โลหะ เป็นวัสดุหัวใจสำคัญในภาคอุตสาหกรรม ด้วยคุณสมบัติด้านความแข็งแรงทนทาน จึงนิยมนำมาแปรรูปเป็นอุปกรณ์และชิ้นส่วนต่างๆ โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมไฟฟ้าที่ต้องการความปลอดภัยสูงสุด การเปลี่ยนแผ่นโลหะให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีรูปทรงจำเพาะจึงต้องอาศัย “กระบวนการขึ้นรูปโลหะ” (Metal Forming) เพื่อให้เกิดชิ้นงานที่แม่นยำและมีคุณภาพสูง
สำหรับช่างไฟฟ้า ความเข้าใจในกระบวนการนี้จะช่วยให้สามารถเลือกวัสดุหรืออุปกรณ์ที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมการใช้งาน เพิ่มความทนทาน รวมถึงความปลอดภัยในการติดตั้งได้เป็นอย่างดี บทความนี้จะพาไปสำรวจว่า กระบวนการขึ้นรูปโลหะมีกี่ประเภท พร้อมเจาะลึกถึงจุดเด่นและข้อจำกัดของแต่ละวิธี ที่ตอบโจทย์การใช้งานที่แตกต่างกัน
กระบวนการขึ้นรูปโลหะคืออะไร และมีความสำคัญอย่างไร
กระบวนการขึ้นรูปโลหะ คือการนำแผ่นหรือก้อนโลหะมาผ่านกรรมวิธีต่างๆ เช่น การให้ความร้อนหรือการใช้แรงกดทับ เพื่อให้เนื้อวัสดุเปลี่ยนแปลงรูปร่างอย่างถาวรโดยไม่เกิดความเสียหาย การขึ้นรูปโลหะสามารถใช้ในการผลิตชิ้นงานที่หลากหลาย ตั้งแต่ชิ้นงานทั่วไป เช่น รางเดินสายไฟ ข้อต่อ อุปกรณ์เฟอร์นิเจอร์ ไปจนถึงชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อนสูงในอุตสาหกรรมยานยนต์และอากาศยาน เป็นต้น
กระบวนการขึ้นรูปโลหะ มีกี่ประเภท
กระบวนการปั๊มขึ้นรูปโลหะ ถือเป็นหนึ่งในกระบวนการผลิตชิ้นงานให้เป็นรูปทรงตามต้องการ โดยแบ่งประเภทตามลักษณะได้ดังนี้
แบ่งตามลักษณะวัสดุตั้งต้น
ลักษณะโครงสร้างวัสดุที่นิยมใช้ในกระบวนการขึ้นรูปโลหะ นิยมใช้เป็นสองประเภทหลัก ๆ ดังนี้
1. กระบวนการขึ้นรูปโลหะแผ่น (Sheet Metal Forming Process)
กระบวนการขึ้นรูปโลหะแผ่น คือกรรมวิธีการผลิตที่ใช้ในการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของโลหะแผ่นบาง โดยอาศัยแรงกดอัด การดึง หรือการตัด จนได้ผลิตภัณฑ์ที่มีรูปทรงตามต้องการ วิธีการขึ้นรูปที่นิยมใช้ ได้แก่ การดัด (Bending) การตัดเฉือน (Shearing) การลากขึ้นรูปลึก (Deep Drawing) และการปั๊มขึ้นรูป (Stamping) ซึ่งโดยทั่วไปแล้ว ความหนาของแผ่นโลหะจะเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อย หรือแทบไม่เปลี่ยนเลย
2. กระบวนการขึ้นรูปโลหะก้อน (Bulk Metal Forming Process)
กระบวนการขึ้นรูปโลหะก้อน คือการเปลี่ยนรูปโลหะแบบแท่งที่มีความหนา ให้เป็นชิ้นงานตามต้องการด้วยแรงอัดสูง เช่น การตีขึ้นรูป (forging) การรีด (rolling) การอัดรีด (extrusion) และการดึงลวด (wire drawing) มีข้อดีคือชิ้นงานที่ได้จะมีความแข็งแรงสูง เนื่องจากโครงสร้างภายในของโลหะจะเปลี่ยนไป
แบ่งตามอุณหภูมิที่ใช้ในการขึ้นรูปโลหะ
นอกเหนือจากลักษณะของชิ้นโลหะแล้ว การใช้อุณหภูมิที่ต่างกันยังส่งผลต่อการขึ้นรูปโลหะอีกด้วย ซึ่งอุณหภูมิที่ใช้ในการขึ้นรูปโลหะมีดังนี้
1. การขึ้นรูปโลหะแบบร้อน (Hot Forming)
กระบวนการขึ้นรูปโลหะแบบร้อน คือการแปรรูปโลหะโดยใช้ความร้อนสูง ประมาณ 50-75% ของจุดหลอมเหลวโลหะชนิดนั้น ๆ ทำให้โลหะอ่อนตัวลง มีความเหนียวสูงขึ้น สามารถดัดหรือเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้โดยไม่เกิดการแตกร้าว รวมถึงช่วยลดโพรงอากาศในชิ้นงาน ช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางกลให้แข็งแรงสม่ำเสมอ เหมาะกับงานไฟฟ้าที่ต้องการความแน่นและการนำไฟฟ้าดี โดยวิธีการขึ้นรูปแบบร้อนแบ่งเป็นวิธีหลัก ๆ ได้แก่
- การตีขึ้นรูป (Hot Forging): การนำโลหะที่ผ่านความร้อนจนเป็นสีแดงมาเปลี่ยนรูปด้วยแรงกระแทกจากค้อนหรือเครื่องจักรต่าง ๆ ทำให้ได้เป็นรูปทรงที่ต้องการ เหมาะกับชิ้นส่วนที่ต้องทนต่อแรงกระแทกสูง อย่างเช่น ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ หรือหัวขุดเจาะ
- การรีดร้อน (Hot Rolling): การให้ความร้อนแก่เหล็กแท่งที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 องศาเซลเซียส จนเหล็กอ่อนตัว แล้วนำไปรีดผ่านลูกกลิ้งขนาดใหญ่เพื่อลดขนาดและขึ้นรูปให้เป็นรูปทรงต่าง ๆ ตามต้องการ นิยมใช้ในการผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างขนาดใหญ่ อาทิ โครงสร้างอาคารและโรงงานอุตสาหกรรม
ข้อดี: เนื่องจากความร้อนสูงทำให้โลหะมีความเหนียว จึงใช้แรงในการแปรรูปชิ้นงานขนาดใหญ่หรือซับซ้อนน้อยลง พร้อมทั้งช่วยลดความเสี่ยงการแตกร้าว นอกจากนี้ กระบวนการดังกล่าวยังช่วยกำจัดรูพรุนในเนื้อโลหะ ทำให้โครงสร้างภายในละเอียดสม่ำเสมอ ส่งผลให้ชิ้นงานที่ได้มีความแข็งแรง ทนทานมากขึ้น
ข้อเสีย: ผิวงานที่ได้จะไม่เรียบสวยเนื่องจากการเกิดสะเก็ดออกไซด์ (Oxide Scale) ซึ่งต้องนำไปขัดผิวเพิ่มเติม อีกทั้งยังควบคุมขนาดให้แม่นยำได้ยากเพราะชิ้นงานจะหดตัวเมื่อเย็นลง นอกจากนี้ กระบวนการดังกล่าวยังต้องใช้พลังงานความร้อนปริมาณมาก ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อต้นทุนการผลิตที่สูงขึ้น
ตัวอย่างอุปกรณ์ในระบบไฟฟ้าที่ใช้การขึ้นรูปโลหะแบบร้อน: การขึ้นรูปโลหะแบบร้อนถูกนำมาใช้ผลิตชิ้นส่วนสำคัญในระบบไฟฟ้าที่ต้องการความแข็งแรงทนทานเป็นพิเศษ อาทิ ชิ้นส่วนเสาส่งไฟฟ้าแรงสูง โครงสร้างมอเตอร์หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า บัสบาร์และข้อต่อกำลังสูง เป็นต้น
2. การขึ้นรูปโลหะแบบเย็น (Cold Forming)
กระบวนการขึ้นรูปโลหะแบบเย็น (Cold Forming) คือการแปรรูปโลหะที่อุณหภูมิห้อง หรือต่ำกว่าอุณหภูมิหลอมเหลวของโลหะ โดยไม่ใช้ความร้อนเข้าช่วย อาศัยแรงกระทำที่สูงเพียงพอจนทำให้โลหะเปลี่ยนรูปอย่างถาวร ทำให้เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “Work Hardening” หรือ “Strain Hardening” กล่าวคือ ยิ่งโลหะถูกแปรรูปมากเท่าไหร่ ก็จะยิ่งมีความแข็งและความทนทานเพิ่มขึ้น แต่จะสูญเสียความยืดหยุ่น (Ductility) ไป แบ่งออกเป็นวิธีการต่าง ๆ เช่น
- การปั๊มขึ้นรูป (Stamping): ใช้แม่พิมพ์และเครื่องปั๊มกดแผ่นโลหะให้เป็นรูปร่างตามต้องการ เหมาะกับงานผลิตฝาปิดอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ตู้ไฟ หรือกล่องโลหะ
- การพับโลหะ (Bending): ใช้เครื่องจักรดัดและพับแผ่นโลหะให้เป็นรูปทรงต่าง ๆ เหมาะสำหรับการสร้างชิ้นส่วนที่มีลักษณะเป็นเหลี่ยมหรือรางยาว ๆ เช่น รางเดินสายไฟ (Cable Tray) ตู้ควบคุมไฟฟ้า เป็นต้น
- การดึงขึ้นรูป (Drawing): การแรงกดแผ่นโลหะลงในแม่พิมพ์ เพื่อขึ้นรูปชิ้นงานที่มีลักษณะเป็นโพรงหรือกลวง ไม่มีรอยต่อ เหมาะกับการผลิตสายไฟ ท่อโลหะ และชิ้นส่วนที่ยาวต่อเนื่อง
- การตัดด้วยเลเซอร์ (Laser Cutting): การใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มีความเข้มข้นสูง ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อตัดแผ่นโลหะให้เป็นรูปทรงที่ซับซ้อนได้อย่างแม่นยำ ขอบที่ตัดจะมีความคมเรียบ เหมาะกับการขึ้นรูปเพลตหน้าตู้สวิตช์ หรือชิ้นส่วนไฟฟ้าขนาดเล็ก
ข้อดี: ความแม่นยำสูง เนื่องจากไม่มีการขยายตัวหรือหดตัวจากความร้อน อีกทั้งยังได้ผิวของชิ้นงานที่เรียบ สะอาด เงางาม ไม่เกิดสะเก็ดออกไซด์ (Oxide Scale) เหมือนกับการขึ้นรูปร้อน นอกจากนี้ เนื้อโลหะจะมีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นอย่างมาก
ข้อเสีย: เนื่องจากโลหะที่อุณหภูมิห้องมีความแข็ง ต้านทานการเปลี่ยนแปลงสูง จึงต้องใช้เครื่องจักรที่มีขนาดใหญ่ แข็งแรง มีกำลังมากเพียงพอเพื่อใช้ในการขึ้นรูป อีกทั้งการขึ้นรูปแบบนี้จะเพิ่มความแข็งในเนื้อโลหะ ที่ทำให้สูญเสียความเหนียวและยืดหยุ่น เนื้อโลหะจึงมีโอกาสเปราะหรือแตกร้าวได้ง่าย หากขึ้นรูปในขั้นตอนที่ซับซ้อนเกินไป
ตัวอย่างอุปกรณ์ในระบบไฟฟ้าที่ใช้การขึ้นรูปโลหะแบบเย็น: การขึ้นรูปโลหะแบบเย็น นิยมใช้ในงานที่ต้องการความแม่นยำสูงและมีผิวงานที่สวยงาม ตัวอย่างเช่น ตู้ควบคุมไฟฟ้า รางเดินสายไฟ กล่องพักสาย ท่อร้อยสายไฟฟ้า สกรู นอต สลักเกลียว เป็นต้น
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับกระบวนการขึ้นรูปโลหะ
กระบวนการปั๊มขึ้นรูปโลหะ ช่วยให้สามารถผลิตชิ้นงานได้แม่นยำตามต้องการมากยิ่งขึ้น ซึ่งคำถามที่หลายคนมักสงสัยมีดังนี้
อุณหภูมิมีผลต่อการปั๊มขึ้นรูปโลหะหรือไม่
หากอุณหภูมิไม่เป็นไปตามที่กำหนด ไม่ว่าจะร้อนหรือเย็นเกินไป จะทำให้โลหะมีความแข็งเปราะไม่พอดีจนขึ้นรูปได้ยาก ซึ่งไม่เพียงแต่เสี่ยงต่อการแตกร้าวของชิ้นงาน แต่ยังอาจสร้างความเสียหายให้กับเครื่องจักรและแม่พิมพ์ได้ ดังนั้น การควบคุมอุณหภูมิให้เหมาะสมจึงเป็นหัวใจสำคัญของกระบวนการนี้
โลหะชนิดใดนิยมใช้มากที่สุดในกระบวนการขึ้นรูป
เหล็กกล้า (Steel) คือวัสดุที่นิยมใช้มากที่สุดในกระบวนการขึ้นรูปโลหะแทบทุกประเภท เนื่องจากมีความแข็งแรงทนทานสูง สามารถรับแรงกระแทก แรงดึง และแรงกดได้ดีเยี่ยม อีกทั้งยังขึ้นรูปได้ง่าย มีราคาไม่แพงเมื่อเทียบกับโลหะประเภทอื่น จึงทำให้เป็นวัสดุที่คุ้มค่าที่สุดสำหรับการผลิตในปริมาณมาก
นอกจากนี้ อะลูมิเนียม (Aluminum) ยังเป็นอีกหนึ่งโลหะที่ได้รับความนิยมมากขึ้นในการขึ้นรูป ด้วยข้อดีด้านน้ำหนักเบา สามารถนำความร้อนและไฟฟ้าได้ดี จึงเหมาะกับอุตสาหกรรมที่ต้องใช้ชิ้นส่วนที่มีน้ำหนักเบา เช่น ยานยนต์ การบินและอวกาศ รวมถึงการติดตั้งอุปกรณ์ระบบไฟฟ้าบนที่สูง
เทคโนโลยีการขึ้นรูปโลหะที่นิยมในปัจจุบันคือแบบใด
ในปัจจุบัน เทคโนโลยีการขึ้นรูปโลหะมีการพัฒนาไปอย่างมาก ซึ่งเทคโนโลยีที่นิยมใช้ในปัจจุบัน ได้แก่ การปั๊มขึ้นรูปโลหะ (Metal Stamping) ซึ่งตอบโจทย์อุตสาหกรรมการผลิตชิ้นส่วนจำนวนมาก เนื่องจากมีความเร็วสูง และต้นทุนต่อชิ้นที่ต่ำเมื่อผลิตในปริมาณมาก
นอกจากนี้ หลายอุตสาหกรรมเลือกนำเทคโนโลยี CNC (Computer Numerical Control) มาช่วยในการควบคุมกระบวนการปั๊มขึ้นรูปโลหะที่ต้องการความแม่นยำสูงหรือมีรูปทรงที่ซับซ้อน เพราะสามารถทำงานซ้ำได้อย่างคงที่ และลดความผิดพลาดที่อาจเกิดจากมนุษย์
เมื่อช่างไฟหรือผู้ที่เกี่ยวข้องเข้าใจว่า กระบวนการขึ้นรูปโลหะมีกี่ประเภท และสามารถเลือกประเภทที่เหมาะสมกับการผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าได้อย่างถูกต้อง การเลือกใช้อุปกรณ์ติดตั้งระบบไฟฟ้าจะไม่ใช่เรื่องยากอีกต่อไป เพราะแต่ละประเภทของการขึ้นรูปโลหะมีข้อดีที่แตกต่างกัน ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของชิ้นงานโดยตรง
โดยเฉพาะอุปกรณ์สำคัญอย่างรางวายเวย์ ข้อต่อ และตู้สวิตช์บอร์ด หากเลือกใช้วัสดุที่ผ่านกระบวนการขึ้นรูปโลหะแผ่นที่เหมาะสม และมีขนาดตรงตามมาตรฐาน วสท. ก็จะช่วยให้การติดตั้งเป็นไปอย่างมั่นคง ปลอดภัย และยืดอายุการใช้งานได้ยาวนาน
ในฐานะผู้นำด้านนวัตกรรมระบบไฟฟ้า ที่นำเทคโนโลยีการผลิตขั้นสูงจากประเทศญี่ปุ่นมาใช้ในทุกขั้นตอน ควบคุมด้วยเครื่องจักรระบบ CNC ทำให้ผลิตภัณฑ์ตู้ไฟ ราง Cable Tray และอุปกรณ์ทุกชิ้นของ KJL มีความแม่นยำสูง แข็งแรงทนทาน ได้รับการรับรองมาตรฐานระดับสากล มอบความมั่นใจให้กับช่างไฟฟ้า วิศวกร รวมถึงผู้รับเหมาทั่วประเทศ ตอบโจทย์การติดตั้งระบบไฟฟ้าได้ทุกโครงการ ตั้งแต่อาคารพักอาศัยไปจนถึงโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่
