This movie requires Flash Player 9

การเตรียมอาหารอย่างปลอดภัยด้วยสเตนเลส สตีล (Safe Food Preparation Using Stainless Steel)

 

บทสรุปการจัดการ

สเตนเลส สตีล เป็นวัสดุหลักในการผลิต การจัดเตรียมอาหารและเครื่องดื่มมากว่า 70 ปี มีส่วนประกอบทางเคมีเป็นโลหะหลัก ซึ่งไม่มีการทำปฏิกิริยา หรือ ส่งผ่านไปสู่อาหารในทางใดอย่างมีนัยสำคัญ

สเตนเลส สตีล เนื่องจากไม่มีพิษภัย จึงผลิตได้อย่างเลื่อนไหลต่อเนื่อง พื้นผิวไม่มีการดูดซึม อุปกรณ์และเครื่องเรือนมีความสะอาดปลอดภัย ไม่ติดเชื้อและสามารถทำการฆ่าเชื้อได้ โดยไม่ก่อให้เกิดการกัดกร่อน  ไม่ทำให้อาหารเกิดความมัวหมอง และมีความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิได้ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการผลิตอาหาร

 

ข้อตกลงใหม่

ปี 2013 สภายุโรป (CoE) ได้ตีพิมพ์แนวทางใหม่ต่อการเลือกใช้โลหะและโลหะผสม สำหรับสัมผัสอาหาร ซึ่งกำหนดเกณฑ์การคัดเลือกโลหะ โดยการจำลองการทดสอบที่เข้มงวดขึ้นสำหรับโลหะที่ใช้เพื่อการจัดเตรียมอาหาร

ทีมสเตนเลส ฐานะสมาคมสเตนเลส สตีล และอันลอย ได้รับมอบหมายจาก เคทีเฮส รอยัล (KTH Royal) สถาบันเทคโนโลยีแห่งสวีเดน ให้ทำการทดสอบสเตนเลสเจ็ดเกรดอย่างอิสระตามข้อตกลงใหม่ (new protocol)

การศึกษาแสดงให้เห็นว่า เกรดทั้งหมดที่ทำการทดสอบ มีความปลอดภัยต่อการจัดเตรียมอาหาร ตามปริมาณของโลหะที่แพร่ออกมา ต่ำกว่าข้อกำหนดแนวทางสภายุโรป (CoE)  การศึกษายังได้แสดงให้เห็นถึง อัตราการแพร่ มีการลดลงอย่างมีนัยสำคัญเทียบกับการใช้งานครั้งแรก และลดลงอย่างมากเมื่อใช้งานซ้ำในครั้งต่อ ๆ ไป

 

บริบทการศึกษา

โลหะและอัลลอย สามารถแพร่ภายใต้พฤติการณ์การชะล้างบางอย่าง  สำหรับภาชนะโลหะที่สัมผัสกับอาหาร ตัวอย่าง เช่น หม้อ และ กระทะ ต้องมีความมั่นใจว่าในทุกสภาวะ ปริมาณสารแพร่ จะน้อยกว่าระดับที่อาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพมนุษย์

เพราะว่าสเตนเลส สตีล และส่วนผสมชนิดเฉื่อย มีสภาพโครงสร้างคงที่  มีเพียงปริมาณเล็กน้อยในโลหะที่อาจแพร่ออกมาปนเปื้อนอาหาร นั่นย่อมเป็นเหตุผลหนึ่งที่สำคัญที่ทำให้สเตนเลส มีการใช้เพื่อทดแทนโลหะอื่นในการจัดเตรียมอาหาร

หลักฐานทุกอย่างสนับสนุนข้อสรุปที่ว่า สเตนเลส สตีล มีความปลอดภัยสมบูรณ์แบบต่ออาหารและเครื่องดื่ม

 

แนวทางปฏิบัติ

ในยุโรป กรอบแนวทางปฏิบัติ (Framework Regulation (EC) 1935/2004) กำหนดความต้องการไว้ “วัสดุสัมผัสอาหารต้องมีความปลอดภัย และต้องไม่แพร่องค์ประกอบเข้าไปในอาหารในปริมาณที่สามารถทำอันตรายต่อสุขภาพมนุษย์ เปลี่ยนส่วนผสมของอาหารเกินกว่าจะยอมรับได้ หรือ  ทำให้อาหารเปลี่ยนรสชาติ และมีกลิ่น”

สภายุโรป (The Council of Europe, CoE)) ตีพิมพ์ แนวปฏิบัติฉบับใหม่สำหรับโลหะและอัลลอย ที่ใช้เป็นวัสดุสัมผัสอาหารในปี 2013 ได้กำหนดปริมาณการแพร่ (Specific Release Limits, SRLs ) ของเหล็ก โครเมียม นิกเกิล แมงกานิส และ โมลิบดีนัม แนวปฏิบัตินี้ได้รวมถึงวิธีการทดสอบแบบใหม่โดยใช้สารละลายซิตริกจำลองเป็นอาหาร ซึ่งมีความเข้มต่อสเตนเลส สตีลมากกว่ากรดอะซิติกที่ใชในการทดสอบก่อนหน้า

 

การศึกษาของเคทีเฮส

การนำเสนอแนวทางปฏิบัติแบบใหม่ ถือเป็นโอกาสเหมาะสำหรับอุตสาหกรรมในการนำไปยืนยันถึงความปลอดภัยต่อการใช้สเตนเลส สตีล ในทุกประเภทของการจัดเตรียมอาหาร ทีม สเตนเลสได้รับมอบหมายจากเคทีเฮส (KTH) ให้ทำการทดสอบสเตนเลสเจ็ดชนิด ด้วยแนววิธีการทดสอบแบบใหม่

ด้วยแนววิธีการทดสอบที่แตกต่างกัน โดยใช้กรดซิตริก ซึ่งจะแตกต่างจากการทดสอบก่อนหน้าที่ใช้กรดอะซิติก กรดซิตริกมีการใช้อย่างกว้างขวางสำหรบอาหารที่มีสภาพเป็นกรดและเป็นด่าง  และการจำลองการทดสอบที่เข้มงวดกว่า

เกรดทั้งเจ็ดที่ทดสอบ เลือกจากเกรดที่มีส่วนผสมน้อย ไปถึงเกรดที่มีส่วนผสมมาก เพื่อดูภาพรวม และ ทั้งนี้ รวมถึงสองเกรดที่นิยมใช้กันด้วย

ชิ้นงานตัวอย่างทั้งหมด ได้จัดเตรียมอย่างดีตามเงื่อนไขของห้องปฏิบัติการ และทำการทดสอบกับกรดซิตริก 5 g/l (pH 2.4) เป็นเวลาสองชั่วโมงที่ 70 °C จากนั้นเฝ้าตามดูต่อที่ 24 ชั่วโมง และ 238 ชั่วโมง ที่อุณหภูมิ 40 °C

หมายเหตุ  ผลการทดสอบระยะ 24 ชั่วโมง ได้ตัดออก เนื่องจากผ่านการทดสอบตามเงื่อนไขของสภายุโรป (CoE) ได้กำหนดปริมาณการแพร่ ซึ่งสามารถดูได้จากรายงานฉบับเต็ม

 

ผลการศึกษา

สำหรับความเกี่ยวข้องของโลหะสารในสเตนนเลส สตีล ตามกราฟด้านล่าง เกรดทั้งหมดผ่านการจำลองทดสอบตามวิธีทางของสภายุโรป (CoE) การศึกษาพบว่า เฉพาะโลหะปริมาณเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ถูกแพร่ออกมาจากทุกเกรดของสเตนเลสที่ทดสอบ และระดับการแพร่ ต่ำกว่าเกณฑ์กำหนดทุกผลการทดสอบ (Release Limits, SRLs) สิ่งนี้ได้ยืนยันว่า สเตนเลส สตีล มีความปลอดภัย และยอมรับได้สำหรับเป็นวัสดุสัมผัสอาหาร

จากภาพด้านล่าง เส้นด้านบนแกน x แสดงให้เห็นถึงเกณฑ์กำหนด (SRL)  ในแต่ละโลหะ และผลการทดสอบแสดงในแกน y แท่งกราฟของแต่ละเกรด แสดงปริมาณสารที่แพร่ออกทั้งหมด จากผลการทดสอบภายหลัง 2 ชั่วโมง และ 24 ชั่วโมง

การศึกษาสามารถแสดงให้เห็นถึงอัตราการแพร่ของโลหะลดลงอย่างมีนัยสำคัญจากการทำซ้ำเมื่อเทียบกับการแพร่ครั้งแรก

 

รายงานรายละเอียดสรุปข้อมูลเชิงเทคนิค สามารถทำการดาวโหลดได้จาก  http://bit.ly/1USTJjn ส่วนรายงานฉบับเต็ม สามารถดาวโหลดได้จาก http://bit.ly/1Y8gAfd

ดาวโหลดบทความฉบับสมบูรณ์ในรูป PDF

siamstainless-downloads-smartrue

บทความแปลโดย สมาร์ทหรู (smartrues) สเตนเลสเพื่อคนไทย  www.siamstainless.com

หมายเหตุ  : บทความแปลนี้ เพื่อการศึกษาเรียนรู้ของคนไทยเท่านั้น

 

 

ความเงาเหล็กกล้าไร้สนิม (Gloss of Stainless steel)

อ่านบทความฉบับสมบูรณ์ในรูป PDF

เหล็กกล้าไร้สนิมเป็นโลหะขายความสวยงามของผิว ในทางการค้า จำเป็นต้องระบุชนิดของผิวสำเร็จเป็นส่วนหนึ่งของข้อตกลงทางการค้า ด้วยเหตุที่ว่าผิวเหล็กกล้าไร้สนิมต่างชนิดจะให้ค่าความเงาแตกต่างกัน  ในอดีดการอ้างอิงความเงาทางการค้านิยมใช้แผ่นตัวอย่างอ้างอิงเพื่อการเทียบเคียงเปรียบเทียบ แต่ปัจจุบันนิยมใช้ค่าความเงา (Gloss value) เป็นข้อกำหนดคุณลักษณะความเงาเป็นข้อตกลงในทางการค้า

 

1. มนุษย์กับความสามารถในการมองเห็นความแตกต่างของความเงา

หากมีการวัดความเงาผิวของวัสดุสองชนิด คำถามคือหากมองด้วยสายตา เราจะจำแนกระดับค่าความเงาเป็นตัวเลขได้หรือไม่ ?  และที่สำคัญกว่านั้นคือ เราจะสามารถแยกความแตกต่างของความเงาทั้งสองผิวได้อย่างชัดเจนถูกต้องเพียงไร ?

เมื่อเราวัดค่าความเงาด้วยเครื่องวัดความเงามุม 60 องศา ก็จะได้ค่าความเงาหนึ่ง ทั้งนี้ย่อมขึ้นกับระดับความเงาของชิ้นงานตัวอย่าง เช่น ในกรณีชิ้นงานตัวอย่างที่มีค่าความเงา 3 GU กับชิ้นงานตัวอย่าง 5 GU บางทีสายตาคนเราก็สามารถแยกแยะได้ แต่ในกรณีความเงามากประมาณ 60 GU กับ 70 GU ความแตกต่างเช่นนี้ก็อาจยากเกินกว่าความสามารถของสายตา

มีหนทางหนึ่งที่เราสามารถจำแนกความคาดเคลื่อนด้านความเงาของผลิตภัณฑ์เรา โดยอาศัยประสบการณ์ หนทางหนึ่งคือ การจัดเตรียมชิ้นงานตัวอย่างหลากหลายระดับความเงาเพื่อใช้อ้างอิง วิธีการนี้เรามักใช้กันอย่างแพร่หลายและเป็นทางเลือกที่เราใช้กันจนเคยชินในกลุ่มผู้ใช้งานกับผู้ผลิต

ปัจจุบันมีทางเลือกหนึ่งที่เริ่มนิยมใช้กันมากขึ้น คือการใช้เครื่องวัดความเงามุม 200 600 และ 850 การวัดความเงาที่มุม 850 จะมีความแม่นยำสูงสำหรับระดับความเงาต่ำกว่า 10 GU@600 ซึ่งเหล็กกล้าไร้สนิมจะไม่มีความเงาต่ำเช่นนี้ เหล็กกล้าไร้สนิมมักนิยมใช้มุมวัดเริ่มต้นที่ 60 องศา ที่ให้ความแม่นยำระดับปานกลาง 10-70 GU@600 และมุม 20 องศา สำหรับระดับความเงาสูงกว่า 70 GU@600 การแบ่งมุมวัดออกเป็นสามแบบจะให้ผลการวัดความเงาที่แตกต่างกันอย่างมีคุณภาพ

 

2. ความสำคัญของความเงาในมุมมองเชิงกายภาพ

ความเงาเป็นแง่มุมความเข้าใจในการมองวัตถุ ซึ่งมีความสำคัญเฉกเช่นเดียวกับเฉดสี เมื่อพิจารณาจากผลกระทบเชิงกายภาพในมุมมองผู้บริโภค หรืออาจกล่าวได้ว่า “การขายความเงา” เป็นคุณลักษณะเด่นอันหนึ่งของผิวเนื่องด้วยความระยิบระยับหรือความแวววาว อันเป็นภาพลักษณ์โดดเด่นของวัสดุอย่างโลหะ

ความเงาของพื้นผิวมักถูกผลกระทบจากหลายปัจจัย ตัวอย่างเช่น ความเรียบเนียนของผิวในงานขัด ย่อมขึ้นกับชนิดของสารที่เคลือบบนผิวและคุณภาพของผิววัสดุ ในการออกแบบผลิตภัณฑ์เพื่อให้เกิดภาพลักษณ์ที่สวยงามที่สุด ไม่ว่าจะเป็นความแวววาวของคิ้วประดับยานยนต์ เฟอร์นิเจอร์ สถาปัตยกรรม หรือ โทรศัพท์มือถือ หากผลิตภัณฑ์ที่วางเรียงรายขายอยู่ ให้ความรู้สึกที่แตกกต่างกันในด้านสุนทรียภาพของความแวววาวแต่ละเครื่อง ลูกค้าจะมองเป็นตำหนิ คุณภาพไม่ดี

ดังนั้น ความสำคัญในแง่การควบคุมระดับความเงาที่สม่ำเสมอในผลิตภัณฑ์ทั้งหมดหรือผลิตภัณฑ์ที่ผลิตในล็อดเดียวกัน จึงมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่ง ความเงาสามารถวัดค่าเชิงคุณภาพของผิว ใช้เครื่องวัดความเงาเพื่อการควบคุมคุณภาพจะช่วยขจัดปัญหาความแปรปรวนจากสายตาได้

 

3. หลักการวัดค่าความเงาของวัสดุโลหะและการแสดงผล

3.1 การแสดงหน่วยความเงาเป็นจียู (Gloss unit, GU)

การวัดความเงาคือการวัดระดับการส่องสว่างแสงบนผิวและปริมาณแสงที่สะท้อน ทั้งนี้ขึ้นกับวิธีการและมุมของแสงที่สะท้อน เครื่องวัดความเงาจะตรวจจับแสงสะท้อนตามมุมที่กำหนดต่อชิ่นงานตรวจสอบ ความเข้มของแสงจะขึ้นกับชนิดของวัสดุและมุมที่วัด ในกรณีของอโลหะ ปริมาณของแสงที่สะท้อนจะเพิ่มขึ้นตามมุมการส่องสว่างที่เพิ่มขึ้น แต่สำหรับโลหะจะมีการสะท้อนแสงมากและอิทธิพลของมุมสะท้อนจะน้อยกว่าอโลหะ ผลความเงาที่วัดได้จากเครื่องวัดจะสัมพันธ์กับปริมาณแสงที่สะท้อนจากมาตรฐานกระจกดำที่กำหนดเป็นดัชนีการสะท้อน และไม่เกี่ยวกับปริมาณแสงที่ตกกระทบ (incident light) ค่าการวัดความเงากำหนดตามมาตรฐานเป็น 100 หน่วย (GU) วัสดุที่มีดัชนีการสะท้อนมากจะให้ค่ามากกว่า 100 หน่วย (GU)

ช่วงความเงาเมื่อวัดด้วยมุม 60°

มุมมาตรฐานวัดความเงา:

ถ้า ความเงาปานกลาง (Semi   Gloss)   10 ถึง 70 GU

60   °

ถ้า ความเงามาก (High Gloss) > 70 GU

20   °

ถ้า ความเงาต่ำ (Low Gloss)   < 10 GU

85   °

 

ในกรณีของวัสดุโปร่งแสง ค่าความเงาที่วัดได้จะเพิ่มขึ้นเนื่องจากมีการสะท้อนหลายรอบในตัววัสดุ แต่สำหรับโลหะมีการสะท้อนแสงมากหน่วยการวัดความเงาจะสูงถึง 2000 GU ด้วยการใช้งานเหล่านี้ มันจึงมีการระบุผลการวัดความเงาเป็นร้อยละของการสะท้อน (% reflection) ของไฟส่องสว่าง มุมของไฟส่องสว่างมีอิทธิพลอย่างมาก เพื่อที่จะแยกแยะความแตกต่างให้ชัดเจนระหว่างผิวเงากับผิวด้าน จึงได้กำหนดแนวทางช่วงการวัดเป็น 3 ระดับด้วยเกณฑ์กำหนดมุมการวัดที่ 60o

ภาพกราฟด้านล่าง ผลการศึกษาความเงาของ 13 ชิ้นงานจากผิวด้านถึงผิวเงา ทำการตรวจวัดด้วยเครื่องวัดความเงา ทำมุม 3 ระดับ กราฟความลาดชันแสดงให้เห็นถึงระดับความเงาที่แยกได้อย่างชัดเจน ขณะที่กราฟส่วนราบการวัดด้วยมุมต่างกันก็อาจให้ผลที่ไม่แตกต่างกันเท่าไหร่

 

3.2 การแสดงร้อยละการสะท้อน (Reflectance ,%)

เปอร์เซ็นต์การสะท้อน เป็นการเปรียบเทียบปริมาณของพลังงานแสงที่ส่งผ่านมายังเครื่องรับแสงโดยเครื่องวัดความเงา (gloss meter) แล้วแปลงค่าออกมาเป็นเปอร์เซ็นต์ โดยกำหนดให้ความเงาสูงสุดในแต่ละมุมการวัดเป็น 100% ในขณะที่หน่วยวัดความเงา (gu) สัดส่วนจะเป็นเส้นตรง มุมแต่ละมุมจะมีช่วงการวัดที่แตกต่างกัน โดยมุมยิ่งน้อยจะมีช่วงการวัดที่กว้างในขณะที่มุมวัดที่กว้างจะมีช่วงการวัดที่แคบ ดังนั้นการแสดงเปอร์เซ็นต์ของการสะท้อนจึงจำเป็นต้องระบุมุมการวัดด้วยทุกครั้ง ตัวอย่างเช่น เปอร์เซ็นต์การสะท้อน 50% ของมุม 20° 60° และ 85°  คือ 1,000 gu 500 gu และ 80 gu ตามลำดับ

 

4) ระดับความเงาของเหล็กกล้าไร้สนิม

เหล็กกล้าไร้สนิมเป็นโลหะที่มีความแวววาว ในทางการค้าความสวยงามของพื้นผิวเป็นปัจจัยด้านการใช้งานและราคา การแบ่งชนิดของผิวมีกำหนดในมาตรฐานสากล และก็มีหลายชนิดของผิวที่เป็นเฉพาะของผู้ผลิตเอง

glosss-level

ชั้นความเงา

(Gloss level)

ผิวสำเร็จ

(Surface finished)

มุมการวัด

(measurement degree)

ค่าความเงา

(Gloss unit)

เปอร์เซ็นต์ความเงา

(Gloss percentage)

ความเงาต่ำ

(G60   <10 G.U)

-

850

-

-

ความเงาปานกลาง

(G60 =   10-70 G.U.)

1U

1C

1E

 1D (No.1)

2D

2G (HL, No.4)

600

20-30

25-35

30-40

35-45

60-80

55-75

2-3%

2.5-3.5%

3-4%

3.5-4.5%

6-8%

5.5-7.5%

ความเงามาก

(G60 >70 G.U.)

2B

Matt

2R(BA)

No.8 (Mirror)

200

100-200

300-400

700-1,000

> 1,000

5-10%

15-20%

35-50%

>50%

 

ค่าความเงาของผิวจากเครื่องวัดความเงาหลากหลายยี่ห้อในปัจจุบัน อาจมีความแม่นยำเฉพาะแต่ก็ให้ค่าความเงาไม่ต่างกันอย่างมีนัยยะ การวัดค่าความเงาของเหล็กกล้าไร้สนิม ปัจจัยที่สำคัญอาจแยกเป็นสองประเภทยใหญ่ได้แก่ ปัจจัยจากกระบวนการวัดความเงา และปัจจัยจากกระบวนการผลิตผิวเหล็กกล้าไร้สนิม

 

5. ปัจจัยที่มีอิทิพลต่อระดับความเงาของเหล็กกล้าไร้สนิม

5.1 ปัจจัยด้านกระบวนการวัดความเงา

ในหัวข้อนี้จะกล่าวถึงปัจจัย เครื่องมือวัด วิธีการวัด สภาพแวดล้อม และบุคคลากร มุมการวัด ทิศทางการวัด โดยหลัก มุมต่ำอย่างมุม 20 0 จะใช้กับการวัดความเงาเหล็กกล้าไร้สนิมผิวเงาปานกลางขึ้นไป

1)      เครื่องวัดความเงา (Gloss meter) แน่นอนว่าเครื่องวัดความเงามีหลากหลายยี่ห้อ หลากหลายแบบ บางแบบอาจวัดได้หลายมุม บางแบบก็วัดได้มุมเดียว อุณหภูมิใช้งานก็ไม่ควรละเลย โดยทั่วไป อาจไม่เกิน 40o ช่วงการวัดเป็นเรื่องสำคัญที่ต้องรู้ ช่วงการวัดอาจมีตั้งแต่ 100-2000 หน่วย ความคาดเคลื่อนของเครื่องวัดประมาณราว 2 เปอร์เซ็นต์ พื้นที่การวัดก็เป็นปัจจัยหนึ่งในการเลือกใช้เครื่องวัดความเงา อาจใช้พื้นที่ 4.5-500 ตารางมิลลิเมตร

2)      การสอบเทียบ โดยปกติเครื่องวัดความเงาจะมีแผ่นสอบเทียบมาด้วยลักษณะเป็นกระจกดำเงา ตอนสอบเทียบจะให้ค่าในแต่ละมุมที่ต่างกัน ซึ่งเป็นเฉพาะของแต่ละเครื่อง จำเป็นต้องทำการสอบเทียบทุกครั้งก่อนที่จะทำการวัดจริง

ช่วงความเงา

ค่าความคลาดเคลื่อนของเครื่องวัด

0-150   GU

0.2   GU

150-1000   GU

0.5   GU

1000-2000   GU

1   GU

 

3)      วิธีการวัด  ในการวัดความเงาต้องคำนึงปัจจัยหลายด้านด้วยกัน ได้แก่ ทิศทางการวัด หมายถึงแนวทิศทางของผิวที่วัด สำหรับผิวรีด การวัดความเงาตามแนวทิศทางการรีด หรือ ทิศทางตั้งฉากกับทิศทางการรีดก็ให้ผลที่แตกต่างกัน และสำหรับเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดผิวขัดลวดลาย การวัดความเงาตามทิศทางของเส้นลายกับตั้งฉากกับเส้นลายก็ให้ผลที่แตกต่างกัน นอกจากนี้การวัดค่าความเงาในชิ้นงานเดียวกันแต่แตกต่างตำแหน่ง ก็อาจให้ความความเงาที่แตกต่างกันในระดับถึงร้อยละ 10 ได้

4)      สภาพแวดล้อม ประเด็นเรื่องอุณหภูมิต้องดูที่สเปกของเครื่องโดยปกติควรวัดได้ถึงระดับ 40 องศาเซลเซียส ความชื้นสัมพัทธ์น้อยกว่าร้อยละ 85 ส่วนประเด็นแสงตกกระทบที่อาจส่งผลลบกวนจะมีผลต่อความเงาที่วัดได้ดังตารางด้านล่าง

 

มุมการวัด

ความคลาดเคลื่อน

มุม 20 o

2 GU

มุม 60 o

1 GU

 

5.2 ปัจจัยด้านกระบวนการผลิต

กระบวนการผลิตเป็นปัจจัยหลักที่ทำให้เหล็กกล้าไร้สนิมมีความเงาที่แตกต่างกัน ในผลิตภัณฑ์เดียวกัน ชนิดผิวเหมือนกัน ความหนาเดียวกัน ก็ให้ผลความเงาจากการวัดที่แตกกต่างกันอย่างมีนัยยะสำคัญได้ ด้วยเหตุผลดังนี้

1) ผลการเจียรผิว (grinding) เหล็กกล้าไรสนิมรีดเย็น ใช้วัตถุดิบจากเหล็กกล้าไร้สนิมรีดร้อน และเหล็กกล้าไร้สนิทรีดเย็นใช้วัตถุดิบเป็นสเล็บ (slab) หากในกระบวนการผลิตมีการเจียรผิวไม่ว่าจะเป็นการเจียรตอนก่อนรีดเย็น หรือเจียรหลังรีดร้อน หรือ เจียรผิวสเล็บก่อนรีดร้อน ไม่ว่าจะเจียรขั้นตอนใดขั้นตอนหนึ่งหรือทั้งสามขั้นตอน ย่อมส่งผลให้ความเงาของผลิตภัณฑ์สุดท้ายแตกต่างกัน กล่าวคือยิ่งเจียรผิวมากยิ่งส่งผลให้ความเงาในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเงามากตาม

2) สัดส่วนการรีดลดขนาด (reduction ratio) ปกติการดลดขนาดความหนาในการะบวนการรีดเย็นจะอยู่ระหว่างร้อยละ 50-85 จากวัสดุตั้งต้น แน่นอนสัดส่วนการลดขนาดส่งผลต่อระดับความเงาของเหล็กกล้าไร้สนิม การลดขนาดมากก็เหมือนการทำงานทางกลมาก หรือเหมือนการเอาฆ้อนไปทุมเหล็กมากๆ เหล็กก็จะเงา เช่นใดก็เช่นนั้น สัดส่วนการลดขนาดที่มากกว่าย่อมให้ความเงาที่มากกว่า แต่ทั้งนี้ก็ขึ้นกับความเงาของลูกรีดด้วยเช่นกัน กล่าวคือ ลูกรีดมีความเงามากย่อมส่งผลต่อความเงาของผิวเหล็กกล้าไร้สนิมให้เงามากเช่นนั้น

3) กระบวนการอบอ่อน (Annealing process) กรณีการอบอ่อนในบรรยากาศปกติ ผิวจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศอุณหภูมิสูงเกิดออกไซด์ที่ผิว จำเป็นต้องนำไปผ่านกระบวนการกัดกรด ขัดล้างจนได้ผิวที่สะอาด ส่วนในกรณีการอบอ่อนในบรรยากาศที่ควบคุมไม่ว่าจะเป็นไนโตรเจนหรือไฮโดรเจน ผิวเหล็กกล้าไร้สนิทจะไม่เกิดออกไซด์ ด้วยเหตุนี้ ผิวเหล็กกล้าไร้สนิมจากการอบ่อนแบบควบคุมบรรยากาศจึงให้ผิวที่เงากว่าผิวที่อบอ่อนแบบไม่ควบคุมบรรยากาศ

4) กระบวนการปรับผิว (Skin pass mill) กระบวนการปรับผิวจะใช้ลูกรีดเจียรเงาขนาดใหญ่สองลูก เหล็กกล้าไร้สนิมจะถูกรีดผ่านลูกรีดคู่นี้ ความเงาจากลูกรีดจะส่งผ่านมายังผิวเหล็กกล้าไร้สนิมที่ผ่านการอบอ่อนแล้ว ส่งผลให้ผิวเกิดความเงามากขึ้นตามสัดส่วนความเงาของลูกรีดปรับผิว

5) การเคลือบผิวด้วยพลาติก (Film coated) การเคลือบผิวเหล็กกล้าไร้สนิมด้วยฟิมล์กาวยึดติด คราบกาวอาจเหลือบนผิวเหล็กกล้าไร้สนิมเมื่อเราลองฟิล์มออก ดังนั้นก่อนจาทำการวัดความเงาผิวจำเป็นต้องทำความสะอาดคราบเหล่านี้ก่อน

6) ตำหนิบนผิว (Surface Defect) ตำหนิบนผิวลักษณะเป็นริ้วสั้นลึกตั้งฉากกับแนวการรีด หรือ เกิดรอยเส้นบางๆ ขนานกับแนวการรีด หรือ ตำหนิลักษณะเป็นฟ้าขาวบนผิว ซึ่งส่งผลให้ความเงาที่วัดได้ต่ำกว่าที่ควรจะเป็น

 

6. แนวทางเลือกการตรวจพินิจกับการตรวจด้วยเครื่อง

ความเงาของพื้นผิวเหล็กกล้าไร้สนิมสามารถวัดได้ด้วยเครื่องวัดความเงา ปัจจุบันเครื่องวัดความเงาแบบพกพาหาซื้อได้ทั่วไปในเมืองไทย มีหลากหลายยี่ห้อ ราคายังถือว่าสูงอยู่ หลักแสนกว่าบาทขึ้นไป การวัดความเงาของพื้นผิวเหล็กกล้าไร้สนิมจะใช้มุม 20o และ 60o เป็นหลัก นอกจากเครื่องวัดแล้ว วิธีการและสภาพแวดล้อมที่วัดอาจส่งผลต่อความเงาที่ได้ ดังนั้นการใช้ความเงาเพื่อการอ้างอิงในเชิงการค้าต้องระบุความชัดเจนถึงเงื่อนไขการได้มาซึ่งความเงาด้วยทุกครั้ง

ค่าความเงาแม้สะท้อนความแวววาวของพื้นผิวเหล็กกล้าไร้สนิม โดยค่าความเงามากจะสื่อถึงพื้นผิวมีความแวววาวมาก แต่ในบางกรณีอาจไม่เป็นเช่นนั้น เมื่อตำหนิบางอย่างบนพื้นผิวอาจรบกวนค่าความเงาที่วัดได้ ส่งผลให้ค่าความเงาต่ำ ซึ่งอาจแย้งกับการตรวจพินิจด้วยสายตา หรืออาจกล่าวได้ว่า ในบางกรณีแม้ชิ้นงานค่าความเงาที่วัดได้จากเครื่องต่ำกว่า แต่เมื่อดูด้วยสายตากลับรู้สึกว่าดีกว่าชิ้นงานที่เครื่องวัดความเงาได้ค่าความเงาที่สูงกว่าได้ ดังนั้น ต้องเข้าใจว่าเครื่องวัดความเงาไม่ได้มีความแม่นยำ 100 % แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าการวัดความเงาด้วยสายตาจะดีกว่า ผู้เขียนยังเชื่อว่าการวัดด้วยสายตาให้ความแปรปรวนสูงกว่า โดยเฉพาะความเงาที่ใกล้เคียงกัน และมีปัจจัยคนเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย

ด้วยเหตุดังกล่าว หนทางในการเลือกแนวทางในการกำหนดคุณลักษณะความเงาของผิวเหล็กกล้าไร้สนิมสำหรับ ผู้ผลิต ผู้ค้า และผู้ใช้งาน อาจเริ่มต้นตั้งแต่กำหนดลักษณะผิวที่ต้องการ กำหนดกระบวนการผลิตที่ชัดเจน กำหนดวิธีการอ้างอิงความเงา กำหนดวิธีการวัดความเงา และกำหนดช่วงการยอมรับ หรือ แม้กระทั่ง หากจะอ้างอิงด้วยการตรวจพินิจด้วยสายตา อาจต้องกำหนดวิธีการสุ่มตัวอย่าง วิธีการดูตัวอย่าง และขอบเขตความคลาดเคลื่อนให้ชัดเจน

เมื่อจะใช้ความเงาเป็นข้อกำหนดลัษณะของชิ้นงาน ก็ต้องระลึกเสมอว่า ไม่ว่าจะเลือกหนทางใดในการเปรียบเทียงความเงา ก็มีข้อเด่นข้อด้อยใจแต่ละแบบ การเลือกวิธีการที่เหมาะสม อาจไม่ได้คำนึงถึงแค่ความง่าย ความสะดวก แต่จำเป็นอย่างยิ่งต้องคำนึงถึง การใช้งานได้จริง ดังนั้น ความแม่นยำของความเงา จึงเป็นปัจจัยสำคัญทีควรตะหนัก

ในความเป็นจริง เหล็กกล้าไร้สนิมแต่ละลูกมีความแตกต่างกันของความเงา เมื่อเอามาเรียงต่อกันอาจให้ความรู้สึกว่าต่างกัน ดังนั้น ในการใช้งานจริง ไม่ใช่แค่การควบคุมความเงา แต่ผู้ใช้งานควรเลือกใช้เหล็กกล้าไร้สนิมลูกเดียวกันมาผลิตสินค้าในล็อดเดียวกัน เพื่อให้มั่นใจได้ว่าสินค้าจะไม่เกิดความแตกต่างด้านสุนทรียภาพด้านความเงา

 

อ่านบทความฉบับสมบูรณ์ในรูปไฟล์ PDF

siamstainless-downloads-smartrue

 

บทความโดย เตคีออน (Tachyon) สเตนเลสเพื่อคนไทย  www.siamstainless.com

การสืบสวนและวิเคราะห์พฤติกรรมการเกิดรอยย่น (Wrinkling) ของการขึ้นรูปลึกโลหะแผ่นด้วยโปรแกรมฟาสท์ฟอร์ม (FASTFORM)

บทคัดย่อ

การออกแบบกันเองของรูปแบบการขึ้นรูปใดๆ ต่อแม่พิมพ์ ล้วนมีขั้นตอนที่ยุ่งยากและน่าเบื่อหน่าย ทั้งๆ ที่มีมาตรการ ด้านการตรวจวัดป้องกันทุกชั้นตอนแล้วก็ตาม แต่ก็ยังคงมีโอกาส เกิดรอย เกิดแตกร้าว และ เกิดรอยย่น ซึ่งจำเป็นต้องปรับแก้ไขให้ถูกต้อง ในการออกแบบและพัฒนาแม่พิมพ์การขึ้นรูปโลหะแผ่น เป็นเทคนิคขั้นสูงที่ต้องการความแม่นยำและความชำนาญการในการผลิต และปรับจูนให้ดีในกระบวนการขึ้นรูป การเปลี่ยนแปลงของมิติ รูปร่างและตำแหน่งของตำหนิบนโลหะแผ่น เป็นเรื่องที่สำคัญในกระบวนการขึ้นรูปเย็น การนำเสนอปัญหาเฉพาะของแต่ละอุตสาหกรรม โดยเฉพาะการผลิตปริมาณมากอย่างเครื่องจักรในโรงงานอุตสาหกรรม ดังนั้น สิ่งที่เกิดขึ้นทั้งหลายจำเป็นต้องรับการพัฒนาระบบในอุตสาหกรรมเพื่อลดละไม่ให้เกิดรอยย่นในการขึ้นรูป แรงซับซ้อนที่กระทำต่อโลหะแผ่นเปล่าระหว่างการขึ้นรูปเป็นสิ่งที่เกินคาดเดา เนื่องด้วยความยุ่งยากในการตรวจสอบและการคำนวณ แรงทั้งหลายเหล่านี้อาจเป็นเหตุให้เกิดรอยย่น (Wrinkles) และตำหนิอื่นๆ บนผิวหรือผนังของชิ้นงานได้ เป้าหมายของเอกสารนี้ก็เพื่อนำเสนอหลักการและการสืบสวนปัจจัยที่ส่งผลต่อการเกิดรอยย่น ในอันดับแรกจะใช้องค์ประกอบของ 3D โมเดล(3D-modeled) ใน คาเทีย (CATIA) เพื่อทำการวิเคราะห์หาแนวโน้มตำแหน่งที่จะเกิดรอยย่นโดยอาศัยโปรแกมขึ้นรูปเร็ว (fast form software) การป้อนข้อมูลลงในโปรแกรมประกอบด้วย ระบบแลกเปลี่ยนรูปภาพตั้งต้น (initial graphics exchange system) วัตถุดิบอย่างโลหะแผ่นชั้นคุณภาพสำหรับงานขึ้นรูปเย็น ผลที่ได้ออกมาก็คือแนวโน้มบริเวณที่จะเกิดรอยย่นให้ใกล้เคียงกับผลการปฏิบัติจริง สิ่งหนึ่งที่อาจง่ายต่อการคาดเดาได้และตรวจจับแนวโน้มของรูปแบบการคาดการการเกิดรอยย่นและการกระจายของความเครีดในชิ้นงานขึ้นรูป บางวิธีได้แนะนำให้ใช้สำหรับการป้องกันการเกิดรอยย่นในการขึ้นรูปลึก

บทนำ

การขึ้นรูปลึกเป็นกระบวนการแปรรูปแผ่นโลหะให้เกิดรูปร่างขึ้นเช่น รูปถ้วย โดยแผ่นโลหะความหนาไม่เกิดการบางลง และไม่เกิดการแตกหักหรือเกิดรอยย่น กระทำโดยการวางแผ่นเปล่าตามขนาดรูปร่างของแม่พิมพ์และกดทับแผ่นเปล่าด้วยหัวกดเข้าไปในแม่พิมพ์ ในการผลิตตัวถังรถยนต์ ส่วนประกอบมอเตอร์ไซด์ การขึ้นรูปลึกเป็นวิธีการหนึ่งที่สำคัญในกระบวนการของโรงงาน ปกติแม่พิมพ์ในการขึ้นรูปจะแสดงได้ดังรูปที่ 1(a) ประกอบด้วย เบ้าแม่พิมพ์ (die cavity) ตัวยึดแผ่นเปล่า (blank holder) และหัวกด (punch)

wrinkling1

ขณะทำการขึ้นรูปแผ่นเปล่าจะถูกยึดไว้ระหว่างเบ้าแม่พิมพ์และตัวยึดแผ่นเปล่า ตัวยึดแผ่นเปล่าทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้เกิดรอยย่นและกระตุ้นให้เกิดแรงดึงกลับ ขณะที่หัวกดกำลังแปรรูปแผ่นเปล่าเข้าไปในเบ้าแม่พิมพ์ แผ่นเปล่าจะไหลเข้าไปในเบ้าแม่พิมพ์ สิ่งที่เกิดขึ้นเรียก เกิดการไหลของวัสดุ (material flow) ในกระบวนการขึ้นรูปลึก มันมีความสำคัญมากในการควบคุมการไหลของวัสดุเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดตำหนิกับชิ้นงาน [1]

มีหลานปัจจัย เช่น รูปทรง ชนิดวัสดุ ประเภทการขึ้นรูปโลหะแผ่นทั้งแบบ การลากขึ้นรูป (deep drawing) หรือ การดึงขึ้นรูป (stretch forming) ในกระบวนการขึ้นรูปโลหะแผ่น อาจมีหลายสาเหตุที่ทำให้เกิดความล้มเหลว เช่น เกิดแตกหัก (rupturing) เกิดรอยคอด (necking) เกิดรอยย่น (wrinkling)  เกิดการดีดกลับ (spring back) ล้วนเป็นสิ่งที่ไม่พึงปรารถนาทั้งสิ้น [2] ตำหนิหลักในกระบวนการขึ้นรูปลึกได้แก่การแตกและรอยย่นบนผนัง ดังแสดงในรูป 1(b) และ 1(c)

 

1.1. ชิ้นงานขึ้นรูป

ชิ้นงานทั้งหลายเหล่านี้ผลิตในโรงงานที่มีการช่วยเหลือเรื่องแม่พิมพ์การขึ้นรูป ดังแสดงในรูป

wrinkling2

 

 

1.2. รอยย่นบนชิ้นส่วนขึ้นรูปลึก

วัสดุบางลงและแตก อาจจะเกิดขึ้นเมื่อมีแรงภายในกระทำต่อแผ่นเปล่าเกินกว่าระดับการยืดตัว (uniform elongation) ในทางตรงข้าม จะเกิดรอยย่นบนผนังเมื่อแรงอัดรอบวงสัมผัสทำให้เกิดการบิดงอบนผนัง ในงานขึ้นรูปลึก รอยย่นและการแตกหักต้องหลีกเลี่ยงทั้งคู่โดยควบคุมการไหลของวัสดุ แรงกดยึดแผ่นเปล่า (blank holder force)  ดรอว์บีด (สันโก่ง, draw bead) หรือ ล็อกบีด (ล็อกขอบ, lock beads) ชนิดและปริมาณของสารหล่อลื่น รูปทรงและขนาดของแผ่นเปล่าเริ่มต้น อาจมีผลต่อการไหลของวัสดุ รอยย่นปกติจะเป็นสิ่งที่ไม่ต้องการในชิ้นงานขึ้นรูป ด้วยเหตุผลการใช้งานและความสวยงาม มันเป็นตำหนิที่รับไม่ได้สำหรับงานทำผนังด้านนอก ซึ่งผิวที่ปรากฎมีความสำคัญมาก รอยย่นที่เกิดบนผิวอาจกระทบต่อการประกอบชิ้นงานกับส่วนอื่น เช่น งานปิดผนึก (sealing) และงานเชื่อมประสาน (welding) ยิ่งกว่านั้น รอยย่นที่รุนแรง อาจทำความเสียหายหรือเป็นอันตรายต่อแม่พิมพ์ ดังนั้น การประเมินและการป้องกันการเกิดรอยย่น จึงมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่งในงานขึ้นรูปโลหะแผ่น หนึ่งในหลายๆ ปัจจัยที่ทราบกันดีคือ แรงยึดแผ่นเปล่า (blank holder forces) จากผลงานตีพิมพ์ของเฉิง (Sheng) ในกราฟจำลองรูป 5 การประเมินและใช้ประโยชน์จากแนวโน้มแรงยึดแผ่นเปล่าเพื่อหาจุดที่ดีที่สุดในงานขึ้นรูปลึกตัวถ้วย จุดที่ดีที่สุดของหลายๆ แรงยึดแผ่นเปล่ามีลักษณะกระจายและเป็นปัจจัยที่ต้องตัดสินใจด้วย

1.3. สรุปสาเหตุของรอยย่น (Wrinkling) ในชิ้นงานขึ้นรูปลึก: หลายปัจจัยเป็นเหตุของรอยย่นในชิ้นงานขึ้นรูปลึก รวมถึง :

  • แรงกดตัวยึดแผ่นเปล่า (Blank holder pressure)
  • ระยะเบ้าแม่พิมพ์และรัศมี (Die cavity depth and radius)
  • แรงต้านระหว่างแผ่นเปล่า ตัวยึดแผ่นเปล่า หัวกดและเบ้าแม่พิมพ์
  • ช่องว่างระหว่างแผ่นเปล่า หัวกด และเบ้าแม่พิมพ์
  • รูปร่างแผ่นเปล่าและความหนา
  • รูปทรงสุดท้าย
  • ความเร็วหัวกด (Punch speed )

รอยย่นเป็นพติกรรมผลความไม่สม่ำเสมอของแรงอัด  ความเค้นอัดตามแนวเส้นรอบวง (compressive hoop stresses) จะเกิดขึ้นและรอยย่นจะค่อยๆเกิดขึ้นบนแผ่นโลหะภายใต้ตัวยึด (รอยย่นตรงปีก) เฉกเช่นเดียวกับที่เกิดตรงผนัง [3] การคาดการจุดเริ่มต้นของการเกิดรอยย่นตรงปีกได้กำหนดขึ้นจากงานวิเคราะห์เชิงตัวเลขของชิ้นงานที่ผ่านมา [4-8] การศึกษาความลึกของการขึ้นรูปลึก เพื่อมุมมองการอธิบายถึงกระบวนการที่ยังมีความเข้าใจอยู่น้อยนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งการขึ้นรูปลึกของชิ้นงานที่ไม่ใช่ทรงกลมและชิ้นงานคล้ายตัวกรองเสียง ดังแสดงในรูป 6

 

2. การทบทวนวรรณกรรม

นนมู (Nonmu)[8] เป็นบุคคลแรกที่ทำการศึกษาตำหนิรอยย่นในงานขึ้นรูปลึก เขาได้ทำการตรวจสอบพฤติกรรมจริงของการเกิดรอยย่นในงานขึ้นรูปแบบดั้งเดิมที่ปราศจากตัวยึดแผ่นเปล่า โดยพิจาราณาความสมดุลของการเคลื่อนที่เพียงครึ่งเดียวและประเด็นความหนาของแผ่นเปล่า เอ็ม เอ็ม อักกี่ และ ดี เอ็ม วู (M. M. Alkky & D.M.Woo)[9] ตรวจสอบผลของรูปร่างแม่พิมพ์หนึ่งที่อยู่ใกล้กับรูปร่างแทร็กทริกซ์ (tractrix form) และอีกสองอันที่มีรัศมีความโค้งใหญ่ในงานขึ้นรูป เขาแสดงให้เห็นว่าแรงของหัวกดสามารถลดลงโดยใช้แม่พิมพ์แบบแทร็กทริกซ์ ที่มีรัศมีความโค้งมาก โยสสิฟอน และไทรอสห์[10] ตีพิมพ์บทความหลายตอนในงานวิเคราะห์ตัวอย่างของการบวนการขึ้นรูปลึก โดยการประยุกต์กับสมการรูปถ้วยโลหะอย่างทองแดง อลูมิเนียม เหล็กกล้า และเหล็กกล้าไร้สนิม เซวกิ (Shawki)[11] ได้ทำการสืบวิเคราะห์อย่างเป็นระบบถึงอิทธิพลของเงื่อนไขความแตกต่างในข้อจำกัดของสัดส่วนการขึ้นรูป (LDR) ในการทดลอง ความแตกต่างของรูปทรงสองแบบระหว่าง ทรงกรวย (conical) และ ทรงแทร็กทริกซ์ (tractrix) และพบว่า แม่พิมพ์แบบแทร็กทริกซ์ให้ประสิทธิผลดีกว่า โลฮูส์ และ วิลสัน (Lo, Hsu and Wilson) [12] อธิบายเรื่องราวงานของโยสสิฟอนและไทรอสห์ได้ประยุกย์ทฤษฎีการขึ้นรูปลึกระบบน้ำ เพื่อวิเคราะห์กระบวนการขึ้นรูปลึกระบบน้ำด้วยแม่พิมพ์ครึ่งทรงกลม เป้าหมายของการทดลองนี้เพื่อตรวจสอบทฤษฎีการทำนายความล้มเหลวเนื่องจากการเกิดรอยย่น (โก่ง) หรือการแตกหัก (ความไม่เสถียรของแรงดึง) ระหว่างแม่พิมพ์การขึ้นรูประบบน้ำแบบถ้วยครึ่งทรงกลม งานนี้เป็นฐานในการขยายงานของ โยสสิฟอนและไทรอสห์ โดยการผสมผสานแรงยึดที่ได้กับการวิเคราะห์และขยายไปใช้กับรูปร่างที่หลากหลายมากขึ้น ในปี 1994  นายันซามิ & ซอเวอบิ (Naryansamy & Sowerby)[13] แสดงให้เห็นถึงสเตนเลส 304 ที่มีค่าแอนไอโซทรอปิต่ำและค่าอัตราการแข็งตัวสูงจะมีความต้านทานการเกิดรอยย่นได้ดีกว่าเมื่อทำการขึ้นรูปลึกแบบกรวย รอยย่นในงานขึ้นรูปโลหะแผ่น อาจเป็นเหตุให้เกิดการฉีกขาด นับเป็นความไร้เสถียรภาพที่สำคัญที่สุดในการบวนการปั้มขึ้นรูปหรือการลากขึ้นรูปลึก พฤษติกรรมเหล่านี้จำกัดรูปทรงของชิ้นงานที่สามารถใช้เพื่อการขึ้นรูป การจำลองพฤษติกรรมของการเกิดรอยย่นด้วยระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite element method, FEM) ในงานปั้มขึ้นรูปโลหะแผ่นเป็นเครื่องมือที่มีความสำคัญมาก ความแม่นยำของระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ สามารถทำนายได้แม่นยำถึงรูปแบบรอยย่นของเครื่องจักรตั้งแต่ขั้นตอนการออกแบบชิ้นงานในหลากหลายรูปทรง

เคลาส์ เอ็ม วูร์สเตอร์ (Klaus M. Wurster) ได้อธิบายขั้นตอนการเพิ่มประสิทธิภาพแบบอัตโนมัติของการกระจายแรงยึดแผ่นเปล่า (blank holder force) ในกระบวนการขึ้นรูปลึกด้วยตัวยึดแผ่นเปล่าแบบปรับได้แยกส่วน (segment-elastic blank holder) ดังนั้น มันจึงเป็นไปได้ที่จะกำหนดค่าการกระจายของแรงยึดแผ่นเปล่าได้เป็นอย่างดีในช่องว่างแต่ละช่วงเวลา ไม่ต้องปรับกันเอง โดยการใช้เทคนิคระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite element method, FEM) กับแม่พิมพ์การขึ้นรูป สิ่งเหล่านี้สามารถสืบย้อนกลับไปถึง โยซิดะ (Yoshida)[14] วังเอ็ซและเชาเจ (Wang X. and Cao J.) [15] จาง เอ็วซี (Zhang LC) ยู ทีเอ็ซ (Yu TX) วัง อา (Wang R)[16] และ ฟัสเทสซี่ เอ (Fatnassi A) โตมิตะ วาย (Tomita Y) ซินโตะ (Shindo)[17] คอลแกน (Colgan) เอ็ม โมนักฮัน เจ (M., Monaghan, J)[18] ที่ทำการทดลองตั้งแต่แรก ในการรวมประสบการณ์และระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ของกระบวนการขึ้นรูปลึก จุดประสงค์ของงานนี้ เพื่อทำการตรวจสอบปัจจัยที่มีอิทธิพลสูงสุดต่อกระบวนการขึ้นรูป ใช้ประโชยน์จากประสบการณ์การออกแบบและหลักการวิเคราะห์เชิงสถิติ เอ็มไฟรัท (M. Firat) [19] ทำงานกับการจำลองวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ในกระบวนการขึ้นรูปโลหะแผ่น วิธีการของเขา ช่วยให้การออกแบบการขึ้นรูปตัวปั้ม ขยับค่าใช้จ่ายจากการทดลองผลิตจริง ไปทำการจำลองในคอมพิวเตอร์แทน รูปแบบของไฟไนต์เอลิเมนต์ที่ใช้ในการขึ้นรูปโลหะแผ่น และ การศึกษาความเป็นไปได้ในการปั้มขึ้นรูปโดยปกติจะขึ้นกับการออกแบบผิวของวัสดุแม่พิมพ์ (rigid die-face design) ผลลัพธ์บ่งชี้ว่า ขึ้นกับความสัมพันธ์ของการผิดรูปของผิวแม่พิมพ์กับความสามารถในการขึ้นรูปและการดีดกลับ  อับบะซิ เอ็ม เคทับซิ (Abbasi, M. Ketabchi) [20] ทำงานที่ เทลเลร์ เวลด์ (tailor welded blanks ,TWBs) ที่ซึ่งเหล็กแผ่นหลายรูปทรงจะเชื่อมเข้ากับแผ่นเปล่าแผ่นเดียว ก่อนนำไปขึ้นรูปเพื่อการจัดระเบียบละการลดน้ำหนักของรถ และเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการบวนการและความยืดหยุ่นของเครื่องจักร ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าคลื่นรอยย่นจะเกิดตรงบริเวณเนื้อบางของทีดับบิวบี (TWB) และรอยย่นเริ่มต้นจากคลื่นรอยย่นสามคลื่น อักราเวล เอ รีดดี่ เอน วี (Agrawal, A., Reddy, N. V.,) ศึกษาการตรวจสอบพารามิเตอร์ที่ดีที่สุดของกระบวนการเพื่อให้ผลิตภัณฑ์ปราศจากรอยย่นในกระบวนการขึ้นรูปลึก[21]

 

3. วิธีการ (Methodology)

รูป 9 ภาพจำลองแสดงให้เห็นขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับงาน ข้อมูล 3D ของชิ้นงานจะส่งไปยัง ฟาสท์ฟอร์ม (FASTFORM) สำหรับการพัฒนาแผ่นเปล่า โดยการประยุกต์สภาพที่แตกต่างขององค์ประกอบของการขึ้นรูป 3D เพื่อการวิเคาะห์ด้วย ฟาสท์ฟอร์ม (FASTFORM)

3.1. การพัฒนาและการวิเคราะห์แผ่นเปล่า (Blank developments and analysis)

ฟาสท์ฟอร์ม (FASTFORM) เป็นโปรแกรมซึ่งใข้ประโยชน์ในการพัฒนาแผ่นเปล่าและการวิเคราะห์ผล ความแม่นยำของการพัฒนาแผ่นเปล่าขึ้นกับขนาดที่เข้ากัน

 

4. ผลและการหารือ (Result and Discussion)

ภาพ 11-17 แสดงให้เห็นว่า

  • ความเครียดต่ำ  - ใช้แรงดึงและแรงอัดน้อยที่สุดทั้งทิศทางหลักและทิศทางรอง
  • แนวโน้มเกิดรอยย่นสูง – ค่อยๆ ดึงในทิศทางหนึ่งและมีแรงอัดในทิศทางอื่น อันส่งผลให้ความหนาเพิ่มขึ้น ลักษณะเช่นนี้ รอยย่นจะเกิดได้ง่ายมาก
  • แนวโน้มเกิดรอยย่น – มีแรงดึงในทิศทางหนึ่งและมีแรงอัดในทิศทางอื่น ส่งผลให้ความหนาค่อยๆ เพิ่มขึ้น ลักษณะเช่นนี้ รอยย่นอาจจะเกิดขึ้นได้
  • วัสดุหลวม (Loose Material) – แรงดึงในทิศทางหนึ่งและมีแรงอัดในทิศทางอื่น ทำให้วัสดุเกิดบางลง ลักษณะผิวจะเกิดเป็นรอย  ”oil canning”
  • แผงกึ่งแน่น (Semi-Tight Panel) – แรงดึงในทิศทางหนึ่งและค่อยๆ อัดในทิศทางอื่น ส่งผลให้ความหนาลดลง
  • ความเครียดระนาบ (Plain Strain) – แรงดึงเพียงทิศทางเดียว ส่งผลให้ชิ้นงานความหนาลดลง
  • แผงแน่น (Tight Panel) – แรงดึงสองทิศทางส่งผลให้ชิ้นงานความหนาลดลงอย่างมาก อาจส่งผลให้ผนังเกิดรอยบุ๋มได้

 

5. วิธีป้องกันรอยย่นในชิ้นงานขึ้นรูปลึก

 

5.1. ใช้ตัวยึดแผ่นเปล่า (Blank Holder)

ในกระบวนการขึ้นรูปลึกทั้งหลาย ความสม่ำเสมอของแรงอัดที่ใช้ต่อตัวยึดแผ่นเปล่าในช่วงเริ่มต้นการขึ้นรูป ความแปรปรวนของแรงอัดต่อตัวยึดแผ่นเปล่า อย่างไรก็ตาม มันเป็นปัจจัยแห่งความสำเร็จ ไม่ว่าจะใช้ระบบนิวเมติกหรือไฮโดรลิก ก็จะปรับค่าแรงกดตัวยึดแผ่นเปล่าเป็นเส้นตรงตลอดระยะชักของเครื่องจักร การควบคุม (NC) ตัวกันกระแทกแม่พิมพ์ (die cushion) ทำให้สามารถใช้เตรียมแรงกดหลากหลายต่อตัวยึดแผ่นเปล่าในขณะการขึ้นรูป และ ตัวกันกระแทกแม่พิมพ์ จะทำให้ระยะเบ้าแม่พิมพ์เพิ่มขึ้นอย่างมากขณะช่วยป้องกันทั้งรอยย่นและการแตก

 

5.2. การออกแบบเบ้าแม่พิมพ์ (Die Cavity Design)

การเลือกขนาดรัศมีส่วนปีก (flange radius) เพื่อให้มีขนาดที่ใหญ่พอที่จะป้องกันการแตก หรือ สามารถปรับให้มีรอยย่นน้อยที่สุด ยิ่งกว่านั้น หากได้พิจารณา ให้มีความซับซ้อนของชิ้นงานและความไม่สมมาตรเกิดให้น้อยที่สุด การใช้มาตรการในการขึ้นรูปหลายขั้นตอน ทำให้เกิดข้อได้เปรียบหลายประการในการป้องกันการเกิดรอยย่นกับชิ้นงานในการขึ้นรูปลึก การออกแบบรูปทรงของแผ่นเปล่า เพื่อลดวัสดุส่วนเกิน ก็สามารถลดโอกาสการเกิดรอยย่นได้ และในบางครั้ง อาจต้องพิจารณาถึงการปรับเกรนของแผ่นโลหะในงานออกแบบที่ไม่สมมาตร เพื่อลดองค์ประกอบของความเค้นเกรนและความเค้นทั่วไปของกระบวนการขึ้นรูปลึก

 

5.3. ปัจจัยอื่น

สารหล่อลื่นลดความเสียดทานระหว่างแผ่นเปล่าและหัวกดและเบ้าพิมพ์อาจใช้เป็นของเหลว (เปลียก) หรือ ฟิล์ม (แห้ง) โดยทั่วไป จะมีการใช้บนแผ่นเปล่าก่อนทำการขึ้นรูป ขณะที่สารหล่อลื่นจะช่วยให้โลหะไหลเข้าไปในเบ้าแม่พิมพ์ ลองคิดว่าการเพิ่มแรงยึดแผ่นเปล่าเพื่อประโยชน์ต่อการลดแรงเสียดทาน ทุกวันนี้ การออกแบบด้วยคอมพิวเตอร์และรูปแบบระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ได้ถูกใช้เพื่อสร้างชิ้นงานและออกแบบแม่พิมพ์และจำลองกระบวนการขึ้นรูปลึก ทำให้เกิดความชัดเจนอย่างมากต่อการลดต้นทุนของเครื่องจักรและแรงงานในกระบวนการออกแบบ

 

6. สรุป

รายงานการศึกษาและข้อเท็จจริงในการวิเคราะห์นี้ เสมือนว่า ทุกมาตรการได้มีการป้องกันไว้ก่อนแล้ว ไม่ว่าระดับภาพใหญ่และภาพเล็ก กับโอกาสที่จะเกิดรอยบุ๋ม แตกหัก และรอยย่น ซึ่งจำเป็นอย่างยิ่งต้องลดทอนการใช้วิธีความน่าจะเป็น ส่วนประกอบและแม่พิมพ์ การขึ้นรูปลึกได้จำลองขึ้นแล้ว ข้อมูล ไอจีอีเอส (IGES) ได้มาอย่างง่ายผ่านโปรแกรมฟาสท์ฟอร์ม ชิ้นงานอย่างตัวป้องกันเสียงได้จำลองขึ้นใน คาเทีย & โปรแกรมฟาส์แบล็ง (CATIA & the Fast Blank software) ได้ถูกนำมาใช้ประโยชน์ต่อการพัฒนาแผ่นเปล่า ด้วยระบบหัวกดและแม่พิมพ์ได้ถูกจำลองขึ้นและได้พัฒนาแล้ว มันมีข้อสังเกตุว่า การเกิดรอยย่นบนชิ้นงานขึ้นรูปลึก จะพบกับชิ้นงานแผ่นบางและรอยย่นจะเกิดเมื่อแม่พิมพ์และหัวกดไม่สอดรับและการเยื้องศูนย์ไม่เหมาะสม การเสริมสร้างระดับคุณภาพ ให้ปราศจากรอยย่นในงานขึ้นรูป แนะนำให้ใช้แม่พิมพ์และหัวกดที่มีการเคลือบโครเมียม โดยสังเกตุได้ว่า รอยย่นจะรุนแรงเมื่อทำการวิเคราะห์การขึ้นรูปแบบปราศจากแรงยึดแผ่นเปล่า ข้อสังเกตุบางวิธีการในการป้องกันรอยย่นในชิ้นงานขึ้นรูปลึก เช่น การใช้ตัวยึดแผ่นเปล่า ออกแบบเบ้าแม่พิมพ์ สารหล่อลื่น และ รูปแบบระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์

อ่านบทความฉบับสมบูรณ์

siamstainless-downloads-smartrue

บทความแปลโดย หรูเรียดเฉียง  (吕烈强) สเตนเลสเพื่อคนไทย www.siamstainless.com