ชิ้นส่วนเหล็กที่ผ่านการกลึงด้วยเครื่อง CNC: วิธีกำจัดข้อบกพร่องบนพื้นผิว

การสึกหรอของเครื่องมือและอาการสั่นสะเทือน (chatter) เป็นสองปัญหาที่มีต้นทุนสูงที่สุดและส่งผลร้ายแรงต่อคุณภาพในการ กลึงชิ้นส่วนเหล็กด้วยเครื่อง CNC ทั้งสองปัญหานี้ก่อให้เกิดของเสีย ผิวงานไม่เรียบ ความคลาดเคลื่อนของขนาด และเวลาหยุดทำงานโดยไม่คาดคิด

ตามผลการทดลองจริงในโรงงาน การศึกษากรณีการผลิตจริง และข้อมูลการตัดที่วัดได้ บทความนี้อธิบาย วิธีป้องกันการสึกหรอของเครื่องมือและอาการสั่นสะเทือน (chatter) ขณะกลึงเหล็กด้วยเครื่อง CNC โดยใช้วิธีการเชิงปฏิบัติที่พิสูจน์แล้วว่าได้ผลในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม — ไม่ใช่ทฤษฎีทั่วไปที่ไม่มีการประยุกต์ใช้จริง

---

เหตุใดการสึกหรอของเครื่องมือและอาการสั่นสะเทือน (chatter) จึงมีความสำคัญต่อการกลึงชิ้นส่วนเหล็กด้วยเครื่อง CNC

จากการตรวจสอบการผลิตภายในปี 2025 ที่บริษัทผู้จัดจำหน่ายชิ้นส่วนยานยนต์ระดับ Tier-2 ซึ่งผลิตเพลาทำจากวัสดุ 42CrMo4:

• อัตราการทิ้งของชิ้นงานลดลง 31% หลังจากการกำจัดเสียงดังขณะกลึง

• อายุการใช้งานของเครื่องมือเพิ่มขึ้นจาก 220 เป็น 360 ชิ้นต่อใบมีดหนึ่งใบ

• เวลาในการผลิตแต่ละรอบดีขึ้น 12% หลังจากการปรับแต่งพารามิเตอร์

สาเหตุหลักคือ:

• การสัมผัสแบบรัศมีมากเกินไป

• การเคลือบผิวเครื่องมือไม่เหมาะสม

• ความแข็งแกร่งไม่เพียงพอในระบบจับยึดแบบระยะไกล

• การเกาะติดของเศษชิ้นงานบนเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ

---

สาเหตุใดที่ทำให้เครื่องมือสึกหรออย่างรวดเร็วในการกลึงเหล็กด้วยเครื่อง CNC?

1. ความเร็วในการตัดไม่เหมาะสมกับเกรดของเหล็ก

เหล็กแต่ละชนิดมีพฤติกรรมที่แตกต่างกันมาก:

ผลจากการใช้งานจริง:
การลดความเร็วผิวจาก 210 → 165 เมตร/นาที บนเหล็กกล้า 4140 เพิ่มอายุการใช้งานของแท่งตัดได้ 41%โดยไม่สูญเสียอัตราการผลิต

---

2. การเคลือบเครื่องมือไม่เหมาะสม

การเลือกสารเคลือบมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการกลึงชิ้นส่วนเหล็กด้วยเครื่อง CNC:

• TiAlN / AlTiN → มีความเสถียรที่อุณหภูมิสูง เหมาะสำหรับการกลึงแบบแห้งหรือแบบใช้น้ำมันหล่อลื่นปริมาณน้อย (MQL)

• TiCN → มีความต้านทานการสึกกร่อนสูง เหมาะสำหรับเหล็กกล้าผสม

• การเคลือบแบบ PVD หลายชั้น → การตัดแบบหยุดและเริ่มใหม่ และวัตถุดิบที่ผ่านการขึ้นรูปด้วยการตีขึ้นรูป

โปรดหลีกเลี่ยงการใช้สารเคลือบ DLC ที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับอลูมิเนียมบนเหล็ก เนื่องจากจะเกิดการลอกของชั้นเคลือบอย่างรวดเร็ว

---

3. การระบายเศษโลหะไม่ดี

เศษโลหะยาวและเหนียวส่งผลให้เกิด:

• การแตกร้าวที่ขอบ

• ความร้อนสะสม

• รอยขีดข่วนบนพื้นผิว

วิธีแก้ไขที่ใช้ในการผลิตจริง:

• เปลี่ยนไปใช้น้ำหล่อเย็นแรงดันสูง (70 บาร์)

• ใช้เรขาคณิตของใบมีดที่ช่วยหักเศษโลหะ

• เพิ่มอัตราการป้อน (feed) ร้อยละ 8–12 เพื่อทำให้เศษโลหะหนากว่าเดิม

---

อะไรเป็นสาเหตุให้เกิดการสั่นสะเทือน (Chatter) ขณะกลึงชิ้นส่วนเหล็กด้วยเครื่อง CNC?

การสั่นสะเทือน (Chatter) คือ การสั่นแบบกระตุ้นตนเอง ซึ่งทิ้งรอยคล้ายคลื่นบนผิวชิ้นงานและทำให้เครื่องมือเสียหาย

ปัจจัยหลักที่ก่อให้เกิดปัญหา:

• ความยาวของปลายสว่านยื่นออกมากกว่า 4 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลาง

• ความแข็งแกร่งของแกนหมุนต่ำ

• ชิ้นส่วนเหล็กที่มีผนังบาง

• ความลึกของการตัดในแนวรัศมีมากเกินไป

---

วิธีป้องกันการสั่นสะเทือน (Chatter): วิธีปฏิบัติจริงที่พิสูจน์แล้วในโรงงาน

1. ใช้การทดสอบ Stability Lobe

ผู้รับจ้างช่วยวิศวกรรมอวกาศรายหนึ่งสร้างแผนที่ความมั่นคงของแกนหมุนโดยทำการตัดทดสอบที่ความเร็วรอบ (RPM) ต่าง ๆ

ผล:

• ระบุช่วงความเร็วที่เหมาะสมไว้ที่ 4,600–5,200 รอบต่อนาที

• ค่าพื้นผิว Ra ดีขึ้นจาก 3.2 ไมครอน → 1.1 ไมครอน

• กำจัดปัญหาการล้มเหลวของแท่งตัด (Insert) ได้สำเร็จ

---

2. ลดการมีส่วนร่วมแบบรัศมี (Radial Engagement)

เปลี่ยนจากการตัดแบบมีส่วนร่วม 40% เป็น การตัดแบบมีส่วนร่วม (stepover) 12–18% ขณะที่เพิ่มความลึกในการตัดตามแนวแกน (axial depth) ทำให้:

• อัตราการตัดโลหะสูงขึ้น

• การตัดมีความเสถียร

• แอมพลิจูดการสั่นสะเทือนต่ำลง (-55% วัดได้ผ่านเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งบนเพลาหลัก)

---

3. ย่อความยาวของชุดอุปกรณ์ตัด

ทุกๆ การยื่นเกินเพิ่มขึ้น 10 มม. จะเพิ่มความเสี่ยงของการโก่งตัว

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด:

• ใช้ตัวยึดแบบหดตัวด้วยความร้อน (shrink-fit) หรือตัวยึดแบบไฮดรอลิก

• เลือกปลายสว่านแบบสั้นพิเศษ (stub-length end mills)

• เพิ่มแท่งเจาะแบบลดการสั่นสะเทือน (damped boring bars) สำหรับงานเจาะภายใน (ID work)

---

4. ปรับค่าป้อนต่อฟัน (Feed per Tooth)

แทนที่จะลดรอบต่อนาที (RPM) เป็นอันดับแรก ให้ปรับโหลดชิป (chip load) แทน:

• เพิ่มค่า fz ขึ้น 5–10% → เพื่อดันเครื่องมือให้พ้นจากภาวะเรโซแนนซ์

• หลีกเลี่ยงการถู (rubbing) ซึ่งเร่งให้เกิดการสึกหรอ

---

กลยุทธ์การใช้น้ำหล่อเย็นสำหรับการกลึงชิ้นส่วนเหล็กด้วยเครื่อง CNC

การเลือกน้ำหล่อเย็นมีผลโดยตรงต่อลักษณะการสึกหรอ:

ผลที่วัดได้:
การเปลี่ยนมาใช้ระบบ MQL ในการกลึงเหล็กเกรด 4340 ทำให้อัตราความล้มเหลวจากการแตกร้าวจากความร้อนลดลงถึง 27%มากกว่าสามเดือน

---

รายการตรวจสอบทีละขั้นตอนเพื่อลดการสึกหรอของเครื่องมือและการสั่นสะเทือน

ก่อนทำการกลึง:

• ✅ ตรวจสอบเกรดเหล็กและค่าความแข็ง

• ✅ เลือกสารเคลือบตามภาระความร้อน

• ✅ ลดความยาวส่วนที่ยื่นออกให้น้อยที่สุด

• ✅ เลือกรูปทรงของใบมีดตัดเศษชิ้นงาน (chip-breaker geometry)

ระหว่างการตัดทดลอง:

• ✅ ปรับความเร็วหมุน (RPM) แบบค่อยเป็นค่อยไปเพื่อหาโซนที่มีเสถียรภาพ

• ✅ วัดค่าความหยาบผิว (Ra) และการสั่นสะเทือน

• ✅ บันทึกอายุการใช้งานของเครื่องมือต่อแต่ละแท่งตัด (insert)

หลังการปรับแต่ง:

• ✅ มาตรฐานพารามิเตอร์ใน CAM

• ✅ เพิ่มจุดตรวจสอบ

• ✅ ติดตามอัตราของชิ้นส่วนที่เสียเปรียบเทียบกับค่าอ้างอิง

---

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการกลึงชิ้นส่วนเหล็กด้วยเครื่อง CNC

เครื่องมือคาร์ไบด์ควรใช้งานได้นานเท่าใดเมื่อกลึงเหล็ก?

ในสภาพแวดล้อมการผลิต 250–500 ชิ้นต่อขอบตัด เป็นค่าที่พบได้ทั่วไปสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง เมื่อพารามิเตอร์ถูกปรับแต่งให้เหมาะสม

---

วิธีที่เร็วที่สุดในการหยุดการสั่นสะเทือน (chatter) คืออะไร?

• เพิ่มความเร็วของแกนหมุนให้เข้าสู่ลูกคลื่นที่มีเสถียรภาพ

• ลดความลึกแบบรัศมี

• ย่อความยาวของตัวจับเครื่องมือ

• เปลี่ยนไปใช้เครื่องมือที่มีระบบลดการสั่นสะเทือน

---

เหล็กที่แข็งกว่าจะทำให้เครื่องมือสึกหรอเร็วกว่าเสมอไปหรือไม่?

ไม่จำเป็นเสมอไป—การควบคุมเศษชิ้นงานไม่ดีและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วมักเป็นสาเหตุให้เครื่องมือเสียหายเร็วกว่าที่ความแข็งเพียงอย่างเดียวจะก่อให้เกิด