สำหรับออกแบบและพัฒนาเป็นเครื่องมือตัดทางอุตสาหกรรม

เศษวัสดุเหลือใช้จากใบเลื่อยตัดหินแกรนิต สามาถนำมาประยุกต์ใช้เป็นวัสดุเครื่องมือตัดทางอุตสาหกรรมได้ โดยเฉพาะการตัดเฉือนวัสดุจำพวกอะลูมินียม ทองเหลือง และควรจะใช้การหล่อเย็นช่วยระบายความร้อนในขณะทำการตัดเฉือน            

ปัจจุบันอุตสาหกรรมการผลิตภายในจังหวัดตาก ยังคงมีอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการแปรรูปหินแกรนิต   สำหรับใช้เป็นผลิตภัณฑ์ประเภทเครื่องประดับภายในบ้าน เช่น โต๊ะ เก้าอี้ หินปูผนัง หินปูพื้น   เป็นต้น  เครื่องมือตัดที่ใช้ในการแปรรูปหินแกรนิตคือ ใบเลื่อยตัดหินแกรนิต  มีคุณสมบัติพิเศษเฉพาะสำหรับใช้ในการตัดหินโดยส่วนมากแล้วจะมีการนำเข้าใบตัดจากต่างประเทศ ราคาค่อนข้างสูง   และเมื่อใบเลื่อยตัดหินที่หมดอายุการใช้งานจะถูกทิ้งกลายเป็นเศษวัสดุที่ไร้ประโยชน์เพราะไม่สามารถนำกลับมาใช้งานได้อีก       แต่ในปัจจุบันมีกลุ่มผู้ผลิตมีดกลุ่มหนึ่งที่มีชื่อเสียงทางด้านการตีขึ้นรูปมีด  ได้นำเอาใบเลื่อยตัดหินแกรนิตที่ใช้งานแล้วไปผลิตเป็นมีด  และเครื่องมือทางการเกษตรชนิดอื่นๆ  สามารถช่วยเสริมสร้างรายได้ให้กับธุรกิจภายในชุมชนได้เป็นอย่างดี  ในปัจจุบันเป็นที่รู้จักกันดีในกลุ่มผู้ผลิตมีด  คือ มีดอรัญญิก  จังหวัดพระนครศรีอยุธยา เป็นต้น

กระบวนการผลิตมีดของกลุ่มผู้ผลิตมีดอรัญญิกมีอยู่ด้วยกันหลายวิธีที่มีจำหน่ายอยู่ในท้องตลาด การที่ทางกลุ่มผู้ผลิตมีดมีกระบวนการผลิตที่แตกต่างกันนั้นแสดงว่ามีดที่ผลิตจะต้องมีสมบัติทางกลและโลหะที่แตกต่างกัน  การนำไปใช้งานก็ย่อมจะแตกต่างกัน แต่อย่างไรก็ตามจะเห็นได้ว่ามีดที่ผลิตนี้ยังไม่จัดว่าเป็นเครื่องมือตัดในระบบอุตสาหกรรมการผลิต   เนื่องจากมีดจัดว่าเป็นเครื่องมือตัดพื้นฐานที่ใช้ในชีวิตประจำวัน   แต่ด้วยสมบัติของเครื่องมือตัดอย่างใบเลื่อยตัดหินแกรนิตนั้น น่าจะสามารถนำมาออกแบบและพัฒนาใช้เป็นวัสดุเครื่องมือตัดในอุตสาหกรรมได้  

โดยอาศัยหลักการวิศวกรรมย้อนรอยเพื่อศึกษาสมบัติทางโลหะวิทยาและสมบัติทางกล ใช้เป็นข้อมูลพื้นฐานในการศึกษาและออกแบบเครื่องมือตัด ที่ใช้สำหรับตัดเฉือนวัสดุจำพวกเหล็กกล้าและวัสดุนอกกลุ่มเหล็ก ตลอดจนการทดสอบหาประสิทธิภาพในการตัดเฉือนชิ้นงาน  เพื่อเปรียบเทียบกับวัสดุเครื่องมือตัดในอุตสาหกรรมการผลิตที่ใช้มีดกลึงที่ทำมาจากเหล็กกล้าเครื่องมือรอบสูง (High  speed  steel : HSS) อีกทั้งยังเป็นการเพิ่มมูลค่าของใบเลื่อยตัดหินแกรนิตที่ใช้งานแล้วให้เกิดประโยชน์สูงสุดในวงการอุตสาหกรรม

การใช้งานใบเลื่อยตัดหินแกรนิตและการประยุกต์ใช้งาน

ปัจจุบันการใช้งานใบเลื่อยตัดหินแกรนิต จะใช้สำหรับตัดบล็อกหิน (ดังรูปที่ 1) เพื่อให้ได้แผ่นหินแกรนิตที่มีขนาดใหญ่ แล้วจึงค่อยนำมาทำการตัดขอบเพื่อให้ได้ขนาดตามความต้องการของลูกค้า  ในการตัดบล็อกหินแต่ละครั้งจะทำให้ได้แผ่นหินแกรนิตหลายแผ่นขึ้นอยู่กับขนาดของบล็อกหิน   และในขณะเดียวกันก็จำเป็นที่จะต้องใช้ใบเลื่อยตัดหินแกรนิตในจำนวนมาก ในกระบวนการตัดหินแกรนิตด้วยเครื่อง Gang Saws นั้นโดยหลักการแล้วจะเป็นการขัดสีกันระหว่างผงเหล็กผสมกับน้ำปูนขาว และอาศัยแรงกดจากใบเลื่อยในขณะทำการตัดซึ่งจะใช้เวลาในการทำงานหลายชั่วโมง (ดังรูปที่ 2)

                 รูปที่ 1 บล็อกหินแกรนิตก่อนการตัด           รูปที่ 3 การตัดหินแกรนิตด้วย Gang Saws

ในการใช้งานใบเลื่อยตัดหินแกรนิต มีอายุการใช้งานอยู่ในช่วงระยะเวลาหนึ่ง และเมื่อไม่สามารถใช้งานได้แล้ว จะถูกเปลี่ยนใบใหม่เข้าไปทดแทน ส่วนใบเลื่อยที่ผ่านการใช้งานมาแล้วก็จะถูกขายเป็นเศษเหล็ก ในปัจจุบันจะมีผู้นิยมนำมาทำการผลิตเป็นมีดเพื่อใช้งานในครัวเรือนและเป็นเครื่องมือทางการเกษตร  โดยจะนำไปผ่านกรรมวิธีทางความร้อนเพื่อให้มีดมีคุณสมบัติที่เหมาะสมต่อการใช้งาน  (ดังรูปที่ 3-4)

         รูปที่ 3 กระบวนการผลิตมีด                         รูปที่ 4 ลักษณะมีดที่มีจำหน่ายในท้องตลาด

ในการศึกษาสมบัติทางโลหะวิทยาและสมบัติทางกลของใบเลื่อยตัดหินแกรนิต จะอาศัยหลักการวิศวกรรมย้อยรอยในการหาข้อมูลชนิดและสมบัติของวัสดุ จะทำการศึกษาจากกลุ่มตัวอย่างของใบเลื่อยจำนวน 3 ชนิด ที่นำเข้าจากต่างประเทศและมีการใช้ในงานอยู่ในปัจจุบัน  ผลจากการศึกษาพบว่า วัสดุใบเลื่อยตัดหินแกรนิตจะมีส่วนผสมของแมงกานีสค่อนข้างสูง

โดยวัสดุรหัส LH จะมีปริมาณแมงกานีสมากที่สุด  ถือได้ว่าเป็นจุดเด่นของวัสดุที่จะนำมาใช้งานเป็นใบเลื่อยตัดหิน เพราะมีทั้งความแข็งและความเหนียวเนื่องจากปริมาณคาร์บอน  ที่จัดได้ว่าอยู่ในกลุ่มของเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลาง ที่มีส่วนผสมของธาตุอื่นๆ ตามความเหมาะสม (ดังรูปที่ 5-6)  นอกจากนี้แล้วเมื่อนำใบเลื่อยตัดหินแกรนิตไปทำการผ่านกระบวนการทางความร้อน จะทำให้วัสดุดังกล่าวมีความแข็งที่เพิ่มมากขึ้น โดยวัสดุรหัส FC จะมีค่าความแข็งมากที่สุด  (ดังรูปที่ 7)

ตารางที่ 1  การวิเคราะห์ส่วนผสมทางเคมี

.

ในการทดสอบความสามารถในการตัดเฉือนของวัสดุเครื่องมือตัด ที่ทำมาจากใบเลื่อยตัดหินแกรนิต จะมีรูปร่างลักษณะของมุมต่างๆ ดังรูปที่ 8  ส่วนค่ามุมต่างๆ ของเครื่องมือตัด แสดงดังรูปที่ 9 

รูปที่ 8 ลักษณะของเครื่องมือตัดที่ออกแบบสำหรับใช้ในการทดสอบ

รูปที่ 9 ค่ามุมต่าง ๆ ของเครื่องมือตัดที่ใช้ในการทดสอบ

ในการทดสอบความสามารถในการตัดเฉือน จะนำมาวิเคราะห์ถึงผลของแรงที่เกิดขึ้นในการตัดเฉือนวัสดุเครื่องมือตัดแต่ละชนิดด้วยกระบวนการกลึงปอกผิว  โดยอาศัยเครื่องมือวัดแรงในการตัดเฉือน คือ ไดนาโมมิเตอร์วัดแรงแบบ 4 แนวแกน (Kistker Type 9272) และใช้งานร่วมกับเครื่องกลึงความเที่ยงตรงสูง (ดังรูปที่ 10)

รูปที่ 10 ไดนาโมมิเตอร์ 4แนวแรง และการใช้งานสำหรับวัดแรงในการตัดเฉือน

เงื่อนไขที่ใช้ในการตัดเฉือนวัสดุอะลูมิเนียม คือ ความเร็วตัด 100 เมตร/นาที,  ความเร็วรอบ 1,250 รอบ/นาที,  อัตราป้อน  0.25 มม./รอบ, ระยะป้อนลึก 1.0  มม., มุมตั้งมีด 78 องศา,  ระยะทางในการตัดเฉือน 300 มม. เครื่องมือตัดประกอบไปด้วยใบเลื่อยตัดหินแกรนิต รหัส FC, LH, TW และเหล็กกล้าเครื่องมือรอบสูง (HSS) และทำการตัดเฉือนโดยไม่ใช้สารหล่อเย็น  ผลของแรงที่วัดได้  ดังรูปที่ 11-14 

รูปที่ 11 ผลของแรงที่ได้จากการตัดเฉือนอะลูมิเนียม ด้วยใบเลื่อยตัดหินแกรนิต รหัส FC

 รูปที่ 12 ผลของแรงที่ได้จากการตัดเฉือนอะลูมิเนียม ด้วยใบเลื่อยตัดหินแกรนิต รหัส  LH

รูปที่ 13 ผลของแรงที่ได้จากการตัดเฉือนอะลูมิเนียม ด้วยใบเลื่อยตัดหินแกรนิต รหัส  TW

รูปที่ 14 ผลของแรงที่ได้จากการตัดเฉือนอะลูมิเนียม ด้วยเหล็กกล้าเครื่องมือรอบสูง (HSS)

เงื่อนไขที่ใช้ในการตัดเฉือนวัสดุทองเหลือง คือ  ความเร็วตัด  90 เมตร/นาที,  ความเร็วรอบ 1,120 รอบ/นาที,  อัตราป้อน 0.25 มม./รอบ,  ระยะป้อนลึก 1.0  มม., มุมตั้งมีด 78 องศา,  ระยะทางในการตัดเฉือน 300 มม. เครื่องมือตัดประกอบไปด้วยใบเลื่อยตัดหินแกรนิต รหัส FC, LH, TW และเหล็กกล้าเครื่องมือรอบสูง (HSS) และทำการตัดเฉือนโดยไม่ใช้สารหล่อเย็น  ผลของแรงที่วัดได้  ดังรูปที่ 15-18

รูปที่ 15 ผลของแรงที่ได้จากการตัดเฉือนทองเหลือง ด้วยใบเลื่อยตัดหินแกรนิต รหัส  FC

รูปที่ 16 ผลของแรงที่ได้จากการตัดเฉือนทองเหลือง ด้วยใบเลื่อยตัดหินแกรนิต รหัส  LH

รูปที่ 17 ผลของแรงที่ได้จากการตัดเฉือนทองเหลือง ด้วยใบเลื่อยตัดหินแกรนิต รหัส  TW

รูปที่ 18 ผลของแรงที่ได้จากการตัดเฉือนทองเหลือง ด้วยเหล็กกล้าเครื่องมือรอบสูง (HSS)

เงื่อนไขที่ใช้ในการตัดเฉือนวัสดุเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ คือ ความเร็วตัด  60 เมตร/นาที, ความเร็วรอบ 800 รอบ/นาที,  อัตราป้อน  0.25 มม./รอบ,  ระยะป้อนลึก 1.0 มม., มุมตั้งมีด 78 องศา, ระยะทางในการตัดเฉือน 300 มม., เครื่องมือตัดประกอบไปด้วยใบเลื่อยตัดหินแกรนิต รหัส FC, LH, TW และเหล็กกล้าเครื่องมือรอบสูง (HSS) และทำการตัดเฉือนโดยไม่ใช้สารหล่อเย็น  ผลของแรงที่วัดได้ดังรูปที่ 19-20

รูปที่ 19 ผลของแรงที่ได้จากการตัดเฉือนเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ  ด้วยใบเลื่อยตัดหินแกรนิต รหัส  FC

รูปที่ 20 ผลของแรงที่ได้จากการตัดเฉือนเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ ด้วยเหล็กกล้าเครื่องมือรอบสูง (HSS)

สรุปผลการทดลอง

จากรูปที่ 11-14 เป็นการตัดเฉือนวัสดุอะลูมิเนียม  เมื่อสังเกตแรงที่เกิดขึ้นในแนวแกน F_Z (Cutting Force) ของการตัดเฉือนด้วยใบเลื่อยตัดหินแกรนิตทั้ง 3 ชนิด จะเห็นได้ว่าลักษณะของแรงที่เกิดขึ้นนั้นไม่ค่อยสม่ำเสมอ เมื่อเทียบกับการตัดเฉือนด้วยเหล็กกล้าเครื่องมือรอบสูง  และค่าของแรงที่ใช้ในการตัดเฉือนก็จะมีค่าสูงกว่า  ซึ่งจะสังเกตได้จากค่าแรงที่ใช้ในการตัดเฉือนในแนวแกน F_X (Feed Force)  จะมีค่าของแรงติดลบ  คือ รหัส FC และ LH  ลักษณะของแรงที่แสดงในรูปเป็นเส้นสูงๆ ของเครื่องตัดแต่ละชนิด จะเกิดจากการพอกติดของเศษตัดที่ปลายมีด และจะหลุดออกไปเอง  ซึ่งจะเกิดขึ้นอย่างนี้สลับกันตลอดการตัดเฉือน

สำหรับการตัดเฉือนวัสดุทองเหลือง (ดังรูปที่ 15-18) ลักษณะแรงที่เกิดขึ้นในแนวแกน F_Z (Cutting Force) ของการตัดเฉือนด้วยใบเลื่อยตัดหินแกรนิตทั้ง 3 ชนิด จะมีความสม่ำเสมอของแรงที่ดีกว่าเมื่อเทียบกับการตัดเฉือนวัสดุอะลูมิเนียม แต่ลักษณะของแถบแรงจะมีความกว้างมากกว่าการตัดเฉือนด้วยเหล็กกล้าเครื่องมือรอบสูง  

ในส่วนของการตัดเฉือนเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำจะมีเฉพาะวัสดุเครื่องมือตัด รหัส FC ที่สามารถทำการตัดเฉือนเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำได้ ส่วนอีก 2 ชนิด ไม่สามารถทำการตัดเฉือนได้เนื่องจากเกิดการเสียหายตั้งแต่เริ่มทำการตัดเฉือน  แต่ลักษณะของแรงที่เกิดขึ้นในแนวแกน F_Z  จะไม่สม่ำเสมอและเริ่มเกิดความเสียหายที่เครื่องมือตัด

สำหรับการประยุกต์ใช้งานใบเลื่อยตัดหินแกรนิต สำหรับออกแบบและพัฒนาเป็นเครื่องมือตัดทางอุตสาหกรรม มีความเป็นไปได้ค่อนข้างมาก แต่ต้องอยู่ภายใต้ข้อจำกัดบางประการ เช่น ใช้ตัดเฉือนได้เฉพาะวัสดุจำพวก อะลูมิเนียม ทองเหลือง ทองแดง เป็นต้น และในขณะทำการตัดเฉือนจำเป็นจะต้องมีการหล่อนเย็นเพื่อระบายความร้อนไม่ให้เกิดการพอกติดที่ปลายมีดของวัสดุเครื่องมือตัด  ซึ่งจากข้อมูลดังกล่าวข้างต้นสามารถใช้เป็นข้อมูลพื้นฐานในการประยุกต์ใช้งานใบเลื่อยตัดหินแกรนิต  เพื่อเป็นเครื่องมือตัดทางอุตสาหกรรมได้ 

เอกสารอ้างอิง

1. Dipl. Ing.R Kail and Dipl.– Ing. W. Mahr ; Piezoelectric Measurement Instrument and their Application; Kistler Reprint 20.116e
2. George Schneider, Jr. CmfgE. Cutting Tool Application. Lawrence Technology University (1999)
3. Sandvik Coroment Company, Modern Metal Cutting – A Practicak Handbook, page 41 (1994)
4. Zorev. N.N . International Research in Production Engineering. Pittsburgh , p 42 (1963)
5. www.kistler.com