกลายเป็นน้ำโลหะ • ระหว่างการหลอมโลหะ เราจะทำการผสมให้น้ำโลหะได้ส่วนผสมตามที่ต้องการ • เนื่องจากการหลอมโลหะต้องการพลังงานในการหลอมเหลวโลหะดังนั้นประเภทของเตาจะแบ่งได้ตามประเภทของแหล่งพลังงาน

12. ประเภทของเตาหลอมโลหะ Cupola furnace เตาน้ำมัน หล่อได้เฉพาะเหล็กหล่อเทา และเหล็กหล่อมาร์เลเบิล หล่อได้เฉพาะโลหะนอกกลุ่มเหล็กที่จุดหลอมเหลวต่ำ

13. ประเภทของเตาหลอมโลหะ Induction furnace Electric arc furnace น้ำโลหะที่ได้สะอาด สามารถควบคุมคุณภาพน้ำโลหะได้ดี สามารถเลือกขนาดของเตาหลอมโลหะได้ตั้งแต่ขนาดเป็นกิโลกรัมจนถึงเป็นหลายร้อยตัน ใช้ในการหล่อเหล็กกล้า และโลหะงานมีขนาดใหญ่

14. การเตรียมแบบหล่อโลหะ คือ ขั้นตอนที่เรานำกระสวนหรือแม่พิมพ์มาสร้างแบบหล่อโลหะวัสดุที่ใช้ทำแบบมีหลายประเภทแต่ทุกประเภทต้องเป็นวัสดุทนไฟและเทคนิคการทำแบบมีหลากหลาย ดังนั้นกระบวนการหล่อโลหะและโลหะผสมจึงแบ่งประเภทงานหล่อจากประเภทของแบบที่ใช้

15. ประเภทของกระบวนการหล่อโลหะประเภทของกระบวนการหล่อโลหะ แบ่งตามวัสดุ แบบประเภทของแบบที่ใช้หล่อ หล่อโดยแบบหล่อทราย(sand casting) หล่อโดยแบบหล่อขี้ผึ้ง(investment casting or lost wax casting) หล่อโดยแบบหล่อถาวร(permanent mould casting) หล่อโดยแบบหล่อปูนพลาสเตอร์(plaster mould casting) หล่อโดยวิธีการแกว่งชิ้นงานหนีศูนย์กลาง(centrifugal casting) หล่อโดยแบบหล่อทรายที่เติมเรซิน(shell mould casting) หล่อโดยแบบหล่อถาวรร่วมกับการอัดน้ำโลหะ(die casting) อื่นๆ

16. หล่อโดยแบบหล่อทราย (Sand casting) กระสวน ชิ้นงาน การปั้นแบบและการถอดกระสวน

17. หล่อโดยแบบหล่อทราย (Sand casting) รูล้น รูเท http://www.facethetube.com/watch/QbKBlDz5M74

18. หล่อโดยแบบหล่อทราย (Sand casting) - ข้อดีของการหล่อแบบทราย * สามารถหล่อโลหะได้เกือบทุกชนิด * น้ำหนักงานหล่อได้ไม่จำกัด * ทรายสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้(อาจต้องผสมทรายใหม่ด้วย) * ผลิตในปริมาณมากๆ - ข้อด้อยของการหล่อแบบทราย * ผิวงานมีลักษณะหยาบ * การเผื่อขนาดชิ้นงานมาก * แม่พิมพ์ที่ใช้ผลิตแบบทรายมีการสึกกร่อนมาก

19. หล่อโดยแบบหล่อไล่ขี้ผึ้งหล่อโดยแบบหล่อไล่ขี้ผึ้ง (Investment casting or lost wax casting) ทำแบบหล่อไล่ขี้ผึ้ง เทน้ำโลหะ และรอน้ำโลหะเย็นตัว เคาะหรือเขย่าให้เปลือกปูนหรือเซรามิกหลุดออก ตัดชิ้นงานออกจากรูเทน้ำโลหะ

20. หล่อโดยแบบหล่อไล่ขี้ผึ้งหล่อโดยแบบหล่อไล่ขี้ผึ้ง (Investment casting or lost wax casting) ทำแบบหล่อไล่ผึ้ง

21. หล่อโดยแบบหล่อไล่ขี้ผึ้งหล่อโดยแบบหล่อไล่ขี้ผึ้ง (Investment casting or lost wax casting) - ข้อดีของการหล่อแบบไล่ขี้ผึ้ง * สามารถหล่อชิ้นงานที่เป็นร่องหรือรูปร่างซับซ้อนได้ดี * ผิวชิ้นงานที่ได้เรียบมาก * มีความละเอียดทางขนาดสูง * ชิ้นงานที่ได้ไม่ต้องปรับแต่งผิวหรือแปรรูปอีก - ข้อด้อยของการหล่อแบบไล่ขี้ผึ้ง * เป็นกรรมวิธีที่ค่อนข้างแพง * ใช้กับงานขนาดเล็ก ไม่เหมาะกับการขึ้นรูปใช้งานใหญ่ * ต้องใช้คนงานที่มีความชำนาญในการทำแม่พิมพ์หล่อ

22. หล่อโดยแบบหล่อถาวร (Permanent mould casting) - แบบหล่อที่ใช้เป็นโลหะและอาศัยแรงดันจากน้ำโลหะดันให้น้ำโลหะไหลเต็มแบบหล่อ

23. หล่อโดยแบบหล่อถาวร (Permanent mould casting) - ข้อดีของการหล่อแบบถาวร * ได้ผิวชิ้นงานเรียบกว่าการหล่อแบบหล่อทราย * เหมาะกับการหล่อโลหะนอกกลุ่มเหล็ก * แบบหล่อที่ใช้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ - ข้อด้อยของการหล่อแบบถาวร * เป็นกรรมวิธีที่ค่อนข้างแพง * ใช้กับงานขนาดเล็ก ไม่เหมาะกับการขึ้นรูปใช้งานขนาดใหญ่

24. หล่อโดยแบบหล่อถาวรร่วมกับแรงอัดน้ำโลหะหล่อโดยแบบหล่อถาวรร่วมกับแรงอัดน้ำโลหะ (Pressure die casting) แบบหล่อโลหะขวา แบบหล่อโลหะซ้าย http://www.youtube.com/watch?v=W6VgCaRozq8 http://www.youtube.com/watch?v=WCIbEH2PRxc&feature=related

25. หล่อโดยแบบหล่อถาวรร่วมกับแรงอัดน้ำโลหะหล่อโดยแบบหล่อถาวรร่วมกับแรงอัดน้ำโลหะ (Pressure die casting) - ข้อดีของการหล่อแบบถาวร * สามารถผลิตชิ้นงานได้เร็ว เหมาะกับการผลิตในปริมาณมาก * ผลิตภัณฑ์ที่ได้ผิวเรียบไม่ต้องการการตกแต่ง * ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีสมบัติเชิงกลดีกว่าการหล่อโดยแบบหล่อทราย * ประหยัดวัสดุที่ใช้หลอมละลายมากกว่าแบบหล่อทราย * สามารถผลิตชิ้นงานที่บางได้ - ข้อด้อยของการหล่อแบบถาวร * ราคาของแบบหล่อโลหะแพง * แบบหล่อจะมีอายุสั้นลงมากถ้าน้ำโลหะที่ใส่เข้าไปมีอุณหภูมิสูงเกินไป

26. การเทน้ำโลหะ กระบวนการก่อนการเทน้ำโลหะ - การกำจัดก๊าซ - การกำจัดสิ่งสกปรก เช่น ออกไซด์ของโลหะ - การวัดอุณหภูมิน้ำโลหะให้เหมาะสมกับการเท

27. ปัญหาและวิธีการแก้ปัญหาที่พบในกระบวนการหล่อโลหะปัญหาและวิธีการแก้ปัญหาที่พบในกระบวนการหล่อโลหะ 1. รูพรุนในชิ้นงาน และที่ผิวชิ้นงาน - เกิดจากก๊าซที่ละลายอยู่ในน้ำโลหะถูกปล่อยออกมาขณะเย็นตัว(กำจัดก๊าซออกก่อน) • เกิดจากทรายแบบแน่นไปหรือความโปร่งอากาศของทรายแบบน้อย(ควบคุมการสร้างแบบหล่อ) รูพรุนในชิ้นงาน

28. ปัญหาและวิธีการแก้ปัญหาที่พบในกระบวนการหล่อโลหะปัญหาและวิธีการแก้ปัญหาที่พบในกระบวนการหล่อโลหะ 2. เนื้อโลหะสกปรกจาก slag, inclusion, ทรายแบบ - Slag และ inclusion เกิดจากการทำความสะอาดน้ำโลหะไม่ดี (ทำการเติมฟลักซ์เพื่อกำจัด Slag และ inclusion - ทรายแบบเกิดจากการกัดเซาะของน้ำโลหะกับแบบทราย (ออกแบบทางเดินน้ำโลหะให้ดี) สิ่งสกปรกที่เกิดจากการกัดเซาะ

29. ปัญหาและวิธีการแก้ปัญหาที่พบในกระบวนการหล่อโลหะปัญหาและวิธีการแก้ปัญหาที่พบในกระบวนการหล่อโลหะ 3. การไหลไม่เต็มแบบ (Misrun) - น้ำโลหะที่เทอุณหภูมิต่ำเกินไป (เพิ่มอุณหภูมิน้ำโลหะ) - การออกแบบทางเดินน้ำโลหะไม่ดี (เพิ่มขนาดทางเดินน้ำโลหะ) การไหลไม่เต็มแบบ

30. ปัญหาและวิธีการแก้ปัญหาที่พบในกระบวนการหล่อโลหะปัญหาและวิธีการแก้ปัญหาที่พบในกระบวนการหล่อโลหะ 4. การแตกหักเนื่องจากความร้อน - การเย็นตัวไม่สม่ำเสมอและชิ้นงานมีมุม (การติด Chills หรือ ออกแบบแบบหล่อใหม่)

31. ปัญหาและวิธีการแก้ปัญหาที่พบในกระบวนการหล่อโลหะปัญหาและวิธีการแก้ปัญหาที่พบในกระบวนการหล่อโลหะ 5. ช่องว่างที่เกิดจากการหดของน้ำโลหะ(การติด Chills) เริ่มแข็งตัวของน้ำโลหะ เพิ่งเทน้ำโลหะ ระหว่างกระบวนการแข็งตัวของน้ำโลหะ การแข็งตัวของน้ำโลหะสมบูรณ์