การขึ้นรูปแบบเย็น

กรรมวิธีการขึ้นรูปแบบเย็น
การขึ้นรูปแบบเย็น (Cold Working) หมายถึง ขบวนการรีดขึ้นรูปเพื่อให้วัสดุหรือโลหะเกิดการเปลี่ยน แปลง รูปร่างชนิดถาวรในที่ ๆ อุณหภูมิต่ำ ๆ ทั้งนี้โดยไม่ทำให้เกิดผลึกใหม่ขึ้น ขบวนการขึ้นรูปแบบเย็น จะประกอบไปด้วย

1.การรีดเย็น (Cold Rolling)
คือ การรีดในลักษณะเช่นเดียวกับ Hot Rolling แต่จะทำในขั้นสุดท้ายเท่านั้น (เฉพาะใน Flat Products) เพื่อให้ได้โลหะมีขนาดแน่นอนและผิวเรียบ เช่นการรีดเหล็ก ทองเหลืองและอะลูมิเนียม ที่มีขายอยู่ในท้องตลาดทั่ว ๆ ไป จะสังเกตได้จากโลหะพวกนี้จะมีผิวเรียบเป็นมัน

2.การดึงโลหะ (Drawing)
ใช้วิธีดึงโลหะผ่านแบบ (Die) ซึ่งจะออกแบบให้มีรูปร่างตามต้องการ โดยทั่วไปมักใช้ในการผลิตเส้นลวดโลหะ เรียกว่าการทำ Wire Drawing ดังในรูปที่ 6.6 การดึงโลหะนี้จะเกิดการเสียดสีอย่างรุนแรงระหว่างโลหะกับ Die ดังนั้น โลหะที่ทำเป็น Die จะต้องมีความแข็งสูงมาก จะใช้พวกทังสเตนคาร์ไบด์

3.การทำ Deep Drawing
เป็นการขึ้นรูปเย็นสำหรับโลหะแผ่น (อาจเรียกรวมว่า การทำ Sheet Metal Forming) ที่ใช้สำหรับทำภาชนะ ทำพวกลูกถ้วยหรือพวกหลอดต่าง ๆ โดยใช้แรงดันผ่าน Die ทำให้โลหะเปลี่ยนรูปจากลักษณะหนึ่งไปเป็นอีกลักษณะหนึ่ง ดังตัวอย่างในรูปที่ 6.7 การทำหลอดหรือท่อจากโลหะแผ่น

ขั้นที่ 1 จะตัดโลหะแผ่นเป็นวงกลมขนาดพอเหมาะ เรียกว่า Shearing
ขั้นที่ 2 เอาโลหะแผ่นมาอัดใน Die ให้เป็นลูกถ้วย เรียกว่า Cupping
ขั้นที่ 3 เอา Cup มาอัดใน Die อีกครั้งให้ยาวออกไปจากเดิม (ความหนาจะลดลง) เรียกว่า การทำ Drawing หรือ Deep Drawing

4.กรรมวิธีโลหะผง (Powder Metallurgy)
เป็นการขึ้นรูปโลหะประเภทหนึ่งจากโลหะที่เป็นผงละเอียด (Fine Metal Powder) โดยใส่โลหะผงในแบบที่เตรียมไว้ (Die) แล้วอัดโลหะผงด้วยความดันสูง จนทำให้โลหะผงอัดตัวแน่นกันเป็นรูปร่างตามที่ต้องการ ในขั้นนี้โลหะผงที่เป็นรูปร่างจะยังไม่มีความแข็งแรงมากนัก จะต้องนำไปเผาที่อุณหภูมิสูง แต่ต่ำกว่าจุดหลอมตัวของโลหะเล็กน้อย จะทำให้อะตอมของโลหะมีการเคลื่อนไหวเชื่อมโยงกันระหว่างจุดสัมผัสของเม็ดเล็ก ๆ ของโลหะอันเป็นผลมาจากการแพร่ของอะตอมในสภาพของแข็ง (Diffusion in Solid State) ทำให้โลหะเมื่อผ่านการเผามีความแข็งแรงมากขึ้น และสามารถนำไปใช้งานได้ตามลักษณะของโลหะนั้น ๆ เราอาจจะแยกขั้นการทำงานตามกรรมวิธีโลหะผงออกเป็น 4 ขั้น คือ

การขึ้นรูปแบบร้อน

การแปรรูปหรือการขึ้นรูปแบบร้อน

เป็นการแปรรูปโลหะในขณะที่โลหะถูกเผาให้ร้อน เพราะโลหะเมื่อถูกเผาให้ร้อนแดงจะมีลักษณะอ่อนนิ่มง่ายต่อการขึ้นรูป กล่าวคือ ใช้พลังงานน้อยและสามารถแปรรูปได้มาก โดยไม่เสี่ยงต่อการแตกหัก แต่การขึ้นรูปร้อนมีข้อเสียอยู่ตรงที่ว่าขนาดของโลหะภายหลังขึ้นรูปจะควบคุมให้ได้ใกล้เคียงที่ต้องการยาก เพราะจะมีการหดตัวเมื่อโลหะเย็นลง และที่ผิวโลหะมักเกิดสเกล (สนิม) เพราะที่อุณหภูมิสูง โลหะจะเกิดออกซิเดชันได้ดี

การขึ้นรูปร้อนมีหลายกรรมวิธีที่สำคัญคือ
1.การรีดร้อน (Hot Rolling) มี 2 ลักษณะคือ

การขึ้นรูปโลหะแบบร้อน

1.1 การรีดผลิตภัณฑ์ยาว (Long Products หรือ Shape Products)อาศัยลูกรีด (Roll) สองตัวหมุนในทิศทางต่างกัน ลูกรีดแต่ละตัวจะมีร่องเป็นลักษณะต่าง ๆ ตามที่ต้องการ เอาโลหะที่เผาจนร้อนแดง ส่งผ่านให้ลูกรีดตามร่องต่าง ๆ โลหะจะถูกบีบให้มีรูปร่างตามช่องว่างระหว่างลูกรีดและเคลื่อนที่ออกมาอีกด้านหนึ่ง เช่น การรีดเหล็กหน้าตัดสำหรับงานโครงสร้าง (เช่น พวก H-beam, L-beam เป็นต้น), เหล็กรางรถไฟ, เหล็กเส้นก่อสร้าง, Bars, Tubes และ Seamless Pipes เป็นต้น
1.2 การรีดผลิตภัณฑ์แผ่น (Flat Products) ลูกรีดมีลักษณะเรียบ (เป็นทรงกระบอก) ผลิตภัณฑ์จะเป็นพวกโลหะแผ่นขนาดความหนาต่าง ๆ กัน (เรียกว่า Strip, Plate, Sheet, Coil)

ในการรีดโลหะเช่นเหล็กจะเริ่มตั้งแต่เหล็กแท่งขนาดใหญ่ (Slab, Bloom หรือ Billet) ซึ่งได้มาจากเตาหลอม จากนั้นก็จะรีดให้มีขนาดเล็กลง มีแท่นรีดหลายแท่น (หรือใช้แท่นเดียวกันในบางกรณี) รีดชิ้นงานหลาย ๆ ครั้ง โดยในการรีด Long Products จะค่อย ๆ เปลี่ยนแปลงรูปร่างภาคตัดขวางของชิ้นงานไปทีละน้อยในแต่ละขั้นตอนการรีด จนได้รูปร่างที่ต้องการในการรีดขั้นสุดท้าย ส่วนในการรีด Flat Products ก็เป็นไปในทำนองเดียวกัน คือ จะค่อย ๆ ลดความหนาของชิ้นงานลง จนได้ความหนาที่ต้องการในการรีดที่แท่นรีดสุดท้าย

การหล่อ (Casting)

การหล่อโลหะ

เป็นกรรมวิธีซึ่งเราได้รู้จักกันมานานมากแล้ว และในปัจุบันก็ยังคงใช้กรรมวิธีนี้อยู่ แต่ในปัจจุบันกระบวนการการหล่อได้ปรับปรุงวิธีการก้าวหน้าไปไกลมากแล้ว

การหล่อโลหะ คือวิธีการหลอมโลหะให้ละลายด้วยวิธีการหลอมแบบต่างๆ ขึ้นอยู่กับลักษณะของชนิดโลหะนั้นๆ เช่น การใช้เตาคิวโปล่า (Cupola) สำหรับการหลอมเหล็กหล่อ, เตาอาร์คไฟฟ้าสำหรับการหลอมเหล็กกล้า และเตาอินดักชั่น (เตาไฟฟ้าเหนี่ยวนำ) สำหรับการหลอมโลหะทองแดงผสม (ในปัจุบันจะพบว่าการหลอมเหล็กเพื่องานหล่อจะนิยมใช้เตาอินดักชั่นในการหลอม ไม่ว่าจะเป็นงานหล่อเหล็กหล่อหรืองานหล่อเหล็กกล้าก็ตาม) เมื่อโลหะหลอมเหลวดีแล้วก็จะนำน้ำเหล็กไปเทลงบนแบหล่อ ซึ่งจะทำด้วยวัสดุที่ทนความร้อน ทำให้เกิดรูปทรงตามที่เราต้องการ

ถ้าเราต้องการที่จะหล่องานขึ้นมาชิ้นหนึ่ง เราจะต้องนำชิ้นงานจริงมาทำแบบจำลอง ซึ่งแบจำลองอาจจะทำมาจากไม้หรือวัสดุอย่างอื่นก็ได้ เช่น โฟม โดยต้องมีการเผื่อขนาดกันการหดตัว แบจำลองนี้เราจะเรียกว่า "Pattern" พอเราได้ "Pattern" นำมาปั้นแบด้วยทราย (ทรายผสมดินเหนียว) ดึงแบบไม้ออกจากตัวแบบหล่อที่ปั้นด้วยทราย จะทำให้เกิดเป็นช่องว่าง (Cavity) ขึ้น จากนั้นเราก็วางตำแหน่งรูสำหรับใช้ในการเทน้ำโลหะเข้าไปได้สะดวก แล้วนำน้ำเหล็กมาเทลงรูเท เมื่อโลหะแข็งตัวภายในแบบแล้ว ให้รื้อเอาทรายออกก็จะได้ชิ้นงานหล่อที่มีขนาดใกล้เคียงกับความต้องการของเรา

วิธีการหล่อที่ใช้กันในปัจจุบันมีอยู่หลายวิธีเช่น

1.ถ้าใช้ทรายทำแบบจะเรียกว่า Sand Casting
2.ถ้าใช้โลหะทนความร้อนในการทำแบบหล่อจะเรียกว่า (Gravity Die Casting)
3.ถ้าใช้แบหล่อทำด้วยโลหะและมีการใช้ความดันช่วยในการฉีดโลหะหลอมเหลวให้ไหลเข้าไปแบจะเรียกว่า (HIgh Pressure) Die Casting
4.ถ้านำแบบหล่อมาหมุนเหวี่ยงให้โลหะเข้าไปในแบได้ดีจะเรียกว่า Centifugal Casting

กรรมวิธีการขึ้นรูปโลหะ

การขึ้นรูปโลหะ

กรรมวิธีการขึ้นรูปโลหะ (Fabrication of Metals)

ตามความหมายของคำว่า "Fabrication" นั้นจะมีความหมายโดยครอบคลุมไปถึง กรรมวิธีการผลิตโลหะสำเร็จรูปทุกชนิด ซึ่งเป็นความหมายโดยกว้าง ไม่ว่าจะเป็นการสร้างขึ้นรูปหรือผลิตโลหะที่มีรูปร่างด้วยกรรมวิธีใดๆก็ตาม เช่น อาจจะทำการขึ้นรูปโลหะที่อุณหภูมิสูงหรืออุณหภูมิต่ำก็ตามจะรวมเรียกว่า "Fabrication"

สมมติว่าเราต้องการผลิตเฟืองเกียร์หนึ่งชิ้น เราจะต้องเริ่มตั้งแต่การหลอมโลหะและการหล่อให้เป็นรูปร่างชิ้นงานหยาบๆ ที่เราต้องการ แล้วนำมาผ่านกระบวนการ "Machine" เพื่อให้ได้ขนาดตามที่เราต้องการ และนำมากัดเป็นฟันเฟือง เสร็จแล้วเราจึงนำไปผ่านกระบวนการชุบแข็งเพื่อให้ได้ความแข็งสูงสามารถใช้งานได้ทนทาน ซึ่งกรรมวิธีดังกล่าวทั้งหมดเราจะเรียกว่า "Fabrication" ซึ่งจะมีมากมายและมีขอบเขตกว้างขวางมาก

กรรมวิธีที่สำคัญของการขึ้นรูปโลหะแยกออกเป็น 4 ประเภท คือ
1) การหล่อ (Casting)
2) การแปรรูปหรือขึ้นรูปในสภาพร้อน (Hot Working)
3) การแปรรูปหรือขึ้นรูปในสภาพเย็น (Cold Working)
4) กรรมวิธีโลหะผง (Powder Metallurgy)

โลหะที่เราจะนำมาแปรรูปตามกรรมวิธีต่าง ๆ ดังกล่าวมานั้น ส่วนใหญ่จะได้มาจากการถลุงจากเตาถลุง ซึ่งจะผลิตมาในรูปของ Ingot เป็นแท่งขนาดต่าง ๆ เช่น Steel Ingot, Pig Iron และ Aluminium Ingot จากนั้นจึงจะนำมาผ่านกรรมวิธีผลิตเป็นโลหะสำเร็จรูปต่อไป