กระบวนการปั๊มเข้ารูปของโลหะแผ่น ข้อดี ข้อเสีย ของการปั๊มงาน

โลหะแผ่น หรือ sheet metal เป็นโลหะที่ถูกนิยามขึ้นตามลักษณะขอพื้นที่ผิวต่อความหนา หากความหนามีมากกว่า 6 มิลลิเมตร จะถูกเรียกว่าเพลท (plate) ซึ่งโลหะแผ่นจะมีความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง ชิ้นส่วนที่ผลิตขึ้นจากโลหะแผ่นจึงมีน้ำหนักที่เบา แต่มีความแข็งแรง สำหรับขั้นตอนการขึ้นโลหะแผ่นจะมีความเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนรูป (deformation) ไม่ว่าจะเป็นการพับหรือการดัด (bending) การปั๊ม (stamping) การยืด (stretching) หรือการขึ้นรูปแบบเย็น (cold-working) ซึ่งจะใช้แผ่นแม่พิมพ์เป็นตัวช่วย และการใช้เครื่องกด (press)

แม่พิมพ์ที่ถูกนำมาใช้ จะเป็นตัวกำหนดการขึ้นรูปร่างของชิ้นงานว่าจะมีขนาดเท่าไหร่ภายหลังเสร็จสิ้น โดยจะประกอบด้วยตัวพั้นซ์ (punch) หรือแม่พิมพ์ และดาย (die) เป็นแม่พิมพ์เช่นกันแต่เป็นตัวเมีย ให้เข้าใจง่ายๆ คือ พั้นซ์จะอยู่ด้านบน ขนาดเล็กกว่าดาย รูปร่างจะคล้ายคลึงกัน และทำหน้าที่เป็นตัวกำหนดเคลื่อนที่เขาหาดาย หลังจากที่ทั้งสองประกบเข้าด้วยกันแล้ว จะเกิดช่องว่างขึ้นมา ส่วนของช่องว่างนี้เองจะถูกกำหนดโดยความหนาของแผ่นโลหะ ชนิด และวิธีการขึ้นรูป

พั้นซ์และดายจะถูกติดตั้งอยู่ในส่วนที่เรียกว่า ใยดายเซ็ท (die set) มีดายอยู่ฐานล่าง (lower die shoe ) และพั้นซ์อยู่ฐานบน (upper die shoe) หน้าที่ของดายเซ็ท จะช่วยให้พั้นซ์และดายเคลื่อนที่เข้าหาและประกบเข้าด้วยกันอย่างถูกต้อง โดยที่ดายเซ็ทจะถูกติดตั้งอยู่บนเครื่องกดที่เรียกว่า “press machine” ส่วนกดยึดอยู่ด้านล่าง ส่วนพั้นซ์ ยึดติดอยู่ด้านบน

ข้อดีจากการกระบวนการปั๊ม

ในทุกกระบวนการที่กล่าวมาข้างต้น การปั๊มจะเป็นกระบวนการที่ดีที่สุดจากทั้งหมด มีข้อได้เปรียบที่เหนือกว่า ไม่ว่าจะเป็นการหล่อ (casting) การทุบขึ้นรูป (forging) และการกัดแต่ง (machining) ซึ่งแบ่งข้อได้เปรียบออกเป็นดังนี้

1. ช่วยให้การขึ้นรูปชิ้นงานที่ซับซ้อนได้ง่ายขึ้นกว่าวิธีอื่นๆ
2. หลังปั๊มแล้วไม่จำเป็นต้องทำการตกแต่งชิ้นงานแต่อย่างใด
3. ชิ้นงานที่ผ่านการปั๊มจะเท่ากันทุกชิ้น สังเกตได้จากการนำเอาชิ้นงานมาประกอบ
4. มีความแข็งแรงเพิ่มมากขึ้น รวมถึงคุณสมบัติทางกลอื่นๆ
5. ตัวชิ้นงานมีน้ำหนักเบามาก
6. อัตราการสามารถทำได้ในปริมาณสูง

ขั้นตอนการทำที่ใช้ในงานปั๊มขึ้นรูป

ในกระบวนการปั๊มขึ้นรูปจะมีหลายกรรมวิธีด้วยกัน หลักๆ จะถูกแบ่งออกเป็น 3 กรรมวิธีตามพื้นฐานทั่วไปคือ

1. การตัดเฉือน (shearing) จะแบ่งออกเป็นการปั๊มเจาะ (blaking) และการตัดเจาะรู (piercing)
2. การตัด (bending) หรือเรียกว่าการขึ้นรูป (forming)
3. การลากเพื่อขึ้นรูป (drawing)

นอกเหนือจากวิธีขั้นพื้นฐานเหล่านี้แล้ว ยังมีการนำเอากรรมวิธีอื่นๆ มาใช้ในกระบวนการเข้ารูปโลหะอเช่น การปั๊มจม (coining) การปั๊มนูน (embossing) การบีบอัด (swaging) การฝานขอบ (shaving) และการตัดขอบ (trimming) ซึ่งการผลิตชิ้นโลหะแผ่นจำเป็นต้องเลือกเอาวิธีที่กล่าวไปข้างต้นมาใช้ โดยจะมีการเลือกกรรมวิธีทำงานดังต่อไปนี้

1. Blanking คือขั้นตอนที่ถูกนำมาใช้ในการผลิต ซึ่งจะทำการตัดแผ่นโลหะด้วยพั๊นซ์และดาย เพื่อให้ได้รูปร่างตามที่ต้องการ แผ่นโลหะที่ได้จะถูกนำไปผ่านกระบวนการผลิตในขั้นตอนต่อๆ ไป
2. Piercing เป็นขั้นตอนที่ต่อเนื่องมาจาก Blanking โดยการตัดโลหะให้เป็นรูตามจุดที่ต้องการ ซึ่งกระบวนทั้งข้อ 1 และ 2 บางครั้งก็สามารถนำมาทำพร้อมกันได้ในขั้นตอนเดียว แต่ความแตกต่างของทั้งสองคือ blanking จะใช้แผ่นโลหะที่ตัดออกมาด้วยพั๊นซ์และดาย แต่ Piercing จะใช้โลหะที่ถูกตัดเป็นรูนำมาเป็นชิ้นงาน
3. Bending คือการตัดพื้นผิวในแนวระนาบขอโลหะ ซึ่งจะช่วยให้เกิดการทำมุมกันตั้งแต่ 1 มุมขึ้นไป โดยที่ระดับความหนาของแผ่นโลหะจะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงใดๆ ส่วนรัศมีการดัดจะมากน้อยก็ขึ้นอยู่กับความหนาของแผ่นโลหะ
4. Drawing การขึ้นรูปโดยวิธีลาก โดยการนำเอาพั๊นซ์เข้าไปภายในโพรงของดาย แต่จะไม่มีการยืดแผ่นโลหะเกิดขึ้น ช่องว่างที่เกิดขึ้นระหว่างพั๊นซ์กับดายจึงเท่ากันกับความหนาของแผ่นโลหะ
5. Embossing การขึ้นรูปแผ่นโลหะโดยการทำให้เป็นหลุมหรือปุ่มตื้นๆ ความหนาไม่มีการเปลี่ยนแลง นิยมใช้สำหรับการทำแผ่นป้ายที่เป็นตัวอักษรนูนๆ
6. Coining การขึ้นรูปแผ่นโลหะโดยการบีบอัดตัวแผ่นโลหะภายในแม่พิมพ์ปิด ทำให้เกิดเป็นลวดลายขึ้นมาทั้งสองด้าน โดยแต่ละด้านอาจจะเป็นคนละลายก็ได้ เช่น การทำเหรียญ เป็นต้น
7. Swaging คือการขึ้นรูปโลหะ บีบอัดในแม่พิมพ์แบบเปิด ซึ่งตัวโลหะจะไหลผ่านแม่พิมพ์ออกมาได้อิสระ
8. Shaving เป็นกระบวนการตัดแต่งแผ่นโลหะที่ผ่านการ blanking หรือ piercing มาแล้ว
9. Trimming กระบวนการทำงานใกล้เคียงกันกับ blanking ซึ่งจะมีการตัดเอาโลหะส่วนเกินทิ้งไป เป็นขั้นตอนหลังสุดภายหลังผ่านกระบวนการอื่นๆ มาเรียบร้อยแล้ว

ประเภทของแม่พิมพ์ที่นำมาใช้งาน

ในการแบ่งประเภทของแม่พิมพ์จะทำการแบ่งตามกรรมวิธี เช่น แม่พิมพ์แบบดัด (bending  die) และยังมีการแบ่งตามวิธีทำงาน โดยจะแบ่งได้เป็นประเภทดังนี้ คือ

1. แม่พิมพ์แบบธรรมดา (simple  die) เป็นแม่พิมพ์ที่ทำงานในการกดเพียง 1 ครั้ง ซึ่งเป็นกรรมวิธีเดียว เช่น blanking  เป็นต้น
2. แม่พิมพ์แบบผสม (compound  die) แม่พิมพ์ที่จะทำหน้าที่ในงานตัด (shearing) สองกรรมวิธีขึ้นไป เพียงแค่กดครั้งเดียวเท่านั้น เช่น การทำ blanking พร้อมกับ piercing ได้ในเวลาเดียวกัน ก็จะได้ชิ้นงานหลุดออกมาจากแถบโลหะ
3. แม่พิมพ์แบบรวม (combination  die) แม่พิมพ์ที่ทำหน้าที่เหมือนแม่พิมพ์แบบผสม ไม่เพียงทำหน้าที่ในงานตัดเท่านั้น แต่ยังทำงานในส่วนของ bending, drawing และอื่นๆ
4. แม่พิมพ์แบบลำดับ (progressive  die) แม่พิมพ์ที่ช่วยให้การทำงานพร้อมกันได้ตั้งแต่ 2 กรรมวิธีขึ้นไป ต่างจากแม่พิมพ์ผสมตรงที่กรรมวิธีผ่านแม่พิมพ์จะมีการแยกสถานีออกจากกัน จึงง่ายกว่าแบบแม่พิมพ์ผสม
5. แม่พิมพ์แบบชิ้นงานเคลื่อน (transfer  die) ระบบที่มีความแตกต่างไปจากแม่พิมพ์แบบลำดับในส่วนของชิ้นงานจะหลุดออกจากแถบโลหะ จากนั้นถูกส่งเข้าไปยังสถานีผ่านก้านโยก (lever) ที่เป็นกลไกเฉพาะ หรือส่วนของลูกเบี้ยว (cam) จะสร้างขึ้นและติดตั้งเอาไว้บนเครื่องกด