The basics and benefits of temperature control for die casting
การไหลของความร้อนจากโลหะหลอมมีบทบาทสำคัญต่อคุณภาพของงานหล่อแบบไดคาสต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หากอุณหภูมิของแม่พิมพ์ไม่เหมาะสม จะถือเป็นสาเหตุหลักของข้อผิดพลาดในกระบวนการดังนั้น การใช้เครื่องควบคุมอุณหภูมิ จึงเป็นมาตรการสำคัญอันดับแรกในการปรับปรุงกระบวนการผลิตบทความนี้จะอธิบายหลักการทำงานของเครื่อง และประโยชน์ที่ได้รับเราทำให้ทุกอย่างขึ้นรูปได้ตามต้องการ ด้วยเครื่องควบคุมอุณหภูมิขั้นสูงสำหรับงานไดคาสต์
Regloplas Die casting brochure pdf 2 MB
สภาวะทางความร้อนในแม่พิมพ์ควรได้รับการเข้าใจอย่างดี เพราะการควบคุมสิ่งนี้มีผลอย่างมากต่อคุณภาพของชิ้นงานไดคาสต์
สมดุลความร้อนของแม่พิมพ์ไดคาสต์ในหนึ่งรอบการผลิต
ปริมาณความร้อนที่ถูกปล่อยออกจากแม่พิมพ์สู่สิ่งแวดล้อม จะเท่ากับปริมาณความร้อนที่ได้รับจากโลหะหลอมจนถึงขั้นตอนถอดชิ้นงาน ความร้อนส่วนหนึ่งจะถูกดูดซับโดยตัวกลางถ่ายเทความร้อนและถูกระบายออกผ่านเครื่องควบคุมอุณหภูมิ นอกจากนี้ยังมีการสูญเสียความร้อนผ่านการแผ่รังสี การถ่ายเทความร้อนสู่อากาศ และการนำความร้อนไปยังแผ่นจับยึดแม่พิมพ์
หน้าที่ของการควบคุมอุณหภูมิแม่พิมพ์
อุณหภูมิของแม่พิมพ์มีผลต่อการระบายความร้อนของโลหะหลอม การไหลเข้าเติมเต็มแม่พิมพ์ และการแข็งตัวของชิ้นงานไดคาสต์ แม้ว่าปัจจัยอื่น เช่น อุณหภูมิของโลหะหลอมและเวลาในการเติม จะมีผลต่อคุณภาพชิ้นงานด้วย แต่จากประสบการณ์พบว่า ของเสียจำนวนมากมักเกิดจากอุณหภูมิแม่พิมพ์ที่ไม่เหมาะสม
เพื่อป้องกันปัญหานี้ เครื่องควบคุมอุณหภูมิจะทำหน้าที่:
-
ให้ความร้อนแก่แม่พิมพ์จนถึงอุณหภูมิการทำงาน
-
รักษาอุณหภูมิของแม่พิมพ์ให้อยู่ในระดับที่กำหนด
หากสามารถตั้งค่าการควบคุมอุณหภูมิได้อย่างเหมาะสม จะช่วยให้ได้เวลาไซเคิลที่เหมาะสม ยืดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์ และได้ชิ้นงานที่มีคุณภาพสูงอย่างสม่ำเสมอ
การควบคุมกระบวนการทางความร้อนในงานไดคาสต์ให้ได้อย่างแม่นยำ เป็นเงื่อนไขสำคัญสำหรับการได้ชิ้นงานที่มีคุณภาพสูงอย่างสม่ำเสมอ หากตั้งค่าอุณหภูมิแม่พิมพ์ไม่เหมาะสม จะส่งผลต่อคุณภาพของชิ้นงานทันที ตัวอย่างปัญหาที่พบได้บ่อยมีดังนี้
อุณหภูมิแม่พิมพ์สูงเกินไป
หากถอดชิ้นงานออกจากแม่พิมพ์ได้ยาก เนื่องจากชิ้นงานบิดงอหรือเกาะติดแม่พิมพ์ มักมีสาเหตุมาจากอุณหภูมิแม่พิมพ์ที่สูงเกินไป
วิธีแก้ที่มักใช้คือการพ่นสารปลดแบบ (release agent) เพิ่มขึ้น แต่จะทำให้เกิดปัญหาอื่นตามมา เช่น จำนวนรูพรุนในชิ้นงานเพิ่มขึ้น และสารปลดแบบเกิดการไหม้ติดบนผิวแม่พิมพ์ ส่งผลให้ประสิทธิภาพในการปลดชิ้นงานลดลง
นอกจากนี้ อุณหภูมิแม่พิมพ์ที่สูงเกินไปยังทำให้รอบการผลิตยาวขึ้น และทำให้แม่พิมพ์สึกหรอมากขึ้น อีกทั้งยังเกิดโพรงหดตัว (shrinkage cavities) และความแม่นยำของขนาดลดลง ส่งผลให้เกิดของเสียมากขึ้น และทำให้ประสิทธิภาพการผลิตลดลง
อุณหภูมิแม่พิมพ์ต่ำเกินไป
ผนังแม่พิมพ์ที่เย็นเกินไปจะทำให้ประสิทธิภาพของสารหล่อลื่นจากการพ่นลดลง แม้จะเพิ่มปริมาณการพ่นก็ไม่ช่วย เนื่องจากสารไม่สามารถยึดเกาะกับผิวแม่พิมพ์ได้อย่างเหมาะสม ส่งผลให้ความแม่นยำของขนาดลดลง และที่สำคัญคือการเติมเต็มแม่พิมพ์ไม่สมบูรณ์ ปัญหานี้จะยิ่งเห็นชัดหลังจากมีการหยุดการผลิต
การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว (thermal shock) ระหว่างการป้อนวัสดุ ยังทำให้อายุการใช้งานของแม่พิมพ์สั้นลง ส่งผลให้ต้นทุนการบำรุงรักษาสูงขึ้น นอกจากนี้ ยังอาจเกิดปัญหาคุณภาพ เช่น การแข็งตัวของโลหะหลอมเร็วเกินไป การเกิดลาย (streaking) หรือการซ้อนทับของเนื้อวัสดุ
วิธีแก้ไข: การปรับการควบคุมอุณหภูมิ
ปัญหาเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้กับโลหะผสมทุกชนิด แต่จะมีความรุนแรงแตกต่างกันไปตามประเภทของโลหะผสม การใช้เทคโนโลยีควบคุมอุณหภูมิที่ปรับให้เหมาะสมกับกระบวนการ จะช่วยลดผลกระทบที่ก่อให้เกิดต้นทุนสูงเหล่านี้ได้อย่างมาก
ระบบควบคุมอุณหภูมิประกอบด้วยองค์ประกอบหลัก 4 ส่วน ได้แก่
1.ระบบช่องทางควบคุมอุณหภูมิภายในแม่พิมพ์
2.เครื่องควบคุมอุณหภูมิตัวกลางถ่ายเทความร้อน
3.การเชื่อมต่อระหว่างเครื่องกับแม่พิมพ์
เพื่อให้ทั้งระบบทำงานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ จำเป็นต้องมีเงื่อนไขที่เหมาะสมดังนี้
ตัวแม่พิมพ์ต้องมีพื้นที่ของช่องทางควบคุมอุณหภูมิที่เพียงพอ และมีขนาดหน้าตัดของช่องทางให้ใหญ่ที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ เพื่อช่วยลดการสูญเสียแรงดันภายในแม่พิมพ์ โดยทั่วไปปั๊มมาตรฐานของเครื่องควบคุมอุณหภูมิก็เพียงพออยู่แล้ว ต้นทุนที่เพิ่มขึ้นในการทำแม่พิมพ์สามารถชดเชยได้ด้วยเวลาไซเคิลที่สั้นลงและคุณภาพของชิ้นงานที่ดีขึ้น
เครื่องควบคุมอุณหภูมิต้องสามารถรักษาอุณหภูมิของแม่พิมพ์ให้อยู่ในช่วงที่แคบและคงที่ โดยต้องมีการควบคุมที่เหมาะสมทั้งในด้านการให้ความร้อน การระบายความร้อน และกำลังของปั๊ม ให้สอดคล้องกับความต้องการของกระบวนการ
ตัวกลางถ่ายเทความร้อนควรมีคุณสมบัติในการถ่ายเทความร้อนที่ดี เพื่อให้สามารถระบายความร้อนได้มากในเวลาสั้น โดยทั่วไปนิยมใช้น้ำ เนื่องจากมีประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนดีกว่าน้ำมัน หากใช้น้ำมัน จำเป็นต้องออกแบบช่องทางควบคุมอุณหภูมิให้มีขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อชดเชยข้อจำกัดนี้
ท่อเชื่อมต่อระหว่างเครื่องและแม่พิมพ์ต้องมีขนาดหน้าตัดที่เหมาะสมและมีฉนวนกันความร้อนที่ดี ขนาดของท่อจ่ายควรสอดคล้องกับทางเข้าและทางออกของระบบ หากไม่สอดคล้องจะทำให้แรงดันลดลง และไม่สามารถจ่ายตัวกลางถ่ายเทความร้อนได้เพียงพอตามที่ต้องการ ส่งผลให้ประสิทธิภาพการผลิตและคุณภาพชิ้นงานลดลงโดยไม่จำเป็น
ในการเลือกเครื่องควบคุมอุณหภูมิ ปัจจัยต่อไปนี้เป็นตัวกำหนดสมรรถนะของระบบควบคุมอุณหภูมิ
พารามิเตอร์
วัสดุที่ใช้ผลิต
อุณหภูมิแม่พิมพ์
น้ำหนักของแม่พิมพ์ และเวลาในการให้ความร้อน
ปริมาณการผลิตต่อหน่วยเวลา
ความแตกต่างของอุณหภูมิในแม่พิมพ์
ความดันและสภาพการไหลในแม่พิมพ์
การควบคุมอุณหภูมิในกระบวนการ
อุณหภูมิภายในแม่พิมพ์มีการเปลี่ยนแปลงในแต่ละตำแหน่ง และเปลี่ยนแปลงเป็นรอบตามไซเคิลการหล่อ ซึ่งมีความสำคัญอย่างมากต่อคุณภาพของชิ้นงานหล่อ ดังนั้นระดับอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงเป็นช่วง ๆ นี้จะต้องคงที่ตลอดทั้งโพรงแม่พิมพ์
ระบบควบคุมอุณหภูมิจะรักษาอุณหภูมิอุ่นแม่พิมพ์ให้คงที่ระหว่างการผลิต พร้อมทั้งจำกัดอุณหภูมิพื้นผิวสูงสุด และทำให้ช่วงความต่างของอุณหภูมิทั้งสองค่านี้ไม่เปลี่ยนแปลงขึ้นหรือลงระหว่างการผลิต โดยมีรูปแบบการควบคุม 3 แบบ ได้แก่
การควบคุมอุณหภูมิของตัวกลาง
วิธีนี้เป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุด และมีความแม่นยำเพียงพอในหลายกรณี
การควบคุมอุณหภูมิของแม่พิมพ์
โดยติดตั้งเซนเซอร์วัดอุณหภูมิ วิธีนี้จำเป็นเมื่อ ต้องควบคุมอุณหภูมิของแม่พิมพ์ให้อยู่ในช่วงที่แคบมาก และต้องการการทำงานแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบ
การควบคุมแบบแคสเคด
เป็นการรวมรูปแบบการควบคุมทั้งสองแบบข้างต้น และช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการควบคุมอุณหภูมิในแม่พิมพ์ให้ดียิ่งขึ้น
วัตถุประสงค์
อุณหภูมิแม่พิมพ์
ตัวกลางถ่ายเทความร้อน (น้ำ/น้ำมัน)
กำลังการทำความร้อน
กำลังการทำความเย็น
อัตราการไหล
แรงดันจ่ายของปั๊ม
เครื่องควบคุมอุณหภูมิที่ออกแบบอย่างถูกต้องมีข้อดีมากมายต่อกระบวนการผลิต หากใช้อย่างเหมาะสม
จะช่วยให้การผลิตมีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจในหลายด้านอายุการใช้งานของแม่พิมพ์ยาวนานขึ้นการกระจายความร้อนอย่างสม่ำเสมอช่วยยืดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์ได้อย่างมาก ลดการเกิดรอยแตกร้าวจากความร้อนสูงเฉพาะจุด และป้องกันไม่ให้แกนแม่พิมพ์ร้อนเกินไป ระยะเวลาการบำรุงรักษายาวนานขึ้น ส่งผลให้ค่าใช้จ่ายและเวลาหยุดเครื่องลดลงอย่างมากลดต้นทุนการผลิตข้อดีอื่น ๆ ได้แก่ เวลาในการอุ่นเครื่องสั้นลง และการใช้สารหล่อลื่น (release agent) ลดลง หากใช้ตัวกลางถ่ายเทความร้อนเป็นน้ำมัน จะไม่เกิดตะกรันหรือการกัดกร่อนในช่องควบคุมอุณหภูมิเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตการให้ความร้อนอย่างรวดเร็วและตรงจุดก่อนเริ่มการผลิต ช่วยลดเวลาเตรียมงาน และลดของเสียในช่วงเริ่มต้น หลังจากหยุดการผลิต ระบบสามารถกลับมาทำงานได้อย่างเสถียรอย่างรวดเร็ว เนื่องจากแม่พิมพ์ยังคงมีความร้อนอยู่ การควบคุมอุณหภูมิแบบอัตโนมัติยังช่วยให้สามารถทำงานแบบอัตโนมัติเต็มรูปแบบ และลดการพึ่งพาประสบการณ์ของผู้ปฏิบัติงานปรับปรุงคุณภาพของชิ้นงานเมื่อใช้งานอย่างถูกต้อง เครื่องควบคุมอุณหภูมิช่วยให้ได้ชิ้นงานหล่อที่มีคุณภาพสูง มีความแม่นยำของขนาดสม่ำเสมอ ลดการเกิดรอยแตกร้าวจากการหดตัว และให้ผิวชิ้นงานที่เรียบสะอาด
ส่งผลให้ลดต้นทุนได้อย่างมากจากของเสียที่ลดลง รวมถึงค่าบำรุงรักษาและค่าซ่อมแซมที่น้อยลง
