การขึ้นรูปโลหะคืออะไร (What Is Metal Forming?)

การขึ้นรูปโลหะเป็นหนึ่งในวิธีการผลิตชิ้นส่วนและส่วนประกอบของสินค้าหรือผลิตภัณฑ์

      การขึ้นรูปโลหะ (Metal Forming) คือหนึ่งในกระบวนการผลิตชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบของสินค้าหรือผลิตภัณฑ์ที่ใช้มากที่สุดในโลก เป็นกระบวนการแปรรูปโลหะแผ่นหรือโลหะก้อน (Metal Sheet or Bulk) ให้เป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบของสินค้าหรือผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ (Structural Parts and Components) ด้วยแม่พิมพ์ (Die or Forming Tools) ในกระบวนการขึ้นรูป โลหะแผ่นหรือโลหะก้อนจะเป็นวัสดุหรือวัตถุดิบตั้งต้นของการผลิตชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบ   

             การดัดหรือพับเพื่อเปลี่ยนรูปชิ้นงานจากโลหะ (Bending or Deforming Metal Workpiece) เป็นวิธีพื้นฐานของกระบวนการขึ้นรูปโลหะ (Basic Metal Forming) ให้เป็นชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบของสินค้าหรือผลิตภัณฑ์ตามรูปร่างที่ต้องการ ที่จริงแล้วการขึ้นรูปโลหะไม่ได้เป็นเพียงแค่รากฐานของการผลิตสำหรับอุตสาหกรรมสมัยใหม่ แต่ยังเป็นอุตสาหกรรมที่มีความสำคัญในตัวเอง กล่าวคือ มีการคาดการณ์กันว่า กลุ่มอุตสาหกรรมการผลิตชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบของสินค้าหรือผลิตภัณฑ์สร้างมูลค่าในส่วนของผลิตภัณฑ์มวลรวมในประเทศ (GDP – Gross Domestic Products) ให้แก่ประเทศอุตสาหกรรม (Industrialized Countries) ประมาณ 15 – 20 เปอร์เซ็นต์ต่อปี นอกจากนี้ กลุ่มอุตสาหกรรมประเภทนี้มีความต้องการใช้วัตถุดิบประเภทโลหะเป็นจำนวนหลายล้านตันต่อปี

            กระบวนการขึ้นรูปโลหะเป็นกระบวนการผลิตที่สามารถผลิตชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบของสินค้าหรือผลิตภัณฑ์ได้ในปริมาณมากสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมอื่น ๆ เช่น อุตสาหกรรมอวกาศ (Aerospace) อุตสาหกรรมยานยนต์ (Automotive) อุตสาหกรรมเครื่องใช้ไฟฟ้า (Appliances) อุตสาหกรรมทางการเกษตร (Agriculture) ผลิตภัณฑ์ด้านเทคโนโลยีและอิเล็กทรอนิกส์ (Consumer Electronics) โทรคมนาคม (Telecommunications) การขนส่งทางรางและทางทะเล (Rail and Marine) และอุตสาหกรรมปิโตรเคมี (Petrochemical Industries) เป็นต้น

การขึ้นรูปโลหะพื้นฐานมีวิธีการอย่างไร (How Does Metal Forming Work?)

            การขึ้นรูปโลหะจะให้ความสำคัญกับระดับค่าความเค้นของวัสดุที่นำมาใช้ในการเปลี่ยนรูปร่าง หรือเปลี่ยนวัสดุโลหะให้เป็นรูปแบบของชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบตามที่ต้องการเพื่อนำไปใช้ในการผลิตเชิงอุตสาหกรรมต่อไป การดำเนินการขึ้นรูป วัสดุโลหะจะต้องผ่านการดึงหรืออัดก่อน (Tension or Compression) หรือทั้งสองอย่าง เช่น การขึ้นรูปโลหะด้วยวิธีการการดัดหรือพับ (Bending) เป็นต้น ในช่วงของกระบวนการขึ้นรูป มวลของโลหะจะไม่หายไป มีเพียงรูปร่างของโลหะเท่านั้นที่เปลี่ยน หากต้องการให้การขึ้นรูปโลหะประสบผลสำเร็จเป็นอย่างดี วัสดุที่นำมาใช้ต้องมีคุณสมบัติเชิงกล เช่น สามารถนำมายืด อัด หรือดัด/พับได้ อย่างไรก็ดี หากวัสดุที่จะนำมาใช้ในการขึ้นรูปไม่ได้มาตรฐานหรือขาดคุณสมบัติตามที่กล่าวมา อาจทำให้เกิดการฉีกขาด เป็นรอยย่น หรือความเสียหายอื่น ๆ ในระหว่างการขึ้นรูปโลหะได้ กระบวนการขึ้นรูปโลหะยังต้องคำนึงถึงความสมดุลระหว่างความแข็งแรงของวัสดุ (Strength of the Materials) กับความสามารถในการขึ้นรูป (Formability) ของวัตถุดิบหรือวัสดุโลหะที่นำมาใช้ในการขึ้นรูป

            สำหรับอุตสาหกรรมการผลิตจะมีกระบวนการขึ้นรูปโลหะหลายวิธีที่สามารถนำมาใช้กับรูปแบบการผลิตชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบในปริมาณมาก (Mass Production) กระบวนการที่มักนำมาใช้อย่างแพร่หลาย ได้แก่ การดัดหรือการพับโลหะ (Bending) การยืดโลหะ (Stretching) การลากขึ้นรูปโลหะ (Deep Drawing) และการรีดขึ้นรูปโลหะ (Roll Forming)

            การดัดหรือการพับโลหะ (Bending) คือ กระบวนการขึ้นรูปโลหะที่มีความยืดหยุ่นเป็นองค์ประกอบ การดัดหรือพับโลหะต้องใช้เครื่องพับโลหะ (Brake Press) หรือเครื่องปั๊มโลหะประเภทเดียวกันกับเครื่องพับโลหะ (Press Machine) ขั้นตอนการดัดหรือพับสำหรับขึ้นรูปโลหะ แผ่นโลหะจะถูกนำมาขึ้นรูปด้วยการตอกวัสดุโลหะอัดกับแม่พิมพ์ (Punch Press) ซึ่งวัสดุโลหะจะถูกนำมาวางไว้บนแม่พิมพ์ (Die) ซึ่งการตอกวัสดุโลหะเช่นนี้จะไม่ใช่การตอกเพื่อทำให้เกิดรู แต่เป็นการสร้างแรงดัดหรือแรงพับ (Bending Force) เพื่อเปลี่ยนรูปร่างของวัสดุโลหะตามแม่พิมพ์

            การยืดโลหะ (Stretching) เป็นกระบวนการขึ้นรูปโลหะอีกประเภทหนึ่ง กระบวนการนี้จะยืดและดัด/พับชิ้นงานไปพร้อมกันด้วยแม่พิมพ์ (Die) กระบวนการขึ้นรูปวิธีนี้จะใช้กับงานขึ้นรูปชิ้นส่วนที่มีขนาดใหญ่หรือมีสถานะซับซ้อน สำหรับการขึ้นรูปชิ้นงานแผ่น (Sheet Deformation) ด้วยวิธีนี้ต้องอาศัยความเครียดในแนวรัศมี (Radial Strain) รวมถึงรัศมีการดัดโค้ง (Bend Radius) ที่มากที่สุด

            การลากขึ้นรูปโลหะ (Deep Drawing) เป็นกระบวนการขึ้นรูปโลหะที่นิยมใช้กันทั่วไป กระบวนการนี้แผ่นโลหะจะถูกหนีบให้อยู่ตรงช่องว่างของได (Shape of Die Cavities) เพื่อขึ้นรูปชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบแบบรูกลวง (Hollow Shaped Components) หลังจากนั้น แม่พิมพ์จะเคลื่อนตัวลงเพื่อลากแผ่นโลหะเข้าช่องว่าง การขึ้นรูปโลหะด้วยวิธีนี้จะใช้ความทนต่อแรงดึง (Tensile Strength) ในการการเปลี่ยนแปลงรูปร่างภายนอกของแผ่นโลหะ (External Shape)     

            การรีดขึ้นรูปโลหะ (Roll Forming) คือกระบวนการขึ้นรูปของโลหะด้วยการรีดแบบต่อเนื่อง และเมื่อโลหะเข้าสู่เครื่องรีดขึ้นรูป ตัวรีดแต่ละคู่จะทำหน้าที่ขึ้นรูปและดัดหรือพับโลหะแผ่น (Sheets) หรือขึ้นลายโลหะ (Stripes) จะทำการดัดหรือพับโลหะแผ่นอย่างต่อเนื่องเพื่อให้ได้รูปทรงตามที่ต้องการ แบบค่อยเป็นค่อยไป โดยทั่วไปการรีดขึ้นรูปมักถูกนำมาใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่มีความยาวมาก ๆ ในปริมาณมาก   

โลหะที่นิยมนำมาใช้ในกระบวนการขึ้นรูปมากที่สุด

             เนื่องจากการขึ้นรูปโลหะเป็นกระบวนการผลิตที่เหมาะกับการผลิตชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบของสินค้าหรือผลิตภัณฑ์ในปริมาณมาก ดังนั้น โลหะที่สามารถนำมาใช้ในการขึ้นรูปจึงมีมากมายและหลากหลาย แต่ที่นิยมนำมาใช้ในกระบวนการขึ้นรูปมากที่สุด ได้แก่ เหล็กกล้าไร้สนิม (Stainless Steel) เหล็กกัลป์วาไนซ์หรือเหล็กกล้าเคลือบสังกะสี (Galvanized Steel) อลูมิเนียม (Aluminum) ทองเหลือง (Brass) และทองแดง (Copper) ปัจจัยที่ต้องให้ความสำคัญในการเลือกใช้โลหะสำหรับกระบวนการขึ้นรูป คือ รูปร่างของชิ้นส่วนหรือส่วนประกอบที่ต้องการ ความแข็งแรง และคุณสมบัติเชิงกลในการนำไปใช้งาน