ลองพิจารณาเครื่องมือที่มีความแม่นยำในมือของคุณ หรือส่วนประกอบสำคัญภายในเครื่องยนต์ของรถยนต์ วัตถุดิบเปลี่ยนรูปไปเป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่มีรูปร่าง คุณสมบัติในการทำงาน และคุณสมบัติพื้นผิวเฉพาะได้อย่างไร? การผลิตชิ้นส่วนโลหะเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งรวมเทคนิคหลายอย่าง บทความนี้จะสำรวจขั้นตอนที่ซับซ้อนของการผลิตส่วนประกอบโลหะ ตั้งแต่การขึ้นรูปเบื้องต้นไปจนถึงการบำบัดพื้นผิวขั้นสูง เผยให้เห็นวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีพื้นฐาน เราจะตรวจสอบกระบวนการผลิตต่างๆ และหารือเกี่ยวกับวิธีการเลือกชุดเทคนิคที่เหมาะสมที่สุดเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพและความคุ้มค่าที่สุด
การผลิตส่วนประกอบโลหะโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับชุดของกระบวนการ ซึ่งแบ่งออกเป็นสองประเภทกว้างๆ คือ การดำเนินการหลักและการดำเนินการรอง ชิ้นส่วนจำนวนมากต้องใช้ทั้งสองอย่าง ในระหว่างการผลิต ส่วนประกอบที่ยังไม่เสร็จจะเรียกว่า "งานระหว่างดำเนินการ" (WIP) ซึ่งรอการประมวลผลเพิ่มเติม
กระบวนการหลักเป็นหัวใจสำคัญของการผลิตส่วนประกอบโลหะ กำหนดโครงสร้างพื้นฐานของชิ้นส่วน ด้านล่างนี้คือประเภทหลักของการดำเนินการหลัก:
การขึ้นรูปและการหล่อเกี่ยวข้องกับการฉีดวัสดุหลอมเหลวลงในแม่พิมพ์ ปล่อยให้แข็งตัว แล้วนำชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปออกมา วิธีการเหล่านี้ใช้กับโลหะ โพลิเมอร์ และแก้ว สำหรับพลาสติก เทคนิคทั่วไป ได้แก่ การฉีดขึ้นรูปและการเป่าขึ้นรูป สำหรับโลหะ การหล่อแบบไดแคสต์ การหล่อทราย และการหล่อแบบลงทุนเป็นที่แพร่หลาย
กระบวนการขึ้นรูปและการหล่อทั้งหมดต้องมีการควบคุมองค์ประกอบของวัสดุและอุณหภูมิหลอมเหลว ตัวแปรเพิ่มเติม เช่น แรงดันในการฉีด อุณหภูมิแม่พิมพ์ จังหวะการดีดออก และการหล่อลื่นแม่พิมพ์ อาจมีความสำคัญเช่นกัน
กระบวนการนี้จะบีบอัดผงโลหะหรือเซรามิกในแม่พิมพ์ภายใต้แรงดัน จากนั้นเผาผนึกในเตาเผาอุณหภูมิสูงเพื่อหลอมรวมอนุภาคให้เป็นชิ้นส่วนแข็ง การกดร้อนและการกดไอโซสแตติกแบบร้อนรวมการบีบอัดและการเผาผนึก
ชิ้นส่วนเผาผนึกในอุดมคติแสดงให้เห็นถึงรูพรุนที่ควบคุมได้ ซึ่งออกแบบโดยใช้พารามิเตอร์การบีบอัดและการเผาผนึกเพื่อให้ได้คุณสมบัติที่ต้องการ
กระบวนการเหล่านี้จะขึ้นรูปโลหะแข็งหรือโพลิเมอร์ผ่านการเสียรูปทางกล วัสดุเริ่มต้น ได้แก่ แผ่น ท่อ แท่ง หรือแผ่นเปล่า บางครั้งถูกทำให้ร้อนเพื่อให้ขึ้นรูปได้ง่ายขึ้น ชิ้นส่วนโลหะอาจถูกปั๊ม ดึง ขึ้นรูป หรืออัดขึ้นรูป โพลิเมอร์ถูกขึ้นรูปผ่านการขึ้นรูปด้วยการบีบอัดหรือการขึ้นรูปด้วยความร้อน
กระบวนการแบบลบนี้จะนำวัสดุออกจากแผ่น บล็อก หรือแท่ง เพื่อปรับแต่งชิ้นส่วนหล่อหรือขึ้นรูป ให้ได้ความคลาดเคลื่อนที่แคบลง หรือเปลี่ยนความสวยงาม เทคนิคต่างๆ ได้แก่ การตัดเฉือน การกัดด้วยสารเคมี และการประมวลผลด้วยลำแสงเลเซอร์ ซึ่งใช้ได้กับโลหะ โพลิเมอร์ และเซรามิก
การเคลือบจะประกอบชั้นวัสดุแต่ละชั้นเข้าด้วยกันเป็นโครงสร้างหลายชั้น ซึ่งมักใช้สำหรับวัสดุผสม ชั้นต่างๆ ถูกกดเข้าด้วยกันโดยมีหรือไม่มีกาว บางครั้งอยู่ภายใต้ความร้อน
กระบวนการรองปรับเปลี่ยน WIP และแบ่งออกเป็นสามประเภท:
การอบชุบด้วยความร้อนจะเปลี่ยนโครงสร้างจุลภาคของโลหะเพื่อเพิ่มความแข็งแรง ความเหนียว หรือคุณสมบัติทางแม่เหล็ก รอบการให้ความร้อนและการทำความเย็นที่ควบคุมจะแตกต่างกันไปตามวัสดุและผลลัพธ์ที่ต้องการ
วิธีการทางเคมี ทางกล หรือความร้อนปรับแต่งองค์ประกอบพื้นผิว เนื้อสัมผัส หรือเคมีเพื่อปรับปรุงความทนทานต่อการสึกหรอ อายุการใช้งานของความล้า แรงเสียดทาน หรือความสามารถในการยึดติด
ชั้นบางๆ (ตั้งแต่ระดับนาโนเมตรถึงไมโครเมตร) ช่วยเพิ่มความทนทานต่อการสึกหรอ ความทนทานต่อการกัดกร่อน หรือความสวยงามเหนือความสามารถของพื้นผิว ตัวอย่าง ได้แก่:
ส่วนประกอบบางอย่างผ่านกระบวนการรองหลายขั้นตอน ตัวอย่างเช่น การพ่นทรายอาจนำหน้าการทาสีเพื่อทำความสะอาดและทำให้พื้นผิวหยาบ วัสดุก่อนเคลือบ (เช่น สังกะสีบนแผ่นเหล็ก) ก่อนการขึ้นรูปสามารถลดต้นทุนได้เมื่อเทียบกับการเคลือบหลังการขึ้นรูป
นอกเหนือจากการขึ้นรูปจำนวนมาก เทคนิคการสะสม การกัด หรือการแปลงสภาพทางเคมีสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ (เช่น วงจรรวม MEMS) ที่นี่ พื้นผิวให้การรองรับทางกลในขณะที่รวมเข้ากับการออกแบบที่ใช้งานได้
