I. กระบวนการผลิตการกำจัดวัสดุ
กระบวนการผลิตการขจัดวัสดุเกี่ยวข้องกับการขจัดวัสดุส่วนเกินออกจากชิ้นงานในลักษณะเฉพาะเพื่อให้ได้ชิ้นส่วนที่มีรูปร่างและขนาดที่ต้องการ กระบวนการเหล่านี้ต้องการให้ชิ้นงานมีวัสดุส่วนเกินเพียงพอบนพื้นผิว ในระหว่างกระบวนการกำจัดวัสดุ ชิ้นงานจะค่อยๆ เข้าใกล้รูปร่างและขนาดของชิ้นส่วนในอุดมคติ ยิ่งรูปร่างและขนาดแตกต่างกันระหว่างวัตถุดิบหรือชิ้นงานเปล่ากับชิ้นส่วนสำเร็จรูปมากเท่าไร วัสดุก็จะถูกนำออกมากขึ้นเท่านั้น ส่งผลให้สูญเสียวัสดุมากขึ้นและมีการใช้พลังงานมากขึ้นในระหว่างกระบวนการตัดเฉือน บางครั้งปริมาณของวัสดุที่สูญเสียไปนั้นเกินกว่าปริมาตรของชิ้นส่วนด้วยซ้ำ
แม้ว่ากระบวนการกำจัดวัสดุจะมีอัตราการใช้วัสดุต่ำ แต่กระบวนการเหล่านี้ยังคงเป็นวิธีการหลักในการปรับปรุงคุณภาพชิ้นส่วน และยังมีความสามารถในการปรับตัวในกระบวนการผลิตที่แข็งแกร่ง ทำให้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตเครื่องจักรกล การรวมกระบวนการกำจัดวัสดุเข้ากับกระบวนการขึ้นรูปวัสดุสามารถลดการใช้วัตถุดิบได้อย่างมาก ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตที่มีรูปทรงใกล้เคียง-สุทธิ- (การหล่อที่แม่นยำ การตีขึ้นรูปด้วยความแม่นยำ ฯลฯ) จึงสามารถปรับปรุงการใช้วัสดุให้ดียิ่งขึ้นได้ เมื่อปริมาณการผลิตมีน้อย การใช้กระบวนการกำจัดวัสดุเพียงอย่างเดียวก็มีความสมเหตุสมผลทางเศรษฐกิจในการลดการลงทุนในกระบวนการขึ้นรูปวัสดุ
กระบวนการกำจัดวัสดุมีหลายรูปแบบ รวมถึงการตัดแบบดั้งเดิมและการตัดเฉือนแบบพิเศษ
การตัดเป็นกระบวนการที่ใช้เครื่องมือตัดโลหะกับเครื่องมือกลเพื่อเอาโลหะส่วนเกินออกจากชิ้นงาน (ชิ้นงานเปล่า) เพื่อให้รูปร่าง ขนาด และคุณภาพพื้นผิวของชิ้นงานตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ ในระหว่างกระบวนการตัด เครื่องมือและชิ้นงานจะถูกติดตั้งบนเครื่องมือกล ซึ่งขับเคลื่อนให้พวกมันมีการเคลื่อนไหวสัมพันธ์กันเฉพาะเจาะจง ในระหว่างการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างเครื่องมือกับชิ้นงาน โลหะส่วนเกินจะถูกเอาออก ทำให้เกิดเป็นพื้นผิวของชิ้นงาน วิธีการตัดโลหะทั่วไป ได้แก่ การกลึง การกัด การไส การเจาะ และการเจียร การตัดโลหะเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น แรง ความร้อน การเสียรูป การสั่นสะเทือน และการสึกหรอ ปรากฏการณ์เหล่านี้ส่งผลต่อกระบวนการแปรรูปและคุณภาพ ดังนั้นจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเลือกวิธีการประมวลผล เครื่องมือกล เครื่องมือ ฟิกซ์เจอร์ และพารามิเตอร์การตัดอย่างถูกต้อง เพื่อปรับปรุงคุณภาพและประสิทธิภาพการประมวลผล
การตัดเฉือนแบบพิเศษหมายถึงวิธีการประมวลผลที่ใช้พลังงานไฟฟ้า พลังงานแสง ฯลฯ เพื่อดึงวัสดุออกจากชิ้นงาน ซึ่งรวมถึงการตัดเฉือนด้วยไฟฟ้า การตัดเฉือนเคมีไฟฟ้า และการตัดเฉือนด้วยเลเซอร์ การตัดเฉือนด้วยการปล่อยกระแสไฟฟ้า (EDM) ใช้ปรากฏการณ์การปล่อยประจุแบบพัลส์ระหว่างอิเล็กโทรดของเครื่องมือและอิเล็กโทรดของชิ้นงาน เพื่อกัดกร่อนวัสดุชิ้นงานและบรรลุการตัดเฉือนที่ต้องการ ในระหว่างการตัดเฉือน จะมีช่องว่างคายประจุระหว่างอิเล็กโทรดของชิ้นงานและอิเล็กโทรดของเครื่องมือ และทั้งสองอย่างนี้จะไม่สัมผัสกันโดยตรง ไม่มีแรงใดๆ เข้ามาเกี่ยวข้องในกระบวนการตัดเฉือน ทำให้สามารถตัดเฉือนวัสดุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าใดๆ ได้ โดยไม่คำนึงถึงคุณสมบัติทางกลของวัสดุ ข้อได้เปรียบหลักคือความสามารถในการตัดเฉือนรูปทรงภายในที่ซับซ้อน เปลี่ยนความยากของการตัดเฉือนรูปร่างภายในให้เป็นการตัดเฉือนรูปร่างภายนอก ทำให้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการผลิตแม่พิมพ์ เนื่องจาก EDM มีอัตราการขจัดโลหะต่ำ โดยทั่วไปจึงไม่นิยมใช้สำหรับการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ การตัดเฉือนด้วยเลเซอร์และลำแสงไอออนมักใช้สำหรับการตัดเฉือนระดับไมโคร-
ด้วยความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในสาขาการบินและอวกาศและคอมพิวเตอร์ ชิ้นส่วนบางส่วนจำเป็นต้องมีความแม่นยำในการตัดเฉือนและความขรุขระของพื้นผิวที่สูงมาก ซึ่งจำเป็นต้องมีความแม่นยำและการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำเป็นพิเศษ- การตัดเฉือนที่แม่นยำและแม่นยำเป็นพิเศษ-สามารถบรรลุความแม่นยำของมิติได้จนถึงระดับต่ำกว่า-ไมครอนหรือแม้แต่นาโนเมตร วิธีการตัดเฉือนเหล่านี้ประกอบด้วยการกลึงที่มีความแม่นยำสูงพิเศษ-และการเจียรที่มีความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ-
ครั้งที่สอง กระบวนการผลิตการขึ้นรูปวัสดุ
กระบวนการผลิตการขึ้นรูปวัสดุใช้แม่พิมพ์เพื่อกำหนดรูปร่างวัตถุดิบให้เป็นชิ้นส่วนหรือช่องว่าง ในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปวัสดุ รูปร่าง ขนาด โครงสร้างจุลภาค และแม้กระทั่งสถานะการยึดเกาะของวัตถุดิบจะเปลี่ยนไป เนื่องจากโดยทั่วไปความแม่นยำในการขึ้นรูปไม่สูง กระบวนการผลิตการขึ้นรูปวัสดุจึงมักใช้ในการผลิตช่องว่าง นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อนแต่ไม่ต้องการความแม่นยำสูงมากนัก กระบวนการขึ้นรูปวัสดุมีประสิทธิภาพการผลิตสูง กระบวนการขึ้นรูปที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ การหล่อ การตีขึ้นรูป และโลหะผสมผง
(I) การคัดเลือกนักแสดง
การหล่อเป็นวิธีการแบบกระบวนการในการเทโลหะเหลวลงในโพรงแม่พิมพ์ที่ตรงกับรูปร่างและขนาดของชิ้นส่วน และได้ชิ้นงานเปล่าหรือชิ้นส่วนหลังจากการทำความเย็นและการแข็งตัว กระบวนการพื้นฐาน ได้แก่ การปั้น การหลอม การเท และการทำความสะอาด เนื่องจากความสามารถในการเติม การหดตัว และปัจจัยอื่นๆ ในระหว่างการหล่อโลหะผสม การหล่ออาจมีโครงสร้างจุลภาคที่ไม่สม่ำเสมอ โพรงการหดตัว ความเครียดจากความร้อน และการเสียรูป ส่งผลให้ความแม่นยำ คุณภาพพื้นผิว และคุณสมบัติทางกลต่ำ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความสามารถในการปรับตัวที่แข็งแกร่งและต้นทุนการผลิตต่ำ การหล่อจึงยังคงใช้กันอย่างแพร่หลาย ช่องว่างที่มีรูปร่างซับซ้อน โดยเฉพาะชิ้นส่วนที่มีโพรงภายในที่ซับซ้อน มักผลิตขึ้นโดยการหล่อ ปัจจุบันวิธีการหล่อที่ใช้กันทั่วไปในการผลิต ได้แก่ การหล่อทรายธรรมดา การหล่อการลงทุน การหล่อแม่พิมพ์โลหะ การหล่อด้วยแรงดัน และการหล่อแบบแรงเหวี่ยง ในจำนวนนี้มีการใช้การหล่อทรายแบบธรรมดากันอย่างแพร่หลาย
(II) การตีและการกด
การตีและการปั๊มโลหะแผ่นเรียกรวมกันว่าการตีและการกด การตีเป็นกระบวนการของการใช้แรงภายนอกกับโลหะที่ได้รับความร้อนโดยใช้อุปกรณ์การตีขึ้นรูปเพื่อทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติก โดยสร้างชิ้นส่วนเปล่าโดยมีรูปร่าง ขนาด และคุณสมบัติบางอย่างขององค์กร ช่องว่างปลอมแปลงมีโครงสร้างภายในที่หนาแน่นและสม่ำเสมอ เส้นการไหลของโลหะมีการกระจายอย่างสมเหตุสมผล ช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งของชิ้นส่วน ดังนั้นการตีจึงมักใช้ในการผลิตช่องว่างสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการคุณสมบัติทางกลโดยรวมสูง
การตีสามารถแบ่งออกเป็นการตีแบบอิสระ การตีแบบตายตัว และการตีแบบเปิด-
การตีขึ้นรูปแบบอิสระเกี่ยวข้องกับการวางโลหะระหว่างแม่พิมพ์บนและล่างเพื่อการเปลี่ยนรูปพลาสติก โดยใช้การไหลอย่างอิสระของโลหะ ประสิทธิภาพต่ำและความแม่นยำต่ำ โดยทั่วไปจะใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนเล็กๆ ของการตีขึ้นรูปง่ายๆ-
การตีขึ้นรูปเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนรูปโลหะในช่องของแม่พิมพ์ตีขึ้นรูป การไหลของพลาสติกของโลหะถูกจำกัดโดยช่องแม่พิมพ์ ส่งผลให้มีประสิทธิภาพในการขึ้นรูปสูงและมีความแม่นยำสูง พร้อมการกระจายเส้นการไหลของโลหะอย่างมีเหตุผลมากขึ้น อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการผลิตแม่พิมพ์มีต้นทุนสูง จึงมักใช้สำหรับการผลิตจำนวนมาก เมื่อเปรียบเทียบกับการตีขึ้นรูปฟรี การตีขึ้นรูปต้องใช้แรงตีขึ้นรูปที่มากกว่า และไม่สามารถใช้สำหรับการตีชิ้นส่วนขนาดใหญ่ได้
การตีขึ้นรูปแบบเปิด-เป็นการใช้แม่พิมพ์บนอุปกรณ์ตีขึ้นรูปอิสระเพื่อตีโลหะ แม่พิมพ์แบบเปิดนั้นผลิตง่าย ต้นทุนต่ำ และขึ้นรูปง่าย แต่ความแม่นยำในการขึ้นรูปไม่สูง มักใช้ในการผลิตงานตีขึ้นรูปขนาดเล็กที่ไม่ต้องการความแม่นยำสูง
การปั๊มโลหะแผ่นใช้แม่พิมพ์ปั๊มบนเครื่องกดเพื่อปั๊มโลหะแผ่นเป็นรูปทรงและขนาดต่างๆ กระบวนการปั๊มขึ้นรูปมีผลผลิตสูงมากและมีความแม่นยำในการประมวลผลสูง รูปแบบการประมวลผล ได้แก่ การพับ การดัด การดึงลึก และการขึ้นรูป Blanking ใช้ในการประทับตราโลหะแผ่นลงในชิ้นส่วนระนาบต่างๆ การดัด การดึงลึก และกระบวนการขึ้นรูปอื่นๆ ใช้ในการปั๊มโลหะแผ่นเป็นชิ้นส่วนสามมิติ-ต่างๆ การปั๊มโลหะแผ่นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในผลิตภัณฑ์เครื่องใช้ไฟฟ้า ผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมเบา และการผลิตรถยนต์
(III) โลหะผสมผง
ผงโลหะวิทยาเป็นกระบวนการผลิตที่ใช้ผงโลหะหรือส่วนผสมของผงโลหะและอโลหะ-เป็นวัตถุดิบ ผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การขึ้นรูปและการเผาผนึก ทำให้ได้ผลิตภัณฑ์หรือวัสดุโลหะบางชนิด สามารถใช้ในการผลิตวัสดุโลหะพิเศษและชิ้นส่วนโลหะโดยใช้เครื่องจักรน้อยที่สุดหรือไม่มีเลย โลหะวิทยาแบบผงมีอัตราการใช้วัสดุสูงถึง 95% ซึ่งช่วยลดต้นทุนการตัดเฉือนและค่าใช้จ่ายในการผลิตได้อย่างมาก จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในการผลิตเครื่องจักรกล อย่างไรก็ตาม เนื่องจากวัตถุดิบผงที่ใช้ในโลหะวิทยาผงมีราคาสูง ความลื่นไหลของผงในระหว่างการขึ้นรูปไม่ดี และข้อจำกัดบางประการเกี่ยวกับรูปร่างและขนาดของชิ้นส่วน ชิ้นส่วนโลหะวิทยาผงจึงมีรูพรุนขนาดเล็กจำนวนหนึ่งอยู่ภายใน ความแข็งแรงของพวกมันต่ำกว่าการหล่อหรือการตีขึ้นรูปประมาณ 20% ถึง 30% อีกทั้งความเป็นพลาสติกและความเหนียวยังด้อยกว่าอีกด้วย
ผังกระบวนการของการผลิตโลหะผสมผงรวมถึงการเตรียมผง การผสม การอัดและการขึ้นรูป การเผาผนึก และการขึ้นรูป โดยปกติแล้วกระบวนการเตรียมและผสมผงจะเสร็จสิ้นโดยซัพพลายเออร์ผง
ที่สาม กระบวนการผลิตสารเติมแต่ง
กระบวนการผลิตแบบเติมเนื้อจะเกี่ยวข้องกับการค่อยๆ สร้างชิ้นส่วนโดยการสะสมวัสดุทีละชั้น-ต่อ-ในลักษณะชั้น ในระหว่างกระบวนการผลิต ข้อมูลแบบจำลองสามมิติของชิ้นส่วน-จะถูกประมวลผลโดยคอมพิวเตอร์เพื่อควบคุมกระบวนการสะสมวัสดุและสร้างชิ้นส่วนที่ต้องการ ข้อดีของกระบวนการประเภทนี้คือ ขจัดความจำเป็นในการใช้เครื่องมือ อุปกรณ์ติดตั้ง และกิจกรรมการเตรียมการผลิตอื่นๆ ทำให้สามารถขึ้นรูปชิ้นส่วนที่มีรูปร่างที่ซับซ้อนได้ตามอำเภอใจ
ต้นแบบที่ผลิตสามารถนำมาใช้สำหรับการประเมินการออกแบบ การเสนอราคา หรือการแสดงตัวอย่าง ดังนั้นกระบวนการนี้จึงเรียกว่าเทคโนโลยีการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว เทคโนโลยีการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วใช้ในการผลิตต้นแบบผลิตภัณฑ์ การผลิตแม่พิมพ์ และการผลิตชิ้นส่วนจำนวนน้อย กลายเป็นเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพในการเร่งการพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ และช่วยให้วิศวกรรมเกิดขึ้นพร้อมกันได้ สิ่งนี้ช่วยให้บริษัทต่างๆ ตอบสนองต่อตลาดได้อย่างรวดเร็วและปรับปรุงความสามารถในการแข่งขัน
