ชิ้นส่วนเหล็กที่ผ่านกระบวนการกัดด้วยเครื่อง CNC: ลดการสึกหรอและหักของเครื่องมือ

เหตุใดจึงเกิดการสึกหรอและหักของเครื่องมือในการกลึงชิ้นส่วนเหล็กด้วยเครื่อง CNC

ในโครงการปรับปรุงเป็นระยะเวลาหกเดือนที่ผู้จัดจำหน่ายอุปกรณ์หนักแห่งหนึ่ง ซึ่งดำเนินการกลึงชิ้นส่วนฝาครอบทำจากเหล็กเกรด 4140:

• การใช้ใบมีดลดลง 38%

• จำนวนการแจ้งเตือนเมื่อเครื่องมือหักลดลง 44%

• เวลาในการทำงานแต่ละรอบดีขึ้น 9%

สาเหตุหลักก่อนการปรับปรุงคือ:

• ความร้อนสะสมมากเกินไปที่คมตัด

• การเคลือบผิวไม่เหมาะสมสำหรับเหล็กผสม

• การตัดแบบหยุดๆ ไปมาเนื่องจากชิ้นงานเริ่มต้นที่ผลิตด้วยวิธีการตีขึ้นรูป

• ความยาวของส่วนเครื่องมือที่ยื่นออกมามากเกินไป

• ความแข็งของวัตถุดิบที่ไม่สม่ำเสมอ

---

รูปแบบการสึกหรอของเครื่องมือที่พบบ่อยในการกลึงเหล็ก

การระบุประเภทของการสึกหรอเป็นวิธีที่เร็วที่สุดในการเลือกวิธีแก้ไขที่เหมาะสม:

---

วิธีลดการสึกหรอของเครื่องมือในการกลึงชิ้นส่วนเหล็กด้วยเครื่อง CNC

---

ปรับความเร็วในการตัดให้สอดคล้องกับเกรดเหล็ก

เหล็กแต่ละชนิดต้องการความเร็วผิวที่แตกต่างกัน:

ผลลัพธ์จากการใช้งานจริงในโรงงาน:
การลดความเร็วผิว (Vc) จาก 195 → 165 เมตร/นาที สำหรับเหล็ก 4140 เพิ่มอายุการใช้งานของใบมีดตัดขึ้นได้ 35%.

---

เลือกสารเคลือบและวัสดุฐานที่เหมาะสม

• AlTiN / TiAlN → สภาวะอุณหภูมิสูง ทำงานแบบแห้งหรือใช้น้ำมันหล่อลื่นแบบ MQL

• TiCN หลายชั้น → การตัดแบบหยุดและเริ่มใหม่บ่อยครั้ง

• คาร์ไบด์เกรนละเอียดที่มีความเหนียวสูง → การจัดวางเครื่องมือที่มีแนวโน้มเกิดการสั่นสะเทือน (Chatter)

หลีกเลี่ยงเครื่องมือเคลือบ DLC ที่ใช้เฉพาะกับอลูมิเนียมเท่านั้น — เครื่องมือเหล่านี้จะสึกหรออย่างรวดเร็วเมื่อใช้กับเหล็ก

---

ปรับปรุงการระบายเศษชิ้นงาน

การควบคุมเศษชิ้นงานที่ไม่ดีเร่งให้เกิดการสึกหรอ

วิธีแก้ไขที่พิสูจน์แล้ว:

• สารหล่อเย็นแรงดันสูง (50–80 บาร์)

• เรขาคณิตของใบมีดที่ออกแบบมาเพื่อหักเศษชิ้นงาน (Chip-breaker geometries)

• เพิ่มอัตราป้อน (feed) 6–10% เพื่อทำให้เศษชิ้นงานหนาขึ้น

• สว่าน/มิลลิ่งเอนด์แบบจ่ายน้ำหล่อเย็นผ่านตัวเครื่องมือ

---

วิธีป้องกันการหักของเครื่องมือในการกลึงเหล็กด้วยเครื่อง CNC

การหักมักเกิดจาก แรงโหลดเกินหรือการสั่นสะเทือน ไม่ใช่การสึกหรออย่างค่อยเป็นค่อยไป

---

ย่อความยาวและเสริมความแข็งแรงของชุดเครื่องมือ

• รักษาระยะยื่น (stick-out) ให้น้อยกว่า 4 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางเครื่องมือ

• ใช้ตัวยึดแบบไฮดรอลิกหรือแบบหดตัวด้วยความร้อน (shrink-fit)

• เปลี่ยนมาใช้แท่งเจาะแบบลดการสั่นสะเทือน (damped boring bars) สำหรับงานเจาะรูลึก

ผลการปรับปรุงที่วัดได้: ความคลาดเคลื่อนจากการหมุน (runout) ลดลงจาก 6 ไมโครเมตร → 2 ไมโครเมตร

---

ลดการสัมผัสแบบรัศมี

การกัดแบบมีประสิทธิภาพสูงช่วยให้แรงโหลดคงที่:

• ระยะก้าวข้าม (Stepover) 10–20%

• การตัดตามแนวแกนลึก

• เส้นทางการเคลื่อนที่ของเครื่องมือแบบโทรโคอิดัล (Trochoidal toolpaths)

ซึ่งช่วยลดแรงกระแทกขณะตัดลงได้ถึง 40%ในชิ้นงานดิบจากกระบวนการตีขึ้นรูป (forged blanks)

---

ตรวจสอบแรงโหลดและตั้งค่าการแจ้งเตือน

ใช้เซ็นเซอร์วัดแรงโหลดของเพลาขับหรือเซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือนเพื่อ:

• หยุดเครื่องจักรก่อนเกิดการหักหรือชำรุด

• กระตุ้นการปรับค่าออฟเซ็ต

• ระบุโซนความเร็วที่ไม่เสถียร

โรงงานแห่งหนึ่งลดอัตราความล้มเหลวอย่างรุนแรงลงได้โดย 52%หลังจากเปิดใช้งานระบบแจ้งเตือนตามภาระงาน

---

กลยุทธ์การใช้น้ำหล่อเย็นเพื่อยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือ

---

แผนปฏิบัติการแบบขั้นตอนเพื่อลดต้นทุนเครื่องมือ

ก่อนเริ่มการผลิต:

• ✅ ตรวจสอบเกรดเหล็กและค่าความแข็ง

• ✅ เลือกสารเคลือบและวัสดุพื้นฐาน

• ✅ วางแผนเส้นทางการกัดแบบ HEM สำหรับงานขึ้นรูปหยาบ

• ✅ ออกแบบอุปกรณ์ยึดชิ้นงานแบบแข็งแรง

ระหว่างการทดลอง:

• ✅ บันทึกอายุการใช้งานของเครื่องมือต่อขอบตัดแต่ละด้าน

• ✅ วัดการสั่นสะเทือนและแรงโหลด

• ✅ ปรับความเร็วอย่างเป็นระบบ

ในขั้นตอนการผลิต:

• ✅ เปลี่ยนเครื่องมือล่วงหน้าก่อนเกิดความเสียหาย

• ✅ ใช้เครื่องมือที่มีคุณสมบัติคล้ายกัน (sister tooling)

• ✅ ติดตามต้นทุนเครื่องมือต่อชิ้นงานหนึ่งชิ้น

---

คำถามที่พบบ่อย: การสึกหรอของเครื่องมือในการกลึงชิ้นส่วนเหล็กด้วยเครื่อง CNC

ควรเปลี่ยนเครื่องมือบ่อยแค่ไหน?

สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง จำนวนชิ้นต่อขอบ (parts per edge) ที่เหมาะสมมักอยู่ระหว่าง 250–500 ชิ้น เมื่อปรับแต่งพารามิเตอร์ให้เหมาะสม

---

การลดความเร็วลงเสมอไปจะทำให้อายุการใช้งานของเครื่องมือยาวนานขึ้นหรือไม่?

ไม่จำเป็นเสมอไป—การเสียดสีก่อให้เกิดความร้อนสะสม ความหนาของชิ้นเศษ (chip thickness) ที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญมากกว่าการหมุนด้วยรอบต่อนาที (RPM) ต่ำ

---

การใช้เหล็กที่แข็งกว่าสามารถลดการหักได้หรือไม่?

บางครั้ง—วัสดุที่ผ่านการอบแข็งล่วงหน้า (pre-hard material) จะถูกตัดได้อย่างสม่ำเสมอกว่าวัสดุที่ผ่านการอบนุ่ม (annealed stock) ซึ่งมีแนวโน้มเกิดการแข็งตัวจากการทำงาน (work-hardens)