กระบวนการผลิต
กระบวนการผลิตเหล็กแม่พิมพ์ค่อนข้างซับซ้อน และต้องควบคุมทุกขั้นตอนอย่างเคร่งครัดเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่มีคุณภาพ ด้านล่างนี้เป็นคำอธิบายโดยละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการผลิตเหล็กแม่พิมพ์:
1.การถลุง
การหลอมเป็นขั้นตอนเริ่มต้นในการผลิตเหล็กสำหรับแม่พิมพ์ โดยวัตถุดิบจะถูกหลอมละลายและเพิ่มธาตุโลหะผสมเพื่อปรับองค์ประกอบและประสิทธิภาพของเหล็ก อุปกรณ์การหลอมทั่วไปประกอบด้วย:
เตาเผาไฟฟ้าแบบอาร์ค (อีเอเอฟ):ส่วนใหญ่ใช้ในการหลอมเศษเหล็ก โดยเศษเหล็กจะถูกหลอมด้วยความร้อนสูงของอาร์กไฟฟ้า และจะเติมธาตุโลหะผสมต่างๆ ลงไปตามความจำเป็น
การหลอมเหนี่ยวนำสูญญากาศ (วิม):เหล็กจะถูกหลอมในสภาพแวดล้อมสุญญากาศ ซึ่งช่วยกำจัดก๊าซและสิ่งเจือปนออกจากเหล็กหลอมเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เหล็กมีความบริสุทธิ์มากขึ้น และกระจายตัวของธาตุโลหะผสมอย่างสม่ำเสมอ วิธีนี้ใช้ในการผลิตเหล็กแม่พิมพ์คุณภาพสูง
การหลอมซ้ำด้วยอิเล็กโตรสแล็ก (อีเอสอาร์):ในกระบวนการนี้ เหล็กหลอมเหลวจะถูกหลอมซ้ำโดยใช้กระแสไฟฟ้าในอ่างตะกรัน ซึ่งจะช่วยกำจัดสิ่งเจือปนและทำให้โครงสร้างเมล็ดพืชละเอียดขึ้น ส่งผลให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพสูงและความสม่ำเสมอมากขึ้น
ในระหว่างการหลอม จะมีการเติมธาตุโลหะผสมต่างๆ (เช่น โครเมียม โมลิบดีนัม ทังสเตน วาเนเดียม นิกเกิล โคบอลต์ เป็นต้น) ตามประเภทเหล็กที่ต้องการและคุณลักษณะประสิทธิภาพ ธาตุโลหะผสมเหล่านี้มีอิทธิพลต่อคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความแข็ง ความทนทานต่อการสึกหรอ ความเหนียว และเสถียรภาพทางความร้อน
2.การหล่อ
หลังจากการหลอม เหล็กหลอมเหลวจะถูกหล่อเป็นแท่งหรือแท่งเหล็ก โดยทั่วไปจะใช้วิธีการดังต่อไปนี้:
การหล่อแท่งโลหะ:เหล็กหลอมเหลวจะถูกเทลงในแม่พิมพ์เพื่อให้เย็นลงและขึ้นรูปเหล็กแม่พิมพ์เป็นแท่งหรือแท่งเหล็ก โดยทั่วไปแล้วการหล่อแท่งจะใช้สำหรับเหล็กขนาดใหญ่ ซึ่งจะต้องผ่านการตีขึ้นรูปในภายหลัง
การหล่อแบบต่อเนื่อง:เหล็กหลอมเหลวจะถูกหล่อเป็นแท่งเหล็กอย่างต่อเนื่อง ทำให้เหล็กมีความสม่ำเสมอมากขึ้นและมีตำหนิน้อยลง วิธีนี้เหมาะสำหรับการผลิตในปริมาณมาก และสามารถควบคุมคุณสมบัติของเหล็กได้อย่างแม่นยำ
ในระหว่างกระบวนการหล่อ จำเป็นต้องควบคุมความเร็วในการหล่ออย่างเคร่งครัด การหล่อเร็วหรือช้าเกินไปอาจทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น รูพรุนหรือรอยแตก การควบคุมการหล่อที่เหมาะสมส่งผลโดยตรงต่อโครงสร้างจุลภาคและคุณสมบัติทางกายภาพของเหล็ก
3.การตีเหล็ก
การตีขึ้นรูปเป็นกระบวนการให้ความร้อนแท่งเหล็กหล่อที่อุณหภูมิสูงและใช้แรงกดดันทางกลเพื่อเปลี่ยนรูปพลาสติก ทำให้โครงสร้างภายในและคุณสมบัติทางกลของแท่งดีขึ้นต่อไป
การทำความร้อน:แท่งเหล็กจะถูกทำให้ร้อนก่อนจนถึงอุณหภูมิในการดัด (โดยทั่วไปอยู่ที่ 1,000-1,200°C) เพื่อให้แน่ใจว่าวัสดุมีความเหนียวเพียงพอสำหรับการขึ้นรูป
การตีเหล็ก:แท่งเหล็กจะถูกกดให้อยู่ภายใต้แรงกดดันจากเครื่องตีเหล็ก ซึ่งจะอัดและยืดแท่งเหล็กให้เป็นรูปร่างที่ต้องการ เช่น แท่งกลม แท่งเหลี่ยม เป็นต้น ในระหว่างการตีเหล็ก โครงสร้างเกรนของเหล็กจะถูกปรับแต่ง ทำให้มีความแข็งแรงและความเหนียวเพิ่มมากขึ้น
การกำจัดข้อบกพร่องภายใน:การตีขึ้นรูปยังช่วยขจัดข้อบกพร่องภายในที่เกิดขึ้นในระหว่างการหล่อ เช่น ฟองแก๊สหรือสิ่งเจือปน ทำให้เหล็กมีความหนาแน่นและความสม่ำเสมอมากขึ้น
ภายหลังการตีขึ้นรูป เหล็กแม่พิมพ์จะได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญทั้งโครงสร้างมหภาคและจุลภาค โดยมีขนาดเกรนที่สม่ำเสมอมากขึ้นและมีความแข็งแรงในการดึงที่สูงขึ้น
4.การอบด้วยความร้อน
การอบชุบด้วยความร้อนเป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิตเหล็กกล้าแม่พิมพ์ เป้าหมายคือการปรับโครงสร้างจุลภาคของเหล็กเพื่อเพิ่มความแข็ง ความทนทานต่อการสึกหรอ และความเหนียว กระบวนการอบชุบด้วยความร้อนทั่วไป ได้แก่:
การอบอ่อนการอบอ่อนเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนเหล็กจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด จากนั้นจึงค่อย ๆ ปล่อยให้เย็นลงอย่างช้า ๆ เพื่อขจัดความเค้นภายในที่เกิดขึ้นในระหว่างการดัดงอ ทำให้โครงสร้างของวัสดุมีความสม่ำเสมอมากขึ้นและลดความแข็งเพื่อปรับปรุงการตัดเฉือน
การทำให้เป็นปกติ:คล้ายกับการอบอ่อนแต่ระบายความร้อนได้เร็วกว่า โดยทั่วไปจะใช้ลม การทำให้เป็นปกติจะช่วยเพิ่มคุณสมบัติเชิงกลของเหล็ก โดยเฉพาะความแข็งแรงในการดึงและความแข็ง
การดับ:เหล็กจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิออสเทนไนต์ จากนั้นจึงทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็ว (โดยปกติจะใช้น้ำหรือน้ำมัน) เพื่อสร้างมาร์เทนไซต์ การชุบแข็งจะช่วยเพิ่มความแข็งของเหล็กได้อย่างมาก แต่ก็อาจทำให้เหล็กเปราะได้เช่นกัน โดยปกติแล้ว เพื่อเพิ่มความเหนียว จำเป็นต้องมีกระบวนการอบอ่อนในภายหลัง
การอบชุบ:หลังจากการชุบแข็ง เหล็กจะแข็งมากแต่ก็เปราะได้เช่นกัน การอบชุบจะทำโดยการให้ความร้อนเหล็กอีกครั้งที่อุณหภูมิต่ำกว่าเพื่อลดความแข็งในขณะที่เพิ่มความเหนียวและความทนทานต่อการสึกหรอ อุณหภูมิและเวลาในการอบชุบที่เฉพาะเจาะจงมีความสำคัญต่อการกำหนดประสิทธิภาพขั้นสุดท้าย
5.งานกลึง
หลังจากการอบชุบด้วยความร้อน เหล็กแม่พิมพ์จะถูกนำไปผ่านกระบวนการกลึงต่อไปเพื่อให้แน่ใจว่ารูปร่าง ขนาด และคุณภาพพื้นผิวของเหล็กเป็นไปตามข้อกำหนดที่ต้องการ กระบวนการกลึงทั่วไป ได้แก่:
การตัด:เหล็กถูกตัดเป็นขนาดตามต้องการโดยใช้วิธีการต่างๆ เช่น การเลื่อย การตัดด้วยเลเซอร์ หรือการตัดด้วยพลาสม่า
งานกลึง งานกัด งานเจียร:กระบวนการเหล่านี้ใช้เพื่อปรับปรุงรูปร่างของเหล็กแม่พิมพ์เพื่อให้ได้ขนาดที่แม่นยำ โดยเฉพาะการเจียร จะใช้เพื่อปรับปรุงคุณภาพพื้นผิว โดยเฉพาะสำหรับเหล็กที่มีความแข็งสูง
การเจาะและการต๊าป:สำหรับเหล็กแม่พิมพ์บางชนิดอาจจำเป็นต้องเจาะหรือต๊าปเพื่อสร้างช่องระบายความร้อนหรือรูสำหรับการประกอบ
6.การบำบัดพื้นผิว
เพื่อปรับปรุงความทนทานต่อการสึกหรอ ความทนทานต่อการกัดกร่อน หรือความทนทานต่อความล้าของเหล็กแม่พิมพ์ อาจใช้การเคลือบพื้นผิวเพิ่มเติม การเคลือบพื้นผิวทั่วไป ได้แก่:
คาร์บูไรซิ่ง:เหล็กจะถูกให้ความร้อนและผ่านกระบวนการปรับสภาพในสภาพแวดล้อมที่มีคาร์บอนสูง ซึ่งจะทำให้พื้นผิวสามารถดูดซับคาร์บอนและสร้างชั้นที่แข็งตัวได้ การเพิ่มคาร์บอนจะช่วยเพิ่มความทนทานต่อการสึกหรอได้อย่างมาก และมักใช้กับงานแม่พิมพ์ที่มีการสึกหรอสูง
ไนไตรดิ้ง:เหล็กจะถูกให้ความร้อนในสภาพแวดล้อมที่มีไนโตรเจนหรือก๊าซแอมโมเนียเพื่อสร้างชั้นไนไตรด์ที่แข็งตัวบนพื้นผิว ชั้นนี้ให้ความแข็งและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับเหล็กแม่พิมพ์ที่ต้องการความทนทานต่อการสึกหรอสูงและอายุการใช้งานที่ยาวนาน
การชุบด้วยไฟฟ้าหรือการเคลือบผิว:ชั้นโลหะหรือโลหะผสม (เช่น โครเมียมหรือนิกเกิล) จะถูกนำไปใช้กับพื้นผิวเหล็กโดยผ่านกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้าหรือการเคลือบเพื่อเพิ่มความทนทานต่อการกัดกร่อนและความทนทานต่อการสึกหรอ
7.การตรวจสอบคุณภาพ
ตลอดกระบวนการผลิต เหล็กแม่พิมพ์จะต้องผ่านการควบคุมคุณภาพและการทดสอบอย่างเข้มงวด การทดสอบคุณภาพทั่วไป ได้แก่:
การวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมี:ใช้วิธีสเปกโตรเมตริกหรือทางเคมีในการวิเคราะห์เนื้อหาของธาตุโลหะผสมต่าง ๆ เพื่อให้แน่ใจว่าเหล็กตรงตามข้อกำหนดที่ต้องการ
การทดสอบความแข็งการทดสอบความแข็งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการประเมินความต้านทานการสึกหรอและความต้านทานการเสียรูปของเหล็ก การทดสอบความแข็งทั่วไป ได้แก่ การทดสอบความแข็งแบบบริเนลล์ ร็อคเวลล์ และวิกเกอร์ส
การทดสอบสมบัติเชิงกล:รวมถึงการทดสอบแรงดึง การทดสอบแรงกระแทก และการทดสอบความล้า เพื่อให้แน่ใจถึงความแข็งแกร่ง ความเหนียว และความทนทานของเหล็กภายใต้สภาวะการทำงาน
การทดสอบแบบไม่ทำลาย (การตรวจคัดกรองโรคติดเชื้อ):วิธีการต่างๆ เช่น การทดสอบด้วยคลื่นเสียงเหนือเสียง การตรวจสอบอนุภาคแม่เหล็ก และการทดสอบด้วยรังสีเอกซ์ ใช้เพื่อตรวจจับรอยแตกร้าวภายใน รูพรุน หรือสิ่งเจือปนที่อาจส่งผลต่อความสมบูรณ์ของเหล็ก
8.บรรจุภัณฑ์และการจัดส่ง
หลังจากกระบวนการกลึงและการตรวจสอบทั้งหมดเสร็จสิ้นแล้ว เหล็กแม่พิมพ์จะถูกบรรจุหีบห่อเพื่อจัดส่ง โดยทั่วไปแล้ว การบรรจุหีบห่อจะทำโดยใช้ลังไม้ พาเลท หรือวัสดุอื่นๆ เพื่อปกป้องเหล็กจากความเสียหายระหว่างการขนส่ง เหล็กอาจถูกตัดเป็นความยาว รูปร่าง หรือการตกแต่งพื้นผิวที่แตกต่างกันก่อนจัดส่ง ขึ้นอยู่กับความต้องการของลูกค้า
ผ่านขั้นตอนการผลิตที่ซับซ้อนดังกล่าวข้างต้น ประสิทธิภาพของเหล็กแม่พิมพ์จะค่อยๆ ปรับให้เหมาะสมเพื่อตอบสนองความต้องการต่างๆ เช่น ความแข็งสูง ความทนทานต่อการสึกหรอ ความทนทานต่อการกัดกร่อน และความเหนียว ขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการตั้งแต่การหลอมจนถึงการบรรจุ จะได้รับการควบคุมอย่างระมัดระวังเพื่อให้แน่ใจว่าผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะมีคุณภาพสูงและตรงตามความต้องการของลูกค้า
