Transcript กระบวนการหล่อโลหะ - มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี

กระบวนการหล่ อโลหะ
รัตน บริสุทธิกลุ
สาขาวิชาวิศวกรรมโลหการ
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี
ตัวอย่ างชิ้นงานทีข่ นึ้ รู ป
กระบวนการหล่อโลหะ
Engine housing
การขึน้ รู ปโลหะ
(Metals Shaping)
กระบวนการโลหะผง
กระบวนการอัดขึน้ รู ป
Cam shaft bearing cap
Connecting rod
- ชิ้นงานทีไ่ ด้ จากการหล่ อมีรูปทรงทีซ่ ับซ้ อน ดังนั้นกระบวนการหล่ อโลหะสามารถใช้ ขนึ้ รูปชิ้นงานที่
ซับซ้ อนได้
-ชิ้นงานทีไ่ ด้ จากการอัดขึน้ รูปเป็ นชิ้นงานทีต่ ้ องรับแรงมากเรื่องรับภาวะความล้ าดังนั้นจึงต้ องการ
ความสมบูรณ์ ของเนือ้ โลหะจากการอัดขึน้ รูป
-ชิ้นงานทีไ่ ม่ ซับซ้ อนมากต้ องการสมบัติพเิ ศษบ้ างอย่ างเช่ น ความหล่ อลืน่ ด้ วยตัวชิ้นงานเอง การใช้
กระบวนการโลหะผงเป็ นวิธีทดี่ ี
กระบวนการหล่ อโลหะ
กระบวนการหล่ อโลหะ คือ กระบวนการขึน้ รู ปชิ้นงานวิธีหนึ่งที่ใช้ โลหะหลอมเหลวในการ
สร้ างชิ้นงาน หลักการสร้ างชิ้นงานโดยการหล่ อนั้นเริ่มจากการเทนา้ โลหะลงสู่ ช่องว่ าง
ของวัสดุทนไฟทีเ่ ตรียมไว้ โดยช่ องว่ างดังกล่ าวมีลกั ษณะคล้ ายกับชิ้นงานที่ต้องการ
หลังจากเทนา้ โลหะลงในช่ องว่ างแล้ วก็จะปล่อยให้ นา้ โลหะเกิดการเย็นตัวและแข็งตัวได้
ชิ้นงานหล่อออกมามีลกั ษณะใกล้เคียงชิ้นงานจริง
ช่ องว่ าง(cavity)ในแบบทราย
การเติมนา้ โลหะ
การแข็งตัวของนา้ โลหะ
(Solidification of Metals)
คือ กระบวนการที่โลหะเปลี่ยนแปลงสถานะจากของเหลวมาเป็ นของแข็ง
โลหะบริสุทธิ์(pure metals)
Characteristic grain structure
of casting pure metal
Cooling curve
การแข็งตัวของน้าโลหะ
(Solidification of Metals)
โลหะผสม(Alloys)
Cooling curve
การแข็งตัวของน้าโลหะ
(Solidification of Metals)
โลหะผสม(Alloys)
Characteristic grain structure
of casting alloys
Dendritic growth
การเย็นตัวของโลหะในระดับ
ไมครอนเกิดทั้งในการหล่อโลหะ
บริสุทธิ์ และผสม
ปรากฏการณ์ อนื่ ๆที่พบในขณะน้าโลหะแข็งตัว
การหดตัวของชิ้นงาน(shrinkage)
เพิ่งเทน้ าโลหะ
ระหว่างกระบวนการ
แข็งตัวของน้ าโลหะ
เริ่ มแข็งตัวของน้ า
โลหะ
การแข็งตัวของน้ า
โลหะสมบูรณ์
ปรากฏการณ์ อนื่ ๆที่พบในขณะน้าโลหะแข็งตัว
การแยกตัวของธาตุผสม(segregation)
Surface segregation in Al-FeSi casting
การคายก๊าซทีล่ ะลายอยู่ในสภาวะหลอมเหลว(gas release)
ขั้นตอนทัว่ ไปของการหล่ อโลหะ
(Casting procedures)
เตรียมวัตถุดบิ
ปรับส่ วนผสมของนา้
โลหะให้ ได้ ตามที่ต้องการ
หลวมวัตถุดบิ โดย
เตาหลอมโลหะ
ทาการออกแบบ
กระสวน(pattern)
และแบบผลิตใสแบบ
(Core Box)
ทาการเตรียม
กระสวน และ
แบบผลิตใส
แบบ
ทาแบบทีใ่ ช้
สาหรับ
สาหรับหล่ อ
โลหะ
นาเข้ าสู่ กระบวนการผลิตขั้น
ถัดไป หรือเข้ าสู่ กระบวนการ
ควบคุมคุณภาพ
บรรจุนา้ โลหะลง
แบบหล่อ
รอจนเย็น
หรือนา้ โลหะ
แข็งตัวแกะ
แบบออก
วัตถุดบิ ทีใ่ ช้ ในงานหล่ อ
(Raw materials)
-
โลหะทีไ่ ด้ จากการถลุง เช่ น Pig iron และ HBI
เศษโลหะทีไ่ ด้ จากการซื้อมาภายในประเทศมีการแบ่ งเกรด
เศษโลหะทีเ่ หลือจากกระบวนการผลิต เช่ น ส่ วนของรูเท หรือ รูล้น
โลหะผสมสาหรับเตรียม
ฟลักซ์ เพือ่ กาจัดสิ่ งเจือปน
วัสดุกาจัดก๊าซ
อืน่ ๆ
การหลอมโลหะและประเภทของเตาหลอมโลหะ
• คือกระบวนการให้ ความร้ อนกับโลหะ หรือโลหะผสมเกิดการหลอมเหลว
กลายเป็ นนา้ โลหะ
• ระหว่ างการหลอมโลหะ เราจะทาการผสมให้ นา้ โลหะได้ ส่วนผสมตามที่
ต้ องการ
• เนื่องจากการหลอมโลหะต้ องการพลังงานในการหลอมเหลวโลหะดังนั้น
ประเภทของเตาจะแบ่ งได้ ตามประเภทของแหล่งพลังงาน
ประเภทของเตาหลอมโลหะ
Cupola furnace
เตานา้ มัน
หล่อได้เฉพาะเหล็กหล่อเทา และ
เหล็กหล่อมาร์ เลเบิล
หล่อได้เฉพาะโลหะนอกกลุ่ม
เหล็กที่จุดหลอมเหลวต่า
ประเภทของเตาหลอมโลหะ
Induction furnace
Electric arc furnace
น้ าโลหะที่ได้สะอาด สามารถควบคุมคุณภาพ ใช้ในการหล่อเหล็กกล้า และโลหะงานมีขนาด
น้ าโลหะได้ดี สามารถเลือกขนาดของเตาหลอม
ใหญ่
โลหะได้ต้ งั แต่ขนาดเป็ นกิโลกรัมจนถึงเป็ น
หลายร้อยตัน
การเตรียมแบบหล่ อโลหะ
คือ ขั้นตอนที่เรานากระสวนหรือแม่ พมิ พ์มาสร้ างแบบหล่ อโลหะ
วัสดุทใี่ ช้ ทาแบบมีหลายประเภทแต่ ทุกประเภทต้ องเป็ นวัสดุทน
ไฟและเทคนิคการทาแบบมีหลากหลาย ดังนั้นกระบวนการหล่ อ
โลหะและโลหะผสมจึงแบ่ งประเภทงานหล่ อจากประเภทของแบบ
ที่ใช้
ประเภทของกระบวนการหล่ อโลหะ
แบ่ งตามวัสดุ แบบประเภทของแบบทีใ่ ช้ หล่อ
หล่อโดยแบบหล่อทราย(sand casting)
หล่อโดยแบบหล่อขีผ้ งึ้ (investment casting or lost wax casting)
หล่อโดยแบบหล่อถาวร(permanent mould casting)
หล่ อโดยแบบหล่ อปูนพลาสเตอร์ (plaster mould casting)
หล่ อโดยวิธีการแกว่ งชิ้นงานหนีศูนย์ กลาง(centrifugal casting)
หล่อโดยแบบหล่อทรายทีเ่ ติมเรซิน(shell mould casting)
หล่อโดยแบบหล่อถาวรร่ วมกับการอัดนา้ โลหะ(die casting)
อืน่ ๆ
หล่ อโดยแบบหล่ อทราย
(Sand casting)
ชิ้นงาน
กระสวน
การปั้นแบบและการถอดกระสวน
หล่ อโดยแบบหล่ อทราย
(Sand casting)
รู ล้น
รู เท
http://www.facethetube.com/watch/QbKBlDz5M74
หล่ อโดยแบบหล่ อทราย
(Sand casting)
- ข้ อดีของการหล่ อแบบทราย
* สามารถหล่อโลหะได้ เกือบทุกชนิด
* นา้ หนักงานหล่อได้ ไม่ จากัด
* ทรายสามารถนากลับมาใช้ ใหม่ ได้ (อาจต้ องผสมทรายใหม่ ด้วย)
* ผลิตในปริมาณมากๆ
- ข้ อด้ อยของการหล่ อแบบทราย
* ผิวงานมีลกั ษณะหยาบ
* การเผื่อขนาดชิ้นงานมาก
* แม่ พมิ พ์ที่ใช้ ผลิตแบบทรายมีการสึ กกร่ อนมาก
หล่ อโดยแบบหล่ อไล่ ขผี้ งึ้
(Investment casting or lost wax casting)
ทาแบบหล่อไล่ข้ ีผ้ งึ
เทน้ าโลหะ และรอน้ า
โลหะเย็นตัว
เคาะหรื อเขย่าให้เปลือก
ปูนหรื อเซรามิกหลุดออก
ตัดชิ้นงานออกจากรู เทน้ า
โลหะ
หล่ อโดยแบบหล่ อไล่ ขผี้ งึ้
(Investment casting or lost wax casting)
ทาแบบหล่อไล่ผ้ งึ
หล่ อโดยแบบหล่ อไล่ ขผี้ งึ้
(Investment casting or lost wax casting)
- ข้ อดีของการหล่ อแบบไล่ ขผี้ งึ้
* สามารถหล่อชิ้นงานทีเ่ ป็ นร่ องหรือรูปร่ างซับซ้ อนได้ ดี
* ผิวชิ้นงานทีไ่ ด้ เรียบมาก
* มีความละเอียดทางขนาดสู ง
* ชิ้นงานทีไ่ ด้ ไม่ ต้องปรับแต่ งผิวหรือแปรรูปอีก
- ข้ อด้ อยของการหล่ อแบบไล่ ขผี้ งึ้
* เป็ นกรรมวิธีที่ค่อนข้ างแพง
* ใช้ กบั งานขนาดเล็ก ไม่ เหมาะกับการขึน้ รูปใช้ งานใหญ่
* ต้ องใช้ คนงานทีม่ ีความชานาญในการทาแม่ พมิ พ์หล่อ
หล่ อโดยแบบหล่ อถาวร
(Permanent mould casting)
- แบบหล่อที่ใช้เป็ นโลหะและอาศัยแรงดันจากน้ าโลหะดันให้น้ าโลหะไหลเต็ม
แบบหล่อ
หล่ อโดยแบบหล่ อถาวร
(Permanent mould casting)
- ข้ อดีของการหล่ อแบบถาวร
* ได้ ผวิ ชิ้นงานเรียบกว่ าการหล่อแบบหล่อทราย
* เหมาะกับการหล่อโลหะนอกกลุ่มเหล็ก
* แบบหล่อที่ใช้ สามารถนากลับมาใช้ ใหม่ ได้
- ข้ อด้ อยของการหล่ อแบบถาวร
* เป็ นกรรมวิธีที่ค่อนข้ างแพง
* ใช้ กบั งานขนาดเล็ก ไม่ เหมาะกับการขึน้ รูปใช้ งานขนาดใหญ่
หล่ อโดยแบบหล่ อถาวรร่ วมกับแรงอัดนา้ โลหะ
(Pressure die casting)
แบบหล่อโลหะขวา
แบบหล่อโลหะซ้าย
http://www.youtube.com/watch?v=W6VgCaRozq8
http://www.youtube.com/watch?v=WCIbEH2PRxc&feature=related
หล่ อโดยแบบหล่ อถาวรร่ วมกับแรงอัดนา้ โลหะ
(Pressure die casting)
- ข้ อดีของการหล่ อแบบถาวร
* สามารถผลิตชิ้นงานได้ เร็ว เหมาะกับการผลิตในปริมาณมาก
* ผลิตภัณฑ์ ที่ได้ ผวิ เรียบไม่ ต้องการการตกแต่ ง
* ผลิตภัณฑ์ ที่ได้ มีสมบัติเชิงกลดีกว่ าการหล่อโดยแบบหล่อทราย
* ประหยัดวัสดุทใี่ ช้ หลอมละลายมากกว่ าแบบหล่อทราย
* สามารถผลิตชิ้นงานทีบ่ างได้
- ข้ อด้ อยของการหล่ อแบบถาวร
* ราคาของแบบหล่อโลหะแพง
* แบบหล่อจะมีอายุส้ั นลงมากถ้ านา้ โลหะทีใ่ ส่ เข้ าไปมีอุณหภูมิสูง
เกินไป
การเทนา้ โลหะ
กระบวนการก่ อนการเทนา้ โลหะ
- การกาจัดก๊ าซ
- การกาจัดสิ่ งสกปรก เช่ น ออกไซด์ ของโลหะ
- การวัดอุณหภูมินา้ โลหะให้ เหมาะสมกับการเท
ปัญหาและวิธีการแก้ ปัญหาทีพ่ บในกระบวนการหล่ อโลหะ
1. รู พรุนในชิ้นงาน และทีผ่ วิ ชิ้นงาน
- เกิดจากก๊าซทีล่ ะลายอยู่ในนา้ โลหะถูกปล่อยออกมาขณะเย็นตัว(กาจัดก๊าซออก
ก่อน)
- เกิดจากทรายแบบแน่ นไปหรือความโปร่ งอากาศของทรายแบบน้ อย(ควบคุมการ
สร้ างแบบหล่อ)
รู พรุ นในชิ้นงาน
ปัญหาและวิธีการแก้ ปัญหาทีพ่ บในกระบวนการหล่ อโลหะ
2. เนือ้ โลหะสกปรกจาก slag, inclusion, ทรายแบบ
- Slag และ inclusion เกิดจากการทาความสะอาดนา้ โลหะไม่ ดี (ทา
การเติมฟลักซ์ เพือ่ กาจัด Slag และ inclusion
- ทรายแบบเกิดจากการกัดเซาะของนา้ โลหะกับแบบทราย (ออกแบบ
ทางเดินนา้ โลหะให้ ด)ี
สิ่ งสกปรกทีเ่ กิดจากการกัดเซาะ
ปัญหาและวิธีการแก้ ปัญหาทีพ่ บในกระบวนการหล่ อโลหะ
3. การไหลไม่ เต็มแบบ (Misrun)
- นา้ โลหะทีเ่ ทอุณหภูมิต่าเกินไป (เพิม่ อุณหภูมินา้ โลหะ)
- การออกแบบทางเดินนา้ โลหะไม่ ดี (เพิม่ ขนาดทางเดินนา้ โลหะ)
การไหลไม่ เต็มแบบ
ปัญหาและวิธีการแก้ ปัญหาทีพ่ บในกระบวนการหล่ อโลหะ
4. การแตกหักเนื่องจากความร้ อน
- การเย็นตัวไม่ สม่าเสมอและชิ้นงานมีมุม (การติด Chills หรือ
ออกแบบแบบหล่อใหม่ )
ปัญหาและวิธีการแก้ ปัญหาทีพ่ บในกระบวนการหล่ อโลหะ
5. ช่ องว่ างที่เกิดจากการหดของนา้ โลหะ(การติด Chills)
เพิ่งเทน้ าโลหะ
ระหว่างกระบวนการ
แข็งตัวของน้ าโลหะ
เริ่ มแข็งตัวของน้ า
โลหะ
การแข็งตัวของน้ า
โลหะสมบูรณ์