ในสาขาการออกแบบและการผลิตทางกล การเลือกวัสดุที่เหมาะสมและกระบวนการตัดเฉือนที่เหมาะสมถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพ คุณภาพ และความคุ้มทุนของชิ้นส่วนทางกล บทความนี้จะกล่าวถึงชิ้นส่วนทางกลที่ใช้กันทั่วไปจากหลักการของการเลือกวัสดุ ประเภทของวัสดุ และกระบวนการตัดเฉือนในสามแง่มุมของการวิเคราะห์เชิงลึก มุ่งหวังที่จะเป็นข้อมูลอ้างอิงอันมีค่าสำหรับวิศวกรเครื่องกลและผู้ปฏิบัติงานที่เกี่ยวข้อง
ประการแรก หลักการในการเลือกวัสดุ
การเลือกชิ้นส่วนเครื่องจักรต้องพิจารณาปัจจัยหลายประการ เช่น การใช้ประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพของกระบวนการ และความประหยัด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หลักการเลือกวัสดุประกอบด้วยประเด็นหลักต่อไปนี้:
ประสิทธิภาพการทำงาน: ก่อนอื่น ชิ้นส่วนต่างๆ จะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดในการใช้งานสภาวะการทำงานที่เฉพาะเจาะจง เช่น ความแข็งแกร่ง ความแข็ง ความทนทานต่อการสึกหรอ ความทนทานต่อการกัดกร่อน ความทนทานต่อความเมื่อยล้า เป็นต้น ซึ่งสิ่งนี้ต้องอาศัยความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับแรงต่างๆ รวมไปถึงสภาพแวดล้อมในการทำงาน (เช่น อุณหภูมิ ความชื้น สื่อต่างๆ เป็นต้น) และข้อกำหนดพิเศษ (เช่น การนำความร้อน การนำไฟฟ้า การนำแม่เหล็ก เป็นต้น) เกี่ยวกับสภาพการทำงานของชิ้นส่วนต่างๆ
ประสิทธิภาพกระบวนการ: ประสิทธิภาพกระบวนการของวัสดุส่งผลโดยตรงต่อความง่ายในการประมวลผลชิ้นส่วน ผลผลิต และต้นทุน ประสิทธิภาพกระบวนการที่ดี เช่น ความสามารถในการขึ้นรูป ความสามารถในการเชื่อม ความสามารถในการกลึง ฯลฯ ช่วยลดความยากในการประมวลผลและต้นทุน และปรับปรุงผลผลิต
เศรษฐกิจ: เพื่อตอบสนองการใช้งานประสิทธิภาพและประสิทธิภาพของกระบวนการ ควรพยายามเลือกวัสดุที่มีต้นทุนต่ำ เพื่อลดต้นทุนโดยรวมของผลิตภัณฑ์ ซึ่งต้องให้ผู้ออกแบบพิจารณาราคาของวัสดุ ต้นทุนการประมวลผล และต้นทุนการบำรุงรักษาและการใช้งานที่ตามมาอย่างครอบคลุม
ประการที่สอง ประเภทของวัสดุที่ใช้กันทั่วไป
วัสดุที่นิยมใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรกลมีหลายประเภทหลักๆ ดังนี้:
เหล็ก: เหล็กเป็นวัสดุที่ใช้กันทั่วไปในชิ้นส่วนเครื่องจักร มีความแข็งแรงสูง มีความยืดหยุ่นดีและมีความเหนียว และมีประสิทธิภาพในการประมวลผลที่ยอดเยี่ยม ตามการใช้งานและความต้องการด้านประสิทธิภาพที่แตกต่างกัน เหล็กสามารถแบ่งออกได้เป็นเหล็กโครงสร้างคาร์บอนธรรมดา เหล็กโครงสร้างคาร์บอนคุณภาพสูง เหล็กโครงสร้างโลหะผสม และเหล็กหล่อ
เหล็กหล่อ: เหล็กหล่อมีคุณสมบัติในการหล่อที่ดี ทนทานต่อการสั่นสะเทือนและการสึกหรอ แต่มีความแข็งแรงและความเหนียวต่ำ ดังนั้น เหล็กหล่อจึงมักใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่ต้องรับน้ำหนักคงที่ แรงเสียดทาน และการสึกหรอ เช่น โครงเครื่องจักรกล กล่อง และอื่นๆ
โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก: โลหะที่ไม่ใช่เหล็ก เช่น ทองแดงและโลหะผสมทองแดง อะลูมิเนียมและโลหะผสมอะลูมิเนียมมีความหนาแน่นต่ำและนำไฟฟ้าและความร้อนได้ดี และใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ และอวกาศ ในชิ้นส่วนเครื่องจักร โลหะที่ไม่ใช่เหล็กมักใช้ในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างน้ำหนักเบา ตลับลูกปืนเรียบ และอื่นๆ
พลาสติกวิศวกรรม: ด้วยการพัฒนาของวิทยาศาสตร์วัสดุ พลาสติกวิศวกรรมจึงถูกนำมาใช้ในชิ้นส่วนเครื่องจักรมากขึ้น พลาสติกวิศวกรรมมีข้อดีคือมีน้ำหนักเบา ทนต่อการกัดกร่อน เป็นฉนวนที่ดี ฯลฯ เหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่ไม่รับน้ำหนัก ทนต่อการกัดกร่อน หรือเป็นฉนวน
ประการที่สามการวิเคราะห์กระบวนการกลึง
มีกระบวนการกลึงชิ้นส่วนเครื่องกลหลายประเภท โดยประเภททั่วไป ได้แก่ การกลึง การกัด การเจาะ การเจียร การดัด และการฉีดขึ้นรูป กระบวนการกลึงแต่ละประเภทเหมาะสำหรับวัสดุและรูปร่างชิ้นส่วนที่แตกต่างกัน ซึ่งจะอธิบายในรายละเอียดต่อไปนี้
การกลึง: การกลึงเป็นวิธีการกลึงโดยยึดชิ้นงานเข้ากับอุปกรณ์จับยึดชิ้นงานที่หมุนได้ และใช้อุปกรณ์ค่อยๆ ตัดวัสดุบนชิ้นงานเพื่อให้ได้รูปร่างและขนาดที่ต้องการ การกลึงเหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนทรงกระบอก เช่น เพลาและปลอกหุ้ม ความแม่นยำและความหยาบผิวของการกลึงขึ้นอยู่กับการเลือกเครื่องมือและการตั้งค่าพารามิเตอร์การตัด
การกัด: การกัดเป็นวิธีการกลึงเพื่อผลิตชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อน เช่น พื้นผิวเรียบ พื้นผิวเว้าและนูน เฟือง ฯลฯ โดยการตัดวัสดุบนพื้นผิวของชิ้นงานด้วยเครื่องมือหมุน การกัดแบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ เช่น การกัดแบบระนาบ การกัดแนวตั้ง การกัดแบบปลาย การกัดแบบเฟือง และการกัดแบบเส้นตรง โดยแต่ละประเภทนั้นเหมาะสำหรับความต้องการการกลึงที่แตกต่างกัน
การเจาะ: การเจาะเป็นวิธีการกลึงโดยใช้ดอกสว่านหมุนตัดวัสดุผ่านชิ้นงานเพื่อสร้างรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและความลึกตามต้องการ โดยทั่วไปแล้ว การเจาะจะใช้เพื่อสร้างชิ้นส่วนของรู เช่น รูโบลต์และรูลูกปืน ความแม่นยำและประสิทธิภาพของการเจาะขึ้นอยู่กับการเลือกดอกสว่าน การตั้งค่าพารามิเตอร์การตัด และการนำมาตรการระบายความร้อนและหล่อลื่นมาใช้
การเจียร: การเจียรเป็นวิธีการกลึงที่ใช้การค่อยๆ ตัดหรือเจียรวัสดุบนพื้นผิวชิ้นงานโดยใช้สารกัดกร่อนเพื่อให้ได้รูปร่าง ขนาด และคุณภาพพื้นผิวที่ต้องการ การเจียรเหมาะสำหรับกลึงชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูงและต้องการคุณภาพพื้นผิวสูง เช่น แม่พิมพ์ ชิ้นส่วนเครื่องจักรที่มีความแม่นยำ และเครื่องมือต่างๆ ความแม่นยำและคุณภาพพื้นผิวของการเจียรขึ้นอยู่กับการเลือกเครื่องมือเจียร การตั้งค่าพารามิเตอร์การเจียร และวิธีการยึดชิ้นงาน
การตีขึ้นรูป: การตีขึ้นรูปเป็นวิธีการทำงานโลหะ โดยวัสดุโลหะหลังจากการตีขึ้นรูปร้อนจะถูกแปรรูปให้เป็นรูปร่างที่ต้องการโดยการกด การตีขึ้นรูปเหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อนและต้องการคุณสมบัติเชิงกลสูง เช่น เฟืองและเพลา การตีขึ้นรูปสามารถปรับปรุงโครงสร้างองค์กรภายในของวัสดุ ปรับปรุงความแข็งแรงและความเหนียวของชิ้นส่วน
การฉีดขึ้นรูป: การฉีดขึ้นรูปเป็นกระบวนการที่พลาสติกหลอมเหลวจะถูกฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์และบ่มเพื่อผลิตชิ้นส่วนที่ต้องการ การฉีดขึ้นรูปเหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนพลาสติกจำนวนมากที่มีรูปร่างซับซ้อน เช่น เปลือกโทรศัพท์มือถือและชิ้นส่วนยานยนต์ ความแม่นยำและคุณภาพพื้นผิวของกระบวนการฉีดขึ้นรูปขึ้นอยู่กับการออกแบบแม่พิมพ์ ประสิทธิภาพของเครื่องฉีดขึ้นรูป และการเลือกวัสดุพลาสติก